Pământ chimic
Începe cercetare spațiu larg accelerat dezvoltarea tuturor științelor, inclusiv chimie. Chimiștii sunt foarte mari provocări - obținerea de noi combustibili, noi metale și materiale plastice noi, care să îndeplinească noile cerințe; Proprietățile chimice ale prezicere atmosferei ambiante, în care primii astronauți obține; asigurarea siguranței astronautii în astfel de circumstanțe, care nu poate exista pe planeta noastră; studia problemele legate de originea Pământului, sistemul solar și viața.
Astăzi, chimiști sunt angajate într-o varietate de probleme terestre. Misterele planetei noastre înapoi la succesul fantastic în cucerirea naturii și subordonarea intereselor omului ei. Deci, dintr-o dată a existat o problemă de poluare a aerului deasupra orașelor, care în urmă cu treizeci de ani a fost complet absentă. Consumul de energie este în creștere atât de rapid ca unii oameni de știință vorbesc despre eventuala penurie de combustibili fosili și insistă asupra utilizării rapide a energiei nucleare și utilizarea mai completă a energiei solare.
În prezent, avem un mare potențial de a explora mai mult pe deplin planeta Pământ. Și aproape de momentul în care putem începe să studieze planete cel mai aproape de noi, și apoi stelele.
Pământ-sursa tuturor substanțelor pe care le folosim în fiecare zi, în munca lor. Energia vine la noi din exterior - de la soare, și într-o mai mică măsură, de la alte stele. Pământul, la rândul său, radiază energie în spațiu. În cazul în care cantitatea de energie radiată va fi mai mult din energia achiziționată, Pământul va începe să se răcească, dacă este mai mică, Pământul ar încălzi. O parte din energia solară este stocată sub formă de energie chimică în formarea de noi substanțe, compuși organici în special. Pe parcursul perioadelor de timp relativ scurte (măsurate epoci geologice), putem folosi energia stocată în combustibili fosili, cum ar fi cărbunele și petrolul sau energia nucleară. existența Pământului depinde în întregime de soare - principala noastră sursă de energie.
Toate materialele pe care le folosim sunt datorate în principal pe Pământ. Pe Pământ, care se rotește în spațiu în jurul soarelui, căderea de meteoriți și praf cosmic, dar numărul lor sunt mici în comparație cu cantitățile de substanțe care sunt conținute în Pământ. Ne vom uita la substanța Pământului, și modul în care oamenii le folosesc.
chimie pământ discuție care este împărțit în trei părți, fiecare dintre acestea corespunzând uneia dintre faze - solid, lichid sau gazos.
Litosfera - o parte solidă a Pământului. Acest termen se referă, de asemenea, miezul central, deși nu este complet elucidat, este un - solid sau lichid. Litosfera este o „minge“ din raza de solide de aproximativ 6400 km. Avem acces direct la doar o mică parte din această lume vastă. Cele mai adânci mine au o adâncime de 3-5 km; adâncimea puțurilor de petrol ajunge la 5-8 km. Relativ coajă subțire, pe care o putem studia în mod direct se numește crusta. Pe baza grosimii crusta seismică este considerată a fi de aproximativ 32 km. Restul ne numim litosfera interior, care include, de asemenea, o parte centrală numită nucleu.
Aproximativ 80% din suprafața Pământului cu o soluție apoasă. Acest strat de lichid - oceane - numit hidrosferă. Adâncimea medie a hidrosfera este de aproximativ 5 km, dar „profunzimea“ sau oceane „adânci“ depășește această valoare medie, cu mai mult de 2 ori.
Pământul este înconjurat de-a treia fază, gazoasă. Amestecul de gaze situate în jurul Pământului, numit atmosferă. Peste 98% din acest gaz (aer) este situat la mai puțin de 64 km de suprafața Pământului.
Tabelul 1: Compoziția unei probe de aer uscat.
Folosind legile de gaz, este posibil să se calculeze concentrația relativă a componentelor de aer uscat. Să presupunem că la presiunea atmosferică într-o zi este de 750 mm Hg. Art. și că, după uscare o probă de presiune a aerului devine egală cu 738 mm Hg. Art. În acest caz, presiunea parțială a vaporilor de apă este egală cu 750 mm Hg. Art. - 738 mm Hg. v. = 12 mm Hg. Art. Presiunea parțială este direct proporțională cu numărul de molecule, cu toate acestea, am descoperit că fracțiunea de molecule de apă în proba de aer este de 12 mm Hg. v. / 750 mm Hg. v. = 0,016. In acest destul umed de aer de 1,6% din toate moleculele cuprind o moleculă de apă.
Moleculele actioneaza mai grei o forță mare de atracție decât moleculele mai ușoare. Prin urmare, există o tendință de sedimentare, t. E. Depunerea de molecule cu greutate moleculară ridicată în ceea ce privește moleculele de gaz cu greutate moleculară mică. Această tendință este opusă înclinării dezordinii maxime datorită gazelor atmosferice, care este bine amestecat. Ca urmare, există o ușoară schimbare în compoziția aerului cu înălțimea. Aerul uscat la nivelul mării conține aproximativ 78% azot, 21% molecule molecule de oxigen, dar la o altitudine de 20 km probe de aer uscat conține 80% molecule de azot, și numai 19% din moleculele de oxigen.
Pe lângă influența forțelor de gravitație, modificări de compoziție a aerului datorită reacțiilor chimice induse de lumină. Aceste reacții sunt cauzate de absorbția radiației ultraviolete în atmosfera superioară. De exemplu, oxigenul, radiațiile ultraviolete absorbant, energia devine mai mare decât energia de legare. Astfel, există o conexiune, iar decalajul se formează doi atomi de oxigen:
Rezultați atomi de oxigen foarte reaktsionnosposbny. Acești atomi pot fi unite cu o altă moleculă de oxigen O2, formând o moleculă de O3 ozon:
# 9; O (r) + O2 (r) = O3 (r) (2)
Ozone - forma extrem de reactive de oxigen, deși nu în aceeași măsură ca și atomi de oxigen. In atmosfera, se formează numai la altitudini mari, deoarece frecvența radiației ultraviolete, care este necesară pentru reacția (1), în întregime în straturile superioare, la care straturile inferioare. Studiile au arătat că concentrația de ozon la nivelul mării este scăzut și că acesta atinge un maxim la o altitudine de 24 km.
Aceste cantități mici de ozon fiind la înălțimea de 24 km deasupra suprafeței Pământului, absoarbe aproape toate frecvențele de radiații UV, care nu este absorbit de O2 de oxigen. Astfel, O2 și O3 face opac la atmosfera cea mai mare parte a regiunii ultraviolete. Este probabil ca chimia vieții pe planeta noastră a evoluat foarte diferit în cazul în care această radiații ultraviolete ajung la suprafata Pamantului. În cazul în care atmosfera a fost „transparent“ pentru fotosinteza ar fi mai accesibile pentru o energie fotonica mult mai mare.
Pentru undele corespunzătoare opus, capătul infraroșu al spectrului, atmosfera este, de asemenea, în mod substanțial transparent. Acest lucru se datorează în principal absorbția radiației infraroșii prin vapori de apă și dioxid de carbon gazos. Astfel, vedem că aerul, care este în general considerat un mod transparent, filtre de lumina soarelui care cade pe Pământ. fotoni foarte mare de energie (în regiunea ultraviolet) și foarte redus de energie (infraroșu) sunt reținute, iar fotonii de energie medie (regiune intermediară a spectrului) sunt omise.
apa de ocean conține de asemenea molecule de gaz dizolvate din aer. Aceste gaze pot fi îndepărtate prin fierbere, dar și alte substanțe dizolvate astfel rămâne. Dacă apa depășind 1 kg ocean, acesta astfel, vor fi colectate pe 967g medie a apei, și să rămână în 33g balon de distilare solide (în principal săruri). Astfel, putem spune că 3,3% în greutate săruri dizolvate de apă ocean sus. Apa de ocean element de 40 detectat, dar jumătate dintre ele sunt prezente în concentrații foarte mici - mai mică de 1 g la 1 milion de kilograme de apă ..
Tabelul 2 prezintă exemple de concentrația (mol per 1 kg de apă ocean), apă și ionii prezenți în cele mai mari cantități.
Tabelul 2: Compoziția medie a apei oceanice.
Din tabel reiese clar că în apa oceanului cu ioni de sodiu este mai mic decât ionii de clor; conține alți ioni pozitivi și - ioni de magneziu, calciu și potasiu. Apa oceanului sunt de asemenea incarcate negativ ioni - ionii sulfat și ioni de brom. Prin urmare, apa de ocean - nu este doar o soluție de clorură de sodiu. In plus, ionii de potasiu din apa oceanului este mult mai mică decât ionii de sodiu (Na / K = 46), în timp ce crusta ionilor de potasiu a conținut o mulțime (Na / K = 2).
Straturile exterioare ale litosferei disponibile pentru studiul direct, astfel cunoștințele noastre despre această parte a scoarța terestră suficient de extinsă. Pe straturile interioare ale litosferei, nu știm aproape nimic, chiar dacă acestea reprezintă aproape 99,5% din masa totală a Pământului.
Straturile interioare ale litosferei. Straturile interioare ale litosferei pot fi studiate numai cu ajutorul studiului seismic. Undele de șoc provocate de un cutremur, sunt distribuite în interiorul Pământului, la o dependentă de proprietățile elastice și densitatea de roci, care sunt întâlnite în calea ratei. Știind că seismologists poate identifica prezența zonelor litosferice cu proprietăți diferite. Stratul exterior sau mantaua Pământului, extinzându-se la o adâncime de peste 3000 km și, deoarece ei presupun, de obicei, este în stare solidă. Densitatea solidului a fost de aproximativ 3 g / cm aproape de suprafață și crește până la aproximativ 5 g / cm în mantaua inferioară. Această creștere a densității, datorită unei creșteri a presiunii în adâncimi ale Pământului. Presiunea la adâncimea de peste 3000 km este de aproximativ 1 Mill. Atm, adică De 2-3 ori mai mare decât presiunea maximă atinsă în experimentele de laborator statice.
Partea interioară a litosferei este numit kernel-ul. Presiunea în acesta trebuie să fie chiar mai mare, iar densitatea unei substanțe în apropierea centrului pământului poate ajunge la 18 g / cm. Poate că nucleul Pământului este parțial în stare lichidă, dar nu este încă dovedită.
Mantale Pământul este format aparent diferit de silicați. Densitate, compresibilitatea și duritatea formarea mantalei, rezultată coincide seismic cu silicații valorile corespunzătoare materialului. Multă vreme sa crezut că miezul Pământului constă în principal din fier, compoziția care a fost confirmată de meteoriți. Meteoritii - un corp solid care cade pe Pământ prin atmosfera din spațiu. Este posibil ca acestea sunt fragmente de planete care seamănă cu Pământul. Prin urmare, compoziția meteoriților va fi de a determina natura straturilor interioare ale litosferei. Conform ipotezelor actuale, miezul Pământului nu este făcută din fier, și a rocii de densitate mare, dar nu a fost încă dovedită în mod concludent.
Se presupune că temperatura în apropierea centrului de ordinul a câteva mii de grade Pământului. La această temperatură pe suprafața pământului toate pietrele ar topi, dar presiunea este foarte mare în straturile interioare ale Pământului, este probabil ca miezul Pământului este solid.
scoarța terestră. Cele mai comune elemente din scoarța terestră - oxigen și siliciu. Tabelul 3 arată că atât conturile de oxigen pentru aproape 60%, în timp ce proporția de siliciu - 20% din toți atomii care alcătuiesc scoarța terestră.
Tabelul 3: Prevalența elementelor în scoarța Pământului.
a treia prevalenta apei oceanului (peste aluminiu) ocupă hidrogen. Conform conținutului elementelor în miez la locul al doilea este fierul - al treilea siliciu, iar al patrulea magneziu. Ea are propria ordinea elementelor privind prevalența în diferite părți ale Pământului. Cu toate acestea sunt elemente cu un număr mic atomice cele mai frecvente - și 26 de mai jos. Ponderea tuturor celorlalte elemente (după fier) au mai puțin de 0,2 în greutate. % Din scoarța terestră.
În viața de zi cu zi, de multe ori ne interesează disponibilitatea elementelor, mai degrabă decât abundența lor în scoarța terestră. Aerul este în mod constant în jurul nostru și sunt disponibile în mod egal tuturor. Alimentarea cu apă are limite mari. În unele zone ale apei Pământului este disponibil din abundență, alte zone afectate de lipsa acesteia. Chiar și în zonele cu precipitații abundente debitul de apă poate crește într-o asemenea măsură încât rezervele sale vor diminuează treptat. Ca creșterea populației lumii în consumul de apă crește și mai mult, și a resurselor naturale de apă trebuie să-și petreacă cu pricepere.
Stocurile de multe metale, cunoscut inca din antichitate - cupru, argint, aur, staniu și plumb - destul de limitat. Anterior, oamenii minat de cupru, argint și aur în stare nativă. Și aceste trei metale pot fi realizate prin operații chimice simple, de asemenea, extrage din minereuri lor. Pe de altă parte, aluminiu și titan, cu toate că acestea sunt elemente comune, este mult mai dificil de obținut din minereuri lor. Fluorul este distribuit în natură mai mult de clor, dar clorul și compușii săi sunt mult mai frecvente - acestea sunt mai ușor de obținut și de utilizare. Cu toate acestea, odată cu epuizarea cele mai bogate surse ale elementelor care sunt utilizate pe scară largă în prezent mai mult și mai multă atenție va atrage acele elemente care nu sunt încă utilizate pe scară largă.
În timpurile geologice prin topirea proceselor, cristalizarea, dizolvarea și depunerea diferitelor elemente au fost concentrate în domenii individuale, unde formează un compus stabil. Acești compuși sunt numite minerale. Multe minerale din compoziția corespund compușilor obținuți în laborator, dar cele mai multe dintre ele nu sunt foarte curate. Astfel, depozite mari de sare (clorură de sodiu), s-au format în acele cazuri, în locul fostelor mări atunci când depozitele de sare au fost protejate de acțiunea apei de curățat. Oceanele este o sursă inepuizabilă de clorură de sodiu. Depozite de săruri de potasiu format un mod cu totul diferit. Multe metale se găsesc în natură sub formă de sulfură (PbS, MoS2 ZnS), metally- altele ca oxizi (Fe2 O3. MnO2). Cunoscute mari depozite carbonat (ZnCO3, CaCO3) și sulfat (BaSO4) a unor metale. Minerale care sunt prezente în astfel de concentrații mari, care pot conduce dezvoltarea lor comerciale, numite minereuri.
Air pentru noi este disponibil numai, noi nu credem oxigenul una dintre cele mai importante produse chimice. De exemplu, folosim gaz natural (în principal metan) drept combustibil, ardere în aer. Dacă metan în aer în cantități mari, iar oxigenul s-ar fi întâlnit atât de rar, încât ar fi necesar să se producă în mod specific, oxigenul va fi considerat un „combustibil“. În ambele cazuri, cantitatea de căldură generată este determinată de ecuația
CH4 (r) + 202 (r) - CO2 (r) + 2H2O (r) + 213 Kcal (3)
În ciuda disponibilității generale a cantități nelimitate de oxigen în aer, cantități mari de oxigen pur, sunt obținute în scopuri industriale și medicale. În fiecare an de miliarde de metri cubi de oxigen se obține prin separarea ei de azot prin distilare fracționată.
# 9; minereuri, care includ azot, sunt relativ rare. Cel mai comun mineral - azotat de sodiu NaNO3. depozite mari de care sunt situate în Chile. În prezent, avem compuși conținând azot, folosind azotul din aer. Astfel, sursa de aer cel mai bogat de oxigen și azota- două elemente având extrem de mare importanță.