Софронова Наталья, ученица 8в класса гимназии №3 г
| Вид материала | Документы |
- Проекта, 43.2kb.
- Государственной Думы Федерального Собрания Российской Федерации шестого созыва были, 21.81kb.
- 3 место ученица 3 класса Скуратова с победителем олимпиады признана ученица 9 класса, 8.62kb.
- Итоги ХХ конференции старшеклассников «Юность. Наука. Культура», 39.15kb.
- Постоева Елизавета Владимировна, ученица 3 класса моу сош №117 Красноармейского района, 208.92kb.
- Петрова Светлана, ученица 9 класса моу «Тузисярмусская оош», 6.43kb.
- Девятова Анастасия ученица 11 класса моу украинская сош «Образовательный Центр», 33.74kb.
- Жеребцова Кристина, ученица 6 класса, участвовала, 6.03kb.
- Поиск богородичные иконы в омских храмах березовская Мария, Ученица 9 е класса гимназии, 139.6kb.
- Сценарий вечера «Владимир Высоцкий. Прерванный полет», 80kb.
Софронова Наталья, ученица 8в класса гимназии №3 г. Белгорода
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ
Распределение элементов в космосе
Мы живем на планете Земля, которая обращается вокруг Солнца: без этого светила жизнь на Земле была бы невозможна. Всего у Солнца 9 больших планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.
Меркурий и Венера ближе к Солнцу, чем Земля, поэтому их называют внутренними планетами, а те, что находятся за Землей – внешними.
Учеными второй половины XVII века был высказан принцип огромного научного значения – мысль о единстве материального состава и природных сил во всем космосе.
В вечном круговороте движутся атомы химических элементов, наполняя видимую область космоса мириадами звезд и рассеянными межзвездным веществом. Видимая застывшей, величественная картина звездного неба отражает лишь одно мгновение в жизни Вселенной. Но ни на одну секунду не останавливаются газовые вихри звездных атмосфер, рассеивающие атомы межгалактического пространства. С громадной скоростью движутся потоки космических лучей, в мощных взрывах громадных космических систем рождаются новые атомы Вселенной.
Ряд причин определяет химический состав космических тел. Из них первостепенное значение имеют следующие:
- процессы рождения и преобразования атомов;
- процессы распределения уже готовых атомов под влиянием таких космических причин, как тяготение, световое давление, действие электромагнитных пролей;
- перераспределение групп атомов, электронов, молекул согласно законам физико-химического равновесия.
Основными источниками сведений о распространении химических элементов в Солнечной системе и ближайшей окрестности Галактики служат данные о составе Солнца и звезд, полученные с помощью спектрального анализа, данных химических анализов, проведенных в лабораториях по горным породам Земли, Луны и метеоритов.
Главные особенности распространения химических элементов в космосе определяется ядерными свойствами их атомов, из которых ведущее значение имеют заряд ядра, число нейтронов, связанная с ними четность и наличие заполненных ядер оболочек.
Наиболее известно и изучено вещество Солнечной системы, в которую входит наша планета. Главная масса вещества всей системы сосредоточена в самом Солнце, которое представляет собой раскаленную водородно-гелевую газовую сферу.
Если подойти к составу вещества Солнечной системы с точки зрения самих общих свойств элементов, то его можно разделить на две части: летучую и нелетучую.
К летучей относятся газы, такие, как Н2, N2, CH4, CO2, H2O, а также все инертные газы и галоиды F2, Cl2,, Br2, I2.
К летучим относятся большинство химических элементов таблицы Д.И. Менделеева как в состоянии свободных атомов, так в виде простейших природных соединений – окислов, сульфидов, силикатов. Наиболее распространенные элементы Солнечной системы, которые в виде простых веществ или простейших соединений не являются летучими, представлены: Si – кремнием, Fe – железом, Mg – магнием, Ca – кальцием, Al – алюминием, Ti – титаном, Vi – никелем. Причем соотношения этих элементов на Солнце близки к состояниям в других химически изученных телах Солнечной системы. Исследованный непосредственно в лабораториях химический состав материала земных пород, метеоритов и Луны показывает, что эти образования состоят в основном из одних и тех же химических элементов. В этом можно убедиться по данным таблицы.
^ Химический состав земной коры и метеоритов
(в весовых %)
| Элемент | Земная кора | Лунная кора | Метеориты (в среднем) |
| O – кислород | 46,6 | 42,0 | 33,0 |
| Si – кремний | 27,7 | 21,0 | 17,0 |
| Al – алюминий | 8 13 | 4,8 | 1,1 |
| Fe – железо | 5,00 | 13,0 | 28,6 |
| Mg – магний | 2,09 | 4,8 | 13,8 |
| Ca – кальций | 3,63 | 6,8 | 1,39 |
| Na –натрий | 2,83 | 0,44 | 0,68 |
| K – калий | 2,59 | 0,17 | 0,10 |
| Ti – титан | 0,44 | 6,0 | 0,08 |
| Ni – никель | 0,006 | 0,02 | 1,68 |
Это свидетельствует о генетическом единстве вещества Солнечной системы.
^ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ
ЭЛЕМЕНТОВ В ПЛАНЕТАХ
Планеты представляют собой космические скопления веществ, способного к многочисленным химическим реакциям. У большинства изученных планет наблюдается общая тенденция распределения химических элементов от периферии к центру – в виде оболочек различного состава. Газовые оболочки составляют атмосферы планет, в случае пребывания воды в жидком состоянии образуется гидросфера – водная жидкая оболочка, самые верхние – твердые – оболочки планет, насколько это известно по данным о Земле и Луне, сложены алюмосиликатными породами, мощные глубинные оболочки представлены различными соединениями кремния, а центральные ядра планет, по-видимому, состоят из металлических фаз с примесью некоторых других элементов. В общем и целом распределение элементов по отдельным зонам планет определяется химическими свойствами самих элементов, полем силы тяжести и термодинамическими условиями, в которых пребывала данная планета от момента своего рождения до настоящего времени.
Все же наши знания о составе планет довольно ограничены. Планеты – тела холодные, поэтому спектральный анализ, давший нам столь обильную информацию о составе звезд, относительно состава сообщил нам очень мало.
Солнце – настоящий гигант! Это колоссальный раскаленный шар из водорода - 70 % и гелия – 28 % с примесью других элементов. В нем непрерывно идут реакции ядерного синтеза, дающие энергию в виде света и тепла. Солнце руководит движением всех членов семейства. Если сложить вместе все планеты, спутники, астероиды и кометы Солнечной системы, это груда все равно окажется в 750 раз легче Солнца.
Меркурий – ближайшая к Солнцу планета высокой плотности. В составе атмосферы обнаружено небольшое количество водорода, гелия и кислорода, присутствуют и некоторые инертные газы, например аргон и неон. Период собственного вращения равен периоду обращения вокруг Солнца. Поэтому планета оказывается повернутой в сторону Солнца все время одним полушарием. На освещенной стороне Меркурия температура достигает + 420 градусов С днем, до – 200 градусов С ночью. На неосвещенной стороне большинство газов должно замерзать, а на освещенной стороне молекулы газов должны приобретать тепловые скорости, превышающие скорость улетучивания с поверхности планеты. Плотность Меркурия значительно выше плотности Марса, поэтому он должен содержать относительно повышенную пропорцию тяжелых веществ – вероятно, металлов.
Венера – по своим размерам и плотности наиболее близкая сестра Земли. Венера окутана пеленой густых облаков, хорошо отражающих солнечный свет. Атмосфера была обнаружена еще М.В. Ломоносовым. Исследованиями установлено, что атмосфера планеты состоит на 93-97 % из СО2, обнаружено также присутствие О2, N2, Н2О. Содержание азота вместе с инертными газами достигает 2-5 %, а количество кислорода не превышает 0,4 %. Углекислый газ и водяной пар создают в атмосфере Венеры парниковый эффект, приводящий к сильному разогреванию поверхности планеты, температура достигает около + 500 градусов С. Наиболее вероятным источником азота на Венере, может быть вулканического происхождения. В условиях обилия СО2 хлорид аммония превращается в карбонат аммония. При окислении же аммиака образуется свободный азот.
Образование небольших количеств свободного кислорода на Венере происходит при разложении молекул воды под действием солнечной радиации. Другой продукт разложения – водород – легко теряется верхними слоями атмосферы. Вследствие этого процесса происходит потеря воды, и Венера медленно высыхает.
Огромное количество СО2 в атмосфере создают парниковый эффект, вследствие которого у поверхности господствуют высокие температуры, т.е., вероятно, вся вода испаряется в атмосферу.
По своим размерам и средней плотности Венера близка к Земле, и в ее глубоких недрах не исключено присутствие металлического ядра, возникшего в результате химической дифференциации.
Земля – самая большая из внутренних планет и в то же время обладает наиболее крупным спутником – Луной, масса которой составляет 1/81 массы самой Земли. Согласно современным космогоническим представлениям, Земля образовалась 4,5 млрд. лет назад путем гравитационной конденсации из рассеянного в околосолнечном пространстве газопылевого вещества, содержащего все известные в природе химические элементы. Большую часть поверхности земли занимает Мировой океан – 361 млн. км или 71 %, суша составляет 149 млн. км или 29 %.
Одно из особенности Земли как планеты ее магнитное поле. Наша планета окружена обширной атмосферой. По своему составу азотно-кислородная атмосфера Земли отражает существование биосферы, коренным образом изменившей баланс газов в верхней оболочке планеты по сравнению с другими планетами, лишенными жизни. Химический состав атмосферы Земли (в объемных %) представляется в следующем виде:
N2 азот –78, 084;
O2 кислород – 20,946;
CO2 углекислота – 0, 033;
Ar аргон – 0, 934;
H2O вода – переменное содержание.
Кислород атмосферы Земля является продуктом фотосинтеза, который происходит в зеленых растениях Мирового океана и суши. При этом основными питательными веществами растений является вода (Н2О) и углекислота (СО2 ). Реакцию фотосинтеза в сокращенном виде можно записать следующим образом : Н2О + СО2 – СН2 О + О2.
Химическая природа отдельных оболочек соответствует химически дифференцированному земному шару, который разделен на две основные части – мощную силикатно-окисную твердую мантию и жидкое металлическое в основном ядро, занимающее 1/3 массы всей планеты.
По современным оценкам геохимиков, наш земной шар характеризуется следующим элементарным составом (в весовых %):
Железо – 35,39;
Кислород – 27,79;
Кремний – 12,64;
Магний – 17,00;
Никель – 2,07;
Сера – 2,74;
Кальций – 0,61;
Алюминий – 0,44;
Натрий – 0,14;
Хром – 0,01;
Кобальт – 0,20;
Фосфор – 0,03;
Калий – 0,07;
Титан – 0,04.
По этим данным можно судить, что Земля сложена из немногих элементов начала периодической системы Д.И. Менделеева, но в целом повторяет особенности распространения химических элементов в космических системах.
Марс наиболее удален от Солнца и обладает наиболее низкой средней плотностью. Отражательная способность Марса невелика (16 %), однако выше, чем у Меркурия и Луны, что свидетельствует о более светлом материале, из которого сложена его поверхность. Марс наполовину состоит из окислов железа: планета словно бы проржавела. Мелкая пыль на ее поверхности – гидроксид железа, который придает розоватый оттенок. Зимой на Марсе мороз - 120 градусов С, летом температура + 5 градусов С. Жидкой воды нет. На нем имеется весьма разреженная атмосфера, довольно прозрачная, позволяющая производить наблюдения его поверхности. В атмосфере Марса обнаружена углекислота. В полярной области Марса периодически возникает белое пятно. Исследования показали, что полярные шапки Марса состоят не из углекислоты, а из замороженной воды в виде снега или инея.
Юпитер – пятая по расстоянию от солнца и самая большая планета Солнечной системы. У Юпитера нет твердой поверхности, а Красное пятно имеет вихревую структуру и вращается как циклон – это чистое атмосферное явление. Атмосфера состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака. В атмосфере Юпитера есть и другие химические элементы в виде простых соединений: метан, аммиак, вода, гидросульфит аммония.
Сатурн – вторая по величине среди планет Солнечной системе. Имеет очень низкую среднюю плотностью, планета состоит главным образом из водорода и гелия. Температура поверхности облаков на Сатурне близка к температуре плавления метана – 184 градусов С, из твердых частичек которого скорее всего состоит облачный слой планеты. Сатурн окружен кольцами. Плотная система колец опоясывает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с поверхностью.
Уран – седьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. Уран имеет горячее ядро из металлов и силикатов, но, в отличие от остальных, своего тепла оно не выделяет. В его атмосфере довольно много водяного пара. Температура на Уране точнее, на видимой поверхности облаков – около - 215 градусов С. В таких условиях газы замерзают
Нептун – восьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. В центре Нептуна, согласно расчетам имеется тяжело ядро из силикатов, металлов и других элементов. Планета главным образом состоит из водорода и гелия с примесью соединений других химических элементов. Хотя температура верхних слоев атмосферы Нептуна более чем леденящая – 210 градусов С, она была бы еще ниже, не выделяй он 2,7 раза больше энергии, чем получает от солнца.
Плутон – наиболее удален от Солнца. Его холодная поверхность слабо освещена Солнцем. Вся планета покрыта слоем метанового льда толщиной в несколько километров, а под ним, вероятно, лежит слой обычного водяного льда. В зимний период температура опускается до – 240 градусов С. Летом у Плутона образуется разреженная газовая оболочка и состоит она из метана, аргона и азота. Плутон окрашен в голубой цвет. Плутон имеет твердое каменное ядро которое окружено прочным ледяным панцирем.
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ планет
^ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ
Разные планеты земного шара имеют разный химический состав. Так, Меркурий, Венера и Земля сложены из более плотного материала, чем Марс и Луна. Различие состава внутренних планет, по всей вероятности, определяется различным соотношением силикатного и металлического материала. Более плотные планеты содержат больше металлического железа, менее плотные – меньше.
По составу, строению и размерам внешние планеты Солнечной системы резко отличаются от внутренних планет земной группы. В краевых частях Солнечной системы вокруг Солнца движутся гигантские планеты – Юпитер, Сатурн и Нептун. На поверхности этих планет господствуют очень низкие температуры, способствующие конденсации некоторых газов. Все внешние планеты окутаны мощными атмосферами, которые, состоят главным образом из водорода и его соединений с другими распространенными элементами (СН4, NН3), а также из Не. Огромное количество и состав этих газов свидетельствует о родстве вещества больших планет с веществом Солнца. По всей вероятности,
крупные планеты возникли при сгущении непосредственно солнечного вещества, без существенной дифференциации и фракционирования. Газы больших планет – первичного космического происхождения в отличие от газов планет внутренней группы, которые имеют атмосферы вторичного происхождения, обусловленные процессами, протекающими в самих планетах.
Все гигантские планеты имеют спутники, преимущественно твердые, в большинстве своем лишенные атмосфер и по природе близкие к внутренним планетам. Многие газы на больших планетах превращаются в твердые системы.
Таким образом, гигантские внешние планеты Солнечной системы по своему составу во многом близки к составу Солнца. Они сложены преимущественно из легких летучих компонентов: Н2, Не, СН2, NН2, Н2О. Сохранность этих веществ в составе больших планет, а также низкими температурами внешних краевых областей солнечной туманности, от которой они произошли.
Современный химический состав планет и их оболочек – результат процесса образования Солнечной системы. Важнейшие выводы вытекающие из последних достижений науки, заключаются в следующем:
- планеты Солнечной системы возникли из того же вещества, что и Солнце. Различие состава отдельных тел Солнечной системы связано с позднейшими процессами перераспределения химических элементов,
- исходный материал для построения планет Солнечной системы был первоначально представлен разоблаченными и ионизированными атомами. Это был в основном звездный газ, и только впоследствии (при его охлаждении) возникли молекулы, жидкие капли, твердые тела (частицы),
- различие плотности планет Солнечной системы отражает различие их состава. Ближайшие к Солнцу планеты содержат повышенное количество металлического железа и меньшую долю силикатов. Далекие от Солнца гигантские планеты состоят преимущественно из наиболее легких веществ – космических газов. Это указывает на фракционирование первичного материала: вблизи Солнца сохранились преимущественно тугоплавкие вещества, а вдали от него – менее тугоплавкие.
Наиболее сложный путь химической эволюции выдержала наша планета – Земля. Химические реакции на поверхности ее привели к образованию сложных высокомолекулярных соединений углерода, которые создали основу жизни. Возникновение жизни на Земле и процессов фотосинтеза изменило состав первичной атмосферы нашей планеты до неузнаваемости. Углекислая восстановительная атмосфера Земли превратилась в азотно-кислородную, что отличает ее от атмосферы других планет Солнечной системы.
^ ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ
Распределение элементов в космосе
Мы живем на планете Земля, которая обращается вокруг Солнца: без этого светила жизнь на Земле была бы невозможна. Всего у Солнца 9 больших планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.
Меркурий и Венера ближе к Солнцу, чем Земля, поэтому их называют внутренними планетами, а те, что находятся за Землей – внешними.
Учеными второй половины XVII века был высказан принцип огромного научного значения – мысль о единстве материального состава и природных сил во всем космосе.
В вечном круговороте движутся атомы химических элементов, наполняя видимую область космоса мириадами звезд и рассеянными межзвездным веществом. Видимая застывшей, величественная картина звездного неба отражает лишь одно мгновение в жизни Вселенной. Но ни на одну секунду не останавливаются газовые вихри звездных атмосфер, рассеивающие атомы межгалактического пространства. С громадной скоростью движутся потоки космических лучей, в мощных взрывах громадных космических систем рождаются новые атомы Вселенной.
Ряд причин определяет химический состав космических тел. Из них первостепенное значение имеют следующие:
- процессы рождения и преобразования атомов;
- процессы распределения уже готовых атомов под влиянием таких космических причин, как тяготение, световое давление, действие электромагнитных пролей;
- перераспределение групп атомов, электронов, молекул согласно законам физико-химического равновесия.
Основными источниками сведений о распространении химических элементов в Солнечной системе и ближайшей окрестности Галактики служат данные о составе Солнца и звезд, полученные с помощью спектрального анализа, данных химических анализов, проведенных в лабораториях по горным породам Земли, Луны и метеоритов.
Главные особенности распространения химических элементов в космосе определяется ядерными свойствами их атомов, из которых ведущее значение имеют заряд ядра, число нейтронов, связанная с ними четность и наличие заполненных ядер оболочек.
Наиболее известно и изучено вещество Солнечной системы, в которую входит наша планета. Главная масса вещества всей системы сосредоточена в самом Солнце, которое представляет собой раскаленную водородно-гелевую газовую сферу.
Если подойти к составу вещества Солнечной системы с точки зрения самих общих свойств элементов, то его можно разделить на две части: летучую и нелетучую.
К летучей относятся газы, такие, как Н2, N2, CH4, CO2, H2O, а также все инертные газы и галоиды F2, Cl2,, Br2, I2.
К летучим относятся большинство химических элементов таблицы Д.И. Менделеева как в состоянии свободных атомов, так в виде простейших природных соединений – окислов, сульфидов, силикатов. Наиболее распространенные элементы Солнечной системы, которые в виде простых веществ или простейших соединений не являются летучими, представлены: Si – кремнием, Fe – железом, Mg – магнием, Ca – кальцием, Al – алюминием, Ti – титаном, Vi – никелем. Причем соотношения этих элементов на Солнце близки к состояниям в других химически изученных телах Солнечной системы. Исследованный непосредственно в лабораториях химический состав материала земных пород, метеоритов и Луны показывает, что эти образования состоят в основном из одних и тех же химических элементов. В этом можно убедиться по данным таблицы.
^ Химический состав земной коры и метеоритов
(в весовых %)
| Элемент | Земная кора | Лунная кора | Метеориты (в среднем) |
| O – кислород | 46,6 | 42,0 | 33,0 |
| Si – кремний | 27,7 | 21,0 | 17,0 |
| Al – алюминий | 8 13 | 4,8 | 1,1 |
| Fe – железо | 5,00 | 13,0 | 28,6 |
| Mg – магний | 2,09 | 4,8 | 13,8 |
| Ca – кальций | 3,63 | 6,8 | 1,39 |
| Na –натрий | 2,83 | 0,44 | 0,68 |
| K – калий | 2,59 | 0,17 | 0,10 |
| Ti – титан | 0,44 | 6,0 | 0,08 |
| Ni – никель | 0,006 | 0,02 | 1,68 |
Это свидетельствует о генетическом единстве вещества Солнечной системы.
^ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ
ЭЛЕМЕНТОВ В ПЛАНЕТАХ
Планеты представляют собой космические скопления веществ, способного к многочисленным химическим реакциям. У большинства изученных планет наблюдается общая тенденция распределения химических элементов от периферии к центру – в виде оболочек различного состава. Газовые оболочки составляют атмосферы планет, в случае пребывания воды в жидком состоянии образуется гидросфера – водная жидкая оболочка, самые верхние – твердые – оболочки планет, насколько это известно по данным о Земле и Луне, сложены алюмосиликатными породами, мощные глубинные оболочки представлены различными соединениями кремния, а центральные ядра планет, по-видимому, состоят из металлических фаз с примесью некоторых других элементов. В общем и целом распределение элементов по отдельным зонам планет определяется химическими свойствами самих элементов, полем силы тяжести и термодинамическими условиями, в которых пребывала данная планета от момента своего рождения до настоящего времени.
Все же наши знания о составе планет довольно ограничены. Планеты – тела холодные, поэтому спектральный анализ, давший нам столь обильную информацию о составе звезд, относительно состава сообщил нам очень мало.
Солнце – настоящий гигант! Это колоссальный раскаленный шар из водорода - 70 % и гелия – 28 % с примесью других элементов. В нем непрерывно идут реакции ядерного синтеза, дающие энергию в виде света и тепла. Солнце руководит движением всех членов семейства. Если сложить вместе все планеты, спутники, астероиды и кометы Солнечной системы, это груда все равно окажется в 750 раз легче Солнца.
Меркурий – ближайшая к Солнцу планета высокой плотности. В составе атмосферы обнаружено небольшое количество водорода, гелия и кислорода, присутствуют и некоторые инертные газы, например аргон и неон. Период собственного вращения равен периоду обращения вокруг Солнца. Поэтому планета оказывается повернутой в сторону Солнца все время одним полушарием. На освещенной стороне Меркурия температура достигает + 420 градусов С днем, до – 200 градусов С ночью. На неосвещенной стороне большинство газов должно замерзать, а на освещенной стороне молекулы газов должны приобретать тепловые скорости, превышающие скорость улетучивания с поверхности планеты. Плотность Меркурия значительно выше плотности Марса, поэтому он должен содержать относительно повышенную пропорцию тяжелых веществ – вероятно, металлов.
Венера – по своим размерам и плотности наиболее близкая сестра Земли. Венера окутана пеленой густых облаков, хорошо отражающих солнечный свет. Атмосфера была обнаружена еще М.В. Ломоносовым. Исследованиями установлено, что атмосфера планеты состоит на 93-97 % из СО2, обнаружено также присутствие О2, N2, Н2О. Содержание азота вместе с инертными газами достигает 2-5 %, а количество кислорода не превышает 0,4 %. Углекислый газ и водяной пар создают в атмосфере Венеры парниковый эффект, приводящий к сильному разогреванию поверхности планеты, температура достигает около + 500 градусов С. Наиболее вероятным источником азота на Венере, может быть вулканического происхождения. В условиях обилия СО2 хлорид аммония превращается в карбонат аммония. При окислении же аммиака образуется свободный азот.
Образование небольших количеств свободного кислорода на Венере происходит при разложении молекул воды под действием солнечной радиации. Другой продукт разложения – водород – легко теряется верхними слоями атмосферы. Вследствие этого процесса происходит потеря воды, и Венера медленно высыхает.
Огромное количество СО2 в атмосфере создают парниковый эффект, вследствие которого у поверхности господствуют высокие температуры, т.е., вероятно, вся вода испаряется в атмосферу.
По своим размерам и средней плотности Венера близка к Земле, и в ее глубоких недрах не исключено присутствие металлического ядра, возникшего в результате химической дифференциации.
Земля – самая большая из внутренних планет и в то же время обладает наиболее крупным спутником – Луной, масса которой составляет 1/81 массы самой Земли. Согласно современным космогоническим представлениям, Земля образовалась 4,5 млрд. лет назад путем гравитационной конденсации из рассеянного в околосолнечном пространстве газопылевого вещества, содержащего все известные в природе химические элементы. Большую часть поверхности земли занимает Мировой океан – 361 млн. км или 71 %, суша составляет 149 млн. км или 29 %.
Одно из особенности Земли как планеты ее магнитное поле. Наша планета окружена обширной атмосферой. По своему составу азотно-кислородная атмосфера Земли отражает существование биосферы, коренным образом изменившей баланс газов в верхней оболочке планеты по сравнению с другими планетами, лишенными жизни. Химический состав атмосферы Земли (в объемных %) представляется в следующем виде:
N2 азот –78, 084;
O2 кислород – 20,946;
CO2 углекислота – 0, 033;
Ar аргон – 0, 934;
H2O вода – переменное содержание.
Кислород атмосферы Земля является продуктом фотосинтеза, который происходит в зеленых растениях Мирового океана и суши. При этом основными питательными веществами растений является вода (Н2О) и углекислота (СО2 ). Реакцию фотосинтеза в сокращенном виде можно записать следующим образом : Н2О + СО2 – СН2 О + О2.
Химическая природа отдельных оболочек соответствует химически дифференцированному земному шару, который разделен на две основные части – мощную силикатно-окисную твердую мантию и жидкое металлическое в основном ядро, занимающее 1/3 массы всей планеты.
По современным оценкам геохимиков, наш земной шар характеризуется следующим элементарным составом (в весовых %):
Железо – 35,39;
Кислород – 27,79;
Кремний – 12,64;
Магний – 17,00;
Никель – 2,07;
Сера – 2,74;
Кальций – 0,61;
Алюминий – 0,44;
Натрий – 0,14;
Хром – 0,01;
Кобальт – 0,20;
Фосфор – 0,03;
Калий – 0,07;
Титан – 0,04.
По этим данным можно судить, что Земля сложена из немногих элементов начала периодической системы Д.И. Менделеева, но в целом повторяет особенности распространения химических элементов в космических системах.
Марс наиболее удален от Солнца и обладает наиболее низкой средней плотностью. Отражательная способность Марса невелика (16 %), однако выше, чем у Меркурия и Луны, что свидетельствует о более светлом материале, из которого сложена его поверхность. Марс наполовину состоит из окислов железа: планета словно бы проржавела. Мелкая пыль на ее поверхности – гидроксид железа, который придает розоватый оттенок. Зимой на Марсе мороз - 120 градусов С, летом температура + 5 градусов С. Жидкой воды нет. На нем имеется весьма разреженная атмосфера, довольно прозрачная, позволяющая производить наблюдения его поверхности. В атмосфере Марса обнаружена углекислота. В полярной области Марса периодически возникает белое пятно. Исследования показали, что полярные шапки Марса состоят не из углекислоты, а из замороженной воды в виде снега или инея.
Юпитер – пятая по расстоянию от солнца и самая большая планета Солнечной системы. У Юпитера нет твердой поверхности, а Красное пятно имеет вихревую структуру и вращается как циклон – это чистое атмосферное явление. Атмосфера состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака. В атмосфере Юпитера есть и другие химические элементы в виде простых соединений: метан, аммиак, вода, гидросульфит аммония.
Сатурн – вторая по величине среди планет Солнечной системе. Имеет очень низкую среднюю плотностью, планета состоит главным образом из водорода и гелия. Температура поверхности облаков на Сатурне близка к температуре плавления метана – 184 градусов С, из твердых частичек которого скорее всего состоит облачный слой планеты. Сатурн окружен кольцами. Плотная система колец опоясывает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с поверхностью.
Уран – седьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. Уран имеет горячее ядро из металлов и силикатов, но, в отличие от остальных, своего тепла оно не выделяет. В его атмосфере довольно много водяного пара. Температура на Уране точнее, на видимой поверхности облаков – около - 215 градусов С. В таких условиях газы замерзают
Нептун – восьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. В центре Нептуна, согласно расчетам имеется тяжело ядро из силикатов, металлов и других элементов. Планета главным образом состоит из водорода и гелия с примесью соединений других химических элементов. Хотя температура верхних слоев атмосферы Нептуна более чем леденящая – 210 градусов С, она была бы еще ниже, не выделяй он 2,7 раза больше энергии, чем получает от солнца.
Плутон – наиболее удален от Солнца. Его холодная поверхность слабо освещена Солнцем. Вся планета покрыта слоем метанового льда толщиной в несколько километров, а под ним, вероятно, лежит слой обычного водяного льда. В зимний период температура опускается до – 240 градусов С. Летом у Плутона образуется разреженная газовая оболочка и состоит она из метана, аргона и азота. Плутон окрашен в голубой цвет. Плутон имеет твердое каменное ядро которое окружено прочным ледяным панцирем.
ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ планет
^ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ
Разные планеты земного шара имеют разный химический состав. Так, Меркурий, Венера и Земля сложены из более плотного материала, чем Марс и Луна. Различие состава внутренних планет, по всей вероятности, определяется различным соотношением силикатного и металлического материала. Более плотные планеты содержат больше металлического железа, менее плотные – меньше.
По составу, строению и размерам внешние планеты Солнечной системы резко отличаются от внутренних планет земной группы. В краевых частях Солнечной системы вокруг Солнца движутся гигантские планеты – Юпитер, Сатурн и Нептун. На поверхности этих планет господствуют очень низкие температуры, способствующие конденсации некоторых газов. Все внешние планеты окутаны мощными атмосферами, которые, состоят главным образом из водорода и его соединений с другими распространенными элементами (СН4, NН3), а также из Не. Огромное количество и состав этих газов свидетельствует о родстве вещества больших планет с веществом Солнца. По всей вероятности,
крупные планеты возникли при сгущении непосредственно солнечного вещества, без существенной дифференциации и фракционирования. Газы больших планет – первичного космического происхождения в отличие от газов планет внутренней группы, которые имеют атмосферы вторичного происхождения, обусловленные процессами, протекающими в самих планетах.
Все гигантские планеты имеют спутники, преимущественно твердые, в большинстве своем лишенные атмосфер и по природе близкие к внутренним планетам. Многие газы на больших планетах превращаются в твердые системы.
Таким образом, гигантские внешние планеты Солнечной системы по своему составу во многом близки к составу Солнца. Они сложены преимущественно из легких летучих компонентов: Н2, Не, СН2, NН2, Н2О. Сохранность этих веществ в составе больших планет, а также низкими температурами внешних краевых областей солнечной туманности, от которой они произошли.
Современный химический состав планет и их оболочек – результат процесса образования Солнечной системы. Важнейшие выводы вытекающие из последних достижений науки, заключаются в следующем:
- планеты Солнечной системы возникли из того же вещества, что и Солнце. Различие состава отдельных тел Солнечной системы связано с позднейшими процессами перераспределения химических элементов,
- исходный материал для построения планет Солнечной системы был первоначально представлен разоблаченными и ионизированными атомами. Это был в основном звездный газ, и только впоследствии (при его охлаждении) возникли молекулы, жидкие капли, твердые тела (частицы),
- различие плотности планет Солнечной системы отражает различие их состава. Ближайшие к Солнцу планеты содержат повышенное количество металлического железа и меньшую долю силикатов. Далекие от Солнца гигантские планеты состоят преимущественно из наиболее легких веществ – космических газов. Это указывает на фракционирование первичного материала: вблизи Солнца сохранились преимущественно тугоплавкие вещества, а вдали от него – менее тугоплавкие.
Наиболее сложный путь химической эволюции выдержала наша планета – Земля. Химические реакции на поверхности ее привели к образованию сложных высокомолекулярных соединений углерода, которые создали основу жизни. Возникновение жизни на Земле и процессов фотосинтеза изменило состав первичной атмосферы нашей планеты до неузнаваемости. Углекислая восстановительная атмосфера Земли превратилась в азотно-кислородную, что отличает ее от атмосферы других планет Солнечной системы.