Compoziția chimică a scoarței terestre a fost determinată pe baza rezultatelor analizei a numeroase probe de roci și minerale care au ajuns la suprafața pământului în timpul proceselor de formare a munților, precum și prelevate din lucrări miniere și foraje adânci.

În prezent, scoarța terestră a fost studiată la o adâncime de 15-20 km. Este format din elemente chimice care fac parte din roci.

Cele mai comune elemente din scoarța terestră sunt 46, dintre care 8 alcătuiesc 97,2-98,8% din masa sa, 2 (oxigen și siliciu) - 75% din masa Pământului.

Primele 13 elemente (cu excepția titanului), care se găsesc cel mai adesea în scoarța terestră, fac parte din materia organică a plantelor, participă la toate procesele vitale și joacă un rol important în fertilitatea solului. Un număr mare de elemente care participă la reacțiile chimice din intestinele Pământului duc la formarea unei game largi de compuși. Elementele chimice care sunt cele mai abundente în litosferă se găsesc în multe minerale (mai ales diferite roci sunt formate din ele).

Elementele chimice individuale sunt distribuite în geosfere astfel: oxigenul și hidrogenul umplu hidrosfera; oxigenul, hidrogenul și carbonul formează baza biosferei; oxigenul, hidrogenul, siliciul și aluminiul sunt componentele principale ale argilelor și nisipurilor sau ale produselor meteorologice (acestea formează în principal partea superioară a scoarței terestre).

Elementele chimice din natură se găsesc într-o varietate de compuși numiți minerale. Acestea sunt substanțe chimice omogene ale scoarței terestre care s-au format ca urmare a unor procese fizico-chimice sau biochimice complexe, de exemplu sare gemă (NaCl), gips (CaS04*2H20), ortoclază (K2Al2Si6016).

În natură, elementele chimice joacă un rol inegal în formarea diferitelor minerale. De exemplu, siliciul (Si) este o componentă a peste 600 de minerale și este, de asemenea, foarte comun sub formă de oxizi. Sulful formează până la 600 de compuși, calciu - 300, magneziu -200, mangan - 150, bor - 80, potasiu - până la 75, sunt cunoscuți doar 10 compuși de litiu și chiar mai puțini compuși de iod.

Printre cele mai cunoscute minerale din scoarța terestră predomină un grup mare de feldspați cu trei elemente principale - K, Na și Ca. În rocile care formează solul și produsele lor de intemperii, feldspații ocupă o poziție majoră. Feldspații se dezintegra treptat și îmbogățesc solul cu K, Na, Ca, Mg, Fe și alte substanțe de cenușă, precum și cu microelemente.

Numărul Clark- numere care exprimă conținutul mediu de elemente chimice din scoarța terestră, hidrosferă, Pământ, corpuri cosmice, sisteme geochimice sau cosmochimice etc., în raport cu masa totală a acestui sistem. Exprimat în % sau g/kg.

Tipuri de clarks

Există clarks în greutate (%, g/t sau g/g) și atomici (% din numărul de atomi). O generalizare a datelor privind compoziția chimică a diferitelor roci care alcătuiesc scoarța terestră, ținând cont de distribuția acestora la adâncimi de 16 km, a fost făcută pentru prima dată de omul de știință american F. W. Clark (1889). Numerele pe care le-a obţinut pentru procentul elementelor chimice din compoziţia scoarţei terestre, ulterior oarecum rafinate de A.E. Fersman, la sugestia acestuia din urmă, au fost numite numere Clark sau Clarks.

Structura moleculei. Proprietățile electrice, optice, magnetice și alte proprietăți ale moleculelor sunt legate de funcțiile de undă și energiile diferitelor stări ale moleculelor. Spectrele moleculare oferă informații despre stările moleculelor și probabilitatea tranziției dintre ele.

Frecvențele de vibrație din spectre sunt determinate de masele atomilor, de localizarea acestora și de dinamica interacțiunilor interatomice. Frecvențele din spectre depind de momentele de inerție ale moleculelor, a căror determinare din datele spectroscopice permite obținerea unor valori precise ale distanțelor interatomice în moleculă. Numărul total de linii și benzi din spectrul vibrațional al unei molecule depinde de simetria acesteia.

Tranzițiile electronice în molecule caracterizează structura învelișurilor lor electronice și starea legăturilor chimice. Spectrele moleculelor care au un număr mai mare de legături sunt caracterizate prin benzi de absorbție a undelor lungi care cad în regiunea vizibilă. Substanțele care sunt construite din astfel de molecule sunt caracterizate prin culoare; Aceste substanțe includ toți coloranții organici.

Ioni. Ca urmare a tranzițiilor electronilor, se formează ioni - atomi sau grupuri de atomi în care numărul de electroni nu este egal cu numărul de protoni. Dacă un ion conține mai multe particule încărcate negativ decât cele pozitive, atunci un astfel de ion se numește negativ. În caz contrar, ionul se numește pozitiv. Ionii sunt foarte des întâlniți în substanțe; de ​​exemplu, se găsesc în toate metalele fără excepție. Motivul este că unul sau mai mulți electroni din fiecare atom de metal sunt separați și se mișcă în interiorul metalului, formând ceea ce se numește un gaz de electroni. Din cauza pierderii de electroni, adică a particulelor negative, atomii de metal devin ioni pozitivi. Acest lucru este valabil pentru metale în orice stare - solidă, lichidă sau gazoasă.

Rețeaua cristalină modelează dispunerea ionilor pozitivi în interiorul unui cristal dintr-o substanță metalică omogenă.

Se știe că în stare solidă toate metalele sunt cristale. Ionii tuturor metalelor sunt aranjați ordonat, formând o rețea cristalină. În metalele (gazoase) topite și evaporate, nu există o aranjare ordonată a ionilor, dar gazul de electroni rămâne încă între ioni.

Izotopi- varietati de atomi (și nuclee) ale unui element chimic care au același număr atomic (ordinal), dar în același timp numere de masă diferite. Numele se datorează faptului că toți izotopii unui atom sunt plasați în același loc (într-o celulă) din tabelul periodic. Proprietățile chimice ale unui atom depind de structura învelișului de electroni, care, la rândul său, este determinată în principal de sarcina nucleului Z (adică de numărul de protoni din el) și aproape nu depind de masa sa. numărul A (adică numărul total de protoni Z și neutroni N) . Toți izotopii aceluiași element au aceeași sarcină nucleară, diferând doar prin numărul de neutroni. De obicei, un izotop este desemnat prin simbolul elementului chimic căruia îi aparține, cu adăugarea unui sufix din stânga sus indicând numărul de masă. De asemenea, puteți scrie numele elementului urmat de un număr de masă cu cratime. Unii izotopi au denumiri proprii tradiționale (de exemplu, deuteriu, actinon).

Compoziția elementară a materiei vii și OM a combustibililor fosili

Combustibilii fosili conțin aceleași elemente ca și substanța organismelor vii, prin urmare elementele sunt carbon, hidrogen, oxigen, azot, sulf și fosfor numit sau biogene, sau biofile, sau organogenice.

Hidrogenul, carbonul, oxigenul și azotul sunt responsabile mai mult de 99% atât masa cât și numărul de atomi care alcătuiesc toate organismele vii. Pe lângă acestea, ele pot fi concentrate și în cantități semnificative în organismele vii.

uite 20-22 elemente chimice. 12 elemente alcătuiesc 99,29%, restul 0,71%

Prevalența în spațiu: H, He, C, N.

Până la 50% - C, până la 20% - O, până la 8% - H, 10-15% - N, 2-6% - P, 1% - S, 1% - K, ½% - Mg și Ca, 0,2% - Fe, în urme - Na, Mn, Cu, Zn.

Structura atomică, izotopi, distribuția hidrogenului, oxigenului, sulfului și azotului în scoarța terestră

HIDROGEN - elementul principal al cosmosului, cel mai comun element al Universului . Grupa chimică el-t 1, număr atomic 1, masa atomică 1,0079. În edițiile moderne ale tabelului periodic, H este de asemenea plasat în grupa VII deasupra F, deoarece unele proprietăți ale lui H sunt similare cu proprietățile halogenilor. Sunt cunoscuți trei izotopi ai H. Doi stabili sunt protiu 1 H - P (99,985%), deuteriu 2 H - D (0,015%) și unul radioactiv este tritiu 3 H - T, T 1/2 = 12,262 ani. Încă unul se obține artificial - al patrulea izotop extrem de instabil - 4 H. În separarea P și D în condiții naturale, evaporarea joacă rolul principal, totuși, masa apelor oceanelor lumii este atât de mare încât conținutul de deuteriu in ea se schimba putin. În țările tropicale, conținutul de deuteriu în precipitații este mai mare decât în ​​zona polară. În stare liberă, H este un gaz incolor, insipid și inodor, cel mai ușor dintre toate gazele, de 14,4 ori mai ușor decât aerul. H devine lichid la -252,6°C, solid la -259,1°C. H este un agent reducător excelent. Arde în O cu o flacără neluminoasă, formând apă. În scoarța terestră, H este mult mai mic decât în ​​stele și Soare. Greutatea sa clarke în scoarța terestră este de 1%. În compușii chimici naturali se formează H ionic, covalentȘi legături de hidrogen . Legăturile de hidrogen joacă un rol important în biopolimeri (carbohidrați, alcooli, proteine, acizi nucleici) și determină proprietățile și structura geopolimerilor de kerogen și a moleculelor GI. În anumite condiții, atomul de H este capabil să se combine simultan cu alți doi atomi. De regulă, formează o legătură covalentă puternică cu unul dintre ele și una slabă cu celălalt, motiv pentru care se numește legătură de hidrogen.

OXIGEN - Cel mai comun element al scoarței terestre, reprezintă 49,13% din masă. O are numărul de serie 8, este în perioada 2, grupa VI, masa atomică 15,9994. Sunt cunoscuți trei izotopi stabili ai O - 16 O (99,759%), 17 O (0,0371%), 18 O (0,2039%). Nu există izotopi radioactivi cu viață lungă ai O. Izotop radioactiv artificial 15 O (T 1/2 = 122 secunde). Raportul izotop 18 O/16 O este utilizat pentru reconstrucții geologice, care în obiectele naturale variază cu 10% de la 1/475 la 1/525. Gheața polară are cel mai mic coeficient de izotop, cel mai mare este atmosfera de CO2. Când comparați compoziția izotopică, utilizați valoarea d 18 O, care se calculează prin formula: d 18 O‰= . In spate standard Se presupune raportul mediu al acestor izotopi din apa oceanului. Variațiile în compoziția izotopică a O din apă sunt determinate de temperatura la care are loc formarea mineralelor specifice. Cu cât T mai mic, cu atât fracţionarea izotopilor va fi mai intensă. Se crede că compoziția izotopică O a oceanului nu s-a schimbat în ultimii 500 de milioane de ani. Principalul factor care determină deplasarea izotopică (variații ale compoziției izotopice în natură) este efectul cinetic, determinat de temperatura de reacție. O în condiții normale, gazul este invizibil, fără gust și inodor. În reacțiile cu marea majoritate a atomilor, O joacă rolul de agent oxidant. Numai în reacția cu F este agentul de oxidare.O există în modificări dialotrope . În primul rând - oxigen molecular - O2 A doua modificare - ozon – O 3, format sub influența descărcărilor electrice în aer și a O pur, în procese radioactive, și prin acțiunea razelor ultraviolete asupra O obișnuit. În natură O 3 se formează în mod constant sub influența razelor UV în straturile superioare ale atmosferei. La o altitudine de aproximativ 30-50 km, există un „ecran de ozon” care blochează cea mai mare parte a razelor UV, protejând organismele biosferei de efectele distructive ale acestor raze. La concentrații scăzute O 3 miros plăcut, răcoritor, dar dacă în aer mai mult de 1% O3, este foarte toxic .

AZOT - concentrat în biosferă: predomină în atmosferă (75,31% din greutate, 78,7% din volum), iar în scoarța terestră greutate clarke - 0,045%. Element chimic din grupa V, perioada 2, numărul atomic 7, masa atomică 14,0067. Se cunosc trei izotopi ai N - doi stabil 14 N (99,635%) și 15 N (0,365%) și radioactive 13 N, T1/2 = 10,08 min. Răspândirea generală a valorilor raportului 15 N/ 14 N mic . Uleiurile sunt îmbogățite în izotopul 15N, în timp ce gazele naturale însoțitoare sunt epuizate în el. Șisturile bituminoase sunt, de asemenea, îmbogățite în izotopul greu N 2 este un gaz incolor, insipid și inodor. N spre deosebire de O nu suportă respirația, amestecul N c O este cel mai acceptabil pentru respirație de către majoritatea locuitorilor planetei noastre. N este inactiv din punct de vedere chimic. Face parte din substanțele vitale ale tuturor organismelor. Activitatea chimică scăzută a azotului este determinată de structura moleculei sale. Ca majoritatea gazelor, cu excepția celor inerte, molecula N este format din doi atomi. 3 electroni de valență ai învelișului exterior al fiecărui atom participă la formarea unei legături între ei, formând legătură chimică covalentă triplă care dă cel mai stabil dintre toate moleculele diatomice cunoscute. Valența „formală” este de la -3 la +5, valența „adevărată” este 3. Formând legături covalente puternice cu O, H și C, face parte din ionii complecși: -, -, +, care dau săruri ușor solubile.

SULF – el-t ZK,în manta (roci ultrabazice) este de 5 ori mai mică decât în ​​litosferă. Clark în ZK - 0,1%. El-t chimic din grupa VI, 3 perioade, număr atomic 16, masă atomică 32,06. Foarte electronegativ, prezintă proprietăți nemetalice. În compușii cu hidrogen și oxigen se găsește în diverși ioni. Arr. acid si sare. Multe săruri care conțin sulf sunt ușor solubile în apă. S poate avea valențe: (-2), (0), (+4), (+6), dintre care prima și ultima sunt cele mai caracteristice. Atât legăturile ionice, cât și cele covalente sunt caracteristice. De importanță primordială pentru procesele naturale este ionul complex - 2 S - un nemetal, un element activ din punct de vedere chimic. S nu interacționează doar cu Au și Pt. Dintre compușii anorganici, pe lângă sulfați, sulfuri și H2SO4, cei mai des întâlniți oxizi de pe Pământ sunt SO 2 - un gaz care poluează puternic atmosfera și SO 3 (o substanță solidă), precum și hidrogenul sulfurat. S elementar se caracterizează prin trei soiuri alotrope : S rombic (cel mai stabil), S monoclinic (moleculă ciclică - inel cu opt membri S 8) și plastic S 6 - acestea sunt lanțuri liniare de șase atomi. În natură sunt cunoscuți 4 izotopi stabili ai S: 32 S (95,02%), 34 S (4,21%), 33 S (0,75%), 36 S (0,02%). Izotop radioactiv artificial 35 S cu T 1/2 = 8,72 zile. S este luat ca standard troilit(FeS) de la meteoritul Diablo Canyon (32 S/ 34 S = 22,22) Reacțiile de oxidare și reducere pot determina schimbul de izotopi, exprimat ca deplasare izotopică. În natură - bacterian, dar și termic este posibil. În natură, până în prezent, a existat o împărțire clară a S-ului scoarței terestre în 2 grupuri - biogene sulfuri și gaze îmbogățite în izotopul ușor 32 S și sulfați, incluse în sărurile apei oceanice ale evaporiților antici, gips care conține 34 S. Gazele care însoțesc zăcămintele de petrol variază în compoziția izotopică și diferă semnificativ de uleiuri.

Răspunsuri la întrebări,

depus la examen la disciplina „Procese fizico-chimice în mediu” pentru studenții din anul III ai specialității „Management și audit de mediu în industrie”

Abundență de atomi în mediu. Clarks de elemente.

element Clark – o estimare numerică a conținutului mediu al unui element din scoarța terestră, hidrosferă, atmosferă, Pământul în ansamblu, diferite tipuri de roci, obiecte spațiale etc. Clarke-ul unui element poate fi exprimat în unități de masă (% , g/t), sau în % atomic. Introdus de Fersman, numit după Frank Unglizort, un geochimist american.

Clark a fost primul care a stabilit abundența cantitativă a elementelor chimice din scoarța terestră. El a inclus, de asemenea, hidrosfera și atmosfera în scoarța terestră. Cu toate acestea, masa hidrosferei este de câteva procente, iar atmosfera este sutimi de procent din masa crustei solide, astfel încât numerele Clark reflectă în principal compoziția crustei solide. Astfel, în 1889 clarke-urile au fost calculate pentru 10 elemente, în 1924 - pentru 50 de elemente.

Radiometrice moderne, activarea neutronilor, adsorbția atomică și alte metode de analiză fac posibilă determinarea conținutului de elemente chimice din roci și minerale cu mare acuratețe și sensibilitate. Ideile despre Clarks s-au schimbat. De exemplu: Ge în 1898 Fox a considerat clarke ca fiind egal cu n * 10 -10%. Ge a fost slab studiat și nu avea nicio semnificație practică. În 1924, Clarke pentru aceasta a fost calculată ca n*10 -9% (Clark și G. Washington). Mai târziu, Ge a fost descoperit în cărbuni, iar clarke-ul său a crescut la 0,p%. Ge este folosit în inginerie radio, căutarea materiilor prime de germaniu, un studiu detaliat al geochimiei Ge a arătat că Ge nu este atât de rar în scoarța terestră, clarke-ul său în litosferă este de 1,4 * 10 -4%, aproape același precum Sn, As, este mult mai mare în scoarța terestră decât Au, Pt, Ag.

Abundența atomilor în

Vernadsky a introdus conceptul de stare dispersată a elementelor chimice și a fost confirmat. Toate elementele sunt prezente peste tot, nu putem vorbi decât de lipsa de sensibilitate a analizei, care nu ne permite să stabilim conținutul unuia sau altuia din mediul studiat. Această propoziție despre dispersia generală a elementelor chimice se numește legea Clark-Vernadsky.

Pe baza elementelor clark din scoarța pământului solid (despre Vinogradov), aproape jumătate din scoarța pământului solid este formată din O, adică scoarța terestră este o „sferă de oxigen”, o substanță de oxigen.

Clarks ale majorității elementelor nu depășesc 0,01-0,0001% - acestea sunt elemente rare. Dacă aceste elemente au o capacitate slabă de concentrare, se numesc împrăștiate brusc (Br, In, Ra, I, Hf).

De exemplu: pentru U și Br, valorile clarke sunt ≈ 2,5*10 -4, respectiv 2,1* 10-4, dar U este pur și simplu un element rar, deoarece zăcămintele sale sunt cunoscute, iar Br este rar, împrăștiat, deoarece nu este concentrat în scoarța terestră. Microelementele sunt elemente conținute într-un sistem dat în cantități mici (≈ 0,01% sau mai puțin). Astfel, Al este un microelement în organisme și un macroelement în rocile silicate.

Clasificarea elementelor după Vernadsky.

În scoarța terestră, elementele legate de tabelul periodic se comportă diferit - migrează în scoarța terestră în moduri diferite. Vernadsky a ținut cont de cele mai importante momente din istoria elementelor din scoarța terestră. Importanța principală a fost acordată unor fenomene și procese precum radioactivitatea, reversibilitatea și ireversibilitatea migrației. Capacitatea de a furniza minerale. Vernadsky a identificat 6 grupuri de elemente:

gaze nobile (He, Ne, Ar, Kr, Xe) – 5 elemente;

metale nobile (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au) – 7 elemente;

elemente ciclice (participatoare la cicluri complexe) – 44 elemente;

elemente împrăștiate – 11 elemente;

elemente foarte radioactive (Po, Ra, Rn, Ac, Th, Pa, U) – 7 elemente;

elemente de pământuri rare – 15 elemente.

Elementele grupului 3 în masă predomină în scoarța terestră; ele constau în principal din roci, apă și organisme.

Ideile din experiența de zi cu zi nu se potrivesc cu datele reale. Astfel, Zn, Cu sunt distribuite pe scară largă în viața de zi cu zi și în tehnologie, iar Zr (zirconiu) și Ti sunt elemente rare pentru noi. Deși Zr din scoarța terestră este de 4 ori mai mult decât Cu, iar Ti este de 95 de ori mai mult. „Raritatea” acestor elemente se explică prin dificultatea extragerii lor din minereuri.

Elementele chimice interacționează între ele nu proporțional cu masele lor, ci în funcție de numărul de atomi. Prin urmare, clarks pot fi calculate nu numai în % în masă, ci și în % din numărul de atomi, adică luând în considerare masele atomice (Chirvinsky, Fersman). În același timp, clarkurile elementelor grele scad, iar cele ale elementelor ușoare cresc.

Calculul după numărul de atomi oferă o imagine mai contrastantă a prevalenței elementelor chimice - o predominanță și mai mare a oxigenului și raritatea elementelor grele.

Când a fost stabilită compoziția medie a scoarței terestre, a apărut întrebarea despre motivul distribuției inegale a elementelor. Acest stol este asociat cu caracteristicile structurale ale atomilor.

Să luăm în considerare legătura dintre valorile lui Clarkes și proprietățile chimice ale elementelor.

Astfel, metalele alcaline Li, Na, K, Rb, Cs, Fr sunt aproape chimic unul de celălalt - un electron de valență, dar valorile clarke sunt diferite - Na și K - ≈ 2,5; Rb - 1,5*10-2; Li - 3,2*10 -3 ; Cs – 3,7 * 10 -4 ; Fr – element artificial. Valorile clarke diferă puternic pentru F și Cl, Br și I, Si (29,5) și Ge (1,4 * 10 -4), Ba (6,5 * 10 -2) și Ra (2 * 10 -10).

Pe de altă parte, elementele care sunt diferite din punct de vedere chimic au valori clarke similare – Mn (0,1) și P (0,093), Rb (1,5*10 -2) și Cl (1,7*10 -2).

Fersman a trasat dependența valorilor atomice clarks pentru elementele pare și impare ale tabelului periodic de numărul atomic al elementului. S-a dovedit că, pe măsură ce structura nucleului atomic devine mai complexă (ponderată), valorile clarke ale elementelor scad. Cu toate acestea, aceste dependențe (curbe) s-au dovedit a fi rupte.

Fersman a trasat o linie de mijloc ipotetică, care a scăzut treptat pe măsură ce numărul ordinal al elementului creștea. Omul de știință a numit elementele situate deasupra liniei de mijloc, formând vârfuri, în exces (O, Si, Fe etc.), iar pe cele situate sub linie - deficitare (gaze inerte etc.). Din dependența obținută rezultă că scoarța terestră este dominată de atomi ușori, ocupând celulele inițiale ale Tabelului Periodic, ale căror nuclee conțin un număr mic de protoni și neutroni. Într-adevăr, după Fe (Nr. 26) nu există un singur element comun.

Mai departe Oddo (om de știință italian) și Garkins (om de știință american) în 1925-28. S-a stabilit o altă caracteristică a prevalenței elementelor. Scoarța terestră este dominată de elemente cu număr atomic par și mase atomice. Printre elementele învecinate, elementele pare au aproape întotdeauna clark mai mari decât cele impare. Pentru cele mai comune 9 elemente (8 O, 14 Si, 13 Al, 26 Fe, 20 Ca, 11 Na, 19 K, 12 Mg, 22 Ti), masa pare a clarkes totalizează 86,43%, iar cele impare – 13,05% Clarcele elementelor a căror masă atomică este divizibilă cu 4 sunt deosebit de mari, acestea sunt O, Mg, Si, Ca.

Conform cercetărilor lui Fersman, nucleele de tip 4q (q este un număr întreg) alcătuiesc 86,3% din scoarța terestră. Mai puțin frecvente sunt nucleele de tip 4q+3 (12,7%) și foarte puține nuclee de tip 4q+1 și 4q+2 (1%).

Dintre elementele pare, începând cu He, fiecare al șaselea are cele mai înalte clarkes: O (nr. 8), Si (nr. 14), Ca (nr. 20), Fe (nr. 26). Pentru elemente impare - o regulă similară (începând cu H) - N (nr. 7), Al (nr. 13), K (nr. 19), Mg (nr. 25).

Deci, în scoarța terestră predomină nucleele cu un număr mic și par de protoni și neutroni.

De-a lungul timpului, clarks s-au schimbat. Deci, ca urmare a dezintegrarii radioactive, a existat mai puțin U și Th, dar mai mult Pb. Procese precum disiparea gazelor și precipitarea meteoriților au jucat, de asemenea, un rol în schimbarea valorilor clarke ale elementelor.

Principalele tendințe ale modificărilor chimice în scoarța terestră. Ciclu mare de materie din scoarța terestră.

CICLUL SUBSTANȚELOR. Substanța scoarței terestre este în mișcare continuă, cauzată de diverse motive legate de fizic și chimic. proprietățile materiei, planetare, geologice, geografice și biologice. condiţiile pământului. Această mișcare are loc invariabil și continuu de-a lungul timpului geologic - cel puțin o jumătate și, aparent, nu mai mult de trei miliarde de ani. În ultimii ani, a crescut o nouă știință a ciclului geologic - geochimia, care are sarcina de a studia chimia. elementele care ne construiesc planeta. Subiectul principal al studiului ei sunt mișcările chimice. elemente ale substanței pământului, indiferent de ce cauzează aceste mișcări. Aceste mișcări ale elementelor se numesc migrații chimice. elemente. Printre migratii se numara acelea in care chimica elementul revine inevitabil la starea inițială după o perioadă mai lungă sau mai scurtă de timp; istoricul unor astfel de substanțe chimice elementele din scoarța terestră pot fi astfel reduse. la un proces reversibil și se prezintă sub forma unui proces circular, a unui ciclu. Acest tip de migrare nu este tipic pentru toate elementele, ci pentru un număr semnificativ dintre acestea, inclusiv pentru marea majoritate a elementelor chimice. elemente care construiesc organisme vegetale sau animale și mediul din jurul nostru - oceane și ape, roci și aer. Pentru astfel de elemente, întreaga masă sau copleșitoare a atomilor lor se află în ciclul substanțelor; pentru altele, doar o parte nesemnificativă a acestora este acoperită de cicluri. Nu există nicio îndoială că cea mai mare parte a materialului scoarței terestre la o adâncime de 20-25 km este acoperită de gire. Pentru următoarele chimie. elementele, procesele circulare sunt caracteristice și dominante printre migrațiile lor (numărul indică numărul ordinal). H, Be4, B5, C«, N7, 08, P9, Nan, Mg12, Aha, Sii4, Pi5, Sie, Cli7, K19, Ca2o, Ti22, V23, Cr24, Mn25, Fe2e, Co27, Ni28, Cu29, Zn30 , Ge32, As33,Se34, Sr38,Mo42, Ag47,Cd48, Sn50, Sb51, Te62, Ba56) W74, Au79,Hg80,T]81,Pb82,Bi83. Aceste elemente pot fi separate pe această bază de alte elemente ca elemente ciclice sau organogenice. Acea. ciclurile caracterizează 42 de elemente din 92 de elemente incluse în sistemul Mendeleev, iar acest număr include cele mai comune elemente dominante pământești.

Să ne oprim asupra primului tip de cicloni, care implică migrații biogene. Aceste K. captează biosfera (adică atmosfera, hidrosfera, crusta de intemperii). Sub hidrosferă, ei captează învelișul de bazalt care se apropie de fundul oceanului. Sub pământ, ei, într-o succesiune de depresiuni, îmbrățișează grosimea rocilor sedimentare (stratosferă), cochilii metamorfice și de granit și intră în învelișul de bazalt. Din adâncurile pământului, aflată în spatele învelișului de bazalt, substanța pământului nu cade în K observat. De asemenea, nu cade în ele de sus din cauza părților superioare ale stratosferei. Acea. cicluri chimice elementele sunt fenomene de suprafață care au loc în atmosferă la altitudini de 15-20 km (nu mai mari), iar în litosferă nu mai mult de 15-20 km. Fiecare K., pentru a se reînnoi constant, necesită un aflux de energie externă. Sunt cunoscute două principale și nu există nicio îndoială. sursa unei astfel de energie: 1) energie cosmică - radiație de la soare (migrația biogenă depinde aproape în întregime de aceasta) și 2) energia atomică asociată cu dezintegrarea radioactivă a elementelor din seria 78 de uraniu, toriu, potasiu, rubidiu. grad mai mic de precizie, se poate distinge energia mecanică, asociată cu mișcarea (datorită gravitației) a maselor pământului și, probabil, energia cosmică care pătrunde de sus (razele lui Hess).

Girurile, care implică mai multe straturi ale pământului, se desfășoară încet, cu opriri și pot fi văzute doar în timp geologic. Ele se întind adesea pe mai multe perioade geologice. Ele sunt cauzate de geolog, deplasări de pământ și ocean. Părți din K. se pot deplasa rapid (de exemplu, migrarea biogene).

Hidrogenul (H) este un element chimic foarte ușor, cu un conținut de 0,9% în greutate în scoarța terestră și 11,19% în apă.

Caracteristicile hidrogenului

Este primul dintre gazele în ușurință. În condiții normale, este insipid, incolor și absolut inodor. Când intră în termosferă, zboară în spațiu datorită greutății sale reduse.

În întregul univers, este cel mai numeros element chimic (75% din masa totală a substanțelor). Atât de mult încât multe stele din spațiul cosmic sunt făcute în întregime din el. De exemplu, Soarele. Componenta sa principală este hidrogenul. Iar căldura și lumina sunt rezultatul eliberării de energie atunci când nucleele unui material se îmbină. De asemenea, în spațiu există nori întregi ai moleculelor sale de diferite dimensiuni, densități și temperaturi.

Proprietăți fizice

Temperatura ridicată și presiunea îi schimbă semnificativ calitățile, dar în condiții normale:

Are o conductivitate termică ridicată în comparație cu alte gaze,

Netoxic și slab solubil în apă,

Cu o densitate de 0,0899 g/l la 0°C și 1 atm.,

Se transformă în lichid la o temperatură de -252,8°C

Devine tare la -259,1°C.,

Căldura specifică de ardere 120.9.106 J/kg.

Este nevoie de presiune mare și temperaturi foarte scăzute pentru a se transforma într-un lichid sau solid. În stare lichefiată, este fluid și ușor.

Proprietăți chimice

Sub presiune și la răcire (-252,87 grade C), hidrogenul capătă o stare lichidă, care este mai ușoară în greutate decât orice analog. Ocupă mai puțin spațiu în el decât în ​​formă gazoasă.

Este un nemetal tipic. În laboratoare, este produs prin reacția metalelor (cum ar fi zincul sau fierul) cu acizi diluați. În condiții normale este inactiv și reacționează numai cu nemetale active. Hidrogenul poate separa oxigenul de oxizi și poate reduce metalele din compuși. Ea și amestecurile sale formează legături de hidrogen cu anumite elemente.

Gazul este foarte solubil în etanol și în multe metale, în special paladiu. Argintul nu îl dizolvă. Hidrogenul poate fi oxidat în timpul arderii în oxigen sau în aer și atunci când interacționează cu halogenii.

Când se combină cu oxigenul, se formează apă. Dacă temperatura este normală, atunci reacția se desfășoară lent; dacă este peste 550°C, explodează (se transformă în gaz detonant).

Găsirea hidrogenului în natură

Deși există mult hidrogen pe planeta noastră, nu este ușor de găsit în forma sa pură. Puțin poate fi găsit în timpul erupțiilor vulcanice, în timpul producției de petrol și acolo unde materia organică se descompune.

Mai mult de jumătate din cantitatea totală se află în compoziția cu apă. De asemenea, este inclus în structura uleiului, diferitelor argile, gaze inflamabile, animale și plante (prezența în fiecare celulă vie este de 50% din numărul de atomi).

Ciclul hidrogenului în natură

În fiecare an, o cantitate colosală (miliarde de tone) de reziduuri vegetale se descompune în corpurile de apă și sol, iar această descompunere eliberează o masă uriașă de hidrogen în atmosferă. De asemenea, este eliberat în timpul oricărei fermentații cauzate de bacterii, ardere și, împreună cu oxigenul, participă la ciclul apei.

Aplicații cu hidrogen

Elementul este folosit activ de omenire în activitățile sale, așa că am învățat să-l obținem la scară industrială pentru:

Meteorologie, producție chimică;

producția de margarină;

Ca combustibil pentru rachete (hidrogen lichid);

Industria energiei electrice pentru racirea generatoarelor electrice;

Sudarea si taierea metalelor.

O mulțime de hidrogen este utilizat în producția de benzină sintetică (pentru a îmbunătăți calitatea combustibilului de calitate scăzută), amoniac, acid clorhidric, alcooli și alte materiale. Energia nucleară își folosește în mod activ izotopii.

Medicamentul „peroxid de hidrogen” este utilizat pe scară largă în metalurgie, industria electronică, producția de celuloză și hârtie, pentru albirea țesăturilor de in și bumbac, pentru producția de vopsele de păr și cosmetice, polimeri și în medicină pentru tratamentul rănilor.

Natura „explozivă” a acestui gaz poate deveni o armă letală - o bombă cu hidrogen. Explozia sa este însoțită de eliberarea unei cantități uriașe de substanțe radioactive și este distructivă pentru toate ființele vii.

Contactul hidrogenului lichid și pielea poate provoca degerături severe și dureroase.