![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Охрана природы, Экология, Природопользование
Химия Земли |
План 1.Вступление. 2.Составные части Земли. 3.Состав и свойства атмосферы. 4.Строение гидросферы. 5.Строение и свойства литосферы. 6.Доступность элементов. 7.Воздух как источник элементов. Начало широких исследований космического пространства ускорило развитие всех наук, в том числе и химии. Перед химиками стоят очень большие задачи – получение новых видов топлив, новых металлов и новых пластиков, которые удовлетворяли бы новым требованиям; предвидение химических свойств окружающей атмосферы, в которую попадут первые космонавты; обеспечение безопасности космонавтов в таких условиях, которые не могут существовать на нашей планете; изучение вопросов, касающихся происхождение Земли, солнечной системы и жизни. В наши дни химики занимаются множеством земных проблем. Тайны нашей планеты отступают перед фантастическими успехами в покорении природы и подчинении её интересам человека. Так, неожиданно возникла проблема загрязнения воздуха над городами, которая лет тридцать назад полностью отсутствовала. Потребление энергии растёт так быстро, что некоторые учёные говорят о возможной нехватке природного топлива и настаивают на быстрейшем использовании ядерной энергии и более полном использовании солнечной энергии. В настоящее время мы располагаем большими возможностями значительно полнее изучить нашу планету Земля. И недалеко то время, когда мы сможем начать исследование ближайших к нам планет, а затем и звёзд. Земля–источник всех веществ, которые мы повседневно используем в своей деятельности. Энергия доходит до нас извне - от Солнца и в меньшей степени от других звёзд. Земля, в свою очередь, излучает энергию в космическое пространство. Если количество излучаемой энергии будет больше приобретаемой энергии, то Земля начнёт охлаждаться, если же меньше, то Земля будет нагреваться. Часть солнечной энергии накапливается в виде химической энергии при образовании новых веществ, особенно органических соединений. В течение относительно коротких периодов времени (измеряемых геологическими эпохами) мы можем использовать энергию, накопленную в природных топливах, например каменном угле и нефти, или ядерную энергию. Существование Земли целиком зависит от Солнца – нашего основного источника энергии. Все вещества, которые мы используем, происходят главным образом из Земли. На Землю, которая вращается в космическом пространстве вокруг Солнца, попадают вещества метеоритов и космическая пыль, но их количества незначительны по сравнению с количествами веществ, которые содержатся в Земле. Мы рассмотрим вещества Земли и то, как использует их человек. Обсуждение химии Земли удобно разделить на три части, каждая из которых соответствует одной из фаз – твёрдой, жидкой или газообразной. Литосфера - это твёрдая часть Земли. Этот термин охватывает также и центральное ядро, хотя окончательно не выяснено, какое оно – твёрдое или жидкое. Литосфера представляет собой «шар» из твёрдого вещества радиусом около 6400км. Мы имеем прямой доступ только к небольшой части этого огромного шара. Самые глубокие шахты имеют глубину 3-5 км; глубина нефтяных скважин достигает 5-8 км.
Относительно тонкая оболочка, которую мы можем непосредственно изучить, называется земной корой. На основании сейсмических исследований толщину земной коры считают равной приблизительно 32 км. Остальную часть мы называем внутренней литосферой, которая включает также и центральную часть, называемую ядром. Около 80% земной поверхности водным раствором. Этот жидкий слой – океаны – называется гидросферой. Средняя глубина гидросферы равна примерно 5 км, но « глубины» или «бездны» океанов превышают эту среднюю величину более чем в 2 раза. Землю окружает третья фаза, газообразная. Смесь газов, находящаяся вокруг Земли, называется атмосферой. Более 98% этого газа (воздуха) находится на расстоянии меньше 64 км от поверхности Земли. Состав земной атмосферы неодинаков в разные дни и, кроме того, изменяется в зависимости от высоты и места на земном шаре. Больше всего в атмосфере изменяется содержание паров воды. Вода постоянно испаряется с поверхности гидросферы, из почвы, листьев, при сушке белья и т. д. Через какие- то промежутки времени отдельные зоны атмосферы охлаждаются до точки росы или точки замерзания, и тогда избыток паров воды осаждается в виде дождя или снега. Поскольку концентрация паров воды в атмосфере весьма различна, геохимики обычно сообщают состав «сухого воздуха», т. е. воздуха, из которого пары воды полностью удалены. Состав образца сухого воздуха приведен в таблице 1. Обратите внимание на низкую концентрацию водорода и гелия в воздухе. Земля - относительно небольшая планета во вселенной и, следовательно, довольно слабо притягивает окружающие её газы. Поэтому большая часть водорода и гелия, первоначально связанных с веществом Земли, довольно легко удаляется от неё. Следует отметить также, что содержание азота в воздухе выше, чем содержание кислорода, хотя в гидросфере и литосфере кислорода гораздо больше. Большинство составных частей атмосферы (за исключением воды и двуокиси углерода) представляют собой элементы. Название вещества Формула вещества Содержание вещества, % Азот 2 78,09 Кислород O2 20,95 Аргон Ar 0,93 Двуокись кислорода CO2 0,03 Неон e 0,0018 Гелий He 0,00052 Криптон Kr 0,0001 Водород H2 0,00005 Ксенон Xe 0,000008 Таблица 1: Состав образца сухого воздуха. Используя газовые законы, можно вычислить относительные концентрации компонентов сухого воздуха. Предположим, что в какой-то день атмосферное давление равно 750 мм рт. ст. и что после высушивания образца такого воздуха давление становится равным 738 мм рт. ст. В этом случае парциальное давление паров воды равно 750 мм рт. ст. - 738 мм рт. ст.= 12 мм рт. ст. Парциальное давление изменяется прямо пропорционально числу молекул, поэтому мы находим, что доля молекул воды в этом образце воздуха равна 12 мм рт. ст./750 мм рт. ст.= 0.016. В этом довольно влажном воздухе 1.6% всех молекул составляют молекулы воды. На более тяжелые молекулы действует большая сила притяжения, чем на легкие молекулы. Следовательно, наблюдается тенденция к седиментации, т. е. осаждению, молекул с высоким молекулярным весом по отношению к молекулам газа с низким молекулярным весом.
Такая тенденция противоположна склонности к максимальной неупорядоченности, вследствие которой атмосферные газы хорошо перемешиваются. В результате наблюдается незначительное изменение состава воздуха с высотой. Сухой воздух на уровне моря содержит около 78% молекул азота 21% молекул кислорода, но на высоте 20 км образец сухого воздуха содержит 80% молекул азота и только 19% молекул кислорода. Помимо влияния сил притяжения, состав воздуха изменяется из-за химических реакций, инициируемых светом. Эти реакции вызываются поглощением ультрафиолетового излучения в верхних слоях атмосферы. Например, кислород, поглощая ультрафиолетовое излучение, приобретает энергию, превышающую энергию связи. При этом происходит разрыв связи и образуются два атома кислорода: O2(r) hv = 2O(r) (1) Образующиеся атомы кислорода очень реакционноспосбны. Эти атомы могут присоединяться к другой молекуле кислорода О2, образуя молекулу озона О3: O(r) O2 (r) = O3(r) (2) Озон - очень реакционноспособная форма кислорода, хотя и не в такой степени, как атомы кислорода. В атмосфере он образуется только на больших высотах, так как ультрафиолетовое излучение той частоты, которая необходима для реакции (1), настолько полно в верхних слоях, что до нижних слоёв. Исследования показали, что концентрация озона на уровне моря незначительна и что она достигает максимума на высоте 24 км. Эти небольшие количества озона, находящегося на высоте 24 км над поверхностью Земли, поглощает ультрафиолетовое излучение почти всех частот, которое не поглощается кислородом О2. Таким образом, О2 и О3 делают атмосферу непрозрачной для большей части ультрафиолетовой области спектра. Вполне вероятно, что химия жизни на нашей планете развивалась совершенно иначе, если бы это ультрафиолетовое излучение достигало поверхности Земли. Если бы атмосфера была «прозрачной», для фотосинтеза были бы более доступны фотоны гораздо более высокой энергии. Для волн, соответствующих противоположному, инфракрасному концу спектра, атмосфера также по существу непрозрачна. Это объясняется главным образом поглощением инфракрасного излучения парами воды и газообразной двуокисью углерода. Таким образом, мы видим, что воздух, который обычно считают прозрачным, фильтрует солнечные лучи, попадающие на Землю. Фотоны очень высокой энергии (в ультрафиолетовой области) и очень низкой энергии (в инфракрасной области) задерживаются, а фотоны средней энергии (промежуточная область спектра) пропускаются. Вода, которая соприкасается с воздухом, растворяет часть воздуха. Кислород растворяется в воде гораздо лучше, чем азот, но, поскольку азота в воздухе в 4 раза больше, чем кислорода, количество растворённого азота в воде превышает количество растворённого кислорода. Элементарный кислород, растворённый в воде, используется живущими в воде организмами для процессов окисления. Концентрация растворённой двуокиси углерода низкая, так как содержание её в воздухе невелико. Но то количество двуокиси углерода, которое растворено в воде, необходимо для фотосинтеза, происходящего в морских растениях. Растворённая двуокись углерода придаёт воде приятный вкус.
Изображалась молодой женщиной с рогом изобилия, оливковой ветвью, жезлом Гермеса и колосьями. ЭЙРИК РАУДИ (Эйрик Рыжий) (Eirikr Raudi) (Эйрик Торвальдсон Thorvaldsson) (ок. 950 - ок. 1002), норманнский мореплаватель. В 981-983 открыл часть восточных, южных и западных берегов Гренландии, о. Диско, прол. Дейвиса, м. Баффина и о. Баффинова Земля; основал первое поселение в районе Бредефьорда. ЭЙРИНГ (Eyring) Генри (1901-81) - американский физикохимик. Основные труды по квантовой химии и химической кинетике. Один из создателей теории абсолютных скоростей реакций. Ввел в химию термин "активированный комплекс". ЭЙСЕБИО (Eusebio) Ферейра да Сильва (р. 1943) - португальский спортсмен (футбол). Уроженец Мозамбика. Нападающий команды "Бенфика" (Лиссабон; 1961-73); в ее составе обладатель Кубка Европейских чемпионов (1962). Обладатель призов -"Золотой мяч" (1965, лучшему футболисту Европы) и "Золотая бутса" (1968, лучшему бомбардиру Европы). Бронзовый призер чемпионата мира (1966) в составе сборной Португалии; лучший бомбардир этого чемпионата (9 мячей) и лучший футболист
3. В чем уникальность планеты Земля? (У чому унікальність планети Земля?)
4. Луна - естественный спутник Земли
5. Искусственный спутник, запущенный с земли
9. Возникновение жизни на Земле
10. Сан Марино –древняя земля свободы
11. Освоение человеком труднодоступных территорий Земли. Горы
13. Развитие жизни на Земле в протейскую эру
15. Формы пользования и владения землей в России. Плата за землю
16. Плата за землю
17. Право собственности на землю
18. Заселение Владимиро-Суздальской земли славянами. Образование великорусской народности
19. Земля как объект использования и охраны в Республике Молдова
20. Святые земли Тотемской (Вологодская область)
25. Биосфера Земли
27. Разрушение озонового слоя Земли хлорфторуглеводородами
28. Современные проблемы климата земли
29. Формы пользования и владения землей в России. Плата за землю
30. Рынок земли
31. Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
32. Химия пищеварения рационального питания
33. Экология и будущее жизни на Земле
34. Химия: эмульсии
35. Химия, элементы таблицы Менделеева
36. Химия. Селекция
37. Химия в биологии, медицине и производстве лекарственных веществ
43. Материалы по химии (кислоты, оксиды, основания, водород)
44. Химия платины и ее соединений
45. Познавательная викторина по химии "Угадай химический элемент"
47. Химия актиноидов (актинидов)
49. Коррозия металлов - проблема химии?
50. Таблица по разделу "Органическая химия"
51. Химия радиоматериалов, лекции Кораблевой А.А. (ГУАП)
52. Химия меди
57. Применение экспресс-анализаторов АН-7560, АН-7529 и АС-7932 в аналитической химии
58. Создание фермерского хозяйства или использование ресурсов земли
59. Энергия земли
60. Рынок земли
61. Существовала ли высокоразвитая цивилизация на Земле?
62. Из истории возникновения христианства в Анапе. Древнейший христианский храм на анапской земле
64. Украинские земли во второй половине XIX века
66. Откуда есть пошла земля русская
67. Киев и Киевская земля в 1167-1173 гг.
68. Каменные оборонительные сооружения Новгородской земли доогнестрельного периода
69. Русские земли в XIV – XVI ВВ.
73. "Земли родной минувшая судьба"
74. Стихотворение А. Ахматовой «Родная земля» (восприятие, истолкование, оценка)
76. Стихотворение А.Фета «Заря прощается с землею...» (Восприятие, истолкование, оценка.)
77. Математика в химии и экономике
78. Земля
79. Праздники на священной бутовской земле
80. Земли промышленности и земли поселений не близнецы братья
81. Происхождение «Геологии старой Земли» и ее влияние на жизнь в XXI веке
83. Спутники Земли
84. Нестабильность вращения Земли
85. Скорость света в одном направлении относительно поверхности Земли
89. Почему меняется климат Земли: гипотеза солнечно-атмосферного резонанса
90. Химия в биологии, медицине и производстве лекарственных препаратов
91. Экзамен по химии за 11 класс
92. Экзамен по химии за 9 класс
94. Летопись химии
95. Влияние метеоритов на погоду Земли
96. ФАЭТОН взорвался, чтобы погубить ЗЕМЛЮ(!) или как рождаются мифы
97. Странности магнитного поля Земли
98. Геометрия пространства двойной планетной системы: Земля - Луна