Κοσμοχημεία: τι είναι; Χημεία στο διάστημα Πηγές σχηματισμού χημικών στοιχείων στο διάστημα

Bovyka Valentina Evgenievna

Κατεβάστε:

Προεπισκόπηση:

Δημοτικό δημοσιονομικό εκπαιδευτικό ίδρυμα

γυμνάσιο αρ. 20 του Κρασνοντάρ

Κατανομή χημικών στοιχείων στη Γη και στο διάστημα. Ο σχηματισμός χημικών στοιχείων στη διαδικασία της πρωτογενούς πυρηνοσύνθεσης και στο εσωτερικό των αστεριών.

Περίληψη Φυσικής

Έγινε από μαθητή:

10 «Β» τάξη MBOU γυμνάσιο Νο. 20 του Κρασνοντάρ

Bovyka Valentina

Δάσκαλος:

Skryleva Zinaida Vladimirovna

Κρασνοντάρ

2016

1. Χημεία του χώρου, που μελετά τη χημεία του χώρου.
2. Κάποιοι όροι.
3. Η χημική σύσταση των πλανητών του ηλιακού συστήματος και της σελήνης.
4. Η χημική σύνθεση των κομητών, μετεωριτών.
5. πρωτογενής πυρηνοσύνθεση.
6. Άλλες χημικές διεργασίες στο σύμπαν.
7. αστέρια.
8. διαστρικό μέσο
9. Κατάλογος χρησιμοποιημένων πόρων

Διαστημική Χημεία. Τι μελετά η διαστημική χημεία;

Αντικείμενο της μελέτης της διαστημικής χημείας είναι η χημική σύνθεση των κοσμικών σωμάτων (πλανήτες, αστέρια, κομήτες κ.λπ.), ο διαστρικός χώρος, καθώς και οι χημικές διεργασίες που συμβαίνουν στο διάστημα.

Η χημεία του Κόσμου ασχολείται κυρίως με τις διεργασίες που συμβαίνουν κατά την ατομική-μοριακή αλληλεπίδραση ουσιών και η φυσική ασχολείται με την πυρηνοσύνθεση μέσα στα αστέρια.

Κάποιοι όροι

Για ευκολία αντίληψης του υλικού που ακολουθεί, χρειάζεται ένα γλωσσάρι όρων.

αστέρια - φωτεινές αέριες μπάλες, στα έντερα των οποίων λαμβάνουν χώρα αντιδράσεις σύνθεσης χημικών στοιχείων.

Πλανήτης - ουράνια σώματα που περιστρέφονται σε τροχιές γύρω από αστέρια ή τα υπολείμματά τους.

Κομήτες - διαστημικά σώματα, που αποτελούνται από παγωμένα αέρια, σκόνη.

μετεωρίτες - μικρά κοσμικά σώματα που πέφτουν στη Γη από το διαπλανητικό διάστημα.

μετεωροι - φαινόμενα με τη μορφή ενός φωτεινού ίχνους, το οποίο οφείλεται στην πρόσκρουση ενός μετεωροειδούς στην ατμόσφαιρα της Γης.

διαστρικό μέσο- σπάνια ύλη, ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και μαγνητικό πεδίο που γεμίζουν το χώρο μεταξύ των αστεριών.

Τα κύρια συστατικά της διαστρικής ύλης: αέριο, σκόνη, κοσμικές ακτίνες.

Πυρηνοσύνθεση - η διαδικασία σχηματισμού πυρήνων χημικών στοιχείων (βαρύτερων από το υδρογόνο) κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων πυρηνικής σύντηξης.

Η χημική σύσταση των πλανητών του ηλιακού συστήματος και της σελήνης

Οι πλανήτες του ηλιακού συστήματος είναι ουράνια σώματα που περιστρέφονται γύρω από ένα αστέρι που ονομάζεται Ήλιος.

Το ηλιακό σύστημα αποτελείται από 8 πλανήτες: Ερμής, Αφροδίτη, Γη, Άρης, Δίας, Κρόνος, Ουρανός, Ποσειδώνας.

Ας εξετάσουμε κάθε πλανήτη ξεχωριστά.

Ερμής

Ο πλησιέστερος πλανήτης στον Ήλιο στο ηλιακό σύστημα, ο μικρότερος πλανήτης. Η διάμετρος του Ερμή είναι περίπου 4870 km.

Χημική σύνθεση

Ο πυρήνας του πλανήτη είναι σίδηρος, σιδηρομαγνητικός. Περιεκτικότητα σε σίδηρο = 58%

Η ατμόσφαιρα, σύμφωνα με ένα στοιχείο, αποτελείται κυρίως από άζωτο (Ν 2 ) αναμεμειγμένο με διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), σύμφωνα με άλλους - από ήλιο (He), νέο (Ne) και αργό (Ar).

Αφροδίτη

Ο δεύτερος πλανήτης στο ηλιακό σύστημα. Διάμετρος ≈ 6000 km.

Χημική σύνθεση

Ο πυρήνας είναι σίδηρος, ο μανδύας περιέχει πυριτικά, ανθρακικά.

Η ατμόσφαιρα είναι 97% διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), το υπόλοιπο είναι άζωτο (Ν 2), νερό (Η2Ο) και οξυγόνο (Ο2).

Γη

Ο τρίτος πλανήτης του ηλιακού συστήματος, ο μόνος πλανήτης του ηλιακού συστήματος με τις πιο ευνοϊκές συνθήκες για ζωή. Η διάμετρος είναι περίπου 12.500 km.

Χημική σύνθεση

Σιδερένιος πυρήνας. Ο φλοιός της Γης περιέχει οξυγόνο Ο 2 (49%), πυρίτιο Si (26%), αλουμίνιο Al (4,5%), καθώς και άλλα χημικά στοιχεία. Η ατμόσφαιρα είναι 78% άζωτο (Ν 2 ), 21% από οξυγόνο (Ο 2 ) και 0,03% από διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ), τα υπόλοιπα είναι αδρανή αέρια, υδρατμοί και ακαθαρσίες. Η υδρόσφαιρα αποτελείται κυρίως από οξυγόνο Ο 2 (85,82%), υδρογόνο Η2 (10,75%) και άλλα στοιχεία. Όλα τα έμβια όντα περιέχουν άνθρακα (C).

Άρης

Ο Άρης είναι ο τέταρτος πλανήτης του ηλιακού συστήματος. Διάμετρος περίπου 7000 km

Χημική σύνθεση

Σιδερένιος πυρήνας. Ο φλοιός του πλανήτη περιέχει οξείδια σιδήρου και πυριτικά άλατα.

Ζεύς

Ο Δίας είναι ο πέμπτος πλανήτης από τον Ήλιο. Ο μεγαλύτερος πλανήτης στο ηλιακό σύστημα. Διάμετρος πάνω από 140.000 km.

Χημική σύνθεση

Ο πυρήνας είναι συμπιεσμένο υδρογόνο (H 2 ) και ήλιο (Αυτός). Η ατμόσφαιρα περιέχει υδρογόνο (H 2), μεθάνιο (CH4 ), ήλιο (He), αμμωνία (NH 3 ).

Κρόνος

Ο Κρόνος είναι ο έκτος πλανήτης από τον Ήλιο. Έχει διάμετρο περίπου 120.000 km.

Χημική σύνθεση

Δεν υπάρχουν δεδομένα για τον πυρήνα και τον φλοιό της γης. Η ατμόσφαιρα αποτελείται από τα ίδια αέρια με την ατμόσφαιρα του Δία.

Ουρανός και Ποσειδώνας

Ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας είναι ο έβδομος και ο όγδοος πλανήτες αντίστοιχα. Και οι δύο πλανήτες έχουν κατά προσέγγιση διάμετρο 50.000 km.

Χημική σύνθεση

Δεν υπάρχουν δεδομένα για τον πυρήνα και τον φλοιό. Η ατμόσφαιρα σχηματίζεται από μεθάνιο (CH 4 ), ήλιο (He), υδρογόνο (H 2 ).

Φεγγάρι

Το φεγγάρι είναι δορυφόρος της Γης, η βάση της πρώτης ύλης. Το σεληνιακό έδαφος ονομάζεται ρεγόλιθος, αποτελείται από οξείδιο του πυριτίου (IV), οξείδιο του αργιλίου και οξείδια άλλων μετάλλων, πολύ ουράνιο, καθόλου νερό.

Η χημική σύνθεση των κομητών, μετεωριτών

μετεωρίτες

Οι μετεωρίτες είναι σίδηρος, σίδηρος-πέτρα και πέτρα. Τις περισσότερες φορές, πέτρινοι μετεωρίτες πέφτουν στη Γη. Κατά μέσο όρο, σύμφωνα με υπολογισμούς, για κάθε σιδερένιο μετεωρίτη υπάρχουν 16 πέτρινοι.

Η χημική σύσταση των μετεωριτών σιδήρου είναι 90% σίδηρος (Fe), 8,5% νικέλιο (Ni), 0,6% κοβάλτιο (Co) και 0,01% πυρίτιο (Si).

Οι πετρώδεις μετεωρίτες αποτελούνται κυρίως από οξυγόνο (0 2 ) (41%) και πυρίτιο (Si) (21%).

Κομήτες

Οι κομήτες είναι στερεά σώματα που περιβάλλονται από ένα κέλυφος αερίου. Ο πυρήνας αποτελείται από κατεψυγμένο μεθάνιο (CH 4) και αμμωνία (NH 3 ) με ορυκτές προσμίξεις. Μια ποικιλία από ρίζες και ιόντα έχουν βρεθεί σε κομήτες αερίων. Οι πιο πρόσφατες παρατηρήσεις έγιναν στον κομήτη Hale-Bopp, ο οποίος περιελάμβανε υδρόθειο, νερό, βαρύ νερό, διοξείδιο του θείου, φορμαλδεΰδη, μεθανόλη, μυρμηκικό οξύ, υδροκυάνιο, μεθάνιο, ακετυλένιο, αιθάνιο, φοστερίτη και άλλες ενώσεις.

Πρωτογενής πυρηνοσύνθεση

Για να εξετάσουμε την πρωτογενή πυρηνοσύνθεση, ας στραφούμε στον πίνακα.

ηλικία του σύμπαντος	Θερμοκρασία, Κ	Κατάσταση και σύνθεση της ύλης
0,01 δευτ	10 11	νετρόνια, πρωτόνια, ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια σε θερμική ισορροπία. Οι αριθμοί n και p είναι ίδιοι.
0,1 δευτ	3*10 10	Τα σωματίδια είναι τα ίδια, αλλά ο λόγος του αριθμού των πρωτονίων προς τον αριθμό των νετρονίων είναι 3:5
	10 10	τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια εκμηδενίζονται, p:n =3:1
13,8 δευτ	3*10 9	Αρχίζουν να σχηματίζονται πυρήνες δευτερίου D και ηλίου 4 Όχι, τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια εξαφανίζονται, υπάρχουν ελεύθερα πρωτόνια και νετρόνια.
35 λεπτά	3*10 8	Ορίζει τον αριθμό των D και Not σε σχέση με τον αριθμό p και n 4 He:H + ≈24-25% κατά βάρος
7*10 5 χρόνια	3*10 3	Η χημική ενέργεια είναι αρκετή για να σχηματιστούν σταθερά ουδέτερα άτομα. Το σύμπαν είναι διαφανές στην ακτινοβολία. Η ύλη κυριαρχεί στην ακτινοβολία.

Η ουσία της πρωτογενούς πυρηνοσύνθεσης ανάγεται στο σχηματισμό πυρήνων δευτερίου από νουκλεόνια, από πυρήνες δευτερίου και νουκλεόνια - πυρήνες ηλίου με αριθμό μάζας 3 και τρίτιο και από πυρήνες 3 Όχι, 3 Η και νουκλεόνια - πυρήνες 4 Όχι.

Άλλες χημικές διεργασίες στο σύμπαν

Σε υψηλές θερμοκρασίες (στον περιαστρικό χώρο η θερμοκρασία μπορεί να φτάσει περίπου αρκετές χιλιάδες βαθμούς), όλα τα χημικά αρχίζουν να αποσυντίθενται σε συστατικά - ρίζες (CH 3 από 2 , CH, κ.λπ.) και άτομα (Η, Ο, κ.λπ.)

αστέρια

Τα αστέρια διαφέρουν σε μάζα, μέγεθος, θερμοκρασία, φωτεινότητα.

Τα εξωτερικά στρώματα των άστρων αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο, καθώς και από ήλιο, οξυγόνο και άλλα στοιχεία (C, P, N, Ar, F, Mg, κ.λπ.)

Τα υπονάνο αστέρια αποτελούνται από βαρύτερα στοιχεία: κοβάλτιο, σκάνδιο, τιτάνιο, μαγγάνιο, νικέλιο κ.λπ.

Στην ατμόσφαιρα των γιγάντων άστρων, μπορούν να βρεθούν όχι μόνο άτομα χημικών στοιχείων, αλλά και μόρια πυρίμαχων οξειδίων (για παράδειγμα, τιτάνιο και ζιρκόνιο), καθώς και ορισμένες ρίζες: CN, CO, C 2

Η χημική σύσταση των αστεριών μελετάται με τη φασματοσκοπική μέθοδο. Έτσι, σίδηρος, υδρογόνο, ασβέστιο και νάτριο βρέθηκαν στον Ήλιο. Το ήλιο βρέθηκε αρχικά στον Ήλιο και αργότερα βρέθηκε στην ατμόσφαιρα του πλανήτη Γη. Προς το παρόν, 72 στοιχεία έχουν βρεθεί στα φάσματα του Ήλιου και άλλων ουράνιων σωμάτων· όλα αυτά τα στοιχεία έχουν επίσης βρεθεί στη Γη.

Η πηγή ενέργειας των αστεριών είναι οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης.

Στο πρώτο στάδιο της ζωής ενός άστρου, το υδρογόνο μετατρέπεται σε ήλιο στο εσωτερικό του.

4 1 H → 4 He

Στη συνέχεια, το ήλιο μετατρέπεται σε άνθρακα και οξυγόνο

3 4 Αυτός → 12 C

4 4 Αυτός → 16 Ο

Στο επόμενο στάδιο, ο άνθρακας και το οξυγόνο είναι καύσιμο, σε διαδικασίες άλφα, στοιχεία νέον σχηματίζονται σε σίδηρο. Περαιτέρω αντιδράσεις σύλληψης φορτισμένων σωματιδίων είναι ενδόθερμες, επομένως η νουκλεοσύνθεση σταματά. Λόγω της διακοπής των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων, η ισορροπία του πυρήνα του σιδήρου διαταράσσεται, αρχίζει η βαρυτική συμπίεση, μέρος της ενέργειας της οποίας δαπανάται για τη διάσπαση του πυρήνα του σιδήρου σε α-σωματίδια και νετρόνια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται βαρυτική κατάρρευση και διαρκεί περίπου 1 δευτερόλεπτο. Ως αποτέλεσμα μιας απότομης αύξησης της θερμοκρασίας, εμφανίζονται αντιδράσεις θερμοπυρηνικής καύσης υδρογόνου, ηλίου, άνθρακα και οξυγόνου στο περίβλημα του άστρου. Απελευθερώνεται τεράστια ποσότητα ενέργειας, η οποία οδηγεί σε έκρηξη και διαστολή της ύλης του άστρου. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται σουπερνόβα. Κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης σουπερνόβα, απελευθερώνεται ενέργεια, η οποία δίνει στα σωματίδια μεγάλη επιτάχυνση, οι ροές νετρονίων βομβαρδίζουν τους πυρήνες των στοιχείων που σχηματίστηκαν νωρίτερα. Στη διαδικασία σύλληψης νετρονίων που ακολουθείται από ακτινοβολία β, συντίθενται οι πυρήνες στοιχείων βαρύτερων από τον σίδηρο. Μόνο τα πιο ογκώδη αστέρια φτάνουν σε αυτό το στάδιο.

Κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης, τα νετρόνια σχηματίζονται από πρωτόνια και ηλεκτρόνια σύμφωνα με το σχήμα:

1 1 p + -1 0 e → 1 0 n + v

Σχηματίζεται ένα αστέρι νετρονίων.

Ο πυρήνας ενός σουπερνόβα μπορεί να μετατραπεί σε πάλσαρ - ένας πυρήνας που περιστρέφεται με περίοδο κλάσματος του δευτερολέπτου και εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Το μαγνητικό του πεδίο φτάνει σε κολοσσιαίες διαστάσεις.

Είναι επίσης πιθανό το μεγαλύτερο μέρος του κελύφους να υπερνικήσει τη δύναμη της έκρηξης και να πέσει στον πυρήνα. Λαμβάνοντας πρόσθετη μάζα, το αστέρι νετρονίων αρχίζει να συρρικνώνεται σχηματίζοντας μια «μαύρη τρύπα».

διαστρικό μέσο

Το διαστρικό μέσο αποτελείται από αέριο, σκόνη, μαγνητικά πεδία και κοσμικές ακτίνες. Η απορρόφηση της αστρικής ακτινοβολίας συμβαίνει λόγω αερίου και σκόνης. Η σκόνη του διαστρικού μέσου έχει θερμοκρασία 100-10 K, η θερμοκρασία του διαστρικού αερίου μπορεί να κυμαίνεται από 10 έως 10 7 K και εξαρτάται από την πυκνότητα και τις πηγές θερμότητας. Το διαστρικό αέριο μπορεί να είναι είτε ουδέτερο είτε ιονισμένο (H 2 0 , Η 0 , Η + , e - , He 0 ).

Η πρώτη χημική ένωση στο διάστημα ανακαλύφθηκε το 1937 χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία. Αυτή η ένωση ήταν η ρίζα CH, λίγα χρόνια αργότερα βρέθηκε το κυανογόνο CN και το 1963 ανακαλύφθηκε το υδροξυλικό ΟΗ.

Με τη χρήση ραδιοκυμάτων και υπέρυθρης ακτινοβολίας στη φασματοσκοπία, κατέστη δυνατή η μελέτη των «ψυχρών» περιοχών του διαστήματος. Αρχικά, βρέθηκαν ανόργανες ουσίες: νερό, αμμωνία, μονοξείδιο του άνθρακα, υδρόθειο και στη συνέχεια οργανικές: φορμαλδεΰδη, μυρμηκικό οξύ, οξικό οξύ, ακεταλδεΰδη και μυρμηκική αλκοόλη. Η αιθυλική αλκοόλη βρέθηκε στο διάστημα το 1974. Στη συνέχεια, Ιάπωνες επιστήμονες ανακάλυψαν τη μεθυλαμίνη CH 3 -NH2.

Στον διαστρικό χώρο, κινούνται ρεύματα ατομικών πυρήνων - κοσμικές ακτίνες. Περίπου το 92% αυτών των πυρήνων είναι πυρήνες υδρογόνου, το 6% είναι ήλιο και το 1% είναι πυρήνες βαρύτερων στοιχείων. Οι κοσμικές ακτίνες πιστεύεται ότι παράγονται από εκρήξεις σουπερνόβα.

Ο χώρος μεταξύ των διαστημικών σωμάτων είναι γεμάτος με διαστρικό αέριο. Αποτελείται από άτομα, ιόντα και ρίζες και περιλαμβάνει επίσης σκόνη. Η ύπαρξη σωματιδίων όπως: CN, CH, OH, CS, H 2 O, CO, COS, SiO, HCN, HCOOH, CH 3OH και άλλοι.

Η σύγκρουση των σωματιδίων της κοσμικής ακτινοβολίας, του ηλιακού ανέμου και του διαστρικού αερίου οδηγεί στο σχηματισμό διαφόρων σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων των οργανικών.

Όταν τα πρωτόνια συγκρούονται με άτομα άνθρακα, σχηματίζονται υδρογονάνθρακες. Το υδροξυλικό ΟΗ σχηματίζεται από πυριτικά, ανθρακικά και διάφορα οξείδια.

Κάτω από τη δράση των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα της Γης, σχηματίζονται ισότοπα όπως: άνθρακας με αριθμό μάζας 14 14 Γ, βηρύλλιο, του οποίου ο μαζικός αριθμός είναι 10 10 Be, και χλώριο με μαζικό αριθμό 36 36Cl.

Το ισότοπο άνθρακα με αριθμό μάζας 14 συσσωρεύεται σε φυτά, κοράλλια και σταλακτίτες. Ισότοπο βηρυλλίου με αριθμό μάζας 10 - στα ιζήματα του πυθμένα των θαλασσών και των ωκεανών, πολικός πάγος.

Η αλληλεπίδραση της κοσμικής ακτινοβολίας με τους πυρήνες των γήινων ατόμων παρέχει πληροφορίες για τις διεργασίες που συμβαίνουν στο διάστημα. Η σύγχρονη επιστήμη ασχολείται με αυτά τα ζητήματα - πειραματική παλαιοαστροφυσική.

Για παράδειγμα, πρωτόνια κοσμικής ακτίνας, που συγκρούονται με μόρια αζώτου στον αέρα, διασπούν το μόριο σε άτομα και προχωρά μια πυρηνική αντίδραση:

7 14 N + 1 1 H→2 2 4 He + 4 7 Be

Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, σχηματίζεται ένα ραδιενεργό ισότοπο βηρυλλίου.

Τη στιγμή της σύγκρουσης με τα ατμοσφαιρικά άτομα, το πρωτόνιο εκτοξεύει τα νετρόνια από αυτά τα άτομα, αυτά τα νετρόνια αλληλεπιδρούν με άτομα αζώτου, γεγονός που οδηγεί στο σχηματισμό ενός ισοτόπου υδρογόνου με αριθμό μάζας 3 - τρίτιο:

7 14 N + 0 1 n → 1 3 H + 6 12 C

Το τρίτιο, που υφίσταται β-διάσπαση, εκτοξεύει ένα ηλεκτρόνιο:

1 3 H → -1 0 e + 2 3 He

Έτσι σχηματίζεται το ελαφρύ ισότοπο του ηλίου.

Ένα ραδιενεργό ισότοπο άνθρακα σχηματίζεται κατά τη σύλληψη ηλεκτρονίων από άτομα αζώτου:

7 14 N + -1 0 e → 6 14 C

Η επικράτηση των χημικών στοιχείων στο διάστημα

Εξετάστε την επικράτηση των χημικών στοιχείων στον γαλαξία του Γαλαξία. Τα δεδομένα για την παρουσία ορισμένων στοιχείων ελήφθησαν με φασματοσκοπία. Για οπτική αναπαράσταση, χρησιμοποιούμε έναν πίνακα.

Βασική χρέωση	Στοιχείο	Κλάσμα μάζας σε μέρη ανά χίλια
	Υδρογόνο
	Ήλιο
	Οξυγόνο	10,4
	Ανθρακας
	Νέο	1,34
	Σίδερο
	Αζωτο	0,96
	Πυρίτιο	0,65
	Μαγνήσιο	0,58
	Θείο	0,44

Για μια πιο οπτική αναπαράσταση, ας στραφούμε σε ένα γράφημα πίτας.

Όπως μπορείτε να δείτε στο διάγραμμα, το πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν είναι το υδρογόνο, το δεύτερο πιο άφθονο είναι το ήλιο και το τρίτο είναι το οξυγόνο. Τα κλάσματα μάζας άλλων στοιχείων είναι πολύ λιγότερα.

Προεπισκόπηση:

Για να χρησιμοποιήσετε την προεπισκόπηση των παρουσιάσεων, δημιουργήστε έναν λογαριασμό Google (λογαριασμό) και συνδεθείτε: https://accounts.google.com

Λεζάντες διαφανειών:

Η επικράτηση των χημικών στοιχείων στη Γη και στο διάστημα. Ο σχηματισμός χημικών στοιχείων στη διαδικασία της πρωτογενούς πυρηνοσύνθεσης και στο εσωτερικό των αστεριών Ολοκληρώθηκε από μαθήτρια 10 «Β» τάξης MBOU γυμνάσιο αρ. 20 Bovyka Valentina Επιβλέπων: Skryleva Z.V.

Η διαστημική χημεία είναι η επιστήμη της χημικής σύνθεσης των κοσμικών σωμάτων, του διαστρικού χώρου, καθώς και των χημικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στο διάστημα.

Απαραίτητοι όροι Τα αστέρια είναι φωτεινές αέριες ογκώδεις σφαίρες, στα βάθη των οποίων λαμβάνουν χώρα οι αντιδράσεις σύνθεσης χημικών στοιχείων. Πλανήτης - ουράνια σώματα που περιστρέφονται σε τροχιές γύρω από αστέρια ή τα υπολείμματά τους. Οι κομήτες είναι κοσμικά σώματα που αποτελούνται από παγωμένα αέρια και σκόνη. Οι μετεωρίτες είναι μικρά κοσμικά σώματα που πέφτουν στη Γη από το διαπλανητικό διάστημα. Οι μετεωρίτες είναι φαινόμενα με τη μορφή ενός φωτεινού ίχνους, το οποίο οφείλεται στην είσοδο ενός μετεωροειδούς στην ατμόσφαιρα της Γης. Το διαστρικό μέσο είναι σπάνια ύλη, ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και ένα μαγνητικό πεδίο που γεμίζει το χώρο μεταξύ των αστεριών. Τα κύρια συστατικά της διαστρικής ύλης: αέριο, σκόνη, κοσμικές ακτίνες. Η πυρηνοσύνθεση είναι η διαδικασία σχηματισμού πυρήνων χημικών στοιχείων (βαρύτερων από το υδρογόνο) κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων πυρηνικής σύντηξης.

Ερμής Αφροδίτη Γη Άρης

Δίας Κρόνος Ουρανός Ποσειδώνας

Το φεγγάρι είναι δορυφόρος της Γης, η βάση της πρώτης ύλης.

Μετεωρίτης Κομήτης

Πρωτογενής πυρηνοσύνθεση Ηλικία του σύμπαντος Θερμοκρασία, K Κατάσταση και σύσταση της ύλης 0,01 s 10 11 νετρόνια, πρωτόνια, ηλεκτρόνια, ποζιτρόνια σε θερμική ισορροπία. Οι αριθμοί n και p είναι ίδιοι. 0,1 s 3*10 10 Τα σωματίδια είναι τα ίδια, αλλά ο λόγος του αριθμού των πρωτονίων προς τον αριθμό των νετρονίων είναι 3:5 1s 10 10 ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια εξαφανίζονται, p:n =3:1 13,8 s 3*10 9 Οι πυρήνες του δευτερίου αρχίζουν να σχηματίζουν D και το ήλιο 4 He, τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια εξαφανίζονται, υπάρχουν ελεύθερα πρωτόνια και νετρόνια. 35 min 3*10 8 Η ποσότητα του D και του He τίθεται σε σχέση με τον αριθμό p και n 4 He:H + ≈24-25% κατά βάρος 7*10 5 χρόνια 3*10 3 Η χημική ενέργεια είναι αρκετή για να σχηματίσει σταθερό ουδέτερα άτομα. Το σύμπαν είναι διαφανές στην ακτινοβολία. Η ύλη κυριαρχεί στην ακτινοβολία.

Οι κύριες αντιδράσεις που συμβαίνουν στο εσωτερικό των αστέρων 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

Οι κύριες αντιδράσεις που συμβαίνουν λόγω των συστατικών του διαστρικού μέσου 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

Η αφθονία των χημικών στοιχείων στον γαλαξία του Γαλαξία

Κατάλογος χρησιμοποιημένων πόρων 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

Οι απείρως διαφορετικοί ζωντανοί οργανισμοί αποτελούνται από ένα περιορισμένο σύνολο ατόμων, την εμφάνιση των οποίων οφείλουμε σε μεγάλο βαθμό στα αστέρια. Το πιο ισχυρό γεγονός στη ζωή του Σύμπαντος - η Μεγάλη Έκρηξη - γέμισε τον κόσμο μας με μια ουσία πολύ πενιχρής χημικής σύστασης.
Πιστεύεται ότι η ένωση των νουκλεονίων (πρωτόνια και νετρόνια) στον διαστελλόμενο χώρο δεν είχε χρόνο να προχωρήσει περισσότερο από το ήλιο. Επομένως, το προ-γαλαξιακό Σύμπαν γέμισε σχεδόν αποκλειστικά με πυρήνες υδρογόνου (δηλαδή απλά πρωτόνια) με μια μικρή -περίπου το ένα τέταρτο της μάζας- προσθήκη πυρήνων ηλίου (σωματίδια άλφα). Δεν υπήρχε σχεδόν τίποτα άλλο σε αυτό, εκτός από τα ηλεκτρόνια του φωτός. Το πώς ακριβώς έγινε ο πρωτογενής εμπλουτισμός του Σύμπαντος με πυρήνες βαρύτερων στοιχείων, δεν μπορούμε ακόμη να πούμε. Μέχρι σήμερα, δεν έχει ανακαλυφθεί ούτε ένα «αρχέγονο» αστέρι, δηλαδή ένα αντικείμενο που αποτελείται μόνο από υδρογόνο και ήλιο. Υπάρχουν ειδικά προγράμματα για την αναζήτηση άστρων με χαμηλή περιεκτικότητα σε μέταλλα (υπενθυμίζουμε ότι οι αστρονόμοι έχουν συμφωνήσει να αποκαλούν όλα τα στοιχεία βαρύτερα από το ήλιο "μέταλλα") και αυτά τα προγράμματα δείχνουν ότι τα αστέρια "εξαιρετικά χαμηλής μεταλλικότητας" είναι εξαιρετικά σπάνια στον Γαλαξία μας . Είναι, σε ορισμένα δείγματα καταγραφής, το περιεχόμενο, για παράδειγμα, σε σίδηρο είναι κατώτερο από αυτό του ήλιου κατά δεκάδες χιλιάδες φορές. Ωστόσο, υπάρχουν μόνο λίγα τέτοια αστέρια και μπορεί κάλλιστα να αποδειχθεί ότι «στο πρόσωπό τους» δεν έχουμε να κάνουμε με «σχεδόν πρωταρχικά» αντικείμενα, αλλά απλώς με κάποιο είδος ανωμαλίας. Συνολικά, ακόμη και τα παλαιότερα αστέρια του Γαλαξία περιέχουν αρκετές ποσότητες άνθρακα, αζώτου, οξυγόνου και βαρύτερα άτομα. Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και τα πιο αρχαία γαλαξιακά φωτιστικά σώματα δεν είναι στην πραγματικότητα τα πρώτα: πριν από αυτά, το Σύμπαν είχε ήδη κάποιο είδος «εργοστασίων» για την παραγωγή χημικών στοιχείων.

Το Ευρωπαϊκό Παρατηρητήριο Υπέρυθρου Διαστήματος Herschel έχει ανιχνεύσει φασματικά «δακτυλικά αποτυπώματα» οργανικών μορίων στο RTO. Σε αυτήν την εικόνα, μια υπέρυθρη εικόνα του νεφελώματος του Ωρίωνα που λήφθηκε από το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer της NASA επικαλύπτεται με το φάσμα του που λήφθηκε από τον φασματογράφο υψηλής ανάλυσης HIFI του Παρατηρητηρίου Herschel. Αποδεικνύει ξεκάθαρα τον κορεσμό του με πολύπλοκα μόρια: οι γραμμές νερού, μονοξειδίου του άνθρακα και διοξειδίου του θείου, καθώς και οργανικές ενώσεις - φορμαλδεΰδη, μεθανόλη, διμεθυλαιθέρας, υδροκυανικό οξύ και τα ισοτοπικά τους ανάλογα αναγνωρίζονται εύκολα στο φάσμα. Οι ανυπόγραφες κορυφές ανήκουν σε πολυάριθμα αλλά αγνώστων στοιχείων μόρια.

Τώρα πιστεύεται ότι τέτοια εργοστάσια θα μπορούσαν να είναι υπερμεγέθη αστέρια του λεγόμενου πληθυσμού του τρίτου (III) τύπου. Το γεγονός είναι ότι τα βαριά στοιχεία δεν είναι απλώς ένα «καρύκευμα» για το υδρογόνο και το ήλιο. Αυτοί είναι σημαντικοί συμμετέχοντες στη διαδικασία σχηματισμού αστεριών, που επιτρέπουν σε μια συστάδα πρωτοαστρικού αερίου που καταρρέει να απελευθερώσει θερμότητα που απελευθερώνεται κατά τη συμπίεση. Εάν του στερήσετε μια τέτοια ψύκτρα, απλά δεν μπορεί να συρρικνωθεί - δηλαδή, δεν μπορεί να γίνει αστέρι ... Πιο συγκεκριμένα, μπορεί, αλλά μόνο με την προϋπόθεση ότι η μάζα του είναι πολύ μεγάλη - εκατοντάδες και χιλιάδες φορές περισσότερο από σύγχρονα αστέρια. Δεδομένου ότι ένα αστέρι ζει λιγότερο, όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του, οι πρώτοι γίγαντες υπήρχαν για πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Έζησαν σύντομες φωτεινές ζωές και εξερράγησαν, χωρίς να αφήνουν ίχνη, εκτός από τα άτομα των βαρέων στοιχείων που είχαν χρόνο να συντεθούν στα βάθη τους ή να σχηματιστούν απευθείας κατά τις εκρήξεις.
Στο σύγχρονο Σύμπαν, πρακτικά ο μόνος προμηθευτής βαρέων στοιχείων είναι η αστρική εξέλιξη. Πιθανότατα, ο περιοδικός πίνακας «γεμίζεται» από αστέρια των οποίων η μάζα υπερβαίνει την ηλιακή μάζα περισσότερο από μια τάξη μεγέθους. Εάν στον Ήλιο και άλλα παρόμοια φωτιστικά σώματα, η θερμοπυρηνική σύντηξη στον πυρήνα δεν υπερβαίνει το οξυγόνο, τότε τα πιο ογκώδη αντικείμενα στη διαδικασία της εξέλιξης αποκτούν μια δομή «κρεμμυδιού»: οι πυρήνες τους περιβάλλονται από στρώματα και όσο πιο βαθιά είναι το στρώμα, σε αυτό συντίθενται βαρύτεροι πυρήνες. Εδώ η αλυσίδα των θερμοπυρηνικών μετασχηματισμών δεν τελειώνει με οξυγόνο, αλλά με σίδηρο, με το σχηματισμό ενδιάμεσων πυρήνων - νέον, μαγνήσιο, πυρίτιο, θείο και άλλα.

Το Μεγάλο Νεφέλωμα του Ωρίωνα (LTO) είναι μια από τις πλησιέστερες περιοχές σχηματισμού αστεριών που περιέχει μεγάλες ποσότητες αερίου, σκόνης και νεογέννητων αστέρων. Ταυτόχρονα, αυτό το νεφέλωμα είναι ένα από τα μεγαλύτερα «χημικά εργοστάσια» στον Γαλαξία μας και η πραγματική του «δύναμη», καθώς και οι τρόποι σύνθεσης των μορίων της διαστρικής ύλης σε αυτό, δεν είναι ακόμη απολύτως σαφείς στους αστρονόμους. Αυτή η εικόνα τραβήχτηκε με την κάμερα Wide Field Imager στο τηλεσκόπιο MPG/ES0 2,2 μέτρων στο Παρατηρητήριο La Silla στη Χιλή.

ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΜΟΡΙΑ ΣΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ

Για να εμπλουτίσετε το Σύμπαν με αυτό το μείγμα, δεν αρκεί να συνθέσετε άτομα - πρέπει επίσης να τα πετάξετε στον διαστρικό χώρο. Αυτό συμβαίνει κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης σουπερνόβα: όταν σχηματίζεται ένας πυρήνας σιδήρου σε ένα αστέρι, χάνει τη σταθερότητά του και εκρήγνυται, διασκορπίζοντας μερικά από τα προϊόντα σύντηξης γύρω του. Στην πορεία, στο διαστελλόμενο κέλυφος, συμβαίνουν αντιδράσεις που δημιουργούν πυρήνες βαρύτερους από τον σίδηρο. Ένας άλλος τύπος εκρήξεων σουπερνόβα οδηγεί σε ένα παρόμοιο αποτέλεσμα - οι θερμοπυρηνικές εκρήξεις σε λευκούς νάνους, η μάζα των οποίων, λόγω της ροής της ύλης από ένα δορυφορικό αστέρι ή λόγω συγχώνευσης με έναν άλλο λευκό νάνο, γίνεται μεγαλύτερη από το όριο Chandrasekhar (1,4 ηλιακές μάζες).
Στον εμπλουτισμό του Σύμπαντος με ορισμένα στοιχεία -συμπεριλαμβανομένου του άνθρακα και του αζώτου που είναι απαραίτητα για τη σύνθεση οργανικών μορίων- σημαντική συμβολή έχουν και αστέρια με μικρότερη μάζα, τα οποία τελειώνουν τη ζωή τους με το σχηματισμό ενός λευκού νάνου και ενός διαστελλόμενου πλανητικού νεφέλωμα. Στο τελικό στάδιο της εξέλιξης, οι πυρηνικές αντιδράσεις αρχίζουν επίσης να συμβαίνουν στο κέλυφός τους, περιπλέκοντας τη στοιχειακή σύνθεση της ύλης που εκτοξεύτηκε αργότερα στο διάστημα.
Ως αποτέλεσμα, η διαστρική ύλη του Γαλαξία, που μέχρι σήμερα αποτελείται κυρίως από υδρογόνο και ήλιο, αποδεικνύεται ότι είναι μολυσμένη (ή εμπλουτισμένη - έτσι το βλέπεις) με άτομα βαρύτερων στοιχείων.

Τα Buckminsterfullerenes (συντομογραφημένα ως "fullerenes" ή "buckyballs") - μικροσκοπικές σφαιρικές δομές που αποτελούνται από έναν άρτιο αριθμό (αλλά όχι λιγότερο από 60) άτομα άνθρακα συνδεδεμένα με παρόμοιο σχέδιο με μια μπάλα ποδοσφαίρου - εντοπίστηκαν για πρώτη φορά στα φάσματα ενός πλανητικού νεφελώματος στο Μικρό Νέφος του Μαγγελάνου (MMO), ένα από τα πλησιέστερα αστρικά συστήματα στον γαλαξία μας. Η ανακάλυψη έγινε τον Ιούλιο του 2010 από την ομάδα εργασίας του διαστημικού τηλεσκοπίου Spitzer (NASA), η οποία διεξάγει παρατηρήσεις στην υπέρυθρη εμβέλεια. Η συνολική μάζα των φουλερενίων που περιέχεται στο νεφέλωμα είναι μόνο πέντε ra? μικρότερη από τη μάζα της γης. Στο φόντο της εικόνας MMO που λήφθηκε από το τηλεσκόπιο Spitzer, εμφανίζεται μια μεγεθυμένη εικόνα του πλανητικού νεφελώματος (μικρότερο ένθετο) και των μορίων φουλλερενίου που βρίσκονται σε αυτό (μεγάλο ένθετο), που αποτελείται από 60 άτομα άνθρακα. Μέχρι σήμερα, έχουν ήδη ληφθεί αναφορές σχετικά με την καταγραφή χαρακτηριστικών γραμμών τέτοιων μορίων στα φάσματα των αντικειμένων που βρίσκονται εντός του Γαλαξία.

ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΜΟΡΙΑ ΣΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ

Αυτά τα άτομα μεταφέρονται από τα γενικά "ρεύματα" του γαλαξιακού αερίου, μαζί με αυτό συμπυκνώνονται σε μοριακά νέφη, μπαίνουν σε πρωτοαστρικές συστάδες και πρωτοπλανητικούς δίσκους ... για να γίνουν τελικά μέρος των πλανητικών συστημάτων και των όντων που τα κατοικούν. Τουλάχιστον ένα παράδειγμα τέτοιου κατοικήσιμου πλανήτη είναι γνωστό σε μας αρκετά αξιόπιστα.

Οργανικό από ανόργανο

Η επίγεια ζωή -τουλάχιστον από επιστημονική άποψη- βασίζεται στη χημεία και είναι μια αλυσίδα αμοιβαίων μετασχηματισμών μορίων. Είναι αλήθεια ότι όχι οποιαδήποτε, αλλά πολύ περίπλοκα, αλλά ακόμα μόρια - συνδυασμοί ατόμων άνθρακα, υδρογόνου, οξυγόνου, αζώτου, φωσφόρου και θείου (και μερικές δεκάδες λιγότερο κοινά στοιχεία) σε διάφορες αναλογίες. Η πολυπλοκότητα ακόμη και των πιο πρωτόγονων «ζωντανών» μορίων μας εμπόδισε για μεγάλο χρονικό διάστημα να αναγνωρίσουμε συνηθισμένες χημικές ενώσεις σε αυτά. Υπήρχε μια ιδέα ότι οι ουσίες που συνθέτουν τους ζωντανούς οργανισμούς είναι προικισμένες με μια ειδική ποιότητα - "ζωτική δύναμη", επομένως ένας ειδικός κλάδος της επιστήμης - η οργανική χημεία - θα πρέπει να ασχοληθεί με τη μελέτη τους.
Ένα από τα σημεία καμπής στην ιστορία της χημείας είναι τα πειράματα του Friedrich Wohler, ο οποίος το 1828 ήταν ο πρώτος που συνέθεσε την ουρία - μια οργανική ουσία - από μια ανόργανη (κυανικό αμμώνιο). Αυτά τα πειράματα ήταν το πρώτο βήμα προς την πιο σημαντική ιδέα - την αναγνώριση της δυνατότητας προέλευσης της ζωής από «μη ζωντανά» συστατικά. Διατυπώθηκε για πρώτη φορά με συγκεκριμένους χημικούς όρους στις αρχές της δεκαετίας του 1920 από τον Σοβιετικό βιολόγο Alexander Oparin. Κατά τη γνώμη του, ένα μείγμα απλών μορίων (αμμωνία, νερό, μεθάνιο κ.λπ.), γνωστό πλέον ως «αρχέγονη σούπα», έγινε το περιβάλλον για την εμφάνιση της ζωής στη Γη. Σε αυτό, υπό την επίδραση εξωτερικών «ενέσεων» ενέργειας (για παράδειγμα, κεραυνός), τα πιο απλά οργανικά μόρια συντέθηκαν με μη βιολογικό τρόπο, τα οποία στη συνέχεια «συγκεντρώθηκαν» σε εξαιρετικά οργανωμένα ζωντανά όντα για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. .

Πειραματική απόδειξη της δυνατότητας οργανικής σύνθεσης στην «αρχέγονη σούπα» στις αρχές της δεκαετίας του 1950 ήταν τα περίφημα πειράματα των Harold Urey και Stanley Miller, τα οποία συνίστατο στη διέλευση ηλεκτρικών εκκενώσεων μέσω ενός μείγματος των παραπάνω μορίων. Μετά από μερικές εβδομάδες του πειράματος, βρέθηκε μια πλούσια ποικιλία οργανικών ουσιών σε αυτό το μείγμα, συμπεριλαμβανομένων των απλούστερων αμινοξέων και σακχάρων. Αυτή η σαφής απόδειξη της απλότητας της αβιογένεσης σχετιζόταν όχι μόνο με το πρόβλημα της προέλευσης της επίγειας ζωής, αλλά και με το μεγαλύτερο πρόβλημα της ζωής στο Σύμπαν: αφού δεν απαιτούνταν εξωτικές συνθήκες για τη σύνθεση οργανικής ύλης στη νεαρή Γη , θα ήταν λογικό να υποθέσουμε ότι τέτοιες διεργασίες έγιναν (ή θα γίνουν) σε άλλους πλανήτες.

Αναζητώντας σημάδια ζωής

Εάν, μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα, μόνο ο Άρης θεωρούνταν στην πραγματικότητα ως ο πιο πιθανός βιότοπος για τους «αδελφούς στο μυαλό», τότε μετά το τέλος του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, η δημιουργία επαφών σε διαστρικές αποστάσεις άρχισε να φαίνεται σαν θέμα του κοντινού μελλοντικός. Ήταν εκείνη την εποχή που γεννήθηκαν τα θεμέλια μιας νέας επιστήμης, που βρίσκεται στη διασταύρωση της αστρονομίας και της βιολογίας. Ονομάζεται με πολλούς τρόπους -εξωβιολογία, ξενοβιολογία, βιοαστρονομία- αλλά το όνομα «αστροβιολογία» χρησιμοποιείται συχνότερα. Και μια από τις πιο απροσδόκητες αστροβιολογικές ανακαλύψεις των τελευταίων δεκαετιών ήταν η συνειδητοποίηση του γεγονότος ότι τα πιο απλά «δομικά στοιχεία» της ζωής δεν χρειαζόταν να συντεθούν στη Γη από άψυχη ύλη, στην «αρχέγονη σούπα». Θα μπορούσαν να έχουν φτάσει στον πλανήτη μας ήδη σε έτοιμη κατάσταση, επειδή τα οργανικά μόρια, όπως αποδείχθηκε, είναι άφθονα όχι μόνο σε πλανήτες, αλλά και -που δεν υποπτεύονταν καν στην αρχή- σε διαστρικό αέριο.
Το πιο ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη της εξωγήινης ύλης είναι η φασματική ανάλυση. Βασίζεται στο γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο βρίσκονται σε καταστάσεις -ή, όπως λένε, καταλαμβάνουν επίπεδα- με αυστηρά καθορισμένες ενέργειες και κινούνται από επίπεδο σε επίπεδο, εκπέμποντας ή απορροφώντας ένα φωτόνιο του οποίου η ενέργεια είναι ίση με τη διαφορά μεταξύ του ενέργειες του αρχικού και του τελικού επιπέδου. Εάν ένα άτομο βρίσκεται μεταξύ του παρατηρητή και κάποιας πηγής φωτός (για παράδειγμα, η φωτόσφαιρα του Ήλιου), θα «τρώει» από το φάσμα αυτής της πηγής μόνο φωτόνια ορισμένων συχνοτήτων που μπορούν να προκαλέσουν μεταβάσεις ηλεκτρονίων μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων. αυτού του ατόμου. Οι σκοτεινές βυθίσεις εμφανίζονται στο φάσμα σε αυτές τις συχνότητες - γραμμές απορρόφησης. Δεδομένου ότι το σύνολο των επιπέδων είναι ξεχωριστό όχι μόνο για κάθε άτομο, αλλά και για κάθε ιόν (ένα άτομο που στερείται ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια), είναι δυνατόν να καθοριστεί αξιόπιστα από το σύνολο των φασματικών γραμμών ποια άτομα τα δημιούργησαν. Για παράδειγμα, από τις γραμμές στο φάσμα του Ήλιου και άλλων άστρων, μπορείτε να μάθετε από τι αποτελείται η ατμόσφαιρά τους.
Το 1904, ο Johannes Hartmann ήταν ο πρώτος που διαπίστωσε ένα σημαντικό γεγονός: δεν προέρχονται όλες οι γραμμές στα φάσματα των άστρων από αστρικές ατμόσφαιρες. Μερικά από αυτά δημιουργούνται από άτομα που βρίσκονται πολύ πιο κοντά στον παρατηρητή - όχι κοντά στο αστέρι, αλλά στο διαστρικό διάστημα. Έτσι, για πρώτη φορά ανακαλύφθηκαν σημάδια ύπαρξης διαστρικού αερίου (πιο συγκεκριμένα, μόνο ένα από τα συστατικά του - ιονισμένο ασβέστιο).
Περιττό να πούμε ότι αυτή ήταν μια συγκλονιστική ανακάλυψη. Τελικά, γιατί να μην υπάρχει ιονισμένο ασβέστιο στο διαστρικό μέσο (ISM); Αλλά η ιδέα ότι μπορεί να περιέχει όχι μόνο ιονισμένα και ουδέτερα άτομα διαφόρων στοιχείων, αλλά και μόρια, φαινόταν φανταστική για πολύ καιρό. Το ISM εκείνη την εποχή θεωρήθηκε ένα μέρος ακατάλληλο για τη σύνθεση τουλάχιστον ορισμένων πολύπλοκων ενώσεων: οι εξαιρετικά χαμηλές πυκνότητες και θερμοκρασίες θα πρέπει να επιβραδύνουν τους ρυθμούς των χημικών αντιδράσεων σε αυτό σχεδόν στο μηδέν. Και αν ξαφνικά κάποια μόρια εμφανιστούν εκεί, θα αποσυντεθούν αμέσως ξανά σε άτομα υπό την επίδραση του αστρικού φωτός.
Επομένως, πέρασαν περισσότερα από 30 χρόνια μεταξύ της ανακάλυψης του διαστρικού αερίου και της αναγνώρισης της ύπαρξης διαστρικών μορίων. Στα τέλη της δεκαετίας του 1930, βρέθηκαν γραμμές απορρόφησης ISM στην υπεριώδη περιοχή του φάσματος, η οποία αρχικά δεν μπορούσε να αποδοθεί σε κανένα χημικό στοιχείο. Η εξήγηση αποδείχθηκε απλή και απροσδόκητη: αυτές οι γραμμές δεν ανήκουν σε μεμονωμένα άτομα, αλλά σε μόρια - τις απλούστερες ενώσεις διατομικού άνθρακα (CH, CN, CH+). Περαιτέρω φασματικές παρατηρήσεις στην οπτική και υπεριώδη περιοχή κατέστησαν δυνατή την ανίχνευση γραμμών απορρόφησης από περισσότερα από δώδεκα διαστρικά μόρια.

«Υπόδειξη» ραδιοαστρονομίας

Η πραγματική άνθηση της έρευνας για τη διαστρική «χημική ποικιλία» ξεκίνησε μετά την εμφάνιση των ραδιοτηλεσκοπίων. Το γεγονός είναι ότι τα επίπεδα ενέργειας σε ένα άτομο - αν δεν μπούμε σε λεπτομέρειες - σχετίζονται μόνο με την κίνηση των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα, αλλά τα μόρια που ενώνουν πολλά άτομα έχουν πρόσθετες "κινήσεις" που αντανακλώνται στο φάσμα: το μόριο μπορεί να περιστρέφεται, να δονείται, να συστρέφεται... Και κάθε μία από αυτές τις κινήσεις σχετίζεται με ενέργεια, η οποία, όπως η ενέργεια ενός ηλεκτρονίου, μπορεί να έχει μόνο ένα σταθερό σύνολο τιμών. Οι διάφορες καταστάσεις μοριακής περιστροφής ή δόνησης ονομάζονται επίσης «επίπεδα». Όταν μετακινείται από επίπεδο σε επίπεδο, το μόριο εκπέμπει ή απορροφά επίσης ένα φωτόνιο. Μια σημαντική διαφορά είναι ότι οι ενέργειες των επιπέδων περιστροφής και δόνησης είναι σχετικά κοντινές. Επομένως, η διαφορά τους είναι μικρή και τα φωτόνια που απορροφώνται ή εκπέμπονται από το μόριο κατά τη μετάβαση από επίπεδο σε επίπεδο δεν εμπίπτουν στην υπεριώδη ακτινοβολία ή ακόμη και στην ορατή περιοχή, αλλά στο υπέρυθρο (δονητικές μεταπτώσεις) και στην περιοχή ραδιοφώνου ( περιστροφικές μεταβάσεις).

Ο Σοβιετικός αστροφυσικός Ιωσήφ Σκλόφσκι ήταν ο πρώτος που επέστησε την προσοχή στο γεγονός ότι οι γραμμές φασματικής εκπομπής των μορίων πρέπει να αναζητηθούν στο εύρος του ραδιοφώνου. Συγκεκριμένα, έγραψε για ένα μόριο (ακριβέστερα, μια ελεύθερη ρίζα) ΟΗ υδροξυλίου, το οποίο υπό ορισμένες συνθήκες γίνεται πηγή ραδιοεκπομπής σε μήκος κύματος 18 εκατοστών, πράγμα πολύ βολικό για παρατηρήσεις από τη Γη. Ήταν το υδροξύλιο που έγινε το πρώτο μόριο στο ISM, το οποίο ανακαλύφθηκε το 1963 κατά τη διάρκεια ραδιοπαρατηρήσεων και συμπληρώνοντας τον κατάλογο των ήδη γνωστών διατομικών διαστρικών μορίων.
Αλλά μετά έγινε πιο ενδιαφέρον. Το 1968 δημοσιεύθηκαν τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων τριών και τεσσάρων ατόμων μορίων - νερού και αμμωνίας (H 2 0, NH 3). Ένα χρόνο αργότερα, εμφανίστηκε ένα μήνυμα σχετικά με την ανακάλυψη στο ISM του πρώτου οργανικού μορίου - φορμαλδεΰδης (H 2 CO). Από τότε, οι αστρονόμοι ανακαλύπτουν πολλά νέα διαστρικά μόρια κάθε χρόνο, έτσι ώστε ο συνολικός αριθμός να ξεπερνά πλέον τα διακόσια. Φυσικά, αυτή η λίστα κυριαρχείται από απλές ενώσεις που περιέχουν από δύο έως τέσσερα άτομα, αλλά ένα σημαντικό μέρος (πάνω από το ένα τρίτο) είναι πολυατομικά μόρια.
Το ήμισυ των πολυατομικών διαστρικών ενώσεων υπό επίγειες συνθήκες θα αποδίδαμε αναμφίβολα στην οργανική ύλη: φορμαλδεΰδη, διμεθυλαιθέρας, μεθυλική και αιθυλική αλκοόλη, αιθυλενογλυκόλη, μυρμηκικό μεθυλεστέρα, οξικό οξύ... Το μακρύτερο μόριο που ανακαλύφθηκε στο ISM βρέθηκε στο 1997. σε μια από τις πυκνές συστάδες του μοριακού νέφους TMS-1 στον αστερισμό του Ταύρου. Για τη Γη, αυτή δεν είναι μια πολύ κοινή ένωση από την οικογένεια κυανοπολυΐνης, η οποία είναι μια αλυσίδα 11 ατόμων άνθρακα, στο ένα άκρο της οποίας είναι "συνδεδεμένο" ένα άτομο υδρογόνου, στο άλλο - ένα άτομο αζώτου. Άλλα οργανικά μόρια βρέθηκαν στον ίδιο θρόμβο, αλλά για κάποιο λόγο είναι ιδιαίτερα πλούσιο σε μόρια κυανοπολυίνης με αλυσίδες άνθρακα διαφόρων μηκών (3, 5, 7, 9, 11 άτομα), για τα οποία ονομάστηκε "αιχμή κυανοπολυίνης" .
Ένα άλλο πολύ γνωστό αντικείμενο με πλούσιο «οργανικό περιεχόμενο» είναι το μοριακό νέφος Sgr B2(N), που βρίσκεται κοντά στο κέντρο του Γαλαξία μας προς την κατεύθυνση του αστερισμού του Τοξότη. Περιέχει έναν ιδιαίτερα μεγάλο αριθμό πολύπλοκων μορίων. Ωστόσο, δεν έχει καμία αποκλειστικότητα από αυτή την άποψη - μάλλον, εδώ ενεργοποιείται το αποτέλεσμα της «αναζήτησης κάτω από το φανάρι». Η εύρεση νέων μορίων, ειδικά οργανικών, είναι μια πολύ δύσκολη εργασία και οι παρατηρητές συχνά προτιμούν να στρέφουν τα τηλεσκόπια τους σε περιοχές του ουρανού που είναι πιο πιθανό να πετύχουν. Ως εκ τούτου, γνωρίζουμε πολλά για τη συγκέντρωση οργανικών ουσιών στα μοριακά νέφη του Ταύρου, του Ωρίωνα, του Τοξότη και σχεδόν δεν έχουμε πληροφορίες σχετικά με το περιεχόμενο σύνθετων μορίων σε πολλά άλλα παρόμοια σύννεφα. Αλλά αυτό δεν σημαίνει καθόλου ότι τα οργανικά δεν υπάρχουν - απλώς «οι κεραίες δεν έχουν φτάσει ακόμη» σε αυτά τα αντικείμενα.

Δυσκολίες στην αποκρυπτογράφηση

Εδώ είναι απαραίτητο να διευκρινιστεί τι σημαίνει «πολυπλοκότητα» σε αυτή την περίπτωση. Ακόμη και μια στοιχειώδης ανάλυση των αστρικών φασμάτων είναι ένα πολύ δύσκολο έργο. Ναι, το σύνολο των γραμμών κάθε ατόμου και ιόντος είναι αυστηρά μεμονωμένο, αλλά στο φάσμα ενός αστεριού, γραμμές πολλών δεκάδων στοιχείων επικαλύπτονται μεταξύ τους και μπορεί να είναι πολύ δύσκολο να τα «ταξινομήσουμε». Στην περίπτωση των φασμάτων των οργανικών μορίων, η κατάσταση γίνεται πιο περίπλοκη προς πολλές κατευθύνσεις ταυτόχρονα. Οι περισσότερες από τις πολυάριθμες γραμμές εκπομπής (απορρόφησης) ατόμων και ιόντων εμπίπτουν σε ένα στενό φασματικό εύρος προσβάσιμο για παρατηρήσεις από τη Γη. Τα πολύπλοκα μόρια έχουν επίσης χιλιάδες γραμμές, αλλά αυτές οι γραμμές είναι "διασπορά" πολύ ευρύτερα - από το εγγύς υπέρυθρο εύρος (μονάδες και δεκάδες μικρόμετρα) έως το εύρος ραδιοφώνου (δεκάδες εκατοστά).
Ας πούμε ότι θέλουμε να αποδείξουμε ότι υπάρχει ένα μόριο ακρυλονιτριλίου (CH 2 CHCN) στο μοριακό νέφος. Για αυτό, είναι απαραίτητο, πρώτα, να γνωρίζουμε σε ποιες γραμμές ακτινοβολεί αυτό το μόριο. Αλλά για πολλές ενώσεις τέτοια δεδομένα δεν είναι διαθέσιμα! Οι θεωρητικές μέθοδοι δεν καθιστούν πάντα δυνατό τον υπολογισμό της θέσης των γραμμών και στο εργαστήριο το φάσμα ενός μορίου συχνά δεν μπορεί να μετρηθεί, για παράδειγμα, επειδή είναι δύσκολο να απομονωθεί στην καθαρή του μορφή. Δεύτερον, είναι απαραίτητο να υπολογιστούν οι σχετικές εντάσεις αυτών των γραμμών. Η φωτεινότητά τους εξαρτάται από τις ιδιότητες του μορίου και από τις παραμέτρους του μέσου (θερμοκρασία, πυκνότητα κ.λπ.) στο οποίο βρίσκεται. Η θεωρία θα καταστήσει δυνατή την πρόβλεψη ότι στο ερευνώμενο μοριακό νέφος η γραμμή σε ένα μήκος κύματος θα πρέπει να είναι τρεις φορές φωτεινότερη από τη γραμμή του ίδιου μορίου σε άλλο μήκος κύματος. Εάν βρεθούν γραμμές στα απαιτούμενα μήκη κύματος, αλλά με λανθασμένη αναλογία εντάσεων, αυτός είναι ένας σοβαρός λόγος αμφιβολίας για την ορθότητα της αναγνώρισής τους. Φυσικά, για την αξιόπιστη ανίχνευση ενός μορίου, είναι απαραίτητο να παρατηρηθεί το νέφος στο μεγαλύτερο δυνατό φασματικό εύρος. Όμως ένα σημαντικό μέρος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από το διάστημα δεν φτάνει στην επιφάνεια της Γης! Αυτό σημαίνει ότι κάποιος πρέπει είτε να παρατηρήσει το φάσμα του μορίου αποσπασματικά στα «παράθυρα διαφάνειας» της γήινης ατμόσφαιρας, κάτι που, φυσικά, δεν προσθέτει αξιοπιστία στα αποτελέσματα που προέκυψαν, είτε να χρησιμοποιήσει διαστημικό τηλεσκόπιο, το οποίο είναι εξαιρετικά σπάνιο. Τέλος, μην ξεχνάτε ότι οι γραμμές του επιθυμητού μορίου θα πρέπει να διακρίνονται από άλλα μόρια, από τα οποία υπάρχουν δεκάδες ποικιλίες και το καθένα έχει χιλιάδες γραμμές ...
Δεν προκαλεί έκπληξη, επομένως, ότι οι αστρονόμοι προσπαθούν εδώ και χρόνια να εντοπίσουν ορισμένους «εκπροσώπους» της κοσμικής οργανικής ύλης. Ενδεικτικό από αυτή την άποψη είναι το ιστορικό της ανακάλυψης της γλυκίνης, του απλούστερου αμινοξέος, στο ISM. Αν και έχουν εμφανιστεί επανειλημμένα αναφορές για καταγραφή των χαρακτηριστικών χαρακτηριστικών αυτού του μορίου στα φάσματα των μοριακών νεφών, το γεγονός της παρουσίας του δεν αναγνωρίζεται ακόμη γενικά: αν και πολλές γραμμές, σαν να ανήκουν στη γλυκίνη, παρατηρούνται πράγματι, οι άλλες αναμενόμενες γραμμές του απουσιάζουν στα φάσματα, γεγονός που δημιουργεί αμφιβολίες για την ταύτιση.

Interstellar Fusion Laboratories

Αλλά όλα αυτά είναι η πολυπλοκότητα των παρατηρήσεων. Θεωρητικά, τις τελευταίες δεκαετίες, η κατάσταση με τη διαστρική οργανική σύνθεση έχει γίνει πολύ πιο ξεκάθαρη και τώρα καταλαβαίνουμε ξεκάθαρα ότι οι αρχικές ιδέες για τη χημική αδράνεια του ISM ήταν λανθασμένες. Για να γίνει αυτό, φυσικά, έπρεπε να μάθουμε πολλά για τη σύνθεση και τις φυσικές του ιδιότητες εκ των προτέρων. Ένα σημαντικό ποσοστό του όγκου του διαστρικού χώρου είναι πράγματι «στείρο». Είναι γεμάτο με πολύ ζεστό και σπάνιο αέριο με θερμοκρασίες που κυμαίνονται από χιλιάδες έως εκατομμύρια Κέλβιν και είναι διαποτισμένο από σκληρή, υψηλής ενέργειας ακτινοβολία. Υπάρχουν όμως και μεμονωμένες συμπυκνώσεις διαστρικής ύλης στον Γαλαξία, όπου η θερμοκρασία είναι χαμηλή (από λίγα έως δεκάδες Κέλβιν) και η πυκνότητα είναι αισθητά υψηλότερη από τον μέσο όρο (εκατοντάδες ή περισσότερα σωματίδια ανά κυβικό εκατοστό). Το αέριο σε αυτές τις συμπυκνώσεις αναμιγνύεται με σκόνη, η οποία απορροφά αποτελεσματικά τη σκληρή ακτινοβολία, με αποτέλεσμα το εσωτερικό τους - κρύο, πυκνό, σκοτεινό - να αποδεικνύεται βολικό μέρος για να συμβούν χημικές αντιδράσεις και συσσώρευση μορίων. Βασικά τέτοια «διαστημικά εργαστήρια» βρίσκονται στα ήδη αναφερθέντα μοριακά νέφη. Μαζί καταλαμβάνουν λιγότερο από το ένα τοις εκατό του συνολικού όγκου του γαλαξιακού δίσκου, αλλά περιέχουν περίπου τη μισή μάζα της διαστρικής ύλης στον Γαλαξία μας.

Οι πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (PAH) είναι οι πιο σύνθετες ενώσεις που βρίσκονται στο διαστρικό διάστημα. Αυτή η υπέρυθρη εικόνα μιας περιοχής σχηματισμού άστρων στον αστερισμό της Κασσιόπης δείχνει τις μοριακές δομές ορισμένων από αυτές (τα άτομα υδρογόνου είναι λευκά, τα άτομα άνθρακα είναι γκρι, τα άτομα οξυγόνου είναι κόκκινα), καθώς και αρκετές από τις χαρακτηριστικές φασματικές γραμμές τους. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι στο εγγύς μέλλον τα φάσματα PAH θα έχουν ιδιαίτερη αξία για την αποκρυπτογράφηση της χημικής σύστασης του διαστρικού μέσου χρησιμοποιώντας υπέρυθρη φασματοσκοπία.

ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΜΟΡΙΑ ΣΤΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ

Η στοιχειακή σύνθεση των μοριακών νεφών μοιάζει με τη σύνθεση του Ήλιου. Βασικά, αποτελούνται από υδρογόνο - πιο συγκεκριμένα, μόρια υδρογόνου H 2 με ένα μικρό «πρόσθετο» ήλιου. Τα υπόλοιπα στοιχεία υπάρχουν σε επίπεδο δευτερευουσών ακαθαρσιών με σχετική περιεκτικότητα περίπου 0,1% (για το οξυγόνο) και κάτω. Κατά συνέπεια, ο αριθμός των μορίων που περιέχουν αυτά τα άτομα ακαθαρσίας είναι επίσης πολύ μικρός σε σύγκριση με το πιο κοινό μόριο Η2. Γιατί όμως σχηματίζονται καθόλου αυτά τα μόρια; Στη Γη χρησιμοποιούνται ειδικές εγκαταστάσεις για χημική σύνθεση, παρέχοντας επαρκώς υψηλές πυκνότητες και θερμοκρασίες. Πώς λειτουργεί ένας διαστρικός «χημικός αντιδραστήρας» - ψυχρός και σπάνιος;
Πρέπει να θυμόμαστε εδώ ότι η αστρονομία ασχολείται με άλλες χρονικές κλίμακες. Στη Γη, πρέπει να έχουμε αποτελέσματα γρήγορα. Η φύση δεν βιάζεται. Η σύνθεση των διαστρικών οργανικών ουσιών διαρκεί εκατοντάδες χιλιάδες και εκατομμύρια χρόνια. Αλλά ακόμη και αυτές οι αργές αντιδράσεις απαιτούν καταλύτη. Στα μοριακά νέφη, ο ρόλος του παίζεται από σωματίδια κοσμικών ακτίνων. Ο σχηματισμός ενός δεσμού CH μπορεί να θεωρηθεί το πρώτο βήμα προς τη σύνθεση πολύπλοκων οργανικών μορίων. Αλλά αν πάρετε απλώς ένα μείγμα μορίων υδρογόνου και ατόμων άνθρακα, αυτός ο δεσμός δεν θα σχηματιστεί από μόνος του. Ένα άλλο πράγμα είναι εάν κάποια από τα άτομα και τα μόρια μετατραπούν με κάποιο τρόπο σε ιόντα. Οι χημικές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν ιόντα προχωρούν πολύ πιο γρήγορα. Είναι αυτός ο αρχικός ιονισμός που παρέχεται από τις κοσμικές ακτίνες, ξεκινώντας μια αλυσίδα αλληλεπιδράσεων, κατά την οποία άτομα βαρέων στοιχείων (άνθρακας, άζωτο, οξυγόνο) αρχίζουν να «συνδέουν» τα άτομα υδρογόνου με τον εαυτό τους, σχηματίζοντας απλά μόρια, συμπεριλαμβανομένων αυτών που ανακαλύφθηκαν στο ISM στην πρώτη θέση (CH και CH+).
Η περαιτέρω σύνθεση είναι ακόμα πιο εύκολη. Τα διατομικά μόρια προσδίδουν νέα άτομα υδρογόνου στον εαυτό τους, μετατρέπονται σε τριών και τεσσάρων ατόμων (CH 2 +, CH 3 +), τα πολυατομικά μόρια αρχίζουν να αντιδρούν μεταξύ τους, μετατρέπονται σε πιο σύνθετες ενώσεις - ακετυλένιο, υδροκυανικό οξύ (HCN), αμμωνία, φορμαλδεΰδη, που με τη σειρά τους γίνονται «δομικά στοιχεία» για τη σύνθεση πολύπλοκων οργανικών ουσιών.
Αφού οι κοσμικές ακτίνες έδωσαν την πρωταρχική ώθηση στις χημικές αντιδράσεις, τα σωματίδια της κοσμικής σκόνης γίνονται σημαντικός καταλύτης για τη διαστρική οργανική σύνθεση. Όχι μόνο προστατεύουν τις εσωτερικές περιοχές των μοριακών νεφών από την καταστροφική ακτινοβολία, αλλά παρέχουν και την επιφάνειά τους για την αποτελεσματική «παραγωγή» πολλών ανόργανων και οργανικών μορίων. Στο σύνολο των αντιδράσεων, δεν είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς τον σχηματισμό όχι μόνο γλυκίνης, αλλά και πιο πολύπλοκων ενώσεων. Με αυτή την έννοια, μπορούμε να πούμε ότι το έργο της ανακάλυψης του απλούστερου αμινοξέος έχει περισσότερο αθλητικό νόημα: ποιος θα είναι ο πρώτος που θα το βρει με σιγουριά στο διάστημα. Οι επιστήμονες δεν έχουν καμία αμφιβολία ότι η γλυκίνη υπάρχει στα μοριακά νέφη.

Πώς να επιβιώσετε από τα "μόρια της ζωής"

Γενικά, αυτή τη στιγμή μπορεί να θεωρηθεί αποδεδειγμένο ότι ένας «πρωτεύων ζωμός» δεν είναι απαραίτητος για τη σύνθεση οργανικής ύλης. Η φύση αντιμετωπίζει τέλεια αυτό το έργο στο διάστημα. Έχει όμως κάποια σχέση η διαστρική οργανική ύλη με την εμφάνιση της ζωής; Πράγματι, τα αστέρια και τα πλανητικά συστήματα σχηματίζονται σε μοριακά νέφη και, φυσικά, «απορροφούν» την ουσία τους. Ωστόσο, πριν γίνει πλανήτης, αυτή η ουσία περνά από μάλλον σκληρές συνθήκες του πρωτοπλανητικού δίσκου και όχι λιγότερο σκληρές συνθήκες της νεαρής Γης. Δυστυχώς, η ικανότητά μας να μελετήσουμε την εξέλιξη των οργανικών ενώσεων σε πρωτοπλανητικούς δίσκους είναι πολύ περιορισμένη. Είναι πολύ μικρά σε μέγεθος και είναι ακόμη πιο δύσκολο να αναζητήσετε οργανικά μόρια σε αυτά παρά σε μοριακά νέφη. Μέχρι στιγμής, περίπου δώδεκα μόρια έχουν βρεθεί στα σχηματιζόμενα πλανητικά συστήματα άλλων άστρων. Φυσικά, περιλαμβάνουν και απλές οργανικές ενώσεις (ιδίως φορμαλδεΰδη), αλλά δεν μπορούμε ακόμη να περιγράψουμε με περισσότερες λεπτομέρειες την εξέλιξη των οργανικών ουσιών υπό αυτές τις συνθήκες.
Η έρευνα του δικού μας πλανητικού συστήματος έρχεται να σώσει. Είναι αλήθεια ότι είναι ήδη άνω των τεσσεράμισι δισεκατομμυρίων ετών, αλλά μέρος της πρωτογενούς πρωτοπλανητικής ύλης του έχει διατηρηθεί μέχρι σήμερα σε ορισμένους μετεωρίτες. Ήταν σε αυτούς που η αφθονία της οργανικής ύλης αποδείχθηκε αρκετά εντυπωσιακή - ειδικά στους λεγόμενους ανθρακούχους χονδρίτες, οι οποίοι αποτελούν λίγο τοις εκατό του συνολικού αριθμού των "ουράνιων λίθων" που έπεσαν στη Γη. Έχουν χαλαρή δομή αργίλου, είναι πλούσια σε δεσμευμένο νερό, αλλά το πιο σημαντικό, σημαντικό μέρος της ουσίας τους «καταλαμβάνεται» από άνθρακα, ο οποίος αποτελεί μέρος πολλών οργανικών ενώσεων. Η μετεωριτική οργανική ύλη αποτελείται από σχετικά απλά μόρια, μεταξύ των οποίων υπάρχουν αμινοξέα, και αζωτούχες βάσεις, και (καρβοξυλικά οξέα και «αδιάλυτη οργανική ύλη», που είναι προϊόν πολυμερισμού (πίσσας) απλούστερων ενώσεων. Φυσικά, δεν μπορούμε τώρα πείτε με σιγουριά ότι αυτή η οργανική ύλη "κληρονομήθηκε" από την ουσία μιας πρωτοηλιακής μοριακής δέσμης, αλλά έμμεσα στοιχεία το δείχνουν - ειδικότερα, μια σαφής περίσσεια ισοτοπομερών ενός αριθμού μορίων βρέθηκε σε μετεωρίτες.

	Η ακεταλδεΰδη (αριστερά) και τα ισομερή της, η βινυλική αλκοόλη και το αιθυλενοξείδιο, έχουν επίσης ανιχνευθεί στο διαστρικό διάστημα.
10 οκτώ ατόμου		Το 1997, ραδιοπαρατηρήσεις επιβεβαίωσαν την παρουσία οξικού οξέος στο διάστημα.
9 μόρια εννέα ατόμων και 17 μόρια που περιέχουν από 10 έως 70 άτομα		Μερικά από τα βαρύτερα (και μακρύτερα) μόρια που βρέθηκαν στο διάστημα ανήκουν στην κατηγορία των πολυινών - περιέχουν αρκετούς τριπλούς δεσμούς που συνδέονται σε σειρά «σε μια αλυσίδα» με απλούς δεσμούς. Δεν υπάρχουν στη γη.
ΜΟΡΙΑ ΠΟΥ ΑΝΑΚΑΛΥΦΘΗΚΑΝ ΣΤΟ ΔΙΑΣΤΕΡΙΚΟ ΔΙΑΣΤΗΜΑ

Τα ισοτοπομερή ή ισότοπα είναι μόρια στα οποία ένα ή περισσότερα άτομα αντικαθίστανται από ένα δευτερεύον (όχι το πιο κοινό) ισότοπο ενός χημικού στοιχείου. Για παράδειγμα, το ισοτοπομερές είναι το βαρύ νερό, στο οποίο το ελαφρύ ισότοπο υδρογόνου πρωτίου αντικαθίσταται από δευτέριο. Ένα χαρακτηριστικό της χημείας των μοριακών νεφών είναι ότι τα ισοτοπομερή σχηματίζονται σε αυτά κάπως πιο αποτελεσματικά από τα «συνηθισμένα» μόρια. Για παράδειγμα, η περιεκτικότητα σε δευτεριωμένη φορμαλδεΰδη (HDCO) μπορεί να είναι δεκάδες τοις εκατό της περιεκτικότητας σε συμβατική φορμαλδεΰδη - παρά το γεγονός ότι, γενικά, τα άτομα δευτερίου (D) στο διάστημα είναι εκατό χιλιάδες φορές λιγότερα από τα άτομα πρωτίου (Η) . Τα διαστρικά μόρια δίνουν την ίδια «προτίμηση» στο ισότοπο αζώτου 15Ν έναντι του συνηθισμένου 14Ν. Και ο ίδιος σχετικός υπερεμπλουτισμός παρατηρείται και στα οργανικά μετεωρίτη.
Μέχρι στιγμής, τρία σημαντικά συμπεράσματα μπορούν να εξαχθούν από τα διαθέσιμα δεδομένα. Πρώτον, οργανικές ενώσεις πολύ υψηλού βαθμού πολυπλοκότητας συντίθενται πολύ αποτελεσματικά στο διαστρικό μέσο των γαλαξιών μας και άλλων γαλαξιών. Δεύτερον, αυτές οι ενώσεις μπορούν να διατηρηθούν σε πρωτοπλανητικούς δίσκους και να αποτελούν μέρος των πλανητοειδών - των «έμβρυων» των πλανητών. Και τέλος, ακόμα κι αν η οργανική ύλη «δεν επιβίωσε» από την ίδια τη διαδικασία σχηματισμού της Γης ή άλλου πλανήτη, θα μπορούσε κάλλιστα να φτάσει εκεί αργότερα με μετεωρίτες (όπως συμβαίνει σήμερα).
Φυσικά, τίθεται το ερώτημα πόσο μακριά θα μπορούσε να φτάσει η οργανική σύνθεση στο προπλανητικό στάδιο. Τι θα γινόταν όμως αν όχι τα «δομικά στοιχεία» για την προέλευση της ζωής, αλλά η ίδια η ζωή, ήρθαν στη Γη με μετεωρίτες; Άλλωστε, στις αρχές του 20ου αιώνα φαινόταν αδύνατο ακόμη και απλά διατομικά μόρια να εμφανιστούν στο ISM. Τώρα βρίσκουμε μαζικά στα μοριακά σύννεφα ουσίες των οποίων τα ονόματα είναι δύσκολο να προφέρονται την πρώτη φορά. Η ανίχνευση αμινοξέων στο ISM είναι πιθανότατα μόνο θέμα χρόνου. Τι μας εμποδίζει να κάνουμε το επόμενο βήμα και να υποθέσουμε ότι οι μετεωρίτες έφεραν ζωή στη Γη «σε τελική μορφή»;
Πράγματι, αρκετές φορές στη βιβλιογραφία έχουν αναφερθεί ότι τα υπολείμματα των απλούστερων εξωγήινων οργανισμών βρέθηκαν σε μετεωρίτες ... Ωστόσο, μέχρι στιγμής αυτές οι πληροφορίες είναι πολύ αναξιόπιστες και διάσπαρτες για να συμπεριληφθούν με σιγουριά στη γενική εικόνα της προέλευσης της ζωής .

Το 1806, στο απόγειο των Ναπολεόντειων Πολέμων, ένας ασυνήθιστος μετεωρίτης έπεσε κοντά στη γαλλική πόλη Ale. Ήταν μόλις τρία χρόνια μετά την επίσημη «αναγνώριση» των μετεωριτών από την Ακαδημία Επιστημών του Παρισιού. Οι προκαταλήψεις κατά των "Heavenly Stones" ήταν ακόμα πολύ έντονες, μερικά από τα θραύσματα του μετεωρίτη Ale απλά χάθηκαν και μόνο ένα από αυτά μετά από 28 χρόνια κατέληξε στο εργαστήριο του διάσημου Σουηδού χημικού Jens Jakob Berzelius

Στην αρχή, ο επιστήμονας σκέφτηκε ότι υπήρχε ένα λάθος - ο μετεωρίτης Ale δεν ήταν ούτε πέτρα, ούτε σίδηρος, ούτε σίδηρος-πέτρα. Ο λιώσιμος φλοιός (επιφανειακό στρώμα), ωστόσο, μαρτυρούσε την κοσμική προέλευση μιας ασυνήθιστης πέτρας, του προγόνου του σπανιότερου και τότε άγνωστου ακόμα τύπου μετεωριτών - ανθρακούχων χονδριτών.

Ο μετεωρίτης Ale περιείχε μια οργανική μάζα διαλυτή στο νερό. Όταν θερμανόταν, τα σωματίδια του έγιναν καφέ και απανθρακώθηκαν - ένα σαφές σημάδι της παρουσίας οργανικών ενώσεων, ενώσεων άνθρακα. (Υπενθυμίζουμε ότι απλές ενώσεις που περιέχουν άνθρακα όπως το co, co 2, το ανθρακικό οξύ H 2 co 3 και τα άλατά του είναι ανόργανες ενώσεις.) Αν και η ομοιότητα με επίγειες ουσίες του ίδιου τύπου ήταν προφανής, ο Berzelius εύλογα σημείωσε ότι αυτό το γεγονός " δεν είναι ακόμη απόδειξη της παρουσίας των οργανισμών στην αρχική πηγή."

Το έργο του Berzelius σηματοδότησε την αρχή της μελέτης των οργανικών ενώσεων στους μετεωρίτες. Δυστυχώς, το υλικό που είναι διαθέσιμο για έρευνα εξακολουθεί να είναι πολύ σπάνιο. Οι ανθρακούχοι χονδρίτες είναι πολύ εύθραυστοι - αλέθονται εύκολα σε σκόνη ακόμα και με τα δάχτυλά σας (και ταυτόχρονα, επαναλαμβάνουμε, εμφανίζεται μια χαρακτηριστική μυρωδιά λαδιού. Γενικά, σπάνιοι μεταξύ των μετεωριτών, οι ανθρακούχοι χονδρίτες καταστρέφονται επίσης εύκολα όταν πετάνε σε την ατμόσφαιρα της γης. Ναι, και μόλις βρεθούν στην επιφάνεια της γης, κατά κανόνα εξαφανίζονται χωρίς ίχνος, αναμεμειγμένα με επίγεια πετρώματα. Δεν προκαλεί έκπληξη, επομένως, ότι μέχρι στιγμής έχουν βρεθεί και διατηρηθεί μόνο δύο δωδεκάδες ανθρακούχοι χονδρίτες. ο κόσμος.

Τέσσερα χρόνια μετά τη δημοσίευση των έργων του Berzelius, το 1838 ένας άλλος ανθρακούχος χονδρίτης έπεσε στη Νότια Αφρική, ο οποίος στη συνέχεια διερευνήθηκε από τον διάσημο Γερμανό χημικό Friedrich Wöhler - τον ίδιο Wöhler, ο οποίος λίγα χρόνια νωρίτερα κατάφερε να αποκτήσει μια ουσία ζωικής προέλευσης - ουρία - από ανόργανη ύλη.

Ο Wöhler απομόνωσε μια ελαιώδη ελαιώδη ουσία «με έντονη ασφαλτική οσμή» από έναν μετεωρίτη και, σε αντίθεση με τον Berzelius, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τέτοιες ουσίες, «με βάση το τρέχον επίπεδο γνώσης», μπορούν να συντεθούν μόνο από ζωντανούς οργανισμούς. Σημειώστε ότι η ποσότητα οργανικού υλικού που απελευθερώνεται από ανθρακούχους οπλδρίτες είναι μικρή - περίπου ένα τοις εκατό. Αλλά και αυτό αρκεί για να βγάλουμε πολύ σημαντικά συμπεράσματα.

Το 1864, πάλι στη Γαλλία, κοντά στο χωριό Orgueil, έπεσε βροχή μετεωριτών από ανθρακούχους χονδρίτες - μια εξαιρετική περίπτωση στην ιστορία της αστρονομίας. Ο Γάλλος χημικός Klets απέδειξε αυστηρά ότι η αδιάλυτη στο νερό μαύρη ουσία του μετεωρίτη Orgueil είναι οργανικές ενώσεις, και καθόλου γραφίτης ή άμορφος άνθρακας. Ήταν εντυπωσιασμένος από την ομοιότητα αυτών των οργανικών ενώσεων με παρόμοιες ουσίες που βρίσκονται στην τύρφη ή στον καφέ άνθρακα. Σε ένα έγγραφο που παρουσιάστηκε στην Ακαδημία Επιστημών του Παρισιού, ο Klets υποστήριξε ότι η οργανική ύλη στους μετεωρίτες «φαίνεται να δείχνει την ύπαρξη Οργανωμένης Ύλης σε Ουράνια Σώματα».

Έκτοτε, για σχεδόν έναν αιώνα, η μελέτη της οργανικής ουσίας των μετεωριτών πραγματοποιείται επεισοδιακά, κατά περίπτωση, χωρίς σημαντικές γενικεύσεις. Μεταξύ αυτών των λίγων εργασιών, πρέπει να αναφερθεί η μελέτη του μετεωρίτη Migei, που πραγματοποιήθηκε το 1889 από τους Yu. and. simashko. Ο Ρώσος επιστήμονας ανακάλυψε επίσης οργανικές ουσίες ασφαλτικού τύπου σε αυτόν τον ανθρακούχο χονδρίτη.

Φωτογραφία ανθρακούχου χονδρίτη.
Δεν πρέπει να πιστεύει κανείς ότι όλες οι οργανικές ουσίες συνδέονται αναγκαστικά με τη ζωή ή, επιπλέον, αποτελούν ιδιοκτησία ζωντανών όντων. Οι αστρονόμοι γνωρίζουν πολλούς απλούς σχηματισμούς που περιέχουν άνθρακα, οι οποίοι σίγουρα δεν έχουν άμεση σχέση με τη ζωή. Τέτοιες είναι, ας πούμε, οι ρίζες CH και CN που παρατηρούνται στον διαστρικό χώρο και οι ατμόσφαιρες των ψυχρών αστέρων. Επιπλέον, στο διάστημα, προφανώς, η σύνθεση πολύ πολύπλοκων οργανικών ενώσεων μέχρι και συμπεριλαμβανομένων των αμινοξέων συνεχίζεται συνεχώς. Είμαστε πεπεισμένοι για αυτό, ιδίως, από τα περίεργα πειράματα του Αμερικανού ερευνητή R. Berger. Με τη βοήθεια ενός επιταχυντή στοιχειωδών σωματιδίων, βομβάρδισε με πρωτόνια ένα μείγμα μεθανίου, αμμωνίας και νερού, ψύχθηκε στα -230 δευτερόλεπτα. Μόλις λίγα λεπτά αργότερα, σε αυτό το μείγμα πάγου, ο επιστήμονας ανακάλυψε ουρία, ακεταμίδιο, ακετόνη. Σε αυτά τα πειράματα, ο Berger, στην πραγματικότητα, προσομοίωσε τις συνθήκες του διαπλανητικού χώρου. Το ρεύμα πρωτονίων μιμήθηκε τις πρωτογενείς κοσμικές ακτίνες και το μείγμα μεθανίου-αμμωνίας και συνηθισμένων πάγων είναι, στην ουσία, ένα τυπικό μοντέλο ενός πυρήνα κομήτη.

Ένας άλλος γνωστός Αμερικανός βιοχημικός, ο M. Calvin, βομβάρδισε ένα μείγμα υδρογόνου, μεθανίου, αμμωνίας και υδρατμών με ένα ρεύμα γρήγορων ηλεκτρονίων. Σε αυτά τα πειράματα, ελήφθη αδενίνη - μία από τις τέσσερις αζωτούχες βάσεις που αποτελούν τα νουκλεϊκά οξέα. Δεν γίνονταν τέτοιες διεργασίες στην πρωταρχική ατμόσφαιρα της γης και κάποιων άλλων πλανητών;

Φαίνεται ότι στο διάστημα, από ανόργανες ουσίες και με ανόργανο τρόπο, δημιουργούνται ενώσεις που μοιάζουν με πρωτεΐνες - «ημικατεργασμένα προϊόντα» μιας πιθανής μελλοντικής ζωής.

Έτσι, η παρουσία οργανικής ύλης στους μετεωρίτες από μόνη της δεν μπορεί σε καμία περίπτωση να υποδηλώνει την ύπαρξη ζωής στα ουράνια σώματα. Αυτές οι ουσίες θα μπορούσαν επίσης να προκύψουν βιογονικά, χωρίς καμία άμεση σχέση με τη ζωή. Χρειάζονται ισχυρότερα επιχειρήματα για να αποδειχθεί το αντίθετο.

Από αυτή την άποψη διεξάγεται η συζήτηση στη σύγχρονη επιστήμη των μετεωριτών. Η διαμάχη δεν έχει ακόμη τελειώσει, αλλά τα αποτελέσματα που προέκυψαν παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον.

Πίσω στο 1951-1952. Ο Άγγλος βιοχημικός Müller απομόνωσε ασφαλτικές ενώσεις από ανθρακούχο χονδρίντα. Ουσιαστικά επανέλαβε τα έργα των Berzelius, Wöhler και Kletsz, αλλά σε ένα ασύγκριτα υψηλότερο επίπεδο. Στην άσφαλτο μετεωριτών, υπάρχει πολύ περισσότερο θείο, χλώριο και άζωτο από ό,τι σε παρόμοιες επίγειες ενώσεις, αυτό το γεγονός ώθησε τον Muller να συμπεράνει ότι η άσφαλτος στους μετεωρίτες είναι αβιογενούς προέλευσης.

Οι ήδη αναφερόμενοι M. Calvin και s. έξω. Η έκθεσή τους, που παρουσιάστηκε το 1960 σε ένα διεθνές συμπόσιο για τη μελέτη του διαστήματος, είχε τίτλο: "εξωγήινη ζωή. Ορισμένα οργανικά συστατικά των μετεωριτών και η σημασία τους για πιθανή βιολογική εξέλιξη εκτός της γης". Αμερικανοί ερευνητές απομόνωσαν πτητικές ουσίες από δείγματα ανθρακούχου χονδρίτη, τα οποία στη συνέχεια πέρασαν από ένα φασματόμετρο μάζας. Σε αυτά τα πειράματα, προσδιορίστηκε η σχετική μάζα θραυσμάτων άγνωστων μορίων και, επιπλέον, μελετήθηκαν τα υπέρυθρα και υπεριώδη φάσματα των εκχυλισμάτων των ενώσεων μετεωριτών που περιέχουν άνθρακα. Τα αποτελέσματα ήταν εκπληκτικά.

Από τον ανθρακούχο χονδρίτη, ήταν δυνατό να απομονωθεί μια ουσία σαν δύο σταγόνες νερού παρόμοια με την κυτοσίνη - μια άλλη από τις τέσσερις αζωτούχες βάσεις. Βρέθηκε σε μετεωρίτη και μείγμα υδρογονανθράκων, παρόμοιο με το πετρέλαιο χερσαίας προέλευσης.

Το επόμενο έτος, 1961, το έργο τριών Αμερικανών χημικών, των G. Nagy, D. Hennessey και W. διατηρούν. Από ανθρακούχους χονδρίτες, απομόνωσαν ένα σύνολο παραφινών, πολύ παρόμοιο με αυτό που είναι μέρος της φλούδας των μήλων ή του κεριού μέλισσας. Από αυτή την άποψη, οι διαφωνίες γύρω από το πρόβλημα της προέλευσης του πετρελαίου έχουν ενταθεί.

Δεν γνωρίζουμε ακόμη από πού ακριβώς προήλθε το πετρέλαιο - πηγή καυσίμου για αεροσκάφη, πλοία και αυτοκίνητα, η πιο πολύτιμη πρώτη ύλη για την πετροχημεία. Το πετρέλαιο σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης κάποτε ζωντανών οργανισμών ή είναι ο «Μαύρος Χρυσός» προϊόν κάποιας πολύπλοκης βιογονικής σύνθεσης; Εάν η πρώτη υπόθεση είναι σωστή, οι άσφαλτες στους μετεωρίτες μπορούν να θεωρηθούν ως ίχνη εξωγήινης ζωής. Μόνο εάν το λάδι είναι ανόργανης προέλευσης, τότε η άσφαλτος μετεωρίτη δεν έχει άμεση σχέση με τη ζωή έξω από τη γη, αλλά, προφανώς, προέκυψε ως αποτέλεσμα αβιογενών διεργασιών.

Έχουμε ήδη μιλήσει για πειράματα που προσομοιώνουν το σχηματισμό οργανικών ενώσεων στον διαπλανητικό χώρο. Είναι ακόμη πιο εύκολο να φανταστεί κανείς μια τέτοια αβιογενή σύνθεση στα έγκατα ενός πλανήτη που μοιάζει με τη Γη. Οι οργανικές ουσίες στους μετεωρίτες προέκυψαν αβιογονικά - αυτή είναι η κύρια θέση όσων δεν θεωρούν τους μετεωρίτες φορείς των υπολειμμάτων ορισμένων εξωγήινων οργανισμών. Αυτή τη θέση υπερασπίζεται ο Anders, ο Briggs, στη Σοβιετική μας Ένωση - ο ερευνητής των ανθρακούχων χονδριτών G. P. Vdovykin. Κατά τη γνώμη του, «η μελέτη των φασμάτων διαφόρων ουράνιων σωμάτων δείχνει ότι ο άνθρακας είναι ένα από τα πιο κοινά στοιχεία σε αυτά: βρίσκεται με τη μορφή στοιχείου (c 2, c 3) και με τη μορφή ενώσεων ( CH 2, CN, co 2, κ.λπ. .) Σε όλους τους τύπους ουράνιων σωμάτων, αυτά τα συστατικά της ατμόσφαιρας και του αστρικού χώρου θα μπορούσαν να πολυμεριστούν με το σχηματισμό πολύπλοκων οργανικών μορίων "(L. Kuznetsova. Δεκατρία αινίγματα του ουρανού. M. , Σοβιετική Ρωσία, φως του 1967.

Οι πιο ζωηρές συζητήσεις γίνονται πλέον γύρω από τα μυστηριώδη «Οργανωμένα Στοιχεία». Για πρώτη φορά, αυτά τα περίεργα εγκλείσματα με διάμετρο από 5 έως 50 μικρά ανακαλύφθηκαν το 1961 από τους N. Nagy και D. Klaus ενώ μελετούσαν δείγματα τεσσάρων ανθρακούχων χονδριτών. Εξωτερικά, έμοιαζαν με χερσαία απολιθώματα μικροσκοπικά φύκια. Ανάμεσά τους, Αμερικανοί ερευνητές εντόπισαν πέντε τύπους αντικειμένων σύμφωνα με μορφολογικά χαρακτηριστικά και ορισμένα από τα αντικείμενα αποδείχτηκαν ζευγαρωμένα, σαν να πέθαναν στη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης. Σχεδόν όλα τα "Οργανωμένα Στοιχεία" έμοιαζαν με τα πιο απλά φυτά που ζουν μόνο στο νερό και αυτή η περίσταση, σύμφωνα με τους Nagy και Klaus, απέκλεισε την πιθανότητα μόλυνσης του μετεωρίτη από το έδαφος. Αργότερα, ο F. Staplen και άλλοι ανακάλυψαν "Οργανωμένα Στοιχεία" σε αρκετούς ανθρακούχους χονδρίτες και όλοι οι ερευνητές παρατήρησαν την ομοιότητά τους με ορισμένα μονοκύτταρα φύκια.

Το 1962, ο γεωλόγος του Λένινγκραντ β. σε. Ο Timofeev απομόνωσε περίεργους σχηματισμούς που μοιάζουν με σπόρους από τους μετεωρίτες Saratov και Migeya. Υπήρχαν περισσότερες από δύο δωδεκάδες από αυτά - κιτρινωπό-γκρι, μικροσκοπικά, κούφια, σχεδόν σφαιρικά κοχύλια, με διάμετρο 10 έως 60 μικρά. Τα κοχύλια αποδείχθηκαν μονοστρωματικά, διαφορετικά σε πάχος, μερικές φορές τσαλακωμένα σε σαφώς καθορισμένες πτυχές. Σύμφωνα με τον ερευνητή, "η επιφάνεια των κελυφών είναι λεία, λιγότερο συχνά λεπτή φυματίωση. Μία από τις μορφές δείχνει μια στρογγυλή τρύπα - μια στομία, χαρακτηριστική ορισμένων μονοκύτταρων φυκών. Πολλά από αυτά τα ευρήματα μπορούν να συγκριθούν με τα παλαιότερα απολιθωμένα μονοκύτταρα φύκια στη γη που έζησε πριν από περισσότερα από 600 εκατομμύρια χρόνια, αλλά δεν μπορούν να αποδοθούν σε καμία ομάδα του φυτικού κόσμου του πλανήτη μας» (Spark, 1962, αριθμός 4, σελ. 12.

Νουκλεϊκά οξέα

Νουκλεϊκά οξέα

Τα δεοξυριβονουκλεϊκά και ριβονουκλεϊκά οξέα είναι καθολικά συστατικά όλων των ζωντανών οργανισμών που είναι υπεύθυνοι για την αποθήκευση, τη μετάδοση και την αναπαραγωγή (πραγμάτωση) της γενετικής πληροφορίας. Όλα τα Ν. έως. χωρίζονται σε δύο τύπους ανάλογα με το υδατανθρακικό συστατικό των μορίων: δεοξυριβόζη στα δεοξυριβονουκλεϊκά οξέα (DNA) και ριβόζη στα ριβονουκλεϊκά οξέα (RNA). Ο βιολογικός ρόλος του DNA στους περισσότερους οργανισμούς είναι η αποθήκευση και η αναπαραγωγή της γενετικής πληροφορίας και του RNA - στην εφαρμογή αυτών των πληροφοριών στη δομή των πρωτεϊνικών μορίων (Πρωτεΐνες) στη διαδικασία της σύνθεσής τους.

Τα νουκλεϊκά οξέα ανακαλύφθηκαν το 1868 από τον Ελβετό επιστήμονα F. Miescher, ο οποίος διαπίστωσε ότι αυτές οι ουσίες εντοπίζονται στους πυρήνες των κυττάρων, έχουν όξινες ιδιότητες και, σε αντίθεση με τις πρωτεΐνες, περιέχουν φώσφορο. Χημικά, τα Ν. έως είναι πολυνουκλεοτίδια, δηλ. βιοπολυμερή κατασκευασμένα από μονομερείς μονάδες - μονονουκλεοτίδια ή νουκλεοτίδια (εστέρες φωσφόρου των λεγόμενων νουκλεοζιτών - παράγωγα αζωτούχων βάσεων πουρίνης και πυριμιδίνης, D-ριβόζη ή 2-δεοξυ-D-ριβόζη). Οι βάσεις πουρίνης που περιλαμβάνονται στο μόριο του DNA είναι η αδενίνη (Α) και η γουανίνη (G), οι βάσεις πυριμιδίνης είναι η κυτοσίνη (C) και η θυμίνη (Τ). Στους νουκλεοζίτες RNA, υπάρχει ουρακίλη (U) αντί για θυμίνη. Σε μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα, τα νουκλεοτίδια συνδέονται μέσω ενός φωσφοδιεστερικού δεσμού (Εικ. 1).

Η πρωταρχική δομή του N. to. καθορίζεται από τη σειρά εναλλαγής των αζωτούχων βάσεων και η χωρική τους διαμόρφωση καθορίζεται από μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ τμημάτων του μορίου: δεσμοί υδρογόνου μεταξύ αζωτούχων βάσεων, υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις μεταξύ επιπέδων ζεύγους βάσεων, ηλεκτροστατική αλληλεπιδράσεις που περιλαμβάνουν αρνητικά φορτισμένες φωσφορικές ομάδες και αντίθετα ιόντα.

Τα δεοξυριβονουκλεϊκά οξέα που απομονώνονται από διάφορους οργανισμούς διαφέρουν ως προς την αναλογία των αζωτούχων βάσεων που περιλαμβάνονται στη σύνθεσή τους, δηλ. σύμφωνα με τη νουκλεοτιδική σύνθεση, η οποία σε όλα τα DNA υπακούει στον κανόνα Chargaff: 1) ο αριθμός των μορίων αδενίνης στο μόριο του Ν. ισούται με τον αριθμό των μορίων θυμίνης, δηλ. A = T; 2) ο αριθμός των μορίων γουανίνης είναι ίσος με τον αριθμό των μορίων κυτοσίνης, δηλ. G = C; 3) ο αριθμός των μορίων των βάσεων πουρίνης είναι ίσος με τον αριθμό των μορίων των βάσεων πυριμιδίνης. 4) ο αριθμός των 6-αμινομάδων είναι ίσος με τον αριθμό των 6-κετο ομάδων, που σημαίνει ότι το άθροισμα της αδενίνης + κυτοσίνης είναι ίσο με το άθροισμα της γουανίνης + θυμίνης, δηλ. Ο κανόνας A + C \u003d G + T. Chargaff ισχύει επίσης για τις λεγόμενες δευτερεύουσες αζωτούχες βάσεις (μεθυλιωμένες ή άλλα παράγωγα βάσεων πουρίνης και πυριμιδίνης). Έτσι, η νουκλεοτιδική σύνθεση κάθε DNA χαρακτηρίζεται από μια σταθερή τιμή - τη μοριακή αναλογία

(συντελεστής ειδικότητας) ή το ποσοστό των ζευγών G-C, δηλ.

Η τιμή του τελευταίου δείκτη είναι πρακτικά η ίδια για οργανισμούς της ίδιας κατηγορίας. Σε ανώτερα φυτά και σπονδυλωτά, είναι 0,55-0,93.

Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature έδειξε ότι οργανικές ενώσεις, με απροσδόκητα υψηλό επίπεδο πολυπλοκότητας, υπάρχουν σε όλο το σύμπαν.Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι πολύπλοκες οργανικές ενώσεις μπορούν να δημιουργηθούν από αστέρια.

Ο καθηγητής Sun Quoc και ο Δρ Yong Zhang του Πανεπιστημίου του Χονγκ Κονγκ έχουν δείξει ότι οι οργανικές ουσίες στο σύμπαν αποτελούνται τόσο από αρωματικές (κυκλική μορφή) όσο και από αλειφατικές (αλυσιδωτή) ενώσεις. Αυτές οι ενώσεις είναι τόσο πολύπλοκες που η χημική τους δομή μοιάζει με άνθρακα ή πετρέλαιο. Δεδομένου ότι ο άνθρακας και το πετρέλαιο είναι τα απομεινάρια της αρχαίας ζωής, πιστευόταν ότι αυτή η μορφή οργανικής ύλης σχηματίστηκε αποκλειστικά από ζωντανούς οργανισμούς. Η ανακάλυψη της ομάδας υποδηλώνει ότι πολύπλοκες οργανικές ενώσεις μπορούν να συντεθούν στο διάστημα ακόμη και αν δεν υπάρχουν μορφές ζωής.

Οι επιστήμονες έχουν ερευνήσει ένα μυστηριώδες φαινόμενο: ένα σύνολο υπέρυθρης ακτινοβολίας σε αστέρια, διαστρικό διάστημα και γαλαξίες. Οι φασματικές υπογραφές τους είναι γνωστές ως «μη αναγνωρισμένες εκπομπές υπέρυθρων». Για περισσότερες από δύο δεκαετίες, η πιο ευρέως αποδεκτή θεωρία σχετικά με την προέλευση αυτών των υπογραφών ήταν ότι είναι απλά οργανικά μόρια που αποτελούνται από άτομα άνθρακα και υδρογόνου που ονομάζονται πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες (PAHs). Παρατηρώντας με το Υπέρυθρο Διαστημικό Παρατηρητήριο και το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Spitzer, οι Kuok και Zhang έδειξαν ότι το φάσμα εκπομπής δεν μπορούσε να εξηγηθεί από την παρουσία μορίων PAH. Η ομάδα διατύπωσε την άποψη ότι οι ουσίες που παράγουν παρόμοια υπέρυθρη ακτινοβολία έχουν πολύ πιο περίπλοκη χημική δομή.

Τα αστέρια όχι μόνο δημιουργούν αυτή την πολύπλοκη οργανική ύλη, αλλά την ωθούν και προς τον διαστρικό χώρο. Τα αποτελέσματα είναι συνεπή με την προηγούμενη ιδέα του Kuok ότι τα παλιά αστέρια είναι μοριακά εργοστάσια ικανά να παράγουν οργανικά μείγματα. «Η δουλειά μας έχει δείξει ότι τα αστέρια μπορούν εύκολα να δημιουργήσουν πολύπλοκες οργανικές ενώσεις σε σχεδόν συνολικό κενό», είπε ο Kuok. «Θεωρητικά είναι αδύνατο, αλλά μπορούμε ακόμα να το δούμε».

Ακόμη πιο ενδιαφέρον είναι το γεγονός ότι η δομή αυτής της οργανικής αστρόσκονης είναι παρόμοια με τις πολύπλοκες οργανικές ενώσεις που βρίσκονται στους μετεωρίτες. Δεδομένου ότι οι μετεωρίτες είναι υπολείμματα του πρώιμου ηλιακού συστήματος, τίθεται το ερώτημα εάν τα αστέρια θα μπορούσαν να εμπλουτίσουν το πρώιμο ηλιακό σύστημα με οργανικές ενώσεις. Το ερώτημα για το τι ρόλο έπαιξαν αυτές οι ενώσεις στη διαδικασία της προέλευσης και της ανάπτυξης της ζωής στη Γη παραμένει ανοιχτό.

«Ο άνθρακας εμφανίζεται στη φύση τόσο σε ελεύθερη όσο και σε συνδυασμένη κατάσταση, σε πολύ διαφορετικές μορφές και μορφές. Στην ελεύθερη κατάσταση, ο άνθρακας είναι γνωστός σε τουλάχιστον τρεις μορφές: άνθρακας, γραφίτης και διαμάντι. Στην κατάσταση των ενώσεων, ο άνθρακας είναι μέρος των λεγόμενων οργανικών ουσιών, δηλαδή πολλών ουσιών που υπάρχουν στο σώμα κάθε φυτού και ζώου. Βρίσκεται με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα στο νερό και τον αέρα και με τη μορφή αλάτων του διοξειδίου του άνθρακα και οργανικά υπολείμματα στο έδαφος και τη μάζα του φλοιού της γης. Η ποικιλία των ουσιών που συνθέτουν το σώμα των ζώων και των φυτών είναι γνωστή σε όλους. Κερί και λάδι, νέφτι και ρητίνη, βαμβακερό χαρτί και πρωτεΐνη, φυτικός κυτταρικός ιστός και ζωικός μυϊκός ιστός, τρυγικό οξύ και άμυλο - όλες αυτές και πολλές άλλες ουσίες που περιλαμβάνονται στους ιστούς και τους χυμούς των φυτών και των ζώων είναι ενώσεις άνθρακα. Το πεδίο των ενώσεων άνθρακα είναι τόσο μεγάλο που αποτελεί έναν ειδικό κλάδο της χημείας, δηλαδή τη χημεία του άνθρακα ή, καλύτερα, των ενώσεων υδρογονανθράκων.

Αυτά τα λόγια από τα Fundamentals of Chemistry του D. I. Mendeleev χρησιμεύουν ως μια λεπτομερής επιγραφή στην ιστορία μας σχετικά με το ζωτικό στοιχείο - τον άνθρακα. Ωστόσο, υπάρχει μια θέση εδώ, η οποία, από τη σκοπιά της σύγχρονης επιστήμης της ύλης, μπορεί να υποστηριχθεί, αλλά περισσότερα για αυτήν παρακάτω.

Πιθανώς, τα δάχτυλα στα χέρια θα είναι αρκετά για να μετρήσουν τα χημικά στοιχεία στα οποία δεν έχει αφιερωθεί τουλάχιστον ένα επιστημονικό βιβλίο. Αλλά ένα ανεξάρτητο βιβλίο λαϊκής επιστήμης - όχι κάποιου είδους μπροσούρα σε 20 ημιτελείς σελίδες με εξώφυλλο από χαρτί περιτυλίγματος, αλλά ένας αρκετά συμπαγής όγκος σχεδόν 500 σελίδων - έχει μόνο ένα στοιχείο στο περιουσιακό στοιχείο - τον άνθρακα.

Γενικά, η βιβλιογραφία για τον άνθρακα είναι η πιο πλούσια. Αυτά είναι, πρώτον, όλα τα βιβλία και τα άρθρα οργανικών χημικών ανεξαιρέτως. Δεύτερον, σχεδόν όλα όσα σχετίζονται με πολυμερή. Τρίτον, αμέτρητες δημοσιεύσεις που σχετίζονται με τα ορυκτά καύσιμα. τέταρτον, ένα σημαντικό μέρος της βιοϊατρικής βιβλιογραφίας ...

Ως εκ τούτου, δεν θα προσπαθήσουμε να αγκαλιάσουμε την απεραντοσύνη (δεν είναι τυχαίο ότι οι συγγραφείς του δημοφιλούς βιβλίου για το στοιχείο Νο. 6 το ονόμασαν "Ανεξάντλητο"!), αλλά θα εστιάσουμε μόνο στο κύριο πράγμα από το κύριο σημείο - θα προσπαθήσουμε να δούμε τον άνθρακα από τρεις απόψεις.

Ο άνθρακας είναι ένα από τα λίγα στοιχεία "χωρίς οικογένεια, καμία φυλή". Η ιστορία της ανθρώπινης επαφής με αυτή την ουσία ανάγεται στους προϊστορικούς χρόνους. Το όνομα του ανακάλυψε του άνθρακα είναι άγνωστο, και είναι επίσης άγνωστο ποια από τις μορφές του στοιχειακού άνθρακα - διαμάντι ή γραφίτης - ανακαλύφθηκε νωρίτερα. Και τα δύο συνέβησαν πολύ καιρό πριν. Μόνο ένα πράγμα μπορεί να ειπωθεί με βεβαιότητα: πριν από το διαμάντι και πριν από τον γραφίτη, ανακαλύφθηκε μια ουσία, η οποία πριν από μερικές δεκαετίες θεωρούνταν η τρίτη, άμορφη μορφή στοιχειακού άνθρακα - άνθρακα. Αλλά στην πραγματικότητα, το κάρβουνο, ακόμη και το κάρβουνο, δεν είναι καθαρός άνθρακας. Περιέχει υδρογόνο, οξυγόνο και ίχνη άλλων στοιχείων. Είναι αλήθεια ότι μπορούν να αφαιρεθούν, αλλά ακόμη και τότε ο άνθρακας του άνθρακα δεν θα γίνει ανεξάρτητη τροποποίηση του στοιχειακού άνθρακα. Αυτό καθιερώθηκε μόλις στο δεύτερο τέταρτο του αιώνα μας. Η δομική ανάλυση έδειξε ότι ο άμορφος άνθρακας είναι ουσιαστικά ο ίδιος γραφίτης. Αυτό σημαίνει ότι δεν είναι άμορφο, αλλά κρυσταλλικό. μόνο οι κρύσταλλοι του είναι πολύ μικροί και υπάρχουν περισσότερα ελαττώματα σε αυτά. Μετά από αυτό, άρχισαν να πιστεύουν ότι ο άνθρακας στη Γη υπάρχει μόνο σε δύο στοιχειώδεις μορφές - με τη μορφή γραφίτη και διαμαντιού.

Βίντεο Οργανικές ενώσεις στο διάστημα

Αλκάνια. Δομή και ονοματολογία

Εξ ορισμού, τα αλκάνια είναι κορεσμένοι ή κορεσμένοι υδρογονάνθρακες που έχουν γραμμική ή διακλαδισμένη δομή. Ονομάζονται και παραφίνες. Τα αλκάνια περιέχουν μόνο απλούς ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ ατόμων άνθρακα. Ο γενικός τύπος είναι

Για να ονομάσετε μια ουσία, πρέπει να ακολουθήσετε τους κανόνες. Σύμφωνα με τη διεθνή ονοματολογία, τα ονόματα σχηματίζονται χρησιμοποιώντας το επίθημα -an. Τα ονόματα των πρώτων τεσσάρων αλκανίων έχουν αναπτυχθεί ιστορικά. Ξεκινώντας από τον πέμπτο εκπρόσωπο, τα ονόματα αποτελούνται από ένα πρόθεμα που υποδεικνύει τον αριθμό των ατόμων άνθρακα και το επίθημα -an. Για παράδειγμα, το οκτά (οκτώ) κάνει οκτάνιο.

Για διακλαδισμένες αλυσίδες, τα ονόματα προστίθενται:

• από τους αριθμούς που υποδεικνύουν τον αριθμό των ατόμων άνθρακα γύρω από τα οποία βρίσκονται οι ρίζες.
• από το όνομα των ριζοσπαστών?
• από το όνομα της κύριας αλυσίδας.

Παράδειγμα: 4-μεθυλοπροπάνιο - το τέταρτο άτομο άνθρακα στην αλυσίδα προπανίου έχει μια ρίζα (μεθύλιο).

Ρύζι. 1. Δομικοί τύποι με τα ονόματα των αλκανίων.

Κάθε δέκατο αλκάνιο ονομάζει τα επόμενα εννέα αλκάνια. Μετά το δεκάνιο έρχονται το ενδεκάνιο, το δωδεκάνιο και ούτω καθεξής· μετά το eicosan, το geneicosan, το docosan, το tricosan κ.λπ.

οργανικές και ανόργανες ουσίες. οργανική ύλη

Οι οργανικές ενώσεις διαφέρουν από τις ανόργανες ενώσεις κυρίως ως προς τη σύνθεσή τους. Αν ανόργανες ουσίες μπορούν να σχηματιστούν από οποιοδήποτε στοιχείο του Περιοδικού συστήματος, τότε τα άτομα C και H πρέπει οπωσδήποτε να περιλαμβάνονται στη σύνθεση των οργανικών ουσιών. Τέτοιες ενώσεις ονομάζονται υδρογονάνθρακες (CH4 - μεθάνιο, C6H6 - βενζόλιο). Οι πρώτες ύλες υδρογονανθράκων (πετρέλαιο και αέριο) είναι πολύ ωφέλιμο για την ανθρωπότητα. Ωστόσο, η διαμάχη προκαλεί σοβαρά.

Τα παράγωγα υδρογονάνθρακα περιέχουν επίσης άτομα Ο και Ν. Εκπρόσωποι των οργανικών ενώσεων που περιέχουν οξυγόνο είναι οι αλκοόλες και οι ισομερείς αιθέρες (C2H5OH και CH3-O-CH3), οι αλδεΰδες και τα ισομερή τους - κετόνες (CH3CH2CHO και CH3COCH3), τα καρβοξυλικά οξέα (CH3 και σύμπλοκα e -COOH και HCOOCH3). Τα τελευταία περιλαμβάνουν επίσης λίπη και κεριά. Οι υδατάνθρακες είναι επίσης ενώσεις που περιέχουν οξυγόνο.

Γιατί οι επιστήμονες συνδύασαν φυτικές και ζωικές ουσίες σε μια ομάδα - οργανικές ενώσεις και πώς διαφέρουν από τις ανόργανες; Δεν υπάρχει ενιαίο σαφές κριτήριο για τον διαχωρισμό οργανικών και ανόργανων ουσιών. Εξετάστε μια σειρά από χαρακτηριστικά που συνδυάζουν οργανικές ενώσεις.

1. Σύνθεση (κατασκευασμένη από άτομα C, H, O, N, λιγότερο συχνά P και S).
2. Δομή (οι δεσμοί C-H και C-C είναι υποχρεωτικοί, σχηματίζουν αλυσίδες και κύκλους διαφορετικού μήκους).
3. Ιδιότητες (όλες οι οργανικές ενώσεις είναι εύφλεκτες, σχηματίζουν CO2 και H2O κατά την καύση).

Μεταξύ των οργανικών ουσιών, υπάρχουν πολλά πολυμερή φυσικής (πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες, φυσικό καουτσούκ κ.λπ.), τεχνητά (βισκόζη) και συνθετικά (πλαστικά, συνθετικά καουτσούκ, πολυεστέρας και άλλα). Έχουν μεγάλο μοριακό βάρος και πιο σύνθετη δομή σε σύγκριση με τις ανόργανες ουσίες.

Τέλος, υπάρχουν περισσότερες από 25 εκατομμύρια οργανικές ουσίες.

Αυτή είναι απλώς μια επιφανειακή ματιά σε οργανικές και ανόργανες ουσίες. Περισσότερες από δώδεκα επιστημονικές εργασίες, άρθρα και σχολικά βιβλία έχουν γραφτεί για καθεμία από αυτές τις ομάδες.

Όπως έχουμε ήδη επισημάνει παραπάνω, ολόκληρο το σύνολο των οργανισμών που ανήκουν σε όλα τα βασίλεια της φύσης θεωρείται ότι είναι η ζωντανή ουσία του θεωρούμενου κελύφους της Γης. Τα ανθρώπινα όντα κατέχουν μια ιδιαίτερη θέση μεταξύ όλων. Οι λόγοι για αυτό ήταν:

• θέση καταναλωτή, όχι παραγωγή·
• ανάπτυξη του νου και της συνείδησης.

Όλοι οι άλλοι εκπρόσωποι είναι ζωντανή ύλη. Οι λειτουργίες της ζωντανής ύλης αναπτύχθηκαν και υποδείχθηκαν από τον Vernadsky. Ανέθεσε τον ακόλουθο ρόλο στους οργανισμούς:

1. Οξειδοαναγωγή.
2. Καταστρεπτικός.
3. Μεταφορά.
4. Διαμόρφωση περιβάλλοντος.
5. Αέριο.
6. Ενέργεια.
7. Ενημερωτική.
8. συγκέντρωση.

Οι πιο βασικές λειτουργίες της ζωντανής ύλης της βιόσφαιρας είναι το αέριο, η ενέργεια και η οξειδοαναγωγή. Ωστόσο, τα υπόλοιπα είναι επίσης σημαντικά, παρέχοντας σύνθετες διαδικασίες αλληλεπίδρασης μεταξύ όλων των μερών και στοιχείων του ζωντανού κελύφους του πλανήτη.

Ας εξετάσουμε κάθε μία από τις λειτουργίες με περισσότερες λεπτομέρειες για να καταλάβουμε τι ακριβώς εννοείται και ποια είναι η ουσία.

Η φύση έχει σκορπίσει γενναιόδωρα τους υλικούς της πόρους σε όλο τον πλανήτη μας. Αλλά δεν είναι δύσκολο να παρατηρήσετε την εξάρτηση: πιο συχνά ένα άτομο χρησιμοποιεί αυτές τις ουσίες, τα αποθέματα πρώτων υλών των οποίων είναι περιορισμένα, και αντίστροφα, χρησιμοποιεί εξαιρετικά αδύναμα τέτοια χημικά στοιχεία και τις ενώσεις τους, οι πρώτες ύλες των οποίων είναι σχεδόν απεριόριστος. Στην πραγματικότητα, το 98,6% της μάζας του φυσικά προσβάσιμου στρώματος της Γης αποτελείται από μόνο οκτώ χημικά στοιχεία: σίδηρο (4,6%), οξυγόνο (47%), πυρίτιο (27,5%), μαγνήσιο (2,1%), αλουμίνιο (8,8). %), ασβέστιο (3,6%), νάτριο (2,6%), κάλιο (2,5%), νικέλιο. Πάνω από το 95% όλων των μεταλλικών προϊόντων, σχέδια μεγάλης ποικιλίας μηχανημάτων και μηχανισμών, οι διαδρομές μεταφοράς είναι κατασκευασμένες από σιδηρομετάλλευμα. Είναι σαφές ότι μια τέτοια πρακτική είναι σπάταλη τόσο όσον αφορά την εξάντληση των πόρων σιδήρου όσο και το ενεργειακό κόστος για την πρωτογενή επεξεργασία πρώτων υλών σιδηρομεταλλεύματος.

Εξετάζοντας τα δεδομένα που παρουσιάζονται εδώ σχετικά με την επικράτηση των οκτώ ονομαζόμενων χημικών στοιχείων, μπορούμε με ασφάλεια να πούμε ότι υπάρχουν μεγάλες ευκαιρίες στη χρήση του αλουμινίου, και στη συνέχεια του μαγνησίου και, ίσως, του ασβεστίου στη δημιουργία μεταλλικών υλικών στο εγγύς μέλλον. αλλά για αυτό, θα πρέπει να αναπτυχθούν ενεργειακά αποδοτικές μέθοδοι παραγωγής αλουμινίου προκειμένου να ληφθεί χλωριούχο αλουμίνιο και να μετατραπεί σε μέταλλο. Αυτή η μέθοδος έχει ήδη δοκιμαστεί σε πολλές χώρες και παρείχε τη βάση για το σχεδιασμό μεταλλουργείων αλουμινίου υψηλής χωρητικότητας. Ωστόσο, η τήξη αλουμινίου σε κλίμακα συγκρίσιμη με την παραγωγή χυτοσιδήρου, χάλυβα και σιδηροκράματα δεν μπορεί να εφαρμοστεί ακόμη στο εγγύς μέλλον, επειδή αυτό το έργο πρέπει να επιλυθεί παράλληλα με την ανάπτυξη κατάλληλων κραμάτων αλουμινίου που μπορούν να ανταγωνιστούν τον χυτοσίδηρο και τον χάλυβα και άλλα υλικά από πρώτες ύλες σιδηρομεταλλεύματος.

Η ευρεία χρήση του πυριτίου χρησιμεύει ως διαρκής μομφή για την ανθρωπότητα όσον αφορά τον εξαιρετικά χαμηλό βαθμό χρήσης αυτού του χημικού στοιχείου στην παραγωγή υλικών. Τα πυριτικά αποτελούν το 97% της συνολικής μάζας του φλοιού της γης. Και αυτό δίνει λόγους να ισχυριστεί κανείς ότι πρέπει να είναι η κύρια πρώτη ύλη για την παραγωγή σχεδόν όλων των οικοδομικών υλικών και ημικατεργασμένων προϊόντων στην κατασκευή κεραμικών που μπορούν να ανταγωνιστούν τα μέταλλα. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη και τεράστιες συσσωρεύσεις βιομηχανικών αποβλήτων πυριτικής φύσης, όπως «άχρηστα πετρώματα» κατά την εξόρυξη άνθρακα, «υπολειμματα» κατά την εξόρυξη μετάλλων από μεταλλεύματα, τέφρα και σκωρία από την παραγωγή ενέργειας και μεταλλουργίας. . Και ακριβώς αυτά τα πυριτικά πρέπει πρώτα να μετατραπούν σε πρώτες ύλες για οικοδομικά υλικά. Από τη μία, αυτό υπόσχεται μεγάλα οφέλη, καθώς οι πρώτες ύλες δεν χρειάζονται εξόρυξη, περιμένουν τους καταναλωτές τους σε τελική μορφή. Από την άλλη, η διάθεσή του αποτελεί μέτρο για την καταπολέμηση της περιβαλλοντικής ρύπανσης.

Στο διάστημα, μόνο δύο στοιχεία, το υδρογόνο και το ήλιο, είναι ευρύτερα κατανεμημένα, όλα τα άλλα στοιχεία μπορούν να θεωρηθούν μόνο ως προσθήκη σε αυτά.

Ερώτηση 54. Ανάπτυξη ιδεών για τη χημική δομή της ύλης. Χημικές ενώσεις.

Χημείαπου ονομάζεται επιστήμη των χημικών στοιχείων και των ενώσεων τους.

Η ιστορία της ανάπτυξης των χημικών εννοιών ξεκινά από την αρχαιότητα. Ο Δημόκριτος, ο Επίκουρος εξέφρασε λαμπρές ιδέες ότι όλα τα σώματα αποτελούνται από άτομα διαφόρων μεγεθών και σχημάτων, γεγονός που καθορίζει την ποιοτική τους διαφορά. Ο Αριστοτέλης και ο Εμπεδοκλής πίστευαν ότι τα σώματα συνδυάζονται

Η πρώτη πραγματικά αποτελεσματική μέθοδος για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων μιας ουσίας προτάθηκε στο δεύτερο μισό του 17ου αιώνα. Άγγλος επιστήμονας R. Boyle (1627-1691) Τα αποτελέσματα των πειραματικών μελετών του R. Boyle έδειξαν ότι οι ιδιότητες και οι ιδιότητες των σωμάτων εξαρτώνται από τα υλικά στοιχεία από τα οποία αποτελούνται .

Το 1860, ο εξαιρετικός Ρώσος χημικός A.M. Ο Butlerov (1828-1886) δημιούργησε μια θεωρία για τη χημική δομή της ύλης - προέκυψε ένα υψηλότερο επίπεδο ανάπτυξης της χημικής γνώσης - δομική χημεία.

Την περίοδο αυτή γεννήθηκε η τεχνολογία των οργανικών ουσιών.

Υπό την επίδραση των νέων απαιτήσεων παραγωγής, προέκυψε το δόγμα των χημικών διεργασιών , που έλαβε υπόψη τη μεταβολή των ιδιοτήτων μιας ουσίας υπό την επίδραση της θερμοκρασίας, της πίεσης, των διαλυτών και άλλων παραγόντων που αντικαθιστούν το ξύλο και το μέταλλο στις οικοδομικές εργασίες, τις πρώτες ύλες τροφίμων στην παραγωγή λαδιού ξήρανσης, βερνίκια, απορρυπαντικά και λιπαντικά.

Το 1960-1970. εμφανίστηκε το επόμενο, υψηλότερο επίπεδο χημικής γνώσης - η εξελικτική χημεία . Βασίζεται στην αρχή της αυτοοργάνωσης των χημικών συστημάτων, δηλαδή στην αρχή της εφαρμογής της χημικής εμπειρίας της εξαιρετικά οργανωμένης ζωντανής φύσης.

Μέχρι πρόσφατα, οι χημικοί θεωρούσαν ξεκάθαρο τι πρέπει να αποδίδεται στις χημικές ενώσεις και τι στα μείγματα. Πίσω στο 1800-1808. ο Γάλλος επιστήμονας J. Proust (1754-1826) καθιέρωσε τον νόμο της σταθερότητας της σύνθεσης: κάθε μεμονωμένη χημική ένωση έχει μια αυστηρά καθορισμένη, αμετάβλητη σύνθεση, μια ισχυρή έλξη των συστατικών της μερών (άτομα) και επομένως διαφέρει από τα μείγματα

Από τα τέλη του 19ου αι άρχισαν εκ νέου μελέτες που αμφισβήτησαν την απολυτοποίηση του νόμου της σταθερότητας της σύνθεσης. Ο εξαιρετικός Ρώσος χημικός Ν.Σ. Ο Kurnakov (1860-1941), ως αποτέλεσμα μελετών διαμεταλλικών ενώσεων, δηλαδή ενώσεων που αποτελούνται από δύο μέταλλα, καθιέρωσε τον σχηματισμό πραγματικών μεμονωμένων ενώσεων μεταβλητής σύστασης και βρήκε τα όρια της ομοιογένειάς τους στο διάγραμμα "σύνθεση-ιδιότητα", διαχωρίζοντας από αυτές τις περιοχές ύπαρξης στοιχειομετρικών ενώσεων σύνθεση. Χημικές ενώσεις μεταβλητής σύνθεσης ονόμασε μπερτολλίδες, και άφησε το όνομα πίσω από τις ενώσεις μόνιμης σύνθεσης δαλτονίδες.

Όπως έδειξαν τα αποτελέσματα της φυσικής έρευνας, η ουσία του προβλήματος των χημικών ενώσεων δεν βρίσκεται τόσο στη σταθερότητα ή την ασυνέπεια της χημικής σύνθεσης, αλλά στη φυσική φύση των χημικών δεσμών που ενώνουν τα άτομα σε ένα ενιαίο κβαντομηχανικό σύστημα - ένα μόριο.

Ο αριθμός των χημικών ενώσεων είναι τεράστιος. Διαφέρουν τόσο ως προς τη σύνθεση όσο και ως προς τις χημικές και φυσικές ιδιότητες. Αλλά ακόμα χημική ένωση -μια ποιοτικά καθορισμένη ουσία που αποτελείται από ένα ή περισσότερα χημικά στοιχεία.

Το όσμιο ορίζεται επί του παρόντος ως η βαρύτερη ουσία στον πλανήτη. Μόλις ένα κυβικό εκατοστό αυτής της ουσίας ζυγίζει 22,6 γραμμάρια. Ανακαλύφθηκε το 1804 από τον Άγγλο χημικό Smithson Tennant, όταν ο χρυσός διαλύθηκε στο After, ένα ίζημα παρέμεινε στον δοκιμαστικό σωλήνα. Αυτό συνέβη λόγω της ιδιαιτερότητας του οσμίου, είναι αδιάλυτο σε αλκάλια και οξέα.

Το πιο βαρύ στοιχείο στον πλανήτη

Είναι μια γαλαζωπόλευκη μεταλλική σκόνη. Εμφανίζεται φυσικά ως επτά ισότοπα, έξι από τα οποία είναι σταθερά και το ένα είναι ασταθές. Η πυκνότητα είναι ελαφρώς ανώτερη από το ιρίδιο, το οποίο έχει πυκνότητα 22,4 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό. Από τα υλικά που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι σήμερα, η βαρύτερη ουσία στον κόσμο είναι το όσμιο.

Ανήκει σε μια ομάδα όπως το λανθάνιο, το ύττριο, το σκάνδιο και άλλες λανθανίδες.

Πιο ακριβό από χρυσό και διαμάντια

Εξορύσσεται πολύ λίγο, περίπου δέκα χιλιάδες κιλά ετησίως. Ακόμη και η μεγαλύτερη πηγή οσμίου, το κοίτασμα Dzhezkazgan, περιέχει περίπου τρία δέκα εκατομμυριοστά. Η ανταλλακτική αξία ενός σπάνιου μετάλλου στον κόσμο φτάνει περίπου τις 200 χιλιάδες δολάρια ανά γραμμάριο. Ταυτόχρονα, η μέγιστη καθαρότητα του στοιχείου κατά τη διαδικασία καθαρισμού είναι περίπου εβδομήντα τοις εκατό.

Αν και τα ρωσικά εργαστήρια κατάφεραν να λάβουν καθαρότητα 90,4 τοις εκατό, η ποσότητα του μετάλλου δεν ξεπερνούσε μερικά χιλιοστόγραμμα.

Η πυκνότητα της ύλης πέρα ​​από τον πλανήτη Γη

Το Όσμιο είναι αναμφίβολα ο ηγέτης των βαρύτερων στοιχείων στον πλανήτη μας. Αν όμως στρέψουμε το βλέμμα μας στο διάστημα, τότε θα ανοίξουν στην προσοχή μας πολλές ουσίες βαρύτερες από τον «βασιλιά» των βαρέων στοιχείων μας.

Το γεγονός είναι ότι στο Σύμπαν υπάρχουν συνθήκες κάπως διαφορετικές από ό,τι στη Γη. Η βαρύτητα της σειράς είναι τόσο μεγάλη που η ύλη συμπιέζεται απίστευτα.

Αν εξετάσουμε τη δομή του ατόμου, θα διαπιστωθεί ότι οι αποστάσεις στον διατομικό κόσμο θυμίζουν κάπως τον κόσμο που βλέπουμε. Όπου οι πλανήτες, τα αστέρια και άλλοι βρίσκονται σε αρκετά μεγάλη απόσταση. Τα υπόλοιπα τα καταλαμβάνει το κενό. Είναι αυτή η δομή που έχουν τα άτομα, και με ισχυρή βαρύτητα, αυτή η απόσταση μειώνεται αρκετά. Μέχρι την «πίεση» κάποιων στοιχειωδών σωματιδίων σε άλλα.

Αστέρια νετρονίων - υπερπυκνά αντικείμενα του διαστήματος

Ψάχνοντας πέρα ​​από τη Γη μας, μπορεί να είμαστε σε θέση να ανιχνεύσουμε τη βαρύτερη ύλη στο διάστημα σε αστέρια νετρονίων.

Αυτοί είναι αρκετά μοναδικοί κάτοικοι του διαστήματος, ένας από τους πιθανούς τύπους αστρικής εξέλιξης. Η διάμετρος τέτοιων αντικειμένων είναι από 10 έως 200 χιλιόμετρα, με μάζα ίση με τον Ήλιο μας ή 2-3 φορές μεγαλύτερη.

Αυτό το κοσμικό σώμα αποτελείται κυρίως από έναν πυρήνα νετρονίων, ο οποίος αποτελείται από ρευστά νετρόνια. Αν και σύμφωνα με ορισμένες υποθέσεις επιστημόνων, θα έπρεπε να είναι σε σταθερή κατάσταση, αξιόπιστες πληροφορίες δεν υπάρχουν σήμερα. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι τα αστέρια νετρονίων, φτάνοντας στην ανακατανομή της συμπίεσής τους, μετατρέπονται στη συνέχεια σε μια κολοσσιαία απελευθέρωση ενέργειας, της τάξης των 10 43 - 10 45 joules.

Η πυκνότητα ενός τέτοιου αστεριού είναι συγκρίσιμη, για παράδειγμα, με το βάρος του Έβερεστ, τοποθετημένο σε ένα σπιρτόκουτο. Πρόκειται για εκατοντάδες δισεκατομμύρια τόνους σε ένα κυβικό χιλιοστό. Για παράδειγμα, για να γίνει πιο σαφές πόσο υψηλή είναι η πυκνότητα της ύλης, ας πάρουμε τον πλανήτη μας με τη μάζα του 5,9 × 1024 kg και ας τον «μετατρέψουμε» σε αστέρι νετρονίων.

Ως αποτέλεσμα, για να είναι ίση με την πυκνότητα ενός αστέρα νετρονίων, πρέπει να μειωθεί στο μέγεθος ενός συνηθισμένου μήλου, με διάμετρο 7-10 εκατοστών. Η πυκνότητα των μοναδικών αστρικών αντικειμένων αυξάνεται καθώς κινείστε προς το κέντρο.

Στρώματα και πυκνότητα ύλης

Το εξωτερικό στρώμα ενός αστεριού αντιπροσωπεύεται από μια μαγνητόσφαιρα. Ακριβώς κάτω από αυτό, η πυκνότητα της ύλης φτάνει ήδη την τάξη του ενός τόνου ανά κυβικό εκατοστό. Δεδομένων των γνώσεών μας για τη Γη, αυτή τη στιγμή είναι η βαρύτερη ουσία που έχει βρεθεί ποτέ. Αλλά μην βιαστείτε να βγάλετε συμπεράσματα.

Ας συνεχίσουμε την έρευνά μας για μοναδικά αστέρια. Ονομάζονται επίσης πάλσαρ, λόγω της υψηλής ταχύτητας περιστροφής γύρω από τον άξονά τους. Αυτός ο δείκτης για διάφορα αντικείμενα κυμαίνεται από αρκετές δεκάδες έως εκατοντάδες στροφές ανά δευτερόλεπτο.

Ας προχωρήσουμε περαιτέρω στη μελέτη των υπερπυκνών κοσμικών σωμάτων. Έπειτα έρχεται ένα στρώμα που έχει τα χαρακτηριστικά ενός μετάλλου, αλλά είναι πιθανότατα παρόμοια σε συμπεριφορά και δομή. Οι κρύσταλλοι είναι πολύ μικρότεροι από ό,τι βλέπουμε στο κρυσταλλικό πλέγμα των ουσιών της Γης. Για να δημιουργήσετε μια γραμμή κρυστάλλων 1 εκατοστού, θα χρειαστεί να απλώσετε περισσότερα από 10 δισεκατομμύρια στοιχεία. Η πυκνότητα σε αυτό το στρώμα είναι ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από ό,τι στο εξωτερικό στρώμα. Δεν είναι η πιο βαριά ύλη ενός αστεριού. Ακολουθεί ένα στρώμα πλούσιο σε νετρόνια, του οποίου η πυκνότητα είναι χίλιες φορές μεγαλύτερη από την προηγούμενη.

Ο πυρήνας ενός αστέρα νετρονίων και η πυκνότητά του

Κάτω είναι ο πυρήνας, εδώ είναι που η πυκνότητα φτάνει στο μέγιστο - διπλάσια από το υπερκείμενο στρώμα. Η ουσία του πυρήνα ενός ουράνιου σώματος αποτελείται από όλα τα στοιχειώδη σωματίδια που είναι γνωστά στη φυσική. Με αυτό, φτάσαμε στο τέλος του ταξιδιού στον πυρήνα του άστρου σε αναζήτηση της βαρύτερης ύλης στο διάστημα.

Η αποστολή αναζήτησης ουσιών μοναδικών σε πυκνότητα στο Σύμπαν, όπως φαίνεται, έχει ολοκληρωθεί. Όμως το διάστημα είναι γεμάτο μυστήρια και ανεξερεύνητα φαινόμενα, αστέρια, γεγονότα και μοτίβα.

Μαύρες τρύπες στο σύμπαν

Θα πρέπει να δώσετε προσοχή σε αυτό που είναι ήδη ανοιχτό σήμερα. Αυτές είναι μαύρες τρύπες. Ίσως είναι αυτά τα μυστηριώδη αντικείμενα που μπορούν να διεκδικήσουν το γεγονός ότι η βαρύτερη ουσία στο Σύμπαν είναι το συστατικό τους. Σημειώστε ότι η βαρύτητα των μαύρων τρυπών είναι τόσο ισχυρή που το φως δεν μπορεί να διαφύγει.

Σύμφωνα με τις υποθέσεις των επιστημόνων, η ουσία, που σύρεται στην περιοχή του χωροχρόνου, συμπιέζεται τόσο πολύ που δεν υπάρχει χώρος μεταξύ στοιχειωδών σωματιδίων.

Δυστυχώς, πέρα ​​από τον ορίζοντα γεγονότων (το λεγόμενο όριο όπου το φως και οποιοδήποτε αντικείμενο, υπό την επίδραση βαρυτικών δυνάμεων, δεν μπορούν να αφήσουν μια μαύρη τρύπα), ακολουθούν οι εικασίες και οι έμμεσες υποθέσεις μας, βασισμένες σε εκπομπές ροών σωματιδίων.

Ορισμένοι επιστήμονες προτείνουν ότι πέρα ​​από τον ορίζοντα γεγονότων, ο χώρος και ο χρόνος αναμιγνύονται. Υπάρχει η άποψη ότι μπορούν να αποτελέσουν «πέρασμα» σε άλλο Σύμπαν. Ίσως αυτό ανταποκρίνεται στην αλήθεια, αν και είναι πολύ πιθανό να ανοίξει ένας άλλος χώρος πέρα ​​από αυτά τα όρια με εντελώς νέους νόμους. Μια περιοχή όπου ο χρόνος θα αλλάξει «τόπο» με τον χώρο. Η τοποθεσία του μέλλοντος και του παρελθόντος καθορίζεται μόνο από την επιλογή των παρακάτω. Όπως η επιλογή μας να πάμε δεξιά ή αριστερά.

Είναι δυνητικά πιθανό να υπάρχουν πολιτισμοί στο σύμπαν που έχουν κατακτήσει το ταξίδι στο χρόνο μέσα από τις μαύρες τρύπες. Ίσως στο μέλλον, άνθρωποι από τον πλανήτη Γη να ανακαλύψουν το μυστικό του ταξιδιού στο χρόνο.