Космохимия: какво е това? Химия в космоса. Източници на образуване на химични елементи в космоса

Бовика Валентина Евгениевна

Изтегли:

Преглед:

Общинско бюджетно учебно заведение

средно училище № 20 на Краснодар

Разпространение на химичните елементи на Земята и в космоса. Образуването на химични елементи в процеса на първичен нуклеосинтез и във вътрешността на звездите.

Анотация по физика

Направено от студент:

10 "Б" клас MBOU средно училище № 20 на Краснодар

Бовика Валентина

Учител:

Скрилева Зинаида Владимировна

Краснодар

2016

1. Химия на космоса, която изучава химията на космоса.
2. Някои термини.
3. Химическият състав на планетите от слънчевата система и луната.
4. Химическият състав на комети, метеорити.
5. първична нуклеосинтеза.
6. Други химични процеси във Вселената.
7. Звезди.
8. междузвездна среда
9. Списък на използваните ресурси

Космическа химия. Какво изучава космическата химия?

Предмет на изучаване на космическата химия е химическият състав на космическите тела (планети, звезди, комети и др.), Междузвездното пространство, както и химичните процеси, протичащи в космоса.

Химията на космоса се занимава основно с процесите, протичащи при атомно-молекулярното взаимодействие на веществата, а физиката се занимава с нуклеосинтезата вътре в звездите.

Някои термини

За по-лесно възприемане на следния материал е необходим речник на термините.

Звезди - светещи газови масивни топки, в чиито недра протичат реакции на синтез на химични елементи.

Планета - небесни тела, които се въртят по орбити около звезди или техни останки.

Комети - космически тела, които се състоят от замръзнали газове, прах.

метеорити - малки космически тела, падащи на Земята от междупланетното пространство.

метеори - явление под формата на светеща следа, което се дължи на удара на метеороид в земната атмосфера.

междузвездна среда- разредена материя, електромагнитно излъчване и магнитно поле, които запълват пространството между звездите.

Основните компоненти на междузвездната материя: газ, прах, космически лъчи.

Нуклеосинтеза - процесът на образуване на ядра на химични елементи (по-тежки от водорода) в хода на реакциите на ядрен синтез.

Химическият състав на планетите от слънчевата система и луната

Планетите от Слънчевата система са небесни тела, въртящи се около звезда, наречена Слънце.

Слънчевата система се състои от 8 планети: Меркурий, Венера, Земя, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Нека разгледаме всяка планета поотделно.

живак

Най-близката до Слънцето планета в Слънчевата система, най-малката планета. Диаметърът на Меркурий е приблизително 4870 km.

Химичен състав

Ядрото на планетата е желязо, феромагнитно. Съдържание на желязо = 58%

Атмосферата, според едни данни, се състои предимно от азот (N 2 ) смесен с въглероден диоксид (CO 2 ), според други - от хелий (He), неон (Ne) и аргон (Ar).

Венера

Втората планета в Слънчевата система. Диаметър ≈ 6000 км.

Химичен състав

Ядрото е желязо, мантията съдържа силикати, карбонати.

Атмосферата е 97% въглероден диоксид (CO 2 ), останалото е азот (N 2), вода (H 2 O) и кислород (O 2 ).

Земята

Третата планета от Слънчевата система, единствената планета в Слънчевата система с най-благоприятни условия за живот. Диаметърът е приблизително 12 500 км.

Химичен състав

Желязно ядро. Земната кора съдържа кислород O 2 (49%), силиций Si (26%), алуминий Al (4,5%), както и други химични елементи. Атмосферата е 78% азот (N 2 ), 21% от кислород (O 2 ) и 0,03% от въглероден диоксид (CO 2 ), останалото са инертни газове, водна пара и примеси. Хидросферата се състои предимно от кислород O 2 (85,82%), водород Н2 (10,75%) и други елементи. Всички живи същества съдържат въглерод (C).

Марс

Марс е четвъртата планета в Слънчевата система. Диаметър приблизително 7000 км

Химичен състав

Желязно ядро. Кората на планетата съдържа железни оксиди и силикати.

Юпитер

Юпитер е петата планета от Слънцето. Най-голямата планета в Слънчевата система. Диаметър над 140 000 км.

Химичен състав

Ядрото е компресиран водород (H 2 ) и хелий (He). Атмосферата съдържа водород (H 2), метан (CH4 ), хелий (He), амоняк (NH 3 ).

Сатурн

Сатурн е шестата планета от Слънцето. Има диаметър около 120 000 км.

Химичен състав

Няма данни за ядрото и земната кора. Атмосферата се състои от същите газове като атмосферата на Юпитер.

Уран и Нептун

Уран и Нептун са съответно седмата и осмата планета. И двете планети имат приблизителен диаметър от 50 000 km.

Химичен състав

Няма данни за ядрото и кората. Атмосферата се образува от метан (CH 4 ), хелий (He), водород (H 2 ).

Луна

Луната е спътник на Земята, нейната суровинна база. Лунната почва се нарича реголит, състои се от силициев оксид (IV), алуминиев оксид и оксиди на други метали, много уран, без вода.

Химическият състав на комети, метеорити

метеорити

Метеоритите биват железни, желязо-каменни и каменни. Най-често на Земята падат каменни метеорити. Средно, според изчисленията, за всеки железен метеорит има 16 каменни.

Химическият състав на железните метеорити е 90% желязо (Fe), 8,5% никел (Ni), 0,6% кобалт (Co) и 0,01% силиций (Si).

Каменните метеорити се състоят главно от кислород (0 2 ) (41%) и силиций (Si) (21%).

Комети

Кометите са твърди тела, заобиколени от обвивка от газ. Ядрото е съставено от замръзнал метан (CH 4) и амоняк (NH3 ) с минерални примеси. В газовите комети са открити различни радикали и йони. Най-новите наблюдения бяха направени на кометата Хейл-Боп, която включваше сероводород, вода, тежка вода, серен диоксид, формалдехид, метанол, мравчена киселина, циановодород, метан, ацетилен, етан, фостерит и други съединения.

Първична нуклеосинтеза

За да разгледаме първичната нуклеосинтеза, нека се обърнем към таблицата.

възраст на Вселената	Температура, К	Състояние и състав на материята
0.01 s	10 11	неутрони, протони, електрони, позитрони в термично равновесие. Числото n и p са еднакви.
0,1 s	3*10 10	Частиците са едни и същи, но съотношението на броя на протоните към броя на неутроните е 3:5
	10 10	електроните и позитроните анихилират, p:n =3:1
13.8 s	3*10 9	Започват да се образуват ядра на деутерий D и хелий 4 Не, електроните и позитроните изчезват, има свободни протони и неутрони.
35 мин	3*10 8	Задава броя на D и Not по отношение на числата p и n 4 He:H + ≈24-25% тегловни
7*10 5 години	3*10 3	Химическата енергия е достатъчна за образуване на стабилни неутрални атоми. Вселената е прозрачна за радиация. Материята доминира в радиацията.

Същността на първичната нуклеосинтеза се свежда до образуването на ядра на деутерий от нуклони, от ядра на деутерий и нуклони - ядра на хелий с масово число 3 и тритий и от ядра 3 Не, 3 Н и нуклони - ядра 4 Не.

Други химични процеси във Вселената

При високи температури (в околозвездното пространство температурата може да достигне около няколко хиляди градуса) всички химикали започват да се разлагат на компоненти - радикали (CH 3 от 2 , CH и т.н.) и атоми (H, O и т.н.)

Звезди

Звездите се различават по маса, размер, температура, светимост.

Външните слоеве на звездите се състоят главно от водород, както и от хелий, кислород и други елементи (C, P, N, Ar, F, Mg и др.)

Звездите субджуджета са съставени от по-тежки елементи: кобалт, скандий, титан, манган, никел и др.

В атмосферата на гигантски звезди могат да се намерят не само атоми на химични елементи, но и молекули на огнеупорни оксиди (например титан и цирконий), както и някои радикали: CN, CO, C 2

Химичният състав на звездите се изучава чрез спектроскопски метод. Така на Слънцето са открити желязо, водород, калций и натрий. Първоначално хелият е открит на Слънцето, а по-късно в атмосферата на планетата Земя. Понастоящем в спектрите на Слънцето и други небесни тела са открити 72 елемента, всички тези елементи са открити и на Земята.

Източникът на енергия на звездите са реакциите на термоядрен синтез.

В първия етап от живота на звездата водородът се превръща в хелий във вътрешността ѝ.

4 1 H → 4 He

След това хелият се превръща във въглерод и кислород

3 4 He → 12 C

4 4 He → 16 O

На следващия етап въглеродът и кислородът са гориво, в алфа процесите елементите на неона се образуват до желязо. По-нататъшните реакции на улавяне на заредени частици са ендотермични, така че нуклеосинтезата спира. Поради спирането на термоядрените реакции балансът на желязното ядро ​​се нарушава, започва гравитационно компресиране, част от енергията на което се изразходва за разпадането на желязното ядро ​​на α-частици и неутрони. Този процес се нарича гравитационен колапс и отнема около 1 s. В резултат на рязкото повишаване на температурата в обвивката на звездата възникват реакции на термоядрено изгаряне на водород, хелий, въглерод и кислород. Отделя се огромно количество енергия, което води до експлозия и разширяване на материята на звездата. Това явление се нарича свръхнова. По време на експлозия на свръхнова се освобождава енергия, която дава на частиците голямо ускорение, неутронните потоци бомбардират ядрата на елементите, които са били образувани по-рано. В процеса на улавяне на неутрони, последвано от β-лъчение, се синтезират ядрата на елементи, по-тежки от желязото. Само най-масивните звезди достигат този етап.

По време на колапса неутроните се образуват от протони и електрони по схемата:

1 1 p + -1 0 e → 1 0 n + v

Образува се неутронна звезда.

Ядрото на свръхнова може да се превърне в пулсар - ядро, което се върти с период от част от секундата и излъчва електромагнитно излъчване. Неговото магнитно поле достига колосални размери.

Възможно е също така по-голямата част от черупката да преодолее силата на експлозията и да падне върху ядрото. Получавайки допълнителна маса, неутронната звезда започва да се свива до образуването на "черна дупка".

междузвездна среда

Междузвездната среда се състои от газ, прах, магнитни полета и космически лъчи. Поглъщането на звездна радиация се дължи на газ и прах. Прахът на междузвездната среда има температура 100-10 K, температурата на междузвездния газ може да варира от 10 до 10 K. 7 K и зависи от плътността и източниците на отопление. Междузвездният газ може да бъде неутрален или йонизиран (H 2 0 , H 0 , H + , e - , He 0 ).

Първото химично съединение в космоса е открито през 1937 г. с помощта на спектроскопия. Това съединение е радикалът CH, няколко години по-късно е открит цианогенът CN, а през 1963 г. е открит хидроксилът OH.

С използването на радиовълни и инфрачервено лъчение в спектроскопията стана възможно да се изследват "студените" области на космическото пространство. Първо са открити неорганични вещества: вода, амоняк, въглероден оксид, сероводород, а след това органични: формалдехид, мравчена киселина, оцетна киселина, ацеталдехид и мравчен алкохол. Етиловият алкохол е открит в космоса през 1974 г. Тогава японски учени откриха метиламин CH 3-NH2.

В междузвездното пространство се движат потоци от атомни ядра – космически лъчи. Около 92% от тези ядра са ядра на водород, 6% са ядра на хелий и 1% са ядра на по-тежки елементи. Смята се, че космическите лъчи се произвеждат от експлозии на свръхнови.

Пространството между космическите тела е изпълнено с междузвезден газ. Състои се от атоми, йони и радикали и включва и прах. Съществуването на такива частици като: CN, CH, OH, CS, H 2 O, CO, COS, SiO, HCN, HCOOH, CH 3OH и други.

Сблъсъкът на частици от космическа радиация, слънчев вятър и междузвезден газ води до образуването на различни частици, включително органични.

Когато протоните се сблъскат с въглеродни атоми, се образуват въглеводороди. Хидроксил ОН се образува от силикати, карбонати и различни оксиди.

Под действието на космическите лъчи в земната атмосфера се образуват изотопи като: въглерод с масово число 14 14 С, берилий, чието масово число е 10 10 Be и хлор с масово число 36 36Cl.

Въглеродният изотоп с масово число 14 се натрупва в растения, корали и сталактити. Изотоп на берилий с масово число 10 - в дънните седименти на моретата и океаните, полярен лед.

Взаимодействието на космическата радиация с ядрата на земните атоми дава информация за процесите, протичащи в космоса. С тези въпроси се занимава съвременната наука – експерименталната палеоастрофизика.

Например протоните на космическите лъчи, сблъсквайки се с азотни молекули във въздуха, разбиват молекулата на атоми и протича ядрена реакция:

7 14 N + 1 1 H→2 2 4 He + 4 7 Be

В резултат на тази реакция се образува радиоактивен изотоп на берилий.

В момента на сблъсък с атмосферни атоми, протонът избива неутрони от тези атоми, тези неутрони взаимодействат с азотни атоми, което води до образуването на водороден изотоп с масово число 3 - тритий:

7 14 N + 0 1 n → 1 3 H + 6 12 C

Тритият, подложен на β-разпад, изхвърля електрон:

1 3 H → -1 0 e + 2 3 He

Така се образува лекият изотоп на хелия.

Радиоактивен изотоп на въглерода се образува по време на улавянето на електрони от азотни атоми:

7 14 N + -1 0 e → 6 14 C

Разпространението на химичните елементи в космоса

Помислете за разпространението на химическите елементи в галактиката Млечен път. Данните за наличието на определени елементи са получени чрез спектроскопия. За визуално представяне използваме таблица.

Основен заряд	елемент	Масова част в части на хиляда
	Водород
	Хелий
	Кислород	10,4
	Въглерод
	Неон	1,34
	Желязо
	Азот	0,96
	Силиций	0,65
	Магнезий	0,58
	Сяра	0,44

За по-визуално представяне, нека се обърнем към кръгова диаграма.

Както можете да видите на диаграмата, най-разпространеният елемент във Вселената е водородът, вторият най-разпространен е хелият, а третият е кислородът. Масовите фракции на други елементи са много по-малки.

Преглед:

За да използвате визуализацията на презентации, създайте акаунт в Google (акаунт) и влезте: https://accounts.google.com

Надписи на слайдове:

Разпространението на химичните елементи на Земята и в космоса. Образуването на химични елементи в процеса на първичен нуклеосинтез и в дълбините на звездите Изпълнено от ученик от 10 "Б" клас MBOU средно училище № 20 Bovyka Валентина Ръководител: Skryleva Z.V.

Космическата химия е наука за химическия състав на космическите тела, междузвездното пространство, както и химичните процеси, протичащи в космоса.

Необходими термини Звездите са светещи газообразни масивни топки, в дълбините на които протичат реакциите на синтез на химични елементи. Планета - небесни тела, които се въртят по орбити около звезди или техни останки. Кометите са космически тела, които се състоят от замръзнали газове и прах. Метеоритите са малки космически тела, които падат на Земята от междупланетното пространство. Метеорите са явления под формата на светеща следа, която се дължи на навлизането на метеороид в земната атмосфера. Междузвездната среда е разредена материя, електромагнитно излъчване и магнитно поле, което запълва пространството между звездите. Основните компоненти на междузвездната материя: газ, прах, космически лъчи. Нуклеосинтезата е процес на образуване на ядра на химични елементи (по-тежки от водорода) в хода на реакциите на ядрен синтез.

Меркурий Венера Земя Марс

Юпитер Сатурн Уран Нептун

Луната е спътник на Земята, нейната суровинна база.

Метеоритна комета

Първична нуклеосинтеза Възраст на Вселената Температура, K Състояние и състав на материята 0,01 s 10 11 неутрони, протони, електрони, позитрони в топлинно равновесие. Числото n и p са еднакви. 0,1 s 3*10 10 Частиците са еднакви, но съотношението на броя на протоните към броя на неутроните е 3:5 1s 10 10 електрони и позитрони анихилират, p:n =3:1 13,8 s 3*10 9 Деутерий ядрата започват да образуват D и хелий 4 He, електроните и позитроните изчезват, има свободни протони и неутрони. 35 минути 3*10 8 Количеството на D и He е зададено във връзка с броя p и n 4 He:H + ≈24-25% тегловни 7*10 5 години 3*10 3 Химическата енергия е достатъчна за образуване на стабилен неутрални атоми. Вселената е прозрачна за радиация. Материята доминира в радиацията.

Основните реакции, протичащи във вътрешността на звездите 4 1 H → 4 He 3 4 He → 12 C 4 4 He → 16 O +1 1 p + -1 0 e → 1 0 n + v

Основните реакции, протичащи поради компонентите на междузвездната среда 7 14 N + 1 1 H → 2 2 4 He + 4 7 Be 7 14 N + 0 1 n→ 1 3 H + 6 12 C 1 3 H → -1 0 e + 2 3 He 7 14 N + -1 0 e → 6 14 C

Изобилието от химически елементи в галактиката Млечен път

Списък на използваните ресурси http://wallpaperscraft.ru/catalog/space/1920x1080 http://www.cosmos-online.ru/planets-of-the-solar-system.html http://www.grandars.ru/ shkola /estestvoznanie/merkuriy.html http://www.grandars.ru/shkola/estestvoznanie/venera.html http://dic.academic.ru/pictures/wiki/files/69/Earth_Eastern_Hemisphere.jpg http://spacetimes ru/img/foto/planeta-mars_big.jpg http://www.shvedun.ru/images/stat/jp/jp.jpg http://spacegid.com/wp-content/uploads/2012/12/1995 - 49-f.jpg http://v-kosmose.com/wp-content/uploads/2013/12/4_179_br.jpg http://v-kosmose.com/wp-content/uploads/2013/11/Neptune_Full_br .jpg https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e1/FullMoon2010.jpg/280px-FullMoon2010.jpg http://www.opoccuu.com/tunm01.jpg https://i. ytimg .com/vi/06xW4UegYZ0/maxresdefault.jpg http://terramia.ru/wp-content/uploads/2013/01/Nocturne-Eruption.jpg http://galspace.spb.ru/index61.file/ic. jpg

Безкрайно разнообразните живи организми са съставени от ограничен набор от атоми, чиято поява дължим до голяма степен на звездите. Най-мощното събитие в живота на Вселената - Големият взрив - изпълни нашия свят с вещество с много оскъден химичен състав.
Смята се, че обединението на нуклони (протони и неутрони) в разширяващото се пространство не е имало време да напредне по-далеч от хелия. Следователно предгалактическата Вселена е била изпълнена почти изключително с водородни ядра (т.е. просто протони) с малко - около една четвърт от масата - добавяне на хелиеви ядра (алфа частици). В него практически нямаше нищо друго, освен леки електрони. Как точно е станало първичното обогатяване на Вселената с ядрата на по-тежките елементи, все още не можем да кажем. До ден днешен не е открита нито една „първична“ звезда, тоест обект, състоящ се само от водород и хелий. Има специални програми за търсене на звезди с ниско съдържание на метали (припомнете си, че астрономите се съгласиха да наричат ​​всички елементи, по-тежки от хелия, „метали“) и тези програми показват, че звездите с „изключително ниска металичност“ са изключително редки в нашата Галактика. Те са, в някои рекордни екземпляри съдържанието например на желязо е по-ниско от това на слънцето десетки хиляди пъти. Има обаче само няколко такива звезди и може да се окаже, че „в тяхно лице“ имаме работа не с „почти първични“ обекти, а просто с някаква аномалия. Като цяло, дори най-старите звезди в Галактиката съдържат значителни количества въглерод, азот, кислород и по-тежки атоми. Това означава, че дори най-древните галактически светила всъщност не са първите: преди тях във Вселената вече е имало някакви „фабрики“ за производство на химически елементи.

Европейската инфрачервена космическа обсерватория Herschel е открила спектрални "пръстови отпечатъци" на органични молекули в RTO. В това изображение инфрачервено изображение на мъглявината Орион, направено от космическия телескоп Spitzer на НАСА, е насложено върху нейния спектър, направен от HIFI спектрографа с висока разделителна способност на обсерваторията Herschel. Той ясно демонстрира наситеността си със сложни молекули: в спектъра лесно се идентифицират линиите на вода, въглероден оксид и серен диоксид, както и органични съединения - формалдехид, метанол, диметилов етер, циановодородна киселина и техните изотопни аналози. Неподписаните пикове принадлежат на множество все още неидентифицирани молекули.

Сега се смята, че такива фабрики могат да бъдат свръхмасивни звезди от така нареченото население от трети (III) тип. Факт е, че тежките елементи не са просто „подправка“ за водород и хелий. Това са важни участници в процеса на формиране на звезди, които позволяват на колабираща протозвездна газова бучка да освободи топлината, освободена по време на компресията. Ако го лишите от такъв радиатор, той просто не може да се свие - тоест не може да стане звезда ... По-точно може, но само при условие, че масата му е много голяма - стотици и хиляди пъти повече от модерни звезди. Тъй като една звезда живее по-малко, толкова по-голяма е нейната маса, първите гиганти са съществували за много кратко време. Те живяха кратък ярък живот и експлодираха, без да оставят следа, с изключение на атомите на тежките елементи, които имаха време да бъдат синтезирани в техните дълбини или се образуваха директно по време на експлозии.
В съвременната Вселена практически единственият доставчик на тежки елементи е еволюцията на звездите. Най-вероятно периодичната таблица е "запълнена" от звезди, чиято маса надвишава слънчевата с повече от порядък. Ако на Слънцето и други подобни осветителни тела термоядреният синтез в ядрото не надхвърля кислорода, тогава по-масивните обекти в процеса на еволюция придобиват структура на „лук“: техните ядра са заобиколени от слоеве и колкото по-дълбок е слоят, толкова в него се синтезират по-тежки ядра. Тук веригата от термоядрени трансформации завършва не с кислорода, а с желязото, с образуването на междинни ядра - неон, магнезий, силиций, сяра и др.

Голямата мъглявина на Орион (GNE) е един от най-близките региони на звездообразуване, съдържащ големи количества газ, прах и новородени звезди. В същото време тази мъглявина е една от най-големите "химически фабрики" в нашата Галактика и нейната истинска "сила", както и начините за синтез на молекули на междузвездната материя в нея, все още не са напълно ясни на астрономите. Това изображение е направено с камерата Wide Field Imager на 2,2-метровия телескоп MPG/ES0 в обсерваторията La Silla в Чили.

ОРГАНИЧНИ МОЛЕКУЛИ В КОСМОСА

За да обогатите Вселената с тази смес, не е достатъчно да синтезирате атоми - трябва също да ги хвърлите в междузвездното пространство. Това се случва по време на експлозия на свръхнова: когато желязно ядро ​​се образува в звезда, то губи стабилност и експлодира, разпръсквайки някои от продуктите на синтез около себе си. По пътя в разширяващата се обвивка протичат реакции, които генерират ядра, по-тежки от желязото. Друг тип експлозии на свръхнови водят до подобен резултат - термоядрени експлозии на бели джуджета, чиято маса, поради потока на материя от сателитна звезда или поради сливане с друго бяло джудже, става по-голяма от границата на Чандрасекар (1,4 слънчеви маси).
В обогатяването на Вселената с редица елементи - включително въглерод и азот, необходими за синтеза на органични молекули - значителен принос имат и по-малко масивните звезди, които завършват живота си с образуването на бяло джудже и разширяващо се планетарна мъглявина. На последния етап от еволюцията ядрените реакции също започват да се случват в техните черупки, усложнявайки елементарния състав на материята, изхвърлена по-късно в открития космос.
В резултат на това междузвездната материя на Галактиката, състояща се до ден днешен главно от водород и хелий, се оказва замърсена (или обогатена – така се разбира) с атоми на по-тежки елементи.

Бъкминстърфулерени (съкратено като „фулерени“ или „бъкиболс“) – малки сферични структури, състоящи се от четен брой (но не по-малко от 60) въглеродни атоми, свързани по подобен модел на футболна топка – бяха открити за първи път в спектрите на планетарна мъглявина в Малкия магеланов облак (MMO), една от най-близките звездни системи до нашата галактика. Откритието е направено през юли 2010 г. от работната група на космическия телескоп Spitzer (NASA), която извършва наблюдения в инфрачервения диапазон. Общата маса на фулерените, съдържащи се в мъглявината, е само пет ra? по-малко от масата на земята. На фона на MMO изображение, направено от телескопа Spitzer, е показано увеличено изображение на планетарна мъглявина (по-малка вложка) и открити в нея фулеренови молекули (голяма вложка), състояща се от 60 въглеродни атома. Към днешна дата вече са получени доклади за регистриране на характерни линии на такива молекули в спектрите на обекти, разположени в рамките на Млечния път.

ОРГАНИЧНИ МОЛЕКУЛИ В КОСМОСА

Тези атоми се транспортират от общите "течения" на галактическия газ, заедно с него се кондензират в молекулярни облаци, попадат в протозвездни струпвания и протопланетни дискове ... за да станат в крайна сметка част от планетарните системи и съществата, които ги обитават. Поне един пример за такава обитаема планета ни е известен доста надеждно.

Органично от неорганично

Животът на земята - поне от научна гледна точка - се основава на химията и представлява верига от взаимни трансформации на молекули. Вярно, не всякакви, а много сложни, но все пак молекули - комбинации от въглеродни, водородни, кислородни, азотни, фосфорни и серни атоми (и няколко дузини по-рядко срещани елементи) в различни пропорции. Сложността дори на най-примитивните "живи" молекули дълго време не ни позволяваше да разпознаем обикновените химични съединения в тях. Имаше идея, че веществата, които изграждат живите организми, са надарени със специално качество - "жизнена сила", поради което специален клон на науката - органичната химия - трябва да се занимава с тяхното изучаване.
Една от повратните точки в историята на химията са експериментите на Фридрих Вьолер, който през 1828 г. пръв синтезира урея – органично вещество – от неорганично (амониев цианат). Тези експерименти бяха първата стъпка към най-важната концепция - признаването на възможността за произхода на живота от "неживи" съставки. За първи път е формулиран със специфични химически термини в началото на 20-те години на миналия век от съветския биолог Александър Опарин. Според него смес от прости молекули (амоняк, вода, метан и т.н.), известна сега като "първоначалната супа", е станала среда за появата на живот на Земята. В него под въздействието на външни „инжекции“ на енергия (например мълния) по небиологичен начин се синтезират най-простите органични молекули, които след това се „събират“ във високоорганизирани живи същества за много дълъг период от време. .

Експериментално доказателство за възможността за органичен синтез в "първичната супа" в началото на 50-те години на миналия век бяха известните експерименти на Харолд Юри и Стенли Милър (Harold Urey, Stanley Miller), които се състояха в преминаване на електрически разряди през смес от горните молекули. След няколко седмици експеримент в тази смес беше открит богат асортимент от органични вещества, включително най-простите аминокиселини и захари. Тази ясна демонстрация на простотата на абиогенезата е свързана не само с проблема за произхода на земния живот, но и с по-големия проблем за живота във Вселената: тъй като не са били необходими екзотични условия за синтеза на органична материя на младата Земя, , би било логично да се предположи, че подобни процеси са се случили (или ще се случат) на други планети.

Търси признаци на живот

Ако до средата на 20-ти век само Марс всъщност се смяташе за най-вероятното местообитание за „братя по разум“, то след края на Втората световна война установяването на контакти на междузвездни разстояния започва да изглежда като въпрос на близко бъдеще. По това време се раждат основите на една нова наука, разположена на пресечната точка на астрономията и биологията. Нарича се различно - екзобиология, ксенобиология, биоастрономия - но най-често се използва наименованието "астробиология". И едно от най-неочакваните астробиологични открития през последните десетилетия е осъзнаването на факта, че най-простите "градивни елементи" на живота не е необходимо да бъдат синтезирани на Земята от нежива материя, в "първоначалната супа". Те биха могли да достигнат нашата планета вече в готово състояние, тъй като, както се оказа, органичните молекули са в изобилие не само на планетите, но и - което дори не се подозира в началото - в междузвездния газ.
Най-мощният инструмент за изследване на извънземната материя е спектралният анализ. Тя се основава на факта, че електроните в атома са в състояния - или, както се казва, заемат нива - със строго определени енергии и се движат от ниво на ниво, излъчвайки или поглъщайки фотон, чиято енергия е равна на разликата между енергии на началното и крайното ниво. Ако атомът се намира между наблюдателя и някакъв източник на светлина (например фотосферата на Слънцето), той ще „изяде“ от спектъра на този източник само фотони с определени честоти, които могат да причинят електронни преходи между енергийните нива на този атом. В спектъра при тези честоти се появяват тъмни спадове - абсорбционни линии. Тъй като наборът от нива е индивидуален не само за всеки атом, но и за всеки йон (атом, лишен от един или повече електрони), от набора от спектрални линии е възможно надеждно да се определи кои атоми са ги породили. Например по линиите в спектъра на Слънцето и други звезди можете да разберете от какво е съставена атмосферата им.
През 1904 г. Йоханес Хартман е първият, който установява важен факт: не всички линии в спектрите на звездите произхождат от звездни атмосфери. Някои от тях се генерират от атоми, които са много по-близо до наблюдателя – не близо до звездата, а в междузвездното пространство. Така за първи път са открити признаци за съществуването на междузвезден газ (по-точно само на един от неговите компоненти – йонизиран калций).
Излишно е да казвам, че това беше шокиращо откритие. В края на краищата, защо да няма йонизиран калций в междузвездната среда (ISM)? Но идеята, че може да съдържа не само йонизирани и неутрални атоми на различни елементи, но и молекули, дълго време изглеждаше фантастична. По това време ISM се смяташе за място, неподходящо за синтез на поне някои сложни съединения: изключително ниските плътности и температури трябваше да забавят скоростите на химичните реакции в него почти до нула. И ако внезапно там се появят някакви молекули, те веднага ще се разпаднат отново на атоми под въздействието на звездна светлина.
Следователно между откриването на междузвездния газ и признаването на съществуването на междузвездни молекули са изминали повече от 30 години. В края на 30-те години на миналия век бяха открити абсорбционни линии на ISM в ултравиолетовата област на спектъра, които първоначално не можеха да бъдат приписани на нито един химически елемент. Обяснението се оказа просто и неочаквано: тези линии не принадлежат на отделни атоми, а на молекули - най-простите двуатомни въглеродни съединения (CH, CN, CH+). По-нататъшните спектрални наблюдения в оптичния и ултравиолетовия диапазон направиха възможно откриването на абсорбционни линии от повече от дузина междузвездни молекули.

„Намек“ за радиоастрономия

Истинският разцвет на изследванията на междузвездния "химически асортимент" започва след появата на радиотелескопите. Факт е, че енергийните нива в атома - ако не навлизате в подробности - са свързани само с движението на електрони около ядрото, но молекулите, които обединяват няколко атома, имат допълнителни "движения", които се отразяват в спектъра: молекулата може да се върти, вибрира, усуква... И всяко от тези движения е свързано с енергия, която, подобно на енергията на електрона, може да има само фиксиран набор от стойности. Различните състояния на молекулярно въртене или вибрация също се наричат ​​"нива". Когато се движи от ниво на ниво, молекулата също излъчва или абсорбира фотон. Важна разлика е, че енергиите на ротационното и вибрационното ниво са относително близки. Следователно разликата им е малка и фотоните, абсорбирани или излъчени от молекулата по време на прехода от ниво на ниво, не попадат в ултравиолетовия или дори във видимия диапазон, а в инфрачервения (вибрационни преходи) и в радио диапазона ( ротационни преходи).

Съветският астрофизик Йосиф Шкловски пръв обърна внимание на факта, че спектралните емисионни линии на молекулите трябва да се търсят в радиообхвата. По-конкретно, той пише за молекула (по-точно свободен радикал) OH хидроксил, която при определени условия става източник на радиоизлъчване с дължина на вълната 18 cm, което е много удобно за наблюдения от Земята. Именно хидроксилът стана първата молекула в ISM, открита през 1963 г. по време на радионаблюдения и допълваща списъка на вече известните двуатомни междузвездни молекули.
Но после стана по-интересно. През 1968 г. са публикувани резултатите от наблюденията на три- и четириатомни молекули - вода и амоняк (H 2 0, NH 3). Година по-късно се появи съобщение за откриването в ISM на първата органична молекула - формалдехид (H 2 CO). Оттогава астрономите откриват по няколко нови междузвездни молекули всяка година, така че общият брой вече надхвърля двеста. Разбира се, този списък е доминиран от прости съединения, съдържащи от два до четири атома, но значителна част (повече от една трета) са многоатомни молекули.
Добрата половина от многоатомните междузвездни съединения в земни условия ние недвусмислено бихме приписали на органична материя: формалдехид, диметилов етер, метилов и етилов алкохол, етиленгликол, метилформиат, оцетна киселина... Най-дългата молекула, открита в ISM, е открита в 1997. в една от плътните струпвания на молекулярния облак TMS-1 в съзвездието Телец. За Земята това не е много често срещано съединение от семейството на цианополините, което представлява верига от 11 въглеродни атома, към единия край на която е "прикрепен" водороден атом, към другия - азотен атом. Други органични молекули също бяха открити в същия съсирек, но по някаква причина той е особено богат на цианополиинови молекули с въглеродни вериги с различни дължини (3, 5, 7, 9, 11 атома), за които получи името "цианополинов пик ".
Друг добре познат обект с богато „органично съдържание“ е молекулярният облак Sgr B2(N), разположен близо до центъра на нашата Галактика по посока на съзвездието Стрелец. Той съдържа особено голям брой сложни молекули. Въпреки това, той няма никаква изключителност в това отношение - по-скоро тук се задейства ефектът на „търсене под фенера“. Намирането на нови молекули, особено органични, е много трудна задача и наблюдателите често предпочитат да насочват телескопите си към области от небето, които е по-вероятно да успеят. Следователно ние знаем много за концентрацията на органични вещества в молекулярните облаци на Телец, Орион, Стрелец и почти нямаме информация за съдържанието на сложни молекули в много други подобни облаци. Но това изобщо не означава, че органиката не е там - просто "антените все още не са достигнали" до тези обекти.

Трудности при дешифрирането

Тук е необходимо да се изясни какво означава "сложност" в случая. Дори елементарният анализ на звездните спектри е много трудна задача. Да, наборът от линии на всеки атом и йон е строго индивидуален, но в спектъра на една звезда линиите на много десетки елементи се припокриват и може да бъде много трудно да ги „сортираме“. В случая със спектрите на органичните молекули ситуацията става по-сложна в няколко посоки едновременно. Повечето от многобройните емисионни (абсорбционни) линии на атоми и йони попадат в тесен спектрален диапазон, достъпен за наблюдения от Земята. Сложните молекули също имат хиляди линии, но тези линии са "разпръснати" много по-широко - от близкия инфрачервен обхват (единици и десетки микрометри) до радиообхвата (десетки сантиметри).
Да кажем, че искаме да докажем, че има молекула акрилонитрил (CH 2 CHCN) в молекулярния облак. За това е необходимо първо да се знае в кои линии излъчва тази молекула. Но за много съединения такива данни не са налични! Теоретичните методи не винаги позволяват да се изчисли позицията на линиите, а в лабораторията често не може да се измери спектърът на една молекула, например, защото е трудно да се изолира в чист вид. Второ, необходимо е да се изчислят относителните интензитети на тези линии. Тяхната яркост зависи от свойствата на молекулата и от параметрите на средата (температура, плътност и др.), в която се намира. Теорията ще позволи да се предвиди, че в изследвания молекулярен облак линията на една дължина на вълната трябва да бъде три пъти по-ярка от линията на същата молекула на друга дължина на вълната. Ако се открият линии с необходимите дължини на вълната, но с грешно съотношение на интензитетите, това е сериозна причина да се съмнявате в правилността на тяхната идентификация. Разбира се, за надеждно откриване на молекула е необходимо да се наблюдава облакът във възможно най-широкия спектрален диапазон. Но значителна част от електромагнитното излъчване от космоса не достига повърхността на Земята! Това означава, че трябва или да се наблюдава фрагментарно спектърът на молекулата в „прозорците на прозрачност“ на земната атмосфера, което, разбира се, не добавя надеждност към получените резултати, или да се използва космически телескоп, което е изключително рядко. И накрая, не забравяйте, че линиите на желаната молекула ще трябва да бъдат разграничени от други молекули, от които има десетки разновидности и всяка има хиляди линии ...
Следователно не е изненадващо, че астрономите от години се опитват да идентифицират някои "представители" на космическата органика. Показателна в това отношение е историята на откриването на глицина, най-простата аминокиселина, в ISM. Въпреки че съобщенията за регистрирането на характерни черти на тази молекула в спектрите на молекулярните облаци се появяват многократно, фактът на нейното присъствие все още не е общопризнат: въпреки че много линии, сякаш принадлежащи на глицин, действително се наблюдават, другите очаквани линии отсъстват в спектрите, което дава основание за съмнение в идентифицирането.

Лаборатории за междузвезден синтез

Но всичко това е сложността на наблюденията. На теория през последните десетилетия ситуацията с междузвездния органичен синтез стана много по-ясна и сега ясно разбираме, че първоначалните идеи за химическата инертност на ISM са били погрешни. За да направим това, разбира се, трябваше да научим много за неговия състав и физични свойства предварително. Значителна част от обема на междузвездното пространство наистина е "стерилен". Той е пълен с много горещ и разреден газ с температури, вариращи от хиляди до милиони келвини, и е проникнат от твърдо, високоенергийно излъчване. Но има и отделни кондензации на междузвездна материя в Галактиката, където температурата е ниска (от няколко до десетки келвина), а плътността е значително по-висока от средната (стотици или повече частици на кубичен сантиметър). Газът в тези кондензации се смесва с прах, който ефективно абсорбира твърдата радиация, в резултат на което вътрешността им – студена, плътна, тъмна – се оказва удобно място за протичане на химични реакции и натрупване на молекули. По принцип такива "космически лаборатории" се намират във вече споменатите молекулярни облаци. Заедно те заемат по-малко от процент от общия обем на галактическия диск, но съдържат около половината от масата на междузвездната материя в Млечния път.

Полицикличните ароматни въглеводороди (ПАВ) са най-сложните съединения, открити в междузвездното пространство. Това инфрачервено изображение на звездообразуваща област в съзвездието Касиопея показва молекулярните структури на някои от тях (водородните атоми са бели, въглеродните атоми са сиви, кислородните атоми са червени), както и няколко от техните характерни спектрални линии. Учените смятат, че в близко бъдеще спектрите на PAH ще бъдат от особена стойност за дешифриране на химическия състав на междузвездната среда с помощта на инфрачервена спектроскопия.

ОРГАНИЧНИ МОЛЕКУЛИ В КОСМОСА

Елементният състав на молекулярните облаци наподобява състава на Слънцето. По принцип те се състоят от водород - по-точно водородни молекули H 2 с малка "добавка" от хелий. Останалите елементи присъстват на ниво незначителни примеси с относително съдържание от около 0,1% (за кислород) и по-ниско. Съответно, броят на молекулите, съдържащи тези примесни атоми, също е много малък в сравнение с най-често срещаната H 2 молекула. Но защо изобщо се образуват тези молекули? На Земята за химичен синтез се използват специални съоръжения, които осигуряват достатъчно високи плътности и температури. Как работи един междузвезден "химически реактор" - студен и разреден?
Тук трябва да се помни, че астрономията се занимава с други времеви мащаби. На Земята трябва бързо да постигнем резултати. Природата не бърза. Синтезът на междузвездната органика отнема стотици хиляди и милиони години. Но дори тези бавни реакции изискват катализатор. В молекулярните облаци неговата роля се играе от частици от космически лъчи. Образуването на СН връзка може да се счита за първата стъпка към синтеза на сложни органични молекули. Но ако просто вземете смес от водородни молекули и въглеродни атоми, тази връзка няма да се образува сама. Друго нещо е, ако някои от атомите и молекулите по някакъв начин се превърнат в йони. Химичните реакции, включващи йони, протичат много по-бързо. Именно тази първоначална йонизация се осигурява от космическите лъчи, инициирайки верига от взаимодействия, по време на които атомите на тежките елементи (въглерод, азот, кислород) започват да „прикрепват“ към себе си водородни атоми, образувайки прости молекули, включително тези, открити в ISM на първо място (CH и CH+).
По-нататъшният синтез е още по-лесен. Двуатомните молекули прикрепват към себе си нови водородни атоми, превръщайки се в три- и четириатомни (CH 2 +, CH 3 +), полиатомните молекули започват да реагират помежду си, превръщайки се в по-сложни съединения - ацетилен, циановодородна киселина (HCN), амоняк, формалдехид, които от своя страна се превръщат в "тухли" за синтеза на сложни органични вещества.
След като космическите лъчи дадоха първичен тласък на химичните реакции, частиците космически прах се превърнаха във важен катализатор за междузвездния органичен синтез. Те не само предпазват вътрешните области на молекулярните облаци от разрушителна радиация, но също така осигуряват повърхността си за ефективно "производство" на много неорганични и органични молекули. В съвкупността от реакции не е трудно да си представим образуването не само на глицин, но и на по-сложни съединения. В този смисъл можем да кажем, че задачата за откриване на най-простата аминокиселина има по-скоро спортен смисъл: кой пръв ще я намери уверено в космоса. Учените не се съмняват, че глицинът присъства в молекулярните облаци.

Как да оцелеем в "молекулите на живота"

Като цяло, в момента може да се счита за доказано, че "първичен бульон" не е необходим за синтеза на органична материя. Природата перфектно се справя с тази задача в открития космос. Но дали междузвездната органична материя има нещо общо с появата на живот? Наистина, звездите и планетните системи се образуват в молекулярни облаци и естествено „поглъщат“ материята им. Въпреки това, преди да се превърне в планета, това вещество преминава през доста сурови условия на протопланетарния диск и не по-малко сурови условия на младата Земя. За съжаление способността ни да изучаваме еволюцията на органичните съединения в протопланетните дискове е много ограничена. Те са много малки по размер и търсенето на органични молекули в тях е още по-трудно, отколкото в молекулярните облаци. Досега са открити около дузина молекули във формиращите се планетарни системи на други звезди. Разбира се, те включват и прости органични съединения (по-специално формалдехид), но все още не можем да опишем по-подробно еволюцията на органиката при тези условия.
На помощ идва изследването на собствената ни планетна система. Вярно, той вече е на повече от четири и половина милиарда години, но част от първичното му протопланетно вещество е запазено и до днес в някои метеорити. Именно в тях изобилието от органична материя се оказа доста впечатляващо - особено в така наречените въглеродни хондрити, които съставляват няколко процента от общия брой "небесни камъни", паднали на Земята. Те имат рохкава глинеста структура, богати са на свързана вода, но най-важното е, че значителна част от веществото им е „заето“ от въглерод, който е част от много органични съединения. Метеоритната органична материя се състои от сравнително прости молекули, сред които има аминокиселини и азотни основи и (карбоксилни киселини и „неразтворима органична материя“, която е продукт на полимеризация (катран) на по-прости съединения. Разбира се, не можем сега уверено казват, че тази органична материя е „наследена“ от веществото на протосоларен молекулен куп, но косвени доказателства сочат това - по-специално в метеорити е открит ясен излишък от изотопомери на редица молекули.

	Ацеталдехидът (вляво) и неговите изомери, винилов алкохол и етиленов оксид, също са открити в междузвездното пространство.
10 осем атома		През 1997 г. радионаблюдения потвърждават наличието на оцетна киселина в космоса.
9 молекули с девет атома и 17 молекули, съдържащи от 10 до 70 атома		Някои от най-тежките (и най-дългите) молекули, открити в космоса, принадлежат към класа на полиините - те съдържат няколко тройни връзки, свързани последователно "във верига" чрез единични връзки. Те не се срещат на земята.
МОЛЕКУЛИ, ОТКРИТИ В МОМЕНТА В МЕЖДУЗВЕЗДНОТО ПРОСТРАНСТВО

Изотопомерите или изотополозите са молекули, в които един или повече атоми са заменени с второстепенен (не най-често срещаният) изотоп на химичен елемент. Например, изотопомерът е тежка вода, в която лекият водороден изотоп протий е заменен с деутерий. Характеристика на химията на молекулярните облаци е, че изотопомерите се образуват в тях малко по-ефективно от "обикновените" молекули. Например, съдържанието на деутериран формалдехид (HDCO) може да бъде десетки процента от съдържанието на конвенционален формалдехид - въпреки факта, че като цяло атомите на деутерий (D) в космоса са сто хиляди пъти по-малко от атомите на протий (H). . Междузвездните молекули дават същото "предпочитание" на азотния изотоп 15N пред обичайния 14N. И същото относително свръхобогатяване се наблюдава в метеоритните органични вещества.
Засега от наличните данни могат да се направят три важни извода. Първо, органични съединения с много висока степен на сложност се синтезират много ефективно в междузвездната среда на нашата и други галактики. Второ, тези съединения могат да се запазят в протопланетните дискове и да бъдат част от планетезималите - "ембрионите" на планетите. И накрая, дори ако органичната материя "не е оцеляла" в самия процес на образуване на Земята или друга планета, тя може да попадне там по-късно с метеорити (както се случва днес).
Естествено възниква въпросът докъде би могъл да стигне органичният синтез на предпланетарния етап. Но какво ще стане, ако с метеоритите Земята удари не „тухлите“ за произхода на живота, а самият живот? В крайна сметка в началото на 20-ти век изглеждаше невъзможно дори прости двуатомни молекули да се появят в ISM. Сега масово откриваме в молекулярните облаци вещества, чиито имена трудно се произнасят от първия път. Откриването на аминокиселини в ISM най-вероятно е само въпрос на време. Какво ни пречи да направим следващата стъпка и да приемем, че метеоритите са донесли живот на Земята „в завършен вид“?
Всъщност няколко пъти в литературата се появяват съобщения, че останките от най-простите извънземни организми са открити в метеорити ... Въпреки това, досега тази информация е твърде ненадеждна и разпръсната, за да бъде уверено включена в общата картина на произхода на живота .

През 1806 г., в разгара на Наполеоновите войни, необичаен метеорит пада близо до френския град Але. Това бяха само три години след като метеоритите бяха официално "признати" от Парижката академия на науките. Предразсъдъците срещу "Небесните камъни" бяха все още много силни, някои от фрагментите на метеорита Але бяха просто изгубени и само един от тях след 28 години се озова в лабораторията на известния шведски химик Йенс Якоб Берцелиус

Първоначално ученият смята, че има грешка - метеоритът Але не е нито камък, нито желязо, нито желязо-каменен. Топящата се кора (повърхностен слой) обаче свидетелства за космическия произход на необичаен камък, прародител на най-редкия и тогава все още неизвестен вид метеорити - въглеродни хондрити.

Метеоритът Ale съдържаше органична маса, разтворима във вода. При нагряване частиците му покафеняват и се овъгляват - ясен знак за наличието на органични съединения, въглеродни съединения. (Припомняме, че такива прости въглеродсъдържащи съединения като co, co 2, въглеродна киселина H 2 co 3 и нейните соли са неорганични съединения.) Въпреки че сходството със земните вещества от същия тип беше очевидно, Берцелиус разумно отбеляза, че този факт " все още не е доказателство за наличието на организми в първоизточника."

Работата на Берцелиус бележи началото на изследването на органичните съединения в метеоритите. За съжаление материалът, който е на разположение за изследване, все още е много рядък. Въглеродните хондрити са много крехки - лесно се смилат на прах дори с пръсти (и в същото време, повтаряме, се появява характерна миризма на масло. Като цяло, редки сред метеоритите, въглеродните хондрити също лесно се унищожават, когато летят земната атмосфера.Да, и веднъж на земната повърхност, те, като правило, изчезват без следа, смесени със земни скали.Следователно не е изненадващо, че само две дузини въглеродни хондрити са открити и запазени в целия свят .

Четири години след публикуването на трудовете на Берцелиус, през 1838 г. в Южна Африка падна друг въглероден хондрит, който след това беше изследван от известния немски химик Фридрих Вьолер - същият Вьолер, който няколко години по-рано успя да получи вещество от животински произход - урея - от неорганични вещества.

Вьолер изолира мазна маслена субстанция „със силна битумна миризма“ от метеорит и, за разлика от Берцелиус, стигна до заключението, че такива субстанции, „въз основа на сегашното ниво на познание“, могат да бъдат синтезирани само от живи организми. Имайте предвид, че количеството органичен материал, освободен от въглеродните хопдрити, е малко - около един процент. Но и това е напълно достатъчно, за да се направят много важни изводи.

През 1864 г. отново във Франция, близо до село Оргуей, пада метеоритен дъжд от въглеродни хондрити - изключителен случай в историята на астрономията. Френският химик Клетс категорично доказа, че неразтворимото във вода черно вещество на метеорита Orgueil е органично съединение, а не графит или аморфен въглерод. Той беше поразен от сходството на тези органични съединения с подобни вещества, открити в торфа или кафявите въглища. В доклад, представен на Парижката академия на науките, Клетс твърди, че органичната материя в метеоритите "изглежда показва съществуването на организирана материя върху небесните тела".

Оттогава почти цял век изучаването на органиката на метеоритите се извършва епизодично, от случай на случай, без съществени обобщения. Сред тези няколко произведения трябва да се спомене изследването на метеорита Мигей, извършено през 1889 г. от Ю. и. симашко. Руският учен също открива органични вещества от битуминозен тип в този въглероден хондрит.

Снимка въглероден хондрит.
Не трябва да се мисли, че всички органични вещества са непременно свързани с живота или освен това са собственост на живите същества. Астрономите са наясно с множество прости образувания, съдържащи въглерод, които със сигурност нямат пряка връзка с живота. Такива са, да речем, радикалите CH и CN, наблюдавани в междузвездното пространство и атмосферите на студени звезди. Освен това в космоса, очевидно, непрекъснато протича синтез на много сложни органични съединения до и включително аминокиселини. В това ни убеждават, по-специално, любопитните експерименти на американския изследовател Р. Бергер. С помощта на ускорител на елементарни частици той бомбардира с протони смес от метан, амоняк и вода, охладена до - 230 s. само няколко минути по-късно в тази ледена смес ученият откри урея, ацетамид, ацетон. В тези експерименти Бергер всъщност симулира условията на междупланетното пространство. Протонният поток имитира първичните космически лъчи, а сместа от метан-амоняк и обикновени ледове е по същество типичен модел на кометно ядро.

Друг известен американски биохимик, М. Калвин, бомбардира смес от водород, метан, амоняк и водни пари с поток от бързи електрони. При тези експерименти е получен аденин – една от четирите азотни бази, изграждащи нуклеиновите киселини. Дали в първичната атмосфера на земята и някои други планети не са протичали такива процеси?

Изглежда, че в Космоса от неорганични вещества и по неорганичен начин се създават белтъчноподобни съединения – „Полуфабрикати” на евентуален бъдещ живот.

Така само по себе си наличието на органична материя в метеоритите все още не може да свидетелства за съществуването на живот на небесните тела. Тези вещества могат да възникнат и абиогенно, без пряка връзка с живота. Необходими са по-силни аргументи, за да се докаже противното.

Именно в тази връзка се води дискусията в съвременната наука за метеоритите. Спорът все още не е приключил, но получените резултати са от голям интерес.

Още през 1951-1952г. Английският биохимик Мюлер изолира битуминозни съединения от въглероден хондрит. По същество той повтаря трудовете на Берцелиус, Вьолер и Клец, но на несравнимо по-високо ниво. В метеоритния битум има много повече сяра, хлор и азот, отколкото в подобни земни съединения, това обстоятелство накара Мюлер да заключи, че битумът в метеоритите има абиогенен произход.

Вече споменатите М. Калвин и с. навън. Техният доклад, представен през 1960 г. на международен симпозиум за изследване на космическото пространство, е озаглавен многозначително: "извънземен живот. Някои органични съставки на метеоритите и тяхното значение за възможната биологична еволюция извън земята." Американски изследователи изолираха летливи вещества от проби от въглероден хондрит, които след това бяха прекарани през масспектрометър. В тези експерименти е определена относителната маса на фрагменти от неизвестни молекули и в допълнение са изследвани инфрачервените и ултравиолетовите спектри на екстракти от въглеродсъдържащи метеоритни съединения. Резултатите са зашеметяващи.

От въглеродния хондрит беше възможно да се изолира вещество като две капки вода, подобно на цитозин - друга от четирите азотни основи. Намерен в метеорит и смес от въглеводороди, подобни на нефт от земен произход.

На следващата 1961 г. работата на трима американски химици Г. Наги, Д. Хенеси и У. поддържам. От въглеродни хондрити те изолират набор от парафини, много подобни на тези, които са част от кората на ябълките или пчелния восък. В тази връзка се засилиха споровете около проблема за произхода на нефта.

Все още не знаем точно откъде идва петролът - източник на гориво за самолети, кораби и автомобили, най-ценната суровина за нефтохимията. Дали петролът се е образувал в резултат на разлагането на някога живи организми или „Черното злато“ е продукт на някакъв сложен абиогенен синтез? Ако първата хипотеза е вярна, битумите в метеоритите могат да се считат за следи от извънземен живот. Само ако маслото е от неорганичен произход, тогава метеоритният битум няма пряка връзка с живота извън земята, но очевидно е възникнал в резултат на абиогенни процеси.

Вече говорихме за експерименти, симулиращи образуването на органични съединения в междупланетното пространство. Още по-лесно е да си представим подобен абиогенен синтез в недрата на Земеподобна планета. Органичните вещества в метеоритите са възникнали абиогенно - това е основната теза на онези, които не смятат метеоритите за носители на останките на някакви извънземни организми. Тази позиция се защитава от Андерс, Бригс, в нашия Съветски съюз - изследователят на въглеродните хондрити Г. П. Вдовикин. Според него „изследването на спектрите на различни небесни тела показва, че въглеродът е един от най-разпространените елементи в тях: намира се под формата на елемент (c 2, c 3) и под формата на съединения ( CH 2, CN, co 2 и др.) Във всички видове небесни тела тези компоненти на атмосферата и звездното пространство могат да се полимеризират с образуването на сложни органични молекули "(Л. Кузнецова. Тринадесет загадки на небето. М. , Съветска Русия, 1967 светлина.

Най-оживените дискусии сега са около мистериозните "Организирани елементи". За първи път тези странни включвания с диаметър от 5 до 50 микрона са открити през 1961 г. от Н. Наги и Д. Клаус, докато изучават проби от четири въглеродни хондрита. Външно те приличаха на земни изкопаеми микроскопични водорасли. Сред тях американските изследователи идентифицираха пет вида обекти според морфологичните характеристики, като някои от обектите се оказаха сдвоени, сякаш са умрели в процеса на клетъчно делене. Почти всички „Организирани елементи“ изглеждаха като най-простите растения, които живеят само във вода, и това обстоятелство, според Наги и Клаус, изключваше възможността за замърсяване на метеорита от почвата. По-късно F. Staplen и други откриват "Организирани елементи" в редица въглеродни хондрити и всички изследователи отбелязват сходството им с някои едноклетъчни водорасли.

През 1962 г. ленинградският геолог б. в. Тимофеев изолира странни споровидни образувания от метеоритите Саратов и Мигея. Имаше повече от две дузини от тях - жълтеникаво-сиви, малки, кухи, почти сферични черупки, с диаметър от 10 до 60 микрона. Черупките се оказаха еднослойни, различни по дебелина, понякога намачкани в ясно очертани гънки. Според изследователя "повърхността на черупките е гладка, по-рядко фино пуберкулозна. Една от формите показва кръгла дупка - устица, характерна за някои едноклетъчни водорасли. Много от тези находки могат да бъдат сравнени с най-старите изкопаеми едноклетъчни водорасли на земята, които са живели преди повече от 600 милиона години назад, но те не могат да бъдат приписани на никоя група от растителния свят на нашата планета "(Spark, 1962, номер 4, стр. 12.

Нуклеинова киселина

Нуклеинова киселина

Дезоксирибонуклеиновата и рибонуклеинова киселина са универсални компоненти на всички живи организми, отговорни за съхранението, предаването и възпроизвеждането (реализацията) на генетична информация. Всички N. до. са разделени на два вида според въглехидратния компонент на молекулите: дезоксирибоза в дезоксирибонуклеинови киселини (ДНК) и рибоза в рибонуклеинови киселини (РНК). Биологичната роля на ДНК в повечето организми е съхраняването и възпроизвеждането на генетична информация, а РНК - във внедряването на тази информация в структурата на белтъчните молекули (Протеини) в процеса на техния синтез.

Нуклеиновите киселини са открити през 1868 г. от швейцарския учен Ф. Мишер, който установява, че тези вещества са локализирани в ядрата на клетките, имат киселинни свойства и за разлика от протеините съдържат фосфор. Химически Н. до са полинуклеотиди, т.е. биополимери, изградени от мономерни единици - мононуклеотиди, или нуклеотиди (фосфорни естери на т.нар. нуклеозиди - производни на пуринови и пиримидинови азотни бази, D-рибоза или 2-дезокси-D-рибоза). Пуриновите бази, включени в молекулата на ДНК, са аденин (А) и гуанин (G), пиримидиновите бази са цитозин (С) и тимин (Т). В РНК нуклеозидите присъства урацил (U) вместо тимин. В полинуклеотидната верига нуклеотидите са свързани чрез фосфодиестерна връзка (фиг. 1).

Първичната структура на N. до. се определя от реда на редуване на азотните бази, а тяхната пространствена конфигурация се определя от нековалентни взаимодействия между участъците на молекулата: водородни връзки между азотни бази, хидрофобни взаимодействия между равнините на базовите двойки, електростатични взаимодействия, включващи отрицателно заредени фосфатни групи и противойони.

Дезоксирибонуклеиновите киселини, изолирани от различни организми, се различават по съотношението на азотните основи, включени в техния състав, т.е. според нуклеотидния състав, който във всички ДНК се подчинява на правилото на Чаргаф: 1) броят на адениновите молекули в молекулата на Н. е равен на броя на тиминовите молекули, т.е. A = T; 2) броят на молекулите гуанин е равен на броя на молекулите цитозин, т.е. G = C; 3) броят на молекулите на пуриновите бази е равен на броя на молекулите на пиримидиновите бази; 4) броят на 6-амино групите е равен на броя на 6-кето групите, което означава, че сумата от аденин + цитозин е равна на сумата от гуанин + тимин, т.е. A + C \u003d G + T. Правилото на Chargaff е вярно и за така наречените второстепенни азотни бази (метилирани или други производни на пуринови и пиримидинови бази). По този начин нуклеотидният състав на всяка ДНК се характеризира с постоянна стойност - моларното съотношение

(коефициент на специфичност) или процентът G-C двойки, т.е.

Стойността на последния показател е практически еднаква за организми от същия клас. При висшите растения и гръбначните животни е 0,55-0,93.

Проучване, публикувано в списание Nature, показа, че органични съединения с неочаквано високо ниво на сложност съществуват в цялата Вселена. Тези резултати предполагат, че сложни органични съединения могат да бъдат създадени от звезди.

Професор Sun Quoc и д-р Yong Zhang от университета в Хонг Конг демонстрираха, че органичните вещества във Вселената са съставени както от ароматни (циклична форма), така и от алифатни (верижни) съединения. Тези съединения са толкова сложни, че химичната им структура наподобява въглища или нефт. Тъй като въглищата и нефтът са останки от древен живот, се смяташе, че тази форма на органична материя е образувана изключително от живи организми. Откритието на екипа предполага, че сложни органични съединения могат да бъдат синтезирани в космоса дори при липса на каквито и да е форми на живот.

Учените са изследвали мистериозен феномен: набор от инфрачервено лъчение в звездите, междузвездното пространство и галактиките. Техните спектрални сигнатури са известни като "неидентифицирани инфрачервени емисии". В продължение на повече от две десетилетия най-широко приетата теория за произхода на тези сигнатури е, че те са прости органични молекули, съставени от въглеродни и водородни атоми, наречени полициклични ароматни въглеводороди (ПАВ). Наблюдавайки с инфрачервената космическа обсерватория и космическия телескоп Spitzer, Kuok и Zhang демонстрираха, че емисионният спектър не може да се обясни с наличието на молекули PAH. Екипът изложи мнението, че веществата, които генерират подобно инфрачервено лъчение, имат много по-сложна химическа структура.

Звездите не само създават тази сложна органична материя, но и я изтласкват в междузвездното пространство. Резултатите са в съответствие с по-ранната идея на Куок, че старите звезди са молекулярни фабрики, способни да произвеждат органични смеси. „Нашата работа показа, че звездите могат лесно да създават сложни органични съединения в почти пълен вакуум“, каза Куок. „Теоретично е невъзможно, но все пак можем да го видим.“

Още по-интересен е фактът, че структурата на този органичен звезден прах е подобна на сложните органични съединения, открити в метеоритите. Тъй като метеоритите са останки от ранната слънчева система, възниква въпросът дали звездите биха могли да обогатят ранната слънчева система с органични съединения. Въпросът за ролята на тези съединения в процеса на възникване и развитие на живота на Земята остава открит.

„Въглеродът се среща в природата както в свободно, така и в комбинирано състояние, в много различни форми и форми. В свободно състояние въглеродът е известен в поне три форми: въглища, графит и диамант. В състояние на съединения въглеродът е част от така наречените органични вещества, т.е. много вещества, намиращи се в тялото на всяко растение и животно. Намира се под формата на въглероден диоксид във водата и въздуха и под формата на соли на въглеродния диоксид и органични остатъци в почвата и масата на земната кора. Разнообразието от вещества, които изграждат тялото на животните и растенията, е известно на всички. Восък и масло, терпентин и смола, памучна хартия и протеин, растителна клетъчна тъкан и животинска мускулна тъкан, винена киселина и нишесте - всички тези и много други вещества, включени в тъканите и соковете на растенията и животните, са въглеродни съединения. Областта на въглеродните съединения е толкова обширна, че представлява специален клон на химията, т.е. химията на въглеродните или, по-добре, въглеводородните съединения.

Тези думи от „Основи на химията“ на Д. И. Менделеев служат като подробен епиграф към нашия разказ за жизненоважния елемент – въглерода. Тук обаче има една теза, която от гледна точка на съвременната наука за материята може да се аргументира, но за това по-долу.

Вероятно пръстите на ръцете ще са достатъчни, за да се преброят химичните елементи, на които не е посветена поне една научна книга. Но независима научно-популярна книга - не някаква брошура на 20 непълни страници с корица от опаковъчна хартия, а доста солиден обем от почти 500 страници - има само един елемент в актива - въглерод.

Като цяло литературата за въглерода е най-богата. Това са, първо, всички книги и статии на органични химици без изключение; второ, почти всичко, свързано с полимери; трето, безброй публикации, свързани с изкопаемите горива; четвърто, значителна част от биомедицинската литература...

Затова няма да се опитваме да прегърнем необятността (не случайно авторите на популярната книга за елемент № 6 я нарекоха „Неизчерпаема“!), а ще се съсредоточим само върху основното от основното - ще се опитаме да видим въглерода от три гледни точки.

Въглеродът е един от малкото елементи "без семейство, без племе". Историята на човешкия контакт с това вещество датира от праисторически времена. Името на откривателя на въглерода е неизвестно и също така не е известно коя от формите на елементарен въглерод - диамант или графит - е открита по-рано. И двете се случиха твърде отдавна. Само едно може да се каже със сигурност: преди диаманта и преди графита е открито вещество, което преди няколко десетилетия се смяташе за третата, аморфна форма на елементарния въглерод - въглищата. Но в действителност въгленът, дори въгленът, не е чист въглерод. Съдържа водород, кислород и следи от други елементи. Вярно, те могат да бъдат премахнати, но дори и тогава въглищният въглерод няма да стане независима модификация на елементарния въглерод. Това е установено едва през втората четвърт на нашия век. Структурният анализ показа, че аморфният въглерод по същество е същият графит. Това означава, че не е аморфен, а кристален; само кристалите му са много малки и има повече дефекти по тях. След това те започнаха да вярват, че въглеродът на Земята съществува само в две елементарни форми - под формата на графит и диамант.

Видео Органични съединения в космоса

Алкани. Структура и номенклатура

По дефиниция алканите са наситени или наситени въглеводороди, които имат линейна или разклонена структура. Наричат ​​се още парафини. Алканите съдържат само единични ковалентни връзки между въглеродните атоми. Общата формула е

За да назовете вещество, трябва да следвате правилата. Според международната номенклатура имената се образуват с помощта на наставката -an. Имената на първите четири алкани са се развили исторически. Започвайки от петия представител, имената се състоят от префикс, указващ броя на въглеродните атоми, и суфикс -an. Например окта (осем) прави октан.

За разклонените вериги имената се сумират:

• от числата, показващи броя на въглеродните атоми, около които стоят радикалите;
• от името на радикалите;
• от името на основната верига.

Пример: 4-метилпропан - четвъртият въглероден атом в пропановата верига има радикал (метил).

Ориз. 1. Структурни формули с имената на алкани.

Всеки десети алкан назовава следващите девет алкана. След декан идват ундекан, додекан и т.н.; след ейкозан, генеикозан, докозан, трикозан и т.н.

органични и неорганични вещества. органична материя

Органичните съединения се различават от неорганичните предимно по своя състав. Ако неорганичните вещества могат да бъдат образувани от всякакви елементи на периодичната система, тогава в състава на органичните вещества със сигурност трябва да бъдат включени атоми С и Н. Такива съединения се наричат ​​въглеводороди (CH4 - метан, C6H6 - бензен). Въглеводородните суровини (нефт и газ) са от голяма полза за човечеството. Въпреки това, борбата причинява сериозни.

Въглеводородните производни също съдържат атоми O и N. Представители на кислородсъдържащите органични съединения са алкохолите и изомерните етери (C2H5OH и CH3-O-CH3), алдехидите и техните изомери - кетони (CH3CH2CHO и CH3COCH3), карбоксилните киселини и сложните етери (CH3 -COOH и HCOOCH3). Последните също включват мазнини и восъци. Въглехидратите също са кислородсъдържащи съединения.

Защо учените обединиха растителните и животинските вещества в една група - органични съединения и как се различават от неорганичните? Няма единен ясен критерий за разделяне на органични и неорганични вещества. Помислете за редица характеристики, които комбинират органични съединения.

1. Състав (изграден от атоми C, H, O, N, по-рядко P и S).
2. Структура (C-H и C-C връзките са задължителни, образуват вериги и цикли с различна дължина);
3. Свойства (всички органични съединения са горими, образуват CO2 и H2O по време на горене).

Сред органичните вещества има много полимери от естествен (протеини, полизахариди, естествен каучук и др.), Изкуствен (вискоза) и синтетичен (пластмаси, синтетичен каучук, полиестер и др.) Произход. Те имат голямо молекулно тегло и по-сложна структура в сравнение с неорганичните вещества.

И накрая, има повече от 25 милиона органични вещества.

Това е само повърхностен поглед върху органичните и неорганичните вещества. За всяка от тези групи са написани повече от дузина научни статии, статии и учебници.

Както вече посочихме по-горе, цялата съвкупност от организми, принадлежащи към всички царства на природата, се считат за живата субстанция на разглежданата обвивка на Земята. Човешките същества заемат специално място сред всички. Причините за това бяха:

• потребителска позиция, а не производствена;
• развитие на ума и съзнанието.

Всички останали представители са жива материя. Функциите на живата материя са разработени и посочени от Вернадски. Той определи следната роля на организмите:

1. Редокс.
2. Разрушителен.
3. транспорт.
4. Средообразуващи.
5. Газ.
6. Енергия.
7. Информационен.
8. концентрация.

Най-основните функции на живата материя на биосферата са газ, енергия и редокс. Но останалите също са важни, осигурявайки сложни процеси на взаимодействие между всички части и елементи на живата обвивка на планетата.

Нека разгледаме всяка от функциите по-подробно, за да разберем какво точно се има предвид и каква е същността.

Природата щедро е разпръснала своите материални ресурси из нашата планета. Но не е трудно да се забележи зависимостта: най-често човек използва онези вещества, чиито запаси от суровини са ограничени, и обратното, той използва изключително слабо такива химични елементи и техните съединения, чиито суровини са почти неограничен. Всъщност 98,6% от масата на физически достъпния слой на Земята се състои само от осем химични елемента: желязо (4,6%), кислород (47%), силиций (27,5%), магнезий (2,1%), алуминий (8,8%). %), калций (3,6%), натрий (2,6%), калий (2,5%), никел. Повече от 95% от всички метални изделия, дизайни на голямо разнообразие от машини и механизми, транспортни маршрути са направени от желязна руда. Ясно е, че подобна практика е разточителна от гледна точка както на изчерпването на железните ресурси, така и на енергийните разходи за първичната преработка на суровините от желязна руда.

Разглеждайки представените тук данни за разпространението на осемте посочени химични елемента, можем спокойно да кажем, че има големи възможности за използването на алуминий, а след това магнезий и, може би, калций при създаването на метални материали в близко бъдеще, но за това трябва да се разработят енергийно ефективни методи за производство на алуминий, за да се получи алуминиев хлорид и да се редуцира последният до метал. Този метод вече е тестван в редица страни и е предоставил основата за проектиране на топилни фабрики за алуминий с голям капацитет. Но топенето на алуминий в мащаб, сравним с производството на чугун, стомана и феросплави, все още не може да бъде осъществено в много близко бъдеще, тъй като тази задача трябва да бъде решена успоредно с разработването на подходящи алуминиеви сплави, които могат да се конкурират с чугун, стомана и други материали от суровини от желязна руда.

Широкото използване на силиций служи като постоянен упрек към човечеството по отношение на изключително ниската степен на използване на този химичен елемент в производството на материали. Силикатите съставляват 97% от общата маса на земната кора. И това дава основание да се твърди, че те трябва да бъдат основната суровина за производството на почти всички строителни материали и полуфабрикати в производството на керамика, които могат да се конкурират с металите. Освен това е необходимо да се вземат предвид и огромни натрупвания на промишлени отпадъци от силикатен характер, като "отпадъчни скали" по време на добива на въглища, "отпадъци" по време на извличането на метали от руди, пепел и шлака от енергетиката и металургичното производство . И точно тези силикати първо трябва да се превърнат в суровини за строителни материали. От една страна, това обещава големи ползи, тъй като суровините не трябва да се добиват, те чакат своите потребители в завършен вид. От друга страна, обезвреждането му е мярка за борба със замърсяването на околната среда.

В космоса само два елемента, водород и хелий, са най-разпространени, всички останали елементи могат да се разглеждат само като допълнение към тях.

Въпрос 54. Развитие на идеи за химическата структура на материята. Химични съединения.

Химиянаречена наука за химичните елементи и техните съединения.

Историята на развитието на химичните концепции започва от древни времена. Демокрит, Епикур изразиха гениални идеи, че всички тела са съставени от атоми с различни размери и форми, което определя тяхната качествена разлика. Аристотел и Емпедокъл вярвали, че телата се комбинират

Първият наистина ефективен метод за определяне на свойствата на дадено вещество е предложен през втората половина на 17 век. Английски учен Р. Бойл (1627-1691) Резултатите от експерименталните изследвания на Р. Бойл показват, че качествата и свойствата на телата зависят от това от какви материални елементи се състоят .

През 1860 г. изключителният руски химик А.М. Бутлеров (1828-1886) създава теория за химическата структура на материята - възниква по-високо ниво на развитие на химическите знания - структурна химия.

През този период се ражда технологията на органичните вещества.

Под влияние на новите производствени изисквания възниква учението за химичните процеси , който отчита промяната в свойствата на веществото под въздействието на температура, налягане, разтворители и други фактори, които заместват дървото и метала в строителството, хранителни суровини при производството на изсушаващо масло, лакове, детергенти и смазочни материали.

През 1960-1970г. се появи следващото, по-високо ниво на химическото познание - еволюционната химия . Тя се основава на принципа на самоорганизацията на химическите системи, т.е. принципа на прилагане на химическия опит на високоорганизираната жива природа.

Доскоро химиците смятаха, че е ясно какво трябва да се припише на химични съединения и какво на смеси. Още през 1800-1808 г. френският учен Ж. Пруст (1754-1826) установява закона за постоянството на състава: всяко отделно химично съединение има строго определен, непроменен състав, силно привличане на неговите съставни части (атоми) и по този начин се различава от смесите

От края на 19в бяха възобновени изследвания, които поставят под въпрос абсолютизирането на закона за постоянството на състава. Изключителният руски химик Н.С. Курнаков (1860-1941), в резултат на изследвания на интерметални съединения, т.е. съединения, състоящи се от два метала, установи образуването на реални индивидуални съединения с променлив състав и намери границите на тяхната хомогенност на диаграмата "състав-свойство", разделяща от тях областите на съществуване на състава на стехиометричните съединения. Той нарича химични съединения с променлив състав бертолиди, и остави името зад съединенията с постоянен състав далтониди.

Както показват резултатите от физическите изследвания, същността на проблема с химичните съединения се крие не толкова в постоянството или непостоянството на химичния състав, а във физическата природа на химичните връзки, които обединяват атомите в една квантово-механична система - a молекула.

Броят на химичните съединения е огромен. Те се различават както по състав, така и по химични и физични свойства. Но все пак химично съединение -качествено определено вещество, състоящо се от един или повече химични елементи.

В момента осмият се определя като най-тежкото вещество на планетата. Само един кубичен сантиметър от това вещество тежи 22,6 грама. Открито е през 1804 г. от английския химик Смитсън Тенант, когато златото се разтваря в След като в епруветката остава утайка. Това се дължи на особеностите на осмия, той е неразтворим в основи и киселини.

Най-тежкият елемент на планетата

Това е синкаво-бял метален прах. Той се среща естествено като седем изотопа, шест от които са стабилни и един е нестабилен. Плътността е малко по-добра от иридия, който има плътност от 22,4 грама на кубичен сантиметър. От откритите до момента материали най-тежкото вещество в света е осмият.

Принадлежи към групата на лантановите, итриевите, скандиевите и други лантаниди.

По-скъпи от злато и диаманти

Добива се много малко, около десет хиляди килограма годишно. Дори най-големият източник на осмий, находището Джезказган, съдържа около три десетмилионни. Обменната стойност на един рядък метал в света достига около 200 хиляди долара за грам. В същото време максималната чистота на елемента по време на процеса на почистване е около седемдесет процента.

Въпреки че руските лаборатории успяха да получат чистота от 90,4 процента, количеството метал не надвишаваше няколко милиграма.

Плътността на материята отвъд планетата Земя

Осмият несъмнено е лидер сред най-тежките елементи на нашата планета. Но ако насочим погледа си към космоса, тогава на вниманието ни ще се отворят много вещества, по-тежки от нашия „цар“ на тежките елементи.

Факт е, че във Вселената има условия, малко по-различни от тези на Земята. Гравитацията на поредицата е толкова голяма, че материята е невероятно уплътнена.

Ако разгледаме структурата на атома, ще се установи, че разстоянията в междуатомния свят донякъде напомнят на космоса, който виждаме. Където планети, звезди и други са на достатъчно голямо разстояние. Останалото е заето от празнота. Именно тази структура имат атомите и при силна гравитация това разстояние намалява доста. До „пресоването“ на едни елементарни частици в други.

Неутронни звезди - свръхплътни космически обекти

Чрез търсене отвъд нашата Земя може да успеем да открием най-тежката материя в космоса в неутронните звезди.

Това са доста уникални космически обитатели, един от възможните видове звездна еволюция. Диаметърът на такива обекти е от 10 до 200 километра, с маса равна на нашето Слънце или 2-3 пъти повече.

Това космическо тяло се състои главно от неутронно ядро, което се състои от течни неутрони. Въпреки че според някои предположения на учените той трябва да е в твърдо състояние, достоверна информация днес не съществува. Известно е обаче, че неутронните звезди, достигайки своето компресионно преразпределение, впоследствие се превръщат в с колосално освобождаване на енергия от порядъка на 10 43 -10 45 джаула.

Плътността на такава звезда е сравнима например с теглото на връх Еверест, поставен в кибритена кутия. Това са стотици милиарди тонове в един кубичен милиметър. Например, за да стане по-ясно колко висока е плътността на материята, нека вземем нашата планета с маса от 5,9 × 1024 kg и я „превърнем“ в неутронна звезда.

В резултат на това, за да се изравни плътността на неутронна звезда, тя трябва да бъде намалена до размера на обикновена ябълка с диаметър 7-10 сантиметра. Плътността на уникалните звездни обекти се увеличава, докато се придвижвате към центъра.

Слоеве и плътност на материята

Външният слой на звездата е представен от магнитосфера. Непосредствено под него плътността на материята вече достига от порядъка на един тон на кубичен сантиметър. Предвид познанията ни за Земята, в момента това е най-тежкото вещество, откривано някога. Но не правете прибързани заключения.

Нека продължим нашето изследване на уникални звезди. Наричат ​​ги още пулсари, поради високата скорост на въртене около оста им. Този индикатор за различни обекти варира от няколко десетки до стотици обороти в секунда.

Нека продължим по-нататък в изучаването на свръхплътните космически тела. След това идва слой, който има характеристиките на метал, но най-вероятно е сходен по поведение и структура. Кристалите са много по-малки, отколкото виждаме в кристалната решетка на веществата на Земята. За да изградите линия от кристали от 1 сантиметър, ще трябва да поставите повече от 10 милиарда елемента. Плътността в този слой е един милион пъти по-висока от тази във външния слой. Това не е най-тежкото нещо за една звезда. Това е последвано от слой, богат на неутрони, чиято плътност е хиляда пъти по-висока от предишния.

Ядрото на неутронната звезда и неговата плътност

Отдолу е ядрото, тук плътността достига своя максимум - два пъти по-висока от горния слой. Веществото на ядрото на небесното тяло се състои от всички елементарни частици, известни на физиката. С това стигнахме до края на пътуването до ядрото на звездата в търсене на най-тежката материя в космоса.

Мисията за търсене на уникални по плътност вещества във Вселената, изглежда, е завършена. Но космосът е пълен с мистерии и неоткрити явления, звезди, факти и закономерности.

Черни дупки във Вселената

Трябва да обърнете внимание на това, което вече е отворено днес. Това са черни дупки. Може би именно тези мистериозни обекти могат да бъдат претенденти за факта, че най-тежкото вещество във Вселената е техен компонент. Имайте предвид, че гравитацията на черните дупки е толкова силна, че светлината не може да избяга.

Според предположенията на учените веществото, изтеглено в областта на пространство-времето, се уплътнява толкова много, че между елементарните частици не остава пространство.

За съжаление, отвъд хоризонта на събитията (така наречената граница, където светлината и всеки обект, под въздействието на гравитационните сили, не може да напусне черна дупка), следват нашите предположения и косвени предположения, базирани на емисии на потоци от частици.

Редица учени предполагат, че отвъд хоризонта на събитията пространството и времето се смесват. Има мнение, че те могат да бъдат "преход" към друга Вселена. Може би това отговаря на истината, макар че е напълно възможно отвъд тези граници да се отвори друго пространство с напълно нови закони. Област, в която времето ще смени "мястото" с пространството. Местоположението на бъдещето и миналото се определя само от избора на следване. Като нашия избор да тръгнем надясно или наляво.

Потенциално е възможно във Вселената да има цивилизации, които са усвоили пътуването във времето през черни дупки. Може би в бъдеще хората от планетата Земя ще открият тайната на пътуването във времето.