우주화학: 뭐야? 우주에서의 화학 우주에서의 화학 원소 형성의 근원
보비카 발렌티나 예브게니에브나
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시사:
시립예산교육기관
크라스노다르의 20번 중등학교
지구와 우주의 화학 원소 분포. 1 차 핵 합성 과정과 별 내부에서 화학 원소의 형성.
물리학 개요
학생이 수행한 작업:
Krasnodar의 10 "B"클래스 MBOU 중등 학교 20 번
보비카 발렌티나
선생님:
스크리레바 지나이다 블라디미로브나
크라스노다르
2016
- 우주의 화학을 연구하는 우주의 화학.
- 일부 용어.
- 태양계와 달의 행성의 화학 성분.
- 혜성, 운석의 화학 성분.
- 일차 핵합성.
- 우주의 다른 화학 과정.
- 별.
- 성간 매체
- 사용된 리소스 목록
우주 화학. 우주 화학은 무엇을 연구합니까?
우주 화학 연구의 주제는 우주 체 (행성, 별, 혜성 등), 성간 공간 및 우주에서 발생하는 화학 과정의 화학적 구성입니다.
우주의 화학은 물질의 원자-분자 상호작용 동안 일어나는 과정을 주로 다루고, 물리학은 별 내부의 핵합성을 다룬다.
일부 용어
다음 자료의 이해를 돕기 위해 용어집이 필요합니다.
별 - 화학 원소 합성 반응이 일어나는 장에서 발광 가스 거대한 공.
행성 - 별이나 별의 잔해 주위를 공전하는 천체.
혜성 - 냉동 가스, 먼지로 구성된 우주 몸체.
운석 - 행성간 공간에서 지구로 떨어지는 작은 우주 물체.
유성 - 유성체가 지구 대기에 충돌하여 빛나는 흔적 형태의 현상.
성간 매체- 별 사이의 공간을 채우는 희소 물질, 전자기 복사 및 자기장.
성간 물질의 주요 구성 요소: 가스, 먼지, 우주선.
핵합성 - 핵융합 반응 과정에서 화학 원소의 핵 (수소보다 무거움)이 형성되는 과정.
태양계와 달의 행성의 화학 성분
태양계의 행성은 태양이라는 별을 중심으로 회전하는 천체입니다.
태양계는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 8개 행성으로 구성됩니다.
각 행성을 별도로 고려합시다.
수은
태양계에서 태양에 가장 가까운 행성, 가장 작은 행성. 수성의 지름은 약 4870km입니다.
화학적 구성 요소
행성의 핵심은 철, 강자성입니다. 철 함량 = 58%
한 데이터에 따르면 대기는 대부분 질소(N 2 ) 이산화탄소(CO 2 ), 다른 사람들에 따르면 - 헬륨(He), 네온(Ne) 및 아르곤(Ar).
금성
태양계의 두 번째 행성. 직경 ≈ 6000km.
화학적 구성 요소
코어는 철이고 맨틀에는 규산염, 탄산염이 포함되어 있습니다.
대기는 97%가 이산화탄소(CO 2 ), 나머지는 질소(N 2), 물(H 2 O) 및 산소(O 2 ).
지구
태양계의 세 번째 행성으로 태양계에서 생명체가 살기에 가장 좋은 조건을 가진 유일한 행성입니다. 지름은 약 12,500km입니다.
화학적 구성 요소
철심. 지구의 지각에는 산소 O가 포함되어 있습니다. 2 (49%), 실리콘 Si(26%), 알루미늄 Al(4.5%) 및 기타 화학 원소. 대기는 78% 질소(N 2 ), 산소(O)에서 21% 2 ) 및 이산화탄소(CO) 0.03% 2 ), 나머지는 불활성 가스, 수증기 및 불순물입니다. 수권은 대부분 산소 O로 구성되어 있습니다. 2(85.82%), 수소 H2 (10.75%) 및 기타 요소. 모든 생명체는 탄소(C)를 함유하고 있습니다.
화성
화성은 태양계의 네 번째 행성입니다. 직경 약 7000km
화학적 구성 요소
철심. 행성의 지각에는 산화철과 규산염이 포함되어 있습니다.
목성
목성은 태양에서 다섯 번째 행성입니다. 태양계에서 가장 큰 행성. 직경 140,000km 이상.
화학적 구성 요소
핵은 압축 수소(H 2 ) 및 헬륨(He). 대기에는 수소(H 2), 메탄(CH 4 ), 헬륨(He), 암모니아(NH 3 ).
토성
토성은 태양에서 여섯 번째 행성입니다. 직경은 약 120,000km입니다.
화학적 구성 요소
코어와 지각에 대한 데이터는 없습니다. 대기는 목성의 대기와 동일한 가스로 구성되어 있습니다.
천왕성과 해왕성
천왕성과 해왕성은 각각 일곱 번째와 여덟 번째 행성입니다. 두 행성의 지름은 대략 50,000km입니다.
화학적 구성 요소
코어와 피질에 대한 데이터가 없습니다. 대기는 메탄(CH 4 ), 헬륨(He), 수소(H 2 ).
달
달은 지구의 인공위성이며, 그 원료 기지입니다. 달의 토양은 표토라고하며 산화 규소 (IV), 산화 알루미늄 및 기타 금속 산화물, 많은 우라늄, 물 없음으로 구성됩니다.
혜성, 운석의 화학 성분
운석
운석은 철, 철석 및 돌입니다. 대부분의 경우 돌 운석은 지구에 떨어집니다. 평균적으로 계산에 따르면 모든 철 운석에는 16 개의 돌이 있습니다.
철 운석의 화학 조성은 철(Fe) 90%, 니켈(Ni) 8.5%, 코발트(Co) 0.6%, 규소(Si) 0.01%입니다.
돌 운석은 주로 산소로 구성되어 있습니다 (0 2 )(41%) 및 실리콘(Si)(21%).
혜성
혜성은 가스 껍질로 둘러싸인 고체입니다. 핵은 얼어붙은 메탄(CH 4) 및 암모니아(NH3 ) 미네랄 불순물과 함께. 다양한 라디칼과 이온이 가스 혜성에서 발견되었습니다. 가장 최근에 관측된 것은 황화수소, 물, 중수, 이산화황, 포름알데히드, 메탄올, 포름산, 시안화수소, 메탄, 아세틸렌, 에탄, 포스타타이트 및 기타 화합물을 포함하는 Hale-Bopp 혜성입니다.
1차 핵합성
일차 핵합성을 고려하기 위해 표를 살펴보겠습니다.
우주의 나이 | 온도, K | 물질의 상태와 구성 |
0.01초 | 10 11 | 열 평형 상태의 중성자, 양성자, 전자, 양전자. 숫자 n과 p는 동일합니다. |
0.1초 | 3*10 10 | 입자는 같지만 양성자 수와 중성자 수의 비율은 3:5입니다. |
10 10 | 전자와 양전자 소멸, p:n =3:1 |
|
13.8초 | 3*10 9 | 중수소 D와 헬륨 핵이 형성되기 시작 4 아니요, 전자와 양전자는 사라지고 자유 양성자와 중성자가 있습니다. |
35분 | 3*10 8 | 숫자 p 및 n과 관련하여 D 및 Not의 수를 설정합니다. 4 He:H + ≈24-25중량% |
7*10 5년 | 3*10 3 | 화학 에너지는 안정한 중성 원자를 형성하기에 충분합니다. 우주는 방사선에 투명합니다. 물질은 방사선을 지배합니다. |
1 차 핵 합성의 본질은 핵자, 중수소 및 핵자의 핵-질량 수 3과 삼중수소를 갖는 헬륨 핵 및 핵에서 중수소 핵의 형성으로 축소됩니다. 3 아니다, 3 H와 핵자 - 핵 4 아닙니다.
우주의 다른 화학 과정
고온(항성 주위 공간에서 온도는 약 수천도에 달할 수 있음)에서 모든 화학 물질은 구성 요소로 분해되기 시작합니다 - 라디칼(CH 2에서 3 , CH 등) 및 원자(H, O 등)
별
별은 질량, 크기, 온도, 광도가 다릅니다.
별의 외층은 주로 수소와 헬륨, 산소 및 기타 원소(C, P, N, Ar, F, Mg 등)로 구성되어 있습니다.
준왜성은 코발트, 스칸듐, 티타늄, 망간, 니켈 등 더 무거운 원소로 구성됩니다.
거대한 별의 대기에서는 화학 원소의 원자뿐만 아니라 내화 산화물 분자(예: 티타늄 및 지르코늄)와 일부 라디칼(CN, CO, C)도 찾을 수 있습니다. 2
별의 화학적 조성은 분광법으로 연구됩니다. 따라서 철, 수소, 칼슘 및 나트륨이 태양에서 발견되었습니다. 헬륨은 태양에서 처음 발견되었으며 나중에 행성 지구의 대기에서 발견되었습니다. 현재 태양과 다른 천체의 스펙트럼에서 72개의 요소가 발견되었으며 이 모든 요소는 지구에서도 발견되었습니다.
별의 에너지원은 열핵융합 반응이다.
별의 생명의 첫 번째 단계에서 수소는 내부에서 헬륨으로 전환됩니다.
4 1 H → 4 H
헬륨은 탄소와 산소로 변합니다.
3 4 그 → 12 C
4 4 그 → 16 오
다음 단계에서는 탄소와 산소가 연료이고 알파 과정에서는 네온 원소가 철로 형성됩니다. 하전 입자를 포착하는 추가 반응은 흡열이므로 핵 합성이 중지됩니다. 열핵 반응의 중단으로 인해 철심의 균형이 깨지고 중력 압축이 시작되며, 그 에너지의 일부는 철심이 α-입자와 중성자로 붕괴되는 데 소비됩니다. 이 과정을 중력붕괴라고 하며 약 1초가 걸립니다. 급격한 온도 상승으로 인해 별의 외피에서 수소, 헬륨, 탄소 및 산소의 열핵 연소 반응이 발생합니다. 엄청난 양의 에너지가 방출되어 별의 물질이 폭발하고 팽창합니다. 이 현상을 초신성이라고 합니다. 초신성 폭발 동안 에너지가 방출되어 입자에 큰 가속도를 부여하고 중성자 플럭스가 이전에 형성된 요소의 핵을 공격합니다. 중성자 포획에 이어 β-방사선을 방출하는 과정에서 철보다 무거운 원소의 핵이 합성된다. 가장 무거운 별만이 이 단계에 도달합니다.
붕괴 중에 중성자는 다음과 같은 계획에 따라 양성자와 전자로 형성됩니다.
1 1 p + -1 0 e → 1 0 n + v
중성자별이 형성됩니다.
초신성의 핵은 펄사로 변할 수 있습니다. 핵은 1초 미만의 주기로 회전하고 전자기 복사를 방출합니다. 자기장은 엄청난 비율에 이릅니다.
또한 대부분의 포탄이 폭발의 힘을 이겨내고 코어에 떨어질 가능성도 있습니다. 추가 질량을 받으면 중성자 별은 "블랙홀"의 형성으로 축소되기 시작합니다.
성간 매체
성간 매질은 가스, 먼지, 자기장 및 우주선으로 구성됩니다. 항성 복사의 흡수는 가스와 먼지로 인해 발생합니다. 성간 매체의 먼지는 100-10K의 온도를 가지며 성간 가스의 온도는 10에서 10까지 다양합니다. 7 K 밀도 및 열원에 따라 다릅니다. 성간 가스는 중성이거나 이온화될 수 있습니다(H 2 0 , H 0 , H + , e - , He 0 ).
1937년 분광기를 사용하여 우주에서 최초의 화합물을 발견했습니다. 이 화합물은 CH 라디칼이었고 몇 년 후 시아노겐 CN이 발견되었으며 1963년에는 수산기 OH가 발견되었습니다.
분광학에서 전파와 적외선을 사용함으로써 우주 공간의 "차가운" 영역을 연구하는 것이 가능해졌습니다. 먼저 무기물인 물, 암모니아, 일산화탄소, 황화수소, 유기물인 포름알데히드, 포름산, 아세트산, 아세트알데히드 및 포름알코올이 발견되었습니다. 에틸 알코올은 1974년 우주에서 발견되었습니다. 그런 다음 일본 과학자들은 메틸아민 CH를 발견했습니다. 3-NH 2 .
성간 공간에서 원자핵의 흐름 - 우주선이 움직입니다. 이들 핵의 약 92%는 수소 핵이고, 6%는 헬륨이며, 1%는 더 무거운 원소의 핵입니다. 우주선은 초신성 폭발에 의해 생성되는 것으로 믿어집니다.
우주체 사이의 공간은 성간 가스로 채워져 있습니다. 원자, 이온 및 라디칼로 구성되며 먼지도 포함됩니다. CN, CH, OH, CS, H와 같은 입자의 존재 2 O, CO, COS, SiO, HCN, HCOOH, CH 3OH 및 기타.
우주 복사, 태양풍 및 성간 가스 입자의 충돌은 유기 입자를 포함한 다양한 입자의 형성으로 이어집니다.
양성자가 탄소 원자와 충돌하면 탄화수소가 형성됩니다. Hydroxyl OH는 규산염, 탄산염 및 다양한 산화물로 형성됩니다.
지구 대기에서 우주선의 작용으로 이러한 동위 원소는 다음과 같이 형성됩니다. 질량 수 14의 탄소 14 C, 질량수가 10인 베릴륨 10 Be, 그리고 질량수 36의 염소 36Cl.
질량수 14의 탄소 동위 원소는 식물, 산호, 종유석에 축적됩니다. 질량 수 10의 베릴륨 동위 원소 - 바다와 대양의 바닥 퇴적물, 극지방의 얼음.
우주 방사선과 지구 원자 핵의 상호 작용은 우주에서 일어나는 과정에 대한 정보를 제공합니다. 현대 과학은 실험적 고 천체 물리학과 같은 문제를 다룹니다.
예를 들어, 우주선 양성자는 공기 중의 질소 분자와 충돌하여 분자를 원자로 분해하고 핵 반응이 진행됩니다.
7 14 N + 1 1 H→2 2 4 He + 4 7 Be
이 반응의 결과 베릴륨의 방사성 동위 원소가 형성됩니다.
대기 원자와 충돌하는 순간 양성자는 이러한 원자에서 중성자를 녹아웃시키고 이러한 중성자는 질소 원자와 상호 작용하여 질량수가 3인 삼중수소 동위원소를 형성합니다.
7 14 N + 0 1 N → 1 3 H + 6 12 C
β 붕괴를 겪는 삼중수소는 전자를 방출합니다.
1 3 H → -1 0 e + 2 3 H
이것이 헬륨의 가벼운 동위원소가 형성되는 방식입니다.
탄소의 방사성 동위 원소는 질소 원자가 전자를 포획하는 동안 형성됩니다.
7 14 N + -1 0 전자 → 6 14 C
우주에서 화학 원소의 보급
우리은하에서 화학 원소의 보급을 고려하십시오. 특정 원소의 존재에 대한 데이터는 분광법으로 얻었습니다. 시각적 표현을 위해 테이블을 사용합니다.
코어 차지 | 요소 | 1000분의 1 질량 분율 |
수소 | ||
헬륨 | ||
산소 | 10,4 |
|
탄소 | ||
네온 | 1,34 |
|
철 | ||
질소 | 0,96 |
|
규소 | 0,65 |
|
마그네슘 | 0,58 |
|
황 | 0,44 |
좀 더 시각적인 표현을 위해 파이 차트를 살펴보겠습니다.
도표에서 볼 수 있듯이 우주에서 가장 풍부한 원소는 수소이고 두 번째로 많은 원소는 헬륨이며 세 번째는 산소입니다. 다른 원소의 질량 분율은 훨씬 적습니다.
시사:
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슬라이드 캡션:
지구와 우주에서 화학 원소의 보급. 1 차 핵 합성 과정과 별의 깊이에서 화학 원소 형성 10 "B"클래스 MBOU 중등 학교 20 번 Bovyka Valentina 감독자 : Skryleva Z.V.
우주 화학은 우주 체, 성간 공간 및 우주에서 일어나는 화학 과정의 화학적 구성에 대한 과학입니다.
필요한 용어 별은 화학 원소 합성 반응이 일어나는 깊이에서 빛나는 기체의 거대한 공입니다. 행성 - 별이나 별의 잔해 주위를 도는 천체. 혜성은 얼어붙은 가스와 먼지로 구성된 우주체입니다. 운석은 행성간 공간에서 지구로 떨어지는 작은 우주체입니다. 유성은 유성체가 지구 대기로 진입하기 때문에 빛나는 흔적 형태의 현상입니다. 성간 매질은 희박한 물질, 전자기 복사 및 별 사이의 공간을 채우는 자기장입니다. 성간 물질의 주요 구성 요소: 가스, 먼지, 우주선. 핵합성은 핵융합 반응 과정에서 화학 원소(수소보다 무거운)의 핵이 형성되는 과정입니다.
수성 금성 지구 화성
목성 토성 천왕성 해왕성
달은 지구의 인공위성이며, 그 원료 기지입니다.
운석 혜성
1차 핵합성 우주의 나이 온도, K 상태 및 물질 구성 0.01초 10 11 열평형 상태의 중성자, 양성자, 전자, 양전자. 숫자 n과 p는 동일합니다. 0.1 s 3*10 10 입자는 같지만 양성자 수와 중성자 수의 비율은 3:5입니다. 핵은 D와 헬륨 4 He를 형성하기 시작하고 전자와 양전자가 사라지고 자유 양성자와 중성자가 있습니다. 35 min 3*10 8 D와 He의 양은 숫자 p와 n과 관련하여 설정됩니다. 4 He:H + ≈24-25중량% 7*10 5년 3*10 3 화학 에너지는 안정한 물질을 형성하기에 충분합니다. 중성 원자. 우주는 방사선에 투명합니다. 물질은 방사선을 지배합니다.
별 내부에서 일어나는 주요 반응 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
성간 매질의 성분으로 인해 발생하는 주요 반응 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 그는 7 14 N + -1 0 e → 6 14 C
우리은하의 풍부한 화학 원소
사용된 자원 목록 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
무한히 다양한 살아있는 유기체는 제한된 원자 세트로 구성되어 있으며, 그 모습은 우리가 별에 크게 의존하고 있습니다. 우주의 삶에서 가장 강력한 사건인 빅뱅은 우리 세계를 매우 빈약한 화학 성분으로 가득 채웠습니다.
팽창하는 공간에서 핵자(양성자와 중성자)의 결합은 헬륨보다 더 나아갈 시간이 없었다고 믿어집니다. 따라서 은하 이전의 우주는 거의 독점적으로 수소 핵(즉, 단순히 양성자)으로 채워졌고 질량으로 약 4분의 1에 달하는 소량의 헬륨 핵(알파 입자)이 추가되었습니다. 그 안에는 가벼운 전자 외에는 거의 아무것도 없었습니다. 더 무거운 원소의 핵을 가진 우주의 1차 농축이 정확히 어떻게 일어났는지, 우리는 아직 말할 수 없습니다. 오늘날까지 단 하나의 "원시" 별, 즉 수소와 헬륨으로만 구성된 물체가 발견되지 않았습니다. 금속 함량이 낮은 별을 찾기 위한 특별 프로그램이 있으며(천문학자들은 헬륨보다 무거운 모든 원소를 "금속"이라고 부르기로 동의했음을 상기하십시오), 이 프로그램은 "극도로 낮은 금속성"의 별이 우리 은하에서 극히 드물다는 것을 보여줍니다. 예를 들어, 일부 기록 표본에서는 철의 함량이 태양의 함량보다 수만 배나 열등합니다. 그러나 그러한 별은 소수에 불과하며 "그들의 인격에서"우리는 "거의 주요"대상이 아니라 단순히 일종의 변칙을 다루고 있음이 잘 드러날 수 있습니다. 전체적으로 은하계에서 가장 오래된 별들조차도 상당한 양의 탄소, 질소, 산소 및 더 무거운 원자를 함유하고 있습니다. 이것은 가장 오래된 은하계의 발광체조차도 실제로 최초가 아니라는 것을 의미합니다. 그 이전에는 우주에 화학 원소 생산을 위한 일종의 "공장"이 이미 있었습니다.
| Herschel European Infrared Space Observatory는 RTO에서 유기 분자의 스펙트럼 "지문"을 감지했습니다. 이 이미지에서 NASA의 스피처 우주 망원경으로 촬영한 오리온 성운의 적외선 이미지와 허셜 천문대의 HIFI 고해상도 분광기로 촬영한 스펙트럼이 겹쳐져 있습니다. 그것은 물, 일산화탄소 및 이산화황의 라인뿐만 아니라 유기 화합물(포름알데히드, 메탄올, 디메틸 에테르, 시안화수소산 및 동위원소 유사체)과 같은 복잡한 분자로 포화 상태를 명확하게 보여줍니다. 서명되지 않은 피크는 아직 확인되지 않은 수많은 분자에 속합니다. |
이제 그러한 공장은 세 번째 (III) 유형의 소위 인구의 초대형 별이 될 수 있다고 믿어집니다. 사실 중원소는 단순히 수소와 헬륨의 "조미료"가 아닙니다. 이들은 항성 형성 과정에서 중요한 참여자로서, 붕괴하는 원시성 가스 덩어리가 압축 중에 방출되는 열을 방출하도록 합니다. 그러한 방열판을 박탈하면 단순히 수축 할 수 없습니다. 즉, 별이 될 수 없습니다 ... 더 정확하게는 할 수 있지만 질량이 매우 크다는 조건에서만 가능합니다. 현대 스타. 별의 수명이 짧을수록 질량이 클수록 최초의 거인은 매우 짧은 시간 동안 존재했습니다. 그들은 짧고 밝은 삶을 살았고 폭발하면서 깊은 곳에서 합성 될 시간이 있거나 폭발 중에 직접 형성되는 무거운 원소의 원자를 제외하고는 흔적을 남기지 않았습니다.
현대 우주에서 실질적으로 무거운 원소의 유일한 공급자는 항성 진화입니다. 아마도 주기율표는 별들로 "채워져" 있으며, 그 질량은 태양계를 10배 이상 초과합니다. 태양 및 기타 유사한 발광체에서 코어의 열핵 융합이 산소 이상으로 진행되지 않으면 진화 과정에서 더 큰 물체는 "양파"구조를 얻습니다. 핵은 층으로 둘러싸여 있고 층이 더 깊을수록 더 무거운 핵이 합성됩니다. 여기서 열핵 변형 사슬은 산소가 아니라 철로 끝나며 네온, 마그네슘, 실리콘, 황 등의 중간 핵이 형성됩니다.
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| 오리온자리 대성운(LTO)은 많은 양의 가스, 먼지 및 새로 태어난 별을 포함하는 가장 가까운 별 형성 지역 중 하나입니다. 동시에, 이 성운은 우리 은하에서 가장 큰 "화학 공장" 중 하나이며, 그 진정한 "힘"과 성간 물질 분자의 합성 방식은 천문학자들에게 아직 완전히 명확하지 않습니다. 이 이미지는 칠레의 라 신라 천문대에서 2.2미터 MPG/ES0 망원경으로 광시야 이미저 카메라로 촬영한 것입니다. |
| 우주의 유기 분자 |
이 혼합물로 우주를 풍요롭게 하려면 원자를 합성하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 또한 원자를 성간 공간에 던져야 합니다. 이것은 초신성 폭발 중에 발생합니다. 철핵이 별에서 형성되면 안정성을 잃고 폭발하여 주변에 일부 핵융합 생성물이 흩어집니다. 그 과정에서 팽창하는 껍질에서 철보다 무거운 핵을 생성하는 반응이 발생합니다. 또 다른 유형의 초신성 폭발은 유사한 결과를 가져옵니다. 백색 왜성의 열핵 폭발은 위성 별에서 나오는 물질의 흐름이나 다른 백색 왜성과의 합병으로 인해 질량이 찬드라세카르 한계(1.4 태양 질량).
탄소와 질소를 포함하여 유기 분자 합성에 필요한 많은 원소로 우주를 풍부하게 하는 과정에서 백색 왜성 형성과 팽창으로 수명을 마감하는 덜 무거운 별들도 상당한 기여를 합니다. 행성상 성운. 진화의 마지막 단계에서 핵 반응은 껍질에서 일어나기 시작하여 나중에 우주 공간으로 방출되는 물질의 원소 구성을 복잡하게 만듭니다.
그 결과, 오늘날까지 주로 수소와 헬륨으로 구성된 은하의 성간 물질은 더 무거운 원소의 원자로 오염된(또는 농축된 - 그것이 당신이 보는 방식임) 밝혀졌습니다.
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| Buckminsterfullerenes("fullerenes" 또는 "buckyballs"로 약칭) - 축구공과 유사한 패턴으로 연결된 짝수(그러나 60개 이상)의 탄소 원자로 구성된 작은 구형 구조 -는 행성상 성운의 스펙트럼에서 처음 감지되었습니다. 우리 은하에서 가장 가까운 항성계 중 하나인 소마젤란 성운(MMO)에 있습니다. 이 발견은 2010년 7월에 적외선 범위에서 관측을 수행하는 스피처 우주 망원경(NASA)의 작업 그룹에 의해 이루어졌습니다. 성운에 포함된 풀러렌의 총 질량은 겨우 5ra입니까? 지구의 질량보다 작습니다. 스피처 망원경으로 촬영한 MMO 이미지를 배경으로 60개의 탄소 원자로 구성된 행성상 성운(작은 삽입물)과 그 안에서 발견되는 풀러렌 분자(큰 삽입물)의 확대 이미지가 표시됩니다. 현재까지 우리은하 내에 위치한 물체의 스펙트럼에서 그러한 분자의 특성선이 등록되었다는 보고가 이미 접수되었습니다. |
| 우주의 유기 분자 |
이 원자들은 은하계 가스의 일반적인 "흐름"에 의해 운반되고, 함께 분자 구름으로 응축되고, 원시 항성 덩어리와 원시 행성 원반으로 들어가고 ... 결국 행성계와 거기에 거주하는 존재의 일부가 됩니다. 그러한 거주 가능한 행성의 적어도 하나의 예는 우리에게 매우 확실하게 알려져 있습니다.
무기물에서 유기물
적어도 과학적 관점에서 볼 때 지상의 생명체는 화학에 기반을 두고 있으며 분자의 상호 변환 체인입니다. 사실, 아무 것도 아니지만 매우 복잡하지만 여전히 분자 - 다양한 비율의 탄소, 수소, 산소, 질소, 인 및 황 원자 (및 수십 개의 덜 일반적인 요소)의 조합. 오랫동안 가장 원시적인 "살아 있는" 분자의 복잡성으로 인해 우리는 그 안에 있는 일반 화합물을 인식할 수 없었습니다. 살아있는 유기체를 구성하는 물질에는 "생명력"이라는 특별한 품질이 부여되므로 과학의 특수 분야 인 유기 화학이 연구에 참여해야한다는 아이디어가있었습니다.
화학 역사의 전환점 중 하나는 1828년에 무기물(시안산암모늄)에서 요소(유기 물질)를 최초로 합성한 프리드리히 볼러(Friedrich Wohler)의 실험입니다. 이러한 실험은 "무생물" 성분에서 생명의 기원 가능성을 인식하는 가장 중요한 개념을 향한 첫 번째 단계였습니다. 그것은 1920년대 초 소련의 생물학자 Alexander Oparin에 의해 특정 화학 용어로 처음 공식화되었습니다. 그의 의견으로는 현재 "원시 수프"로 알려진 단순한 분자(암모니아, 물, 메탄 등)의 혼합물이 지구에 생명체가 출현할 수 있는 환경이 되었습니다. 그 안에는 에너지(예: 번개)의 외부 "주입"의 영향으로 가장 단순한 유기 분자가 비생물학적인 방식으로 합성된 다음 매우 오랜 기간에 걸쳐 고도로 조직화된 생명체로 "모여"졌습니다. .
1950년대 초 "원시 수프"에서 유기 합성의 가능성에 대한 실험적 증거는 위 분자의 혼합물을 통해 전기 방전을 통과시키는 것으로 구성된 Harold Urey와 Stanley Miller(Harold Urey, Stanley Miller)의 유명한 실험이었습니다. 몇 주간의 실험 끝에 이 혼합물에서 가장 단순한 아미노산과 당을 비롯한 다양한 유기물이 발견되었습니다. 생물 발생의 단순성에 대한 이 분명한 증명은 육상 생물의 기원 문제뿐만 아니라 우주의 생명이라는 더 큰 문제와도 관련이 있었습니다. , 그러한 과정이 다른 행성에서 일어났거나 일어날 것이라고 가정하는 것이 논리적일 것입니다.
삶의 흔적을 찾아서
20세기 중반까지 화성만이 실제로 "마음속에 있는 형제들"의 가장 가능성 있는 서식지로 간주되었다면 제2차 세계 대전이 끝난 후 성간 거리에서 접촉을 설정하는 것이 가까운 문제처럼 보이기 시작했습니다. 미래. 천문학과 생물학의 교차점에 위치한 새로운 과학의 토대가 탄생한 것은 바로 그때였다. 외생물학, 외국인생물학, 생물천문학 등 여러 방면으로 불리지만 "우주생물학"이라는 이름이 가장 많이 사용됩니다. 그리고 최근 수십 년 동안 가장 예상치 못한 우주생물학적 발견 중 하나는 생명체의 가장 단순한 "구성 요소"가 "원시 수프"에서 무생물로부터 지구에서 합성될 필요가 없다는 사실을 깨달은 것입니다. 그들은 이미 준비된 상태로 우리 행성에 도착했을 수 있습니다. 왜냐하면 유기 분자는 행성뿐만 아니라 처음에는 의심조차 되지 않았던 성간 가스에도 풍부하기 때문입니다.
외계 물질을 연구하는 가장 강력한 도구는 스펙트럼 분석입니다. 그것은 원자의 전자가 엄격하게 정의된 에너지를 가진 상태(또는 그들이 말했듯이 준위를 차지함)에 있고 준위에서 준위로 이동하여 에너지가 둘 사이의 차이와 동일한 광자를 방출하거나 흡수한다는 사실에 근거합니다. 초기 및 최종 수준의 에너지. 원자가 관찰자와 일부 광원(예: 태양의 광구) 사이에 위치하면 이 광원의 스펙트럼에서 에너지 준위 사이에서 전자 전이를 일으킬 수 있는 특정 주파수의 광자만 "먹을 것"입니다. 이 원자의. 이러한 주파수(흡수선)에서 스펙트럼에 어두운 딥이 나타납니다. 준위 집합은 각 원자에 대해 개별적일 뿐만 아니라 각 이온(하나 이상의 전자가 없는 원자)에 대해서도 개별적이기 때문에 원자가 생성한 스펙트럼 선 집합에서 안정적으로 결정할 수 있습니다. 예를 들어, 태양과 다른 별의 스펙트럼 선에서 대기가 무엇으로 구성되어 있는지 알 수 있습니다.
1904년에 요하네스 하트만(Johannes Hartmann)은 중요한 사실을 처음으로 입증했습니다. 별 스펙트럼의 모든 선이 항성 대기에서 비롯된 것은 아니라는 것입니다. 그들 중 일부는 별 근처가 아니라 성간 공간에서 관찰자에게 훨씬 더 가까운 원자에 의해 생성됩니다. 따라서 성간 가스 (보다 정확하게는 구성 요소 중 하나 인 이온화 칼슘)의 존재 징후가 처음으로 발견되었습니다.
말할 필요도 없이 이것은 충격적인 발견이었습니다. 결국, 성간 매질(ISM)에 이온화된 칼슘이 없어야 하는 이유는 무엇입니까? 그러나 다양한 원소의 이온화된 중성 원자뿐만 아니라 분자도 포함할 수 있다는 아이디어는 오랫동안 환상적이었습니다. 그 당시 ISM은 최소한 일부 복잡한 화합물의 합성에 적합하지 않은 장소로 간주되었습니다. 극도로 낮은 밀도와 온도는 화학 반응 속도를 거의 0으로 늦춰야 합니다. 그리고 갑자기 일부 분자가 그곳에 나타나면 별빛의 영향으로 즉시 다시 원자로 분해됩니다.
따라서 성간 가스의 발견과 성간 분자의 존재 인식 사이에 30년 이상의 시간이 흘렀습니다. 1930년대 후반에 ISM 흡수선은 스펙트럼의 자외선 영역에서 발견되었는데, 처음에는 어떤 화학 원소에도 기인할 수 없었습니다. 설명은 간단하고 예상치 못한 것으로 나타났습니다. 이 선은 개별 원자가 아니라 분자에 속합니다. 가장 단순한 이원자 탄소 화합물(CH, CN, CH+)입니다. 광학 및 자외선 범위의 추가 스펙트럼 관찰을 통해 12개 이상의 성간 분자에서 흡수선을 감지할 수 있었습니다.
전파 천문학의 "힌트"
성간 "화학적 분류"에 대한 연구의 진정한 번영은 전파 망원경의 출현 이후 시작되었습니다. 사실 원자의 에너지 준위는 세부 사항으로 들어가지 않으면 핵 주위의 전자 운동과만 관련이 있지만 여러 원자를 결합하는 분자에는 스펙트럼에 반영되는 추가 "운동"이 있습니다. 분자는 회전하고, 진동하고, 비틀 수 있습니다. ... 그리고 이러한 각각의 움직임은 에너지와 관련이 있습니다. 전자의 에너지처럼 고정된 값 집합만 가질 수 있습니다. 분자 회전 또는 진동의 다양한 상태를 "레벨"이라고도 합니다. 수준에서 수준으로 이동할 때 분자는 또한 광자를 방출하거나 흡수합니다. 중요한 차이점은 회전 및 진동 수준의 에너지가 상대적으로 가깝다는 것입니다. 따라서 그 차이는 작고 수준에서 수준으로 전환하는 동안 분자에 의해 흡수되거나 방출되는 광자는 자외선이나 가시 범위에도 떨어지지 않고 적외선(진동 전이)과 전파 범위( 회전 전환).
소비에트 천체 물리학자 Iosif Shklovsky는 분자의 스펙트럼 방출선이 전파 범위에서 찾아야 한다는 사실에 처음으로 주의를 기울였습니다. 특히 그는 OH 하이드록실의 분자(보다 정확하게는 자유 라디칼)에 대해 썼습니다. 이 분자는 특정 조건에서 18cm 파장의 전파 방출원이 되어 지구에서 관측하기에 매우 편리합니다. ISM의 첫 번째 분자가 된 것은 하이드록실이며, 1963년 전파 관측 중에 발견되었으며 이미 알려진 이원자 성간 분자 목록을 보완합니다.
그런데 더 흥미로워졌습니다. 1968년에 3원자 및 4원자 분자인 물과 암모니아(H 2 0, NH 3)에 대한 관찰 결과가 발표되었습니다. 1년 후 ISM에서 첫 번째 유기 분자인 포름알데히드(H 2 CO)의 발견에 대한 메시지가 나타났습니다. 그 이후로 천문학자들은 해마다 몇 개의 새로운 성간 분자를 발견해 왔으며 현재 총 수는 200개가 넘습니다. 물론, 이 목록은 2-4개의 원자를 포함하는 단순한 화합물에 의해 지배되지만, 중요한 부분(3분의 1 이상)은 다원자 분자입니다.
지구 조건에서 다원자 성간 화합물의 상당 부분은 유기 물질로 명확하게 귀속될 것입니다: 포름알데히드, 디메틸 에테르, 메틸 및 에틸 알코올, 에틸렌 글리콜, 메틸 포르메이트, 아세트산... 1997. 황소자리에 있는 TMS-1 분자 구름의 빽빽한 덩어리 중 하나에서. 지구의 경우 이것은 11개의 탄소 원자로 이루어진 사슬인 시아노폴리인 계열에서 수소 원자가 한쪽 끝에 "부착"되어 있고 다른 쪽 끝에는 질소 원자가 있는 매우 흔한 화합물이 아닙니다. 같은 응괴에서 다른 유기 분자가 발견되었지만 어떤 이유에서인지 "시아노폴리인 피크"라는 이름을 받은 다양한 길이의 탄소 사슬(3, 5, 7, 9, 11개 원자)을 가진 시아노폴리인 분자가 특히 풍부합니다. .
풍부한 "유기 성분"을 가진 또 다른 잘 알려진 물체는 궁수자리 방향으로 우리 은하의 중심 근처에 위치한 분자 구름 Sgr B2(N)입니다. 그것은 특히 많은 수의 복잡한 분자를 포함합니다. 그러나 이 점에서 독점성은 없으며 오히려 여기에서 "랜턴 아래서 수색"의 효과가 발동됩니다. 새로운 분자, 특히 유기 분자를 찾는 것은 매우 어려운 작업이며 관찰자는 종종 성공할 가능성이 더 높은 하늘 영역을 망원경으로 가리키는 것을 선호합니다. 따라서 우리는 황소자리, 오리온자리, 궁수자리의 분자 구름에 있는 유기물의 농도에 대해 많이 알고 있고 다른 많은 유사한 구름에 있는 복잡한 분자의 내용에 대한 정보는 거의 없습니다. 그러나 이것은 유기물이 없다는 것을 전혀 의미하지 않습니다. 단지 "안테나가 아직 도달하지 않았다"는 것입니다.
해독의 어려움
여기에서 이 경우 "복잡성"이 의미하는 바를 명확히 할 필요가 있습니다. 별 스펙트럼의 기초적인 분석조차도 매우 어려운 작업입니다. 예, 각 원자와 이온의 선 세트는 엄격하게 개별적이지만 별의 스펙트럼에서 수십 개의 요소 선이 서로 겹치며 "정렬"하기가 매우 어려울 수 있습니다. 유기 분자의 스펙트럼의 경우 한 번에 여러 방향으로 상황이 더 복잡해집니다. 원자와 이온의 수많은 방출(흡수)선의 대부분은 지구에서 관측할 수 있는 좁은 스펙트럼 범위에 속합니다. 복잡한 분자에도 수천 개의 선이 있지만 이러한 선은 근적외선 범위(단위 및 수십 마이크로미터)에서 전파 범위(수십 센티미터)에 이르기까지 훨씬 더 광범위하게 "산란"됩니다.
분자 구름에 아크릴로니트릴(CH 2 CHCN) 분자가 있음을 증명하려고 한다고 가정해 보겠습니다. 이를 위해서는 먼저 이 분자가 어떤 라인에서 방사하는지 알아야 합니다. 그러나 많은 화합물의 경우 그러한 데이터를 사용할 수 없습니다! 이론적인 방법으로는 선의 위치를 항상 계산할 수 있는 것은 아니며, 실험실에서 분자의 스펙트럼은 예를 들어 순수한 형태로 분리하기 어렵기 때문에 종종 측정할 수 없습니다. 둘째, 이러한 선의 상대적 강도를 계산할 필요가 있습니다. 그들의 밝기는 분자의 특성과 그것이 위치한 매질의 매개변수(온도, 밀도 등)에 따라 달라집니다. 이 이론은 조사된 분자 구름에서 한 파장의 선이 다른 파장의 동일한 분자의 선보다 3배 더 밝아야 한다는 예측을 가능하게 할 것입니다. 필요한 파장에서 라인이 발견되지만 강도 비율이 잘못된 경우 식별의 정확성을 의심해야 하는 중요한 이유가 됩니다. 물론 분자를 안정적으로 감지하려면 가능한 가장 넓은 스펙트럼 범위에서 구름을 관찰해야 합니다. 그러나 우주에서 방출되는 전자기 복사의 상당 부분은 지구 표면에 도달하지 않습니다! 이것은 물론 얻은 결과에 신뢰성을 추가하지 않는 지구 대기의 "투명 창"에서 분자 스펙트럼을 단편적으로 관찰하거나 극히 드문 우주 망원경을 사용해야 함을 의미합니다. 마지막으로, 원하는 분자의 라인이 다른 분자와 구별되어야 한다는 것을 잊지 마십시오. 그 중 수십 가지가 있고 각각 수천 개의 라인이 있습니다...
따라서 천문학자들이 우주 유기 물질의 일부 "대표"를 식별하기 위해 수년 동안 노력해 왔다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 이와 관련하여 ISM에서 가장 단순한 아미노산인 글리신이 발견된 역사가 있습니다. 분자 구름의 스펙트럼에서 이 분자의 특징적인 특징이 등록되었다는 보고가 반복적으로 나타났지만 그 존재의 사실은 여전히 일반적으로 인식되지 않았습니다. 글리신에 속하는 것처럼 많은 선이 실제로 관찰되지만 다른 예상되는 선 스펙트럼에 없기 때문에 식별이 의심됩니다.
성간 융합 연구소
그러나 이 모든 것은 관찰의 복잡성입니다. 이론적으로 지난 수십 년 동안 성간 유기 합성의 상황이 훨씬 더 명확해졌으며 이제 우리는 ISM의 화학적 불활성에 대한 초기 아이디어가 틀렸다는 것을 분명히 이해합니다. 물론 이를 위해서는 사전에 그 구성과 물리적 특성에 대해 많이 배워야 했습니다. 성간 공간의 상당 부분은 실제로 "무균 상태"입니다. 그것은 수천에서 수백만 켈빈에 이르는 온도의 매우 뜨겁고 희박한 가스로 채워져 있으며 단단한 고에너지 복사선이 침투되어 있습니다. 그러나 온도가 낮고(수~수십 켈빈) 밀도가 평균(세제곱센티미터당 수백 또는 그 이상의 입자)보다 눈에 띄게 높은 은하에는 성간 물질의 개별 응축도 있습니다. 이 응축의 가스는 먼지와 혼합되어 경질 복사를 효과적으로 흡수하므로 내부가 차갑고 빽빽하며 어둡게 형성되어 화학 반응이 일어나고 분자가 축적되기에 편리한 장소가 됩니다. 기본적으로 이러한 "우주 실험실"은 이미 언급한 분자 구름에서 발견됩니다. 그것들은 함께 은하 원반 전체 부피의 1% 미만을 차지하지만, 은하수에 있는 성간 물질 질량의 약 절반을 포함합니다.
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| 다환 방향족 탄화수소(PAH)는 성간 공간에서 발견되는 가장 복잡한 화합물입니다. 카시오페이아자리에 있는 별 형성 영역의 적외선 이미지는 그 중 일부의 분자 구조(수소 원자는 흰색, 탄소 원자는 회색, 산소 원자는 빨간색)와 몇 가지 특징적인 스펙트럼 선을 보여줍니다. 과학자들은 가까운 장래에 PAH 스펙트럼이 적외선 분광법을 사용하여 성간 매질의 화학적 조성을 해독하는 데 특히 유용할 것이라고 믿습니다. |
| 우주의 유기 분자 |
분자 구름의 원소 구성은 태양의 구성과 유사합니다. 기본적으로 그들은 수소로 구성됩니다. 더 정확하게는 헬륨의 작은 "첨가제"가 있는 수소 분자 H 2입니다. 나머지 원소는 상대적 함량이 약 0.1%(산소의 경우) 이하인 미량 불순물 수준으로 존재합니다. 따라서 이러한 불순물 원자를 포함하는 분자의 수도 가장 일반적인 H 2 분자에 비해 매우 적습니다. 그러나 왜 이러한 분자가 전혀 형성됩니까? 지구에서는 화학 합성을 위해 충분히 높은 밀도와 온도를 제공하는 특수 시설이 사용됩니다. 성간 "화학 반응기"는 어떻게 작동합니까 - 차갑고 희박합니까?
여기서 천문학은 다른 시간 척도를 다룬다는 사실을 기억해야 합니다. 지구에서는 빨리 결과를 얻어야 합니다. 자연은 서두르지 않습니다. 성간 유기물의 합성에는 수십만 년, 수백만 년이 걸립니다. 그러나 이러한 느린 반응에도 촉매가 필요합니다. 분자 구름에서 그 역할은 우주선 입자입니다. CH 결합의 형성은 복잡한 유기 분자의 합성을 향한 첫 번째 단계로 간주될 수 있습니다. 그러나 수소 분자와 탄소 원자의 혼합물을 취하면 이 결합은 저절로 형성되지 않습니다. 또 다른 것은 원자와 분자의 일부가 어떻게 든 이온으로 바뀌는 경우입니다. 이온과 관련된 화학 반응은 훨씬 빠르게 진행됩니다. 이 초기 이온화는 우주선에 의해 제공되어 상호작용의 사슬을 시작하며, 그 동안 중원소(탄소, 질소, 산소)의 원자가 수소 원자를 "붙이기" 시작하여 우선 ISM(CH 및 CH+).
추가 합성이 훨씬 쉽습니다. 이원자 분자는 새로운 수소 원자를 자신에게 부착하여 3 원자 및 4 원자 (CH 2 +, CH 3 +)로 바뀌고 다 원자 분자는 서로 반응하기 시작하여 아세틸렌, 시안화 수소산 (HCN), 암모니아, 포름알데히드는 차례로 복잡한 유기물의 합성을 위한 "벽돌"이 됩니다.
우주선이 화학 반응에 일차적인 자극을 준 후, 우주 먼지 입자는 성간 유기 합성의 중요한 촉매가 됩니다. 그들은 파괴적인 방사선으로부터 분자 구름의 내부 영역을 보호할 뿐만 아니라 많은 무기 및 유기 분자의 효율적인 "생산"을 위한 표면을 제공합니다. 전체 반응에서 글리신뿐만 아니라 더 복잡한 화합물의 형성을 상상하는 것은 어렵지 않습니다. 이런 의미에서 우리는 가장 단순한 아미노산을 발견하는 작업이 더 스포츠적인 의미가 있다고 말할 수 있습니다. 과학자들은 글리신이 분자 구름에 존재한다는 데 의심의 여지가 없습니다.
"생명의 분자"에서 살아남는 방법
일반적으로 현재로서는 "일차 국물"이 유기물 합성에 필요하지 않다는 것이 입증 된 것으로 간주 될 수 있습니다. 자연은 우주 공간에서이 작업에 완벽하게 대처합니다. 그러나 성간 유기 물질이 생명체의 출현과 관련이 있습니까? 실제로 별과 행성계는 분자 구름에서 형성되며 자연스럽게 그 물질을 "흡수"합니다. 그러나 행성이 되기 전에 이 물질은 원시 행성 원반의 다소 가혹한 조건과 젊은 지구의 덜 가혹한 조건을 통과합니다. 불행히도 원시행성 원반에서 유기 화합물의 진화를 연구하는 우리의 능력은 매우 제한적입니다. 그들은 크기가 매우 작으며 분자 구름에서보다 유기 분자를 찾는 것이 훨씬 더 어렵습니다. 지금까지 약 12개의 분자가 다른 항성의 형성 행성계에서 발견되었습니다. 물론 여기에는 단순한 유기 화합물(특히 포름알데히드)도 포함되지만 이러한 조건에서 유기물의 진화를 더 자세히 설명할 수는 없습니다.
우리 자신의 행성계에 대한 연구가 구출됩니다. 사실, 이미 45억 년이 넘었지만 원시 행성 물질의 일부가 오늘날까지 일부 운석에 보존되어 있습니다. 풍부한 유기물은 특히 지구에 떨어진 "천석"의 총 수의 몇 퍼센트를 차지하는 소위 탄소질 콘드라이트에서 매우 인상적이었습니다. 그들은 느슨한 점토 구조를 가지고 있고 결합수가 풍부하지만 가장 중요한 것은 물질의 상당 부분이 많은 유기 화합물의 일부인 탄소로 "점유"되어 있다는 것입니다. 운석성 유기물은 비교적 단순한 분자로 구성되어 있는데 그중에는 아미노산과 질소 염기, 그리고 (카르복실산과 더 단순한 화합물의 중합(타르링) 산물인 "불용성 유기물"이 있습니다. 이제 이 유기물이 원태양 분자 무리의 물질에서 "유전"되었다고 자신있게 말하지만 간접적인 증거는 이것을 나타냅니다. 특히 운석에서 많은 분자의 동위원소 이성질체가 과량으로 발견되었습니다.
아세트알데히드(왼쪽)와 그 이성질체인 비닐알코올과 산화에틸렌도 성간 공간에서 감지됐다. |
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10 8 원자 |
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1997년에 무선 관측을 통해 우주에 아세트산이 존재함을 확인했습니다. |
9개의 원자로 구성된 분자와 10~70개의 원자를 포함하는 17개의 분자 |
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우주 공간에서 발견되는 가장 무거운(그리고 가장 긴) 분자 중 일부는 폴리인 부류에 속합니다. 이들은 단일 결합으로 "사슬에서" 직렬로 연결된 여러 삼중 결합을 포함합니다. 그들은 지구에서 발생하지 않습니다. |
| 현재 성간 공간에서 발견된 분자 | ||
동위원소 또는 동위원소는 하나 이상의 원자가 화학 원소의 부(가장 일반적이지 않은) 동위원소로 대체된 분자입니다. 예를 들어, 동위원소는 중수이며, 여기서 경수소 동위원소인 프로튬은 중수소로 대체됩니다. 분자 구름 화학의 특징은 동위원소 이성질체가 "일반" 분자보다 다소 효율적으로 형성된다는 것입니다. 예를 들어, 중수소화 포름알데히드(HDCO)의 함량은 일반 포름알데히드 함량의 수십 퍼센트가 될 수 있습니다. . 성간 분자는 일반적인 14N보다 질소 동위 원소 15N에 동일한 "선호도"를 부여합니다. 그리고 운석 유기물에서도 동일한 상대적 과잉 농축이 관찰됩니다.
지금까지 사용 가능한 데이터에서 세 가지 중요한 결론을 도출할 수 있습니다. 첫째, 매우 복잡한 유기 화합물은 우리 은하와 다른 은하의 성간 매질에서 매우 효율적으로 합성됩니다. 둘째, 이러한 화합물은 원시 행성 디스크에 보존될 수 있으며 행성의 "배아"인 행성의 일부가 될 수 있습니다. 그리고 마지막으로, 비록 유기물이 지구나 다른 행성이 형성되는 바로 그 과정에서 "살아남지 못했다" 하더라도 나중에 운석과 함께 그곳에 도착할 수 있습니다(오늘날 일어나고 있는 것처럼).
당연히 행성 이전 단계에서 유기 합성이 어디까지 갈 수 있는지에 대한 질문이 생깁니다. 그러나 운석이 생명의 기원에 대한 "벽돌"이 아니라 생명 자체로 지구에 충돌한다면 어떨까요? 결국 20세기 초에는 단순한 이원자 분자조차 ISM에 등장하는 것이 불가능해 보였습니다. 이제 우리는 분자 구름에서 처음에는 이름을 발음하기 어려운 물질을 대량으로 찾습니다. ISM에서 아미노산을 검출하는 것은 시간 문제일 가능성이 큽니다. 운석이 지구에 "완성된 형태로" 생명을 가져왔다고 가정하고 다음 단계로 나아가지 못하게 하는 것은 무엇입니까?
실제로 문헌에서 가장 단순한 외계 생명체의 잔해가 운석에서 발견되었다는 보고가 여러 번 있었습니다... 그러나 지금까지 이 정보는 너무 신뢰할 수 없고 흩어져 있어 생명의 기원에 대한 일반적인 그림에 자신 있게 포함시킬 수 없습니다 .
나폴레옹 전쟁이 한창이던 1806년, 프랑스의 에일(Ale) 마을 근처에 특이한 운석이 떨어졌습니다. 운석이 파리 과학 아카데미에서 공식적으로 "인정"된 지 불과 3년 만입니다. "천석"에 대한 편견은 여전히 강했고 에일 운석의 일부는 단순히 분실되었으며 28 년 후에 그 중 하나만 스웨덴의 유명한 화학자 Jens Jakob Berzelius의 실험실에서 끝났습니다.
처음에 과학자는 실수가 있다고 생각했습니다. 에일 운석은 돌도, 철도, 철석도 아닙니다. 그러나 녹는 지각(표면층)은 가장 희귀하고 아직 알려지지 않은 유형의 운석인 탄소질 콘드라이트의 조상인 특이한 돌의 우주적 기원에 대해 증언합니다.
에일 운석은 물에 녹는 유기 덩어리를 함유하고 있었습니다. 가열되면 입자가 갈색으로 변하고 까맣게 변합니다. 이는 유기 화합물, 탄소 화합물의 존재에 대한 분명한 신호입니다. (우리는 co, co 2, 탄산 H 2 co 3 및 그 염과 같은 단순한 탄소 함유 화합물이 무기 화합물임을 기억합니다.) 동일한 유형의 육상 물질과의 유사성은 분명했지만 Berzelius는 이 사실을 합리적으로 지적했습니다. 아직 원본 소스에 유기체가 있다는 증거가 아닙니다."
Berzelius의 연구는 운석의 유기 화합물 연구의 시작을 알렸습니다. 불행히도 연구에 사용할 수 있는 자료는 여전히 매우 드뭅니다. 탄소질 콘드라이트는 매우 약하기 때문에 손가락으로도 쉽게 가루로 만들어집니다. (동시에 반복해서 말씀드리지만 특유의 기름 냄새가 납니다. 일반적으로 운석 중 드물게 탄소질 콘드라이트도 날아갈 때 쉽게 파괴됩니다. 지구의 대기입니다. 그렇습니다. 그리고 일단 지구 표면에 이르면, 그들은 일반적으로 흔적도 없이 사라지고 육지의 암석과 섞입니다.따라서 전 세계적으로 단지 24개의 탄소질 콘드라이트가 발견되고 보존되었다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. .
Berzelius의 연구 결과가 발표된 지 4년 후인 1838년 남아프리카에 또 다른 탄소질 콘드라이트가 떨어졌고, 그 후 유명한 독일 화학자 Friedrich Wöhler가 조사했습니다. 요소 - 무기물에서.
Wöhler는 운석에서 "강한 역청 냄새가 나는" 기름진 유성 물질을 분리했으며 Berzelius와 달리 그러한 물질은 "현재 지식 수준에 기초하여" 살아있는 유기체에 의해서만 합성될 수 있다는 결론에 도달했습니다. 탄소질 홉드라이트에서 방출되는 유기 물질의 양은 약 1%로 적습니다. 그러나 이것만으로도 매우 중요한 결론을 내리기에 충분합니다.
1864년에 다시 프랑스의 오르게일(orgueil) 마을 근처에서 탄소질 콘드라이트의 운석 소나기가 떨어졌습니다. 이는 천문학 역사상 예외적인 경우였습니다. 프랑스 화학자 Klets는 Orgueil 운석의 수불용성 흑색 물질이 유기 화합물이며 흑연이나 비정질 탄소가 전혀 아님을 엄밀히 증명했습니다. 그는 이탄이나 갈탄에서 발견되는 유사한 물질과 이러한 유기 화합물의 유사성에 충격을 받았습니다. 파리 과학 아카데미(Paris Academy of Sciences)에 제출된 논문에서 Klets는 운석의 유기 물질이 "천체에 조직화된 물질의 존재를 나타내는 것 같다"고 주장했습니다.
그 이후로 거의 한 세기 동안 운석의 유기물에 대한 연구는 중요한 일반화 없이 사례별로 일시적으로 수행되었습니다. 이 몇 가지 작품 중에서 Yu.와 Yu.가 1889년에 수행한 Migei 운석에 대한 연구를 언급해야 합니다. 시마슈코. 러시아 과학자는 또한 이 탄소질 콘드라이트에서 역청형 유기 물질을 발견했습니다.
사진 탄소질 콘드라이트.
모든 유기 물질이 반드시 생명과 관련되어 있거나 생물의 속성이라고 생각해서는 안됩니다. 천문학자들은 분명히 생명체와 직접적인 관련이 없는 수많은 단순 탄소 함유 지층을 알고 있습니다. 예를 들어, 성간 공간과 차가운 별의 대기에서 관찰되는 CH 및 CN 라디칼이 그러한 것입니다. 더욱이, 우주 공간에서는 분명히 아미노산까지 포함하는 매우 복잡한 유기 화합물의 합성이 끊임없이 진행되고 있습니다. 우리는 특히 미국 연구원 R. Berger의 기이한 실험을 통해 이것을 확신합니다. 소립자 가속기의 도움으로 그는 230초로 냉각된 메탄, 암모니아 및 물의 혼합물을 양성자로 폭격했습니다. 불과 몇 분 후, 이 얼음 혼합물에서 과학자는 요소, 아세트아미드, 아세톤을 발견했습니다. 이 실험에서 Berger는 실제로 행성간 공간의 조건을 시뮬레이션했습니다. 양성자 흐름은 1차 우주선을 모방했으며 메탄-암모니아와 보통 얼음의 혼합물은 본질적으로 혜성 핵의 전형적인 모델입니다.
또 다른 유명한 미국 생화학자 M. Calvin은 수소, 메탄, 암모니아 및 수증기의 혼합물에 빠른 전자의 흐름을 가했습니다. 이 실험에서 핵산을 구성하는 4개의 질소 염기 중 하나인 아데닌이 얻어졌습니다. 그러한 과정은 지구의 1차 대기와 일부 다른 행성에서 일어나지 않았습니까?
우주에서 무기 물질과 무기 방식으로 단백질과 같은 화합물이 생성되는 것 같습니다. 가능한 미래 생활의 "반제품"입니다.
따라서 운석에 있는 유기물 자체의 존재는 아직 천체에 생명체가 존재한다는 것을 증명할 수 없습니다. 이러한 물질은 생명과 직접적인 관련 없이 생물학적으로 발생할 수도 있습니다. 그 반대를 증명하려면 더 강력한 주장이 필요합니다.
이와 관련하여 현대 과학에서 운석에 대한 논의가 진행되고 있습니다. 논쟁은 아직 끝나지 않았지만 얻은 결과는 매우 중요합니다.
1951-1952년으로 거슬러 올라갑니다. 영국의 생화학자 뮐러는 탄소질 연골에서 역청 화합물을 분리했습니다. 본질적으로 그는 Berzelius, Wöhler 및 Kletsz의 작업을 반복했지만 비교할 수 없을 정도로 높은 수준입니다. 운석 역청에는 유사한 육상 화합물보다 훨씬 더 많은 황, 염소 및 질소가 있습니다. 이러한 상황으로 인해 Muller는 운석의 역청이 생물학적 기원이라는 결론을 내렸습니다.
이미 언급한 M. Calvin과 s. 밖으로. 1960년에 외계 우주 연구에 관한 국제 심포지엄에서 발표된 그들의 보고서는 의미심장한 제목을 붙였습니다. "외계 생명체. 운석의 일부 유기 성분과 지구 밖에서 가능한 생물학적 진화에 대한 그 중요성". 미국 연구원들은 탄소질 콘드라이트 샘플에서 휘발성 물질을 분리한 다음 질량 분석기를 통과했습니다. 이 실험에서 미지의 분자 조각의 상대적 질량이 결정되었고, 추가로 탄소 함유 운석 화합물 추출물의 적외선 및 자외선 스펙트럼이 연구되었습니다. 결과는 놀라웠습니다.
탄소질 콘드라이트로부터 시토신과 유사한 두 방울의 물과 같은 물질을 분리하는 것이 가능했습니다. 운석과 탄화수소 혼합물에서 발견되며 육상에서 유래한 기름과 유사합니다.
이듬해인 1961년, 세 명의 미국 화학자 G. Nagy, D. Hennessey, W. 유지하다. 탄소질 콘드라이트에서 그들은 사과나 밀랍 껍질의 일부와 매우 유사한 파라핀 세트를 분리했습니다. 이와 관련하여 석유의 원산지 문제를 둘러싼 분쟁이 심화되었습니다.
우리는 석유화학의 가장 귀중한 원료인 항공기, 선박, 자동차의 연료 공급원인 석유가 어디에서 왔는지 아직 정확히 알지 못합니다. 기름은 한때 살았던 유기체가 분해되어 형성된 것입니까, 아니면 "블랙 골드"는 복잡한 생물학적 합성의 산물입니까? 첫 번째 가설이 맞다면 운석의 역청은 외계 생명체의 흔적으로 간주될 수 있습니다. 오일이 무기 기원이라면 운석 역청은 지구 밖의 생명체와 직접적인 관련이 없지만 분명히 생물학적 과정의 결과로 발생했습니다.
우리는 이미 행성간 공간에서 유기 화합물의 형성을 시뮬레이션하는 실험에 대해 이야기했습니다. 지구와 같은 행성의 창자에서 그러한 생물학적 합성을 상상하는 것이 훨씬 더 쉽습니다. 운석의 유기 물질은 생물 학적으로 발생했습니다. 이것은 운석을 일부 외계 유기체의 유골로 간주하지 않는 사람들의 주요 논제입니다. 이 입장은 탄소질 콘드라이트 G. P. Vdovykin의 연구원인 우리 소련의 Anders, Briggs에 의해 옹호됩니다. 그의 견해로는 "다양한 천체의 스펙트럼에 대한 연구는 탄소가 가장 흔한 원소 중 하나라는 것을 보여줍니다. 그것은 원소 (c 2, c 3)의 형태와 화합물의 형태로 발견됩니다 ( CH 2, CN, co 2 등 .) 모든 유형의 천체에서 대기와 별이 빛나는 공간의 이러한 구성 요소는 복잡한 유기 분자의 형성으로 중합 될 수 있습니다 "(L. Kuznetsova. 하늘의 13 수수께끼. M. , 소비에트 러시아, 1967년 빛.
가장 활발한 토론은 이제 신비한 "Organized Elements"에 관한 것입니다. 1961년 N. Nagy와 D. Klaus가 4개의 탄소질 콘드라이트 샘플을 연구하면서 직경 5~50미크론의 이상한 내포물을 처음으로 발견했습니다. 겉으로 보기에 그들은 육상의 미세한 미세조류 화석과 닮았다. 그 중 미국 연구자들은 형태적 특징에 따라 5가지 유형의 물체를 식별했으며, 일부 물체는 세포 분열 과정에서 죽은 것처럼 짝을 이루는 것으로 밝혀졌다. 거의 모든 "Organized Elements"는 물에만 사는 가장 단순한 식물처럼 보였고 Nagy와 Klaus에 따르면이 상황은 토양에서 운석이 오염 될 가능성을 배제했습니다. 나중에 F. Staplen과 다른 사람들은 다수의 탄소질 콘드라이트에서 "조직화된 요소"를 발견했으며 모든 연구자들은 일부 단세포 조류와의 유사성에 주목했습니다.
1962년에 레닌그라드 지질학자 b. 안에. Timofeev는 Saratov와 Migeya 운석에서 이상한 포자 같은 형성을 분리했습니다. 지름이 10-60 미크론인 황회색의 작고 속이 빈 거의 구형의 껍질이 24개 이상 있었습니다. 껍질은 두께가 다른 단일 층으로 판명되었으며 때로는 뚜렷하게 정의 된 주름으로 구겨졌습니다. 연구원에 따르면 "조개 껍질의 표면은 매끄럽고 결절이 거의 없는 경우가 적습니다. 형태 중 하나는 일부 단세포 조류의 특징인 둥근 구멍을 보여줍니다. 이러한 발견 중 많은 것은 가장 오래된 단세포 조류 화석과 비교할 수 있습니다. 6 억 년 이상 전에 살았던 지구상에서 우리 행성의 식물 세계 그룹에 기인 할 수는 없습니다 "(Spark, 1962, number 4, p. 12.
핵산
핵산
디옥시리보핵산 및 리보핵산은 유전 정보의 저장, 전달 및 재생산(실현)을 담당하는 모든 생물체의 보편적인 구성요소입니다. 모든 N. to.는 분자의 탄수화물 성분에 따라 데옥시리보핵산(DNA)의 데옥시리보스와 리보핵산(RNA)의 리보스의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 대부분의 유기체에서 DNA의 생물학적 역할은 유전 정보 및 RNA의 저장 및 재생산입니다. 합성 과정에서 단백질 분자(단백질)의 구조에서 이 정보를 구현합니다.
핵산은 1868년 스위스 과학자 F. Miescher에 의해 발견되었는데, 그는 이러한 물질이 세포 핵에 국한되어 있고 산성 성질을 가지고 있으며 단백질과 달리 인을 함유하고 있음을 발견했습니다. 화학적으로 N. to.는 폴리뉴클레오티드입니다. 모노뉴클레오타이드 또는 뉴클레오타이드(소위 뉴클레오사이드의 인 에스테르 - 퓨린 및 피리미딘 질소 염기의 유도체, D-리보스 또는 2-데옥시-D-리보스)로 구성된 생체고분자. DNA 분자에 포함된 퓨린 염기는 아데닌(A)과 구아닌(G)이고, 피리미딘 염기는 시토신(C)과 티민(T)입니다. RNA 뉴클레오사이드에는 티민 대신 우라실(U)이 존재합니다. 폴리뉴클레오티드 사슬에서 뉴클레오티드는 포스포디에스테르 결합을 통해 연결됩니다(그림 1).
N. to.의 1차 구조는 질소 염기의 교대 순서에 의해 결정되며, 그들의 공간적 구성은 분자 섹션 간의 비공유 상호 작용에 의해 결정됩니다. 질소 염기 간의 수소 결합, 염기 쌍 평면 간의 소수성 상호 작용, 정전기 음전하를 띤 인산염 그룹과 반대 이온을 포함하는 상호 작용.
다양한 유기체에서 분리된 데옥시리보핵산은 구성에 포함된 질소 염기의 비율이 다릅니다. 모든 DNA에서 Chargaff 규칙을 따르는 뉴클레오티드 구성에 따르면: 1) N 분자의 아데닌 분자 수는 티민 분자 수와 같습니다. A = T; 2) 구아닌 분자의 수는 시토신 분자의 수와 같습니다. G = C; 3) 퓨린 염기의 분자 수는 피리미딘 염기의 분자 수와 동일합니다. 4) 6-아미노기의 수는 6-케토기의 수와 동일하며, 이는 아데닌 + 시토신의 합이 구아닌 + 티민의 합과 동일함을 의미합니다. 즉, A + C \u003d G + T. Chargaff의 규칙은 소위 소량 질소 염기 (메틸화 또는 퓨린 및 피리미딘 염기의 기타 유도체)에도 적용됩니다. 따라서 각 DNA의 뉴클레오티드 조성은 일정한 값 - 몰비를 특징으로합니다
(특이성 요인) 또는 G-C 쌍의 백분율, 즉
후자 지표의 값은 동일한 클래스의 유기체에 대해 실질적으로 동일합니다. 고등 식물과 척추 동물에서는 0.55-0.93입니다.
네이처(Nature) 저널에 발표된 연구에 따르면 우주에는 예상 외로 복잡한 유기 화합물이 존재하며, 이러한 결과는 복잡한 유기 화합물이 별에 의해 생성될 수 있음을 시사합니다.
홍콩 대학의 Sun Quoc 교수와 Yong Zhang 박사는 우주의 유기 물질이 방향족(고리형)과 지방족(사슬) 화합물로 구성되어 있음을 입증했습니다. 이 화합물은 화학 구조가 석탄이나 석유와 유사할 정도로 복잡합니다. 석탄과 석유는 고대 생명체의 잔재이기 때문에 이러한 형태의 유기물은 오로지 살아있는 유기체에서만 형성되었다고 믿어졌습니다. 연구팀의 발견은 복잡한 유기 화합물이 생명체가 없는 우주에서도 합성될 수 있음을 시사한다.
과학자들은 별, 성간 공간 및 은하의 적외선 복사라는 신비한 현상을 조사했습니다. 그들의 스펙트럼 서명은 "미확인 적외선 방출"로 알려져 있습니다. 20년 이상 동안 이러한 특징의 기원에 대해 가장 널리 받아들여진 이론은 이것이 다환 방향족 탄화수소(PAH)라고 불리는 탄소와 수소 원자로 구성된 단순한 유기 분자라는 것이었습니다. 적외선 우주 천문대와 스피처 우주 망원경으로 관찰함으로써 Kuok과 Zhang은 방출 스펙트럼이 PAH 분자의 존재로 설명될 수 없음을 입증했습니다. 팀은 유사한 적외선을 생성하는 물질이 훨씬 더 복잡한 화학 구조를 가지고 있다는 견해를 제시했습니다.
별은 이 복잡한 유기물을 생성할 뿐만 아니라 성간 공간으로 밀어냅니다. 그 결과는 오래된 별이 유기 혼합물을 생산할 수 있는 분자 공장이라는 Kuok의 초기 아이디어와 일치합니다. "우리의 연구는 별이 거의 완전한 진공 상태에서 복잡한 유기 화합물을 쉽게 생성할 수 있음을 입증했습니다."라고 Kuok이 말했습니다. "이론적으로는 불가능하지만 우리는 여전히 볼 수 있습니다."
더욱 흥미로운 것은 이 유기 별 먼지의 구조가 운석에서 발견되는 복잡한 유기 화합물과 유사하다는 사실입니다. 운석은 초기 태양계의 잔해이기 때문에 별들이 초기 태양계를 유기 화합물로 풍부하게 만들 수 있었는지에 대한 의문이 제기됩니다. 이 화합물이 지구상의 생명의 기원과 발달 과정에서 어떤 역할을 했는지에 대한 질문은 여전히 열려 있습니다.
“탄소는 자연에서 자유 상태와 결합 상태 모두에서 매우 다른 형태와 형태로 발생합니다. 자유 상태에서 탄소는 석탄, 흑연 및 다이아몬드의 세 가지 형태로 알려져 있습니다. 화합물의 상태에서 탄소는 소위 유기 물질의 일부입니다. 즉, 모든 식물과 동물의 몸에서 발견되는 많은 물질입니다. 그것은 물과 공기에서 이산화탄소의 형태로 발견되며 이산화탄소와 염의 형태로 발견됩니다. 
토양의 유기 잔류물과 지각의 질량. 동식물의 몸을 구성하는 다양한 물질은 모든 사람에게 알려져 있습니다. 왁스 및 오일, 테레빈유 및 수지, 면지 및 단백질, 식물 세포 조직 및 동물 근육 조직, 타르타르산 및 전분 - 식물 및 동물의 조직 및 주스에 포함된 이들 및 기타 많은 물질은 모두 탄소 화합물입니다. 탄소 화합물의 분야는 매우 커서 화학의 특별한 분과, 즉 탄소 또는 더 나은 탄화수소 화합물의 화학을 구성합니다.
D. I. Mendeleev의 Fundamentals of Chemistry에서 나온 이 단어는 중요한 요소인 탄소에 대한 우리의 이야기에 대한 자세한 서문 역할을 합니다. 그러나 여기에는 현대 물질 과학의 관점에서 논할 수 있는 하나의 테제가 있습니다.
아마도 손의 손가락은 적어도 한 권의 과학 책에 전념하지 않은 화학 원소를 계산하기에 충분할 것입니다. 그러나 독립적인 대중 과학 책 - 포장지 표지가 있는 20페이지의 불완전한 페이지에 대한 일종의 브로셔가 아니라 거의 500페이지에 달하는 상당히 견고한 볼륨 - 자산에는 탄소라는 한 요소만 있습니다.
일반적으로 탄소에 관한 문헌이 가장 풍부합니다. 이것들은 첫째 예외없이 유기 화학자의 모든 책과 기사입니다. 둘째, 폴리머와 관련된 거의 모든 것; 셋째, 화석 연료와 관련된 수많은 출판물; 넷째, 생물 의학 문헌의 상당 부분 ...
따라서 우리는 광대함을 포용하려고 노력하지 않을 것입니다 (요소 6에 대한 인기있는 책의 저자가 그것을 "무진장"이라고 부른 것은 우연이 아닙니다!), 그러나 우리는 요점에서 주요에만 집중할 것입니다 - 우리는 세 가지 관점에서 탄소를 보려고 노력할 것입니다.
탄소는 몇 안 되는 "가족도 없고 부족도 없는" 요소 중 하나입니다. 이 물질과 인간이 접촉한 역사는 선사 시대로 거슬러 올라갑니다. 탄소를 발견한 사람의 이름은 알려져 있지 않으며 탄소 원소의 형태(다이아몬드 또는 흑연) 중 어느 것이 더 일찍 발견되었는지도 알려져 있지 않습니다. 둘 다 너무 오래전에 일어난 일입니다. 단 한 가지만 분명히 말할 수 있습니다. 다이아몬드 이전과 흑연 이전에 물질이 발견되었습니다. 이 물질은 수십 년 전에 탄소 원소인 석탄의 세 번째 비정질 형태로 간주되었습니다. 그러나 실제로 숯, 심지어 숯은 순수한 탄소가 아닙니다. 그것은 수소, 산소 및 기타 원소의 미량을 포함합니다. 사실, 그들은 제거 할 수 있지만 석탄 탄소는 원소 탄소의 독립적 인 수정이되지 않습니다. 이것은 우리 세기의 2/4분기에만 확립되었습니다. 구조 분석에 따르면 비정질 탄소는 본질적으로 동일한 흑연입니다. 이것은 그것이 무정형이 아니라 결정질임을 의미합니다. 결정체만 매우 작고 결함이 더 많습니다. 그 후, 그들은 지구상의 탄소가 흑연과 다이아몬드의 두 가지 기본 형태로만 존재한다고 믿기 시작했습니다.
비디오 우주의 유기 화합물
알칸. 구조 및 명명법
정의에 따르면, 알칸은 선형 또는 분지형 구조를 갖는 포화 또는 포화 탄화수소입니다. 파라핀이라고도 합니다. 알칸은 탄소 원자 사이에 단일 공유 결합만 포함합니다. 일반 공식은
물질의 이름을 지정하려면 규칙을 따라야 합니다. 국제 명명법에 따르면 이름은 접미사 -an을 사용하여 형성됩니다. 처음 4가지 알칸의 이름은 역사적으로 발전해 왔습니다. 다섯 번째 대표자부터 이름은 탄소 원자 수를 나타내는 접두사와 접미사 -an으로 구성됩니다. 예를 들어, 옥타(8)는 옥탄을 만듭니다.
분기 체인의 경우 이름이 추가됩니다.
- 라디칼이 서있는 탄소 원자의 수를 나타내는 숫자에서;
- 급진파의 이름에서;
- 메인 체인의 이름에서.
예: 4-메틸프로판 - 프로판 사슬의 네 번째 탄소 원자에는 라디칼(메틸)이 있습니다.
쌀. 1. 알칸의 이름을 가진 구조식.
모든 10번째 알칸은 다음 9개 알칸의 이름을 지정합니다. 데칸 뒤에는 운데칸, 도데칸 등이 오고, 에이코산, 제네이코산, 도코산, 트리코산 등이 나옵니다.
유기 및 무기 물질. 유기물
유기 화합물은 주로 구성이 무기 화합물과 다릅니다. 무기물이 주기율표의 어떤 원소에 의해 형성될 수 있다면, 반드시 유기물의 조성에 C와 H 원자가 포함되어야 하며, 이러한 화합물을 탄화수소(CH4 - 메탄, C6H6 - 벤젠)라고 합니다. 탄화수소 원료(석유 및 가스)는 인류에게 큰 이익이 됩니다. 그러나 갈등은 심각한 결과를 초래합니다.
탄화수소 유도체는 또한 O 및 N 원자를 포함합니다.산소 함유 유기 화합물의 대표적인 예로는 알코올 및 이성질체 에테르(C2H5OH 및 CH3-O-CH3), 알데히드 및 케톤(CH3CH2CHO 및 CH3COCH3), 카르복실산 및 복합 에테르(CH3)가 있습니다. -COOH 및 HCOOCH3). 후자에는 지방과 왁스도 포함됩니다. 탄수화물은 또한 산소 함유 화합물입니다.
과학자들은 왜 식물과 동물 물질을 하나의 그룹인 유기 화합물로 결합했으며 무기 물질과 어떻게 다릅니까? 유기물과 무기물을 구분하는 명확한 기준은 없습니다. 유기 화합물을 결합하는 여러 기능을 고려하십시오.
- 구성(원자 C, H, O, N, 덜 자주 P 및 S로 구성됨).
- 구조(C-H 및 C-C 결합은 필수이며 서로 다른 길이의 사슬과 주기를 형성합니다);
- 특성(모든 유기 화합물은 가연성이며 연소 중에 CO2 및 H2O를 형성함).
유기물 중에는 천연(단백질, 다당류, 천연고무 등), 인공(비스코스), 합성(플라스틱, 합성고무, 폴리에스터 등) 유래의 고분자가 많다. 그들은 무기 물질에 비해 분자량이 크고 구조가 더 복잡합니다.
마지막으로, 2,500만 개 이상의 유기 물질이 있습니다.
이것은 유기 및 무기 물질에 대한 피상적인 모습일 뿐입니다. 12개 이상의 과학 논문, 기사 및 교과서가 각 그룹에 대해 작성되었습니다.
위에서 이미 언급했듯이 자연의 모든 왕국에 속하는 전체 유기체 세트는 고려되는 지구의 껍질의 살아있는 물질로 간주됩니다. 인간은 모든 것 중에서 특별한 위치를 차지합니다. 그 이유는 다음과 같습니다.
- 생산이 아닌 소비자 입장;
- 마음과 의식의 발달.
다른 모든 대표자는 생명체입니다. 생물의 기능은 Vernadsky에 의해 개발되고 표시되었습니다. 그는 유기체에 다음과 같은 역할을 할당했습니다.
- 산화 환원.
- 파괴적.
- 수송.
- 환경 형성.
- 가스.
- 에너지.
- 정보 제공.
- 집중.
생물권 생물의 가장 기본적인 기능은 가스, 에너지 및 산화 환원입니다. 그러나 나머지 부분도 중요하며 행성의 살아있는 껍질의 모든 부분과 요소 사이의 복잡한 상호 작용 과정을 제공합니다.
정확히 무엇을 의미하고 본질이 무엇인지 이해하기 위해 각 기능을 더 자세히 살펴보겠습니다.
자연은 물질적 자원을 지구 곳곳에 아낌없이 흩뿌렸습니다. 그러나 의존성을 알아 차리는 것은 어렵지 않습니다. 가장 자주 사람은 원료 매장량이 제한된 그러한 물질을 사용하고 그 반대의 경우도 거의 그러한 화학 원소와 그 화합물을 매우 약하게 사용합니다. 제한 없는. 실제로 지구에서 물리적으로 접근 가능한 층의 질량의 98.6%는 철(4.6%), 산소(47%), 규소(27.5%), 마그네슘(2.1%), 알루미늄(8.8)의 8가지 화학 원소로만 구성되어 있습니다. %), 칼슘(3.6%), 나트륨(2.6%), 칼륨(2.5%), 니켈. 모든 금속 제품의 95% 이상, 다양한 기계 및 메커니즘의 설계, 운송 경로는 철광석으로 만들어집니다. 이러한 관행은 철 자원의 고갈과 철광석 원료의 1차 처리를 위한 에너지 비용 측면에서 낭비임이 분명합니다.
8가지 명명된 화학 원소의 보급에 대해 여기에 제시된 데이터를 살펴보면 가까운 장래에 금속 재료를 만드는 데 알루미늄, 마그네슘, 그리고 아마도 칼슘의 사용에 큰 기회가 있다고 안전하게 말할 수 있습니다. 그러나 이를 위해서는 염화알루미늄을 얻고 후자를 금속으로 환원시키기 위해 에너지 효율적인 알루미늄 생산 방법이 개발되어야 합니다. 이 방법은 이미 여러 국가에서 테스트되었으며 고용량 알루미늄 제련소 설계의 기초를 제공했습니다. 그러나 주철, 강철 및 합금철의 생산에 필적하는 규모의 알루미늄 제련은 가까운 장래에 아직 구현될 수 없습니다. 이 작업은 주철, 강철과 경쟁할 수 있는 적절한 알루미늄 합금의 개발과 병행하여 해결되어야 하기 때문입니다. 철광석 원료의 기타 재료.
실리콘의 광범위한 사용은 재료 생산에서이 화학 원소의 사용 정도가 극히 낮다는 점에서 인류에 대한 끊임없는 비난으로 작용합니다. 규산염은 지각 전체 질량의 97%를 차지합니다. 그리고 이것은 금속과 경쟁할 수 있는 세라믹 제조에서 거의 모든 건축 자재 및 반제품 생산의 주요 원료가 되어야 한다고 주장하는 근거를 제공합니다. 또한 석탄 채광 중 "폐석", 에너지 및 야금 생산에서 광석, 재 및 슬래그에서 금속을 추출하는 동안 "광미"와 같은 규산염 특성의 산업 폐기물이 엄청나게 축적되었음을 고려해야합니다. . 그리고 이러한 규산염만이 먼저 건축 자재의 원료로 전환되어야 합니다. 한편으로는 원자재를 채굴할 필요가 없기 때문에 완성된 형태로 소비자를 기다리고 있기 때문에 큰 이점을 얻을 수 있습니다. 한편, 폐기는 환경오염 방지를 위한 조치다.
우주에서는 수소와 헬륨이라는 두 가지 원소만이 가장 널리 분포되어 있으며 다른 모든 원소는 이들에 추가된 것으로만 간주될 수 있습니다.
질문 54. 물질의 화학 구조에 대한 아이디어 개발. 화합물.
화학화학 원소 및 그 화합물의 과학이라고 합니다.
화학 개념 개발의 역사는 고대부터 시작됩니다. Democritus, Epicurus는 모든 물체가 다양한 크기와 모양의 원자로 구성되어 있으며 이것이 질적 차이를 결정한다는 기발한 아이디어를 표현했습니다. 아리스토텔레스와 엠페도클레스는 몸이 결합한다고 믿었다.
물질의 특성을 결정하는 최초의 진정으로 효과적인 방법은 17세기 후반에 제안되었습니다. 영국 과학자 R. Boyle(1627-1691) R. Boyle의 실험적 연구 결과에 따르면 신체의 특성과 특성은 신체가 구성하는 물질적 요소에 따라 달라집니다. .
1860년 러시아의 뛰어난 화학자 A.M. Butlerov (1828-1886)는 물질의 화학 구조 이론을 만들었습니다. 화학 지식의 더 높은 수준의 발전이 일어났습니다-구조 화학.
이 기간 동안 유기 물질 기술이 탄생했습니다.
새로운 생산 요구 사항의 영향으로 화학 공정의 교리가 발생했습니다. , 온도, 압력, 용제 및 건설 작업에서 목재 및 금속을 대체하는 기타 요인, 건성유, 바니시, 세제 및 윤활유 생산의 식품 원료의 영향으로 물질의 특성 변화를 고려했습니다.
1960-1970년. 다음으로 더 높은 수준의 화학 지식이 나타났습니다 - 진화 화학 . 그것은 화학 시스템의 자기 조직화 원리, 즉 고도로 조직 된 살아있는 자연의 화학적 경험을 적용하는 원리를 기반으로합니다.
최근까지 화학자들은 화합물이 무엇에 기인하고 혼합물이 무엇에 기인해야 하는지를 명확하게 생각했습니다. 1800-1808년으로 거슬러 올라갑니다. 프랑스 과학자 J. Proust(1754-1826)는 구성 불변성의 법칙을 확립했습니다. 모든 개별 화합물은 엄격하게 정의되고 변경되지 않은 구성을 가지며 구성 부분(원자)의 강한 인력을 가지고 있으므로 혼합물과 다릅니다.
19세기 말부터 구성 불변의 법칙의 절대화에 의문을 제기하는 연구가 재개되었습니다. 뛰어난 러시아 화학자 N.S. Kurnakov(1860-1941)는 금속간 화합물, 즉 두 개의 금속으로 구성된 화합물에 대한 연구의 결과로 가변 조성의 실제 개별 화합물의 형성을 확립하고 "성분-특성" 다이어그램에서 균질성의 경계를 발견했습니다. 그들로부터 화학량론적 화합물 조성의 존재 영역. 그가 불렀던 다양한 조성의 화합물 베르톨리드, 영구 구성의 화합물 뒤에 이름을 남겼습니다. 달토니드.
물리 연구의 결과가 보여주듯이, 화합물 문제의 본질은 화학 조성의 불변성이나 불변성에 있는 것이 아니라 원자를 단일 양자 역학 시스템으로 결합하는 화학 결합의 물리적 성질에 있습니다. 분자.
화합물의 수는 엄청납니다. 그들은 구성과 화학적 및 물리적 특성이 다릅니다. 하지만 여전히 화합물 -하나 이상의 화학 원소로 구성된 정성적으로 정의된 물질.
오스뮴은 현재 지구상에서 가장 무거운 물질로 정의됩니다. 이 물질의 단 1세제곱센티미터의 무게는 22.6g입니다. 1804년 영국의 화학자 스미슨 테넌트(Smithson Tennant)가 금을 녹인 후 시험관에 침전물이 남아 있는 것을 발견했습니다. 이것은 오스뮴의 특성으로 인해 발생했으며 알칼리와 산에 녹지 않습니다.
지구상에서 가장 무거운 원소
청백색의 금속성 분말이다. 그것은 7개의 동위 원소로 자연적으로 발생하며 그 중 6개는 안정하고 1개는 불안정합니다. 밀도는 입방 센티미터당 22.4g의 밀도를 갖는 이리듐보다 약간 우수합니다. 현재까지 발견된 물질 중 세계에서 가장 무거운 물질은 오스뮴입니다.
그것은 란탄, 이트륨, 스칸듐 및 기타 란탄족과 같은 그룹에 속합니다.
금과 다이아몬드보다 비싸다
연간 약 1만 킬로그램으로 아주 소량만 채굴됩니다. 가장 큰 오스뮴 공급원인 Dzhezkazgan 광상에도 약 3천만분의 3이 포함되어 있습니다. 세계에서 희소금속의 교환가치는 그램당 약 20만 달러에 이른다. 동시에 세척 과정에서 요소의 최대 순도는 약 70%입니다.
러시아 실험실에서 90.4%의 순도를 얻었지만 금속의 양은 몇 밀리그램을 넘지 않았습니다.
지구 너머 물질의 밀도
오스뮴은 의심할 여지 없이 지구상에서 가장 무거운 원소의 리더입니다. 그러나 우리가 시선을 우주로 돌리면 무거운 원소의 "왕"보다 무거운 많은 물질이 우리의 관심을 끌 것입니다.
사실 우주에는 지구와 다소 다른 조건이 있습니다. 시리즈의 중력이 너무 커서 문제가 엄청나게 압축됩니다.
원자의 구조를 고려하면 원자간 세계의 거리가 우리가 보는 우주를 어느 정도 연상시킨다는 것을 알게 될 것입니다. 행성, 별 등이 충분히 먼 거리에 있는 곳. 나머지는 공허함으로 채워진다. 원자가 가지고 있는 것이 바로 이 구조이며, 강한 중력으로 인해 이 거리가 상당히 감소합니다. 일부 기본 입자를 다른 입자로 "압착"하는 것까지.
중성자 별 - 우주의 초밀도 물체
지구 너머를 탐색함으로써 우리는 중성자별의 우주에서 가장 무거운 물질을 탐지할 수 있을지도 모릅니다.
이들은 항성 진화의 가능한 유형 중 하나인 매우 독특한 우주 거주자입니다. 이러한 물체의 지름은 10~200km이며 질량은 태양과 같거나 2~3배 더 많습니다.
이 우주체는 주로 유체 중성자로 구성된 중성자 코어로 구성됩니다. 과학자들의 일부 가정에 따르면 고체 상태여야 하지만 오늘날 신뢰할 수 있는 정보는 존재하지 않습니다. 그러나 압축 재분배에 도달한 중성자별은 이후에 10 43 -10 45 줄 정도의 엄청난 에너지 방출로 바뀌는 것으로 알려져 있습니다.
그러한 별의 밀도는 예를 들어 성냥갑에 넣은 에베레스트 산의 무게와 비슷합니다. 이것은 1세제곱밀리미터에 수천억 톤입니다. 예를 들어, 물질의 밀도가 얼마나 높은지 더 명확하게 하기 위해 질량이 5.9 × 1024kg인 우리 행성을 중성자별으로 "돌려" 보겠습니다.
결과적으로 중성자별의 밀도와 같게 하려면 지름이 7~10센티미터인 보통 사과 크기로 줄여야 한다. 중심으로 갈수록 고유한 항성 물체의 밀도가 증가합니다.
물질의 층과 밀도
별의 외층은 자기권으로 표현됩니다. 바로 아래에서 물질의 밀도는 이미 입방 센티미터당 1톤 정도입니다. 지구에 대한 우리의 지식을 감안할 때 지구는 현재 발견된 것 중 가장 무거운 물질입니다. 그러나 성급히 결론을 내리지 마십시오.
독특한 별에 대한 연구를 계속합시다. 축을 중심으로 회전하는 속도가 빠르기 때문에 펄서라고도 합니다. 다양한 물체에 대한 이 표시기는 초당 수십에서 수백 회전 범위입니다.
초밀도 우주 물체에 대한 연구를 더 진행해 보겠습니다. 그런 다음 금속의 특성을 갖지만 거동과 구조가 가장 유사한 층이 나옵니다. 결정은 우리가 지구 물질의 결정 격자에서 보는 것보다 훨씬 작습니다. 1센티미터의 결정 라인을 만들려면 100억 개 이상의 요소를 배치해야 합니다. 이 층의 밀도는 외부 층보다 백만 배 더 높습니다. 그것은 별의 가장 무거운 문제가 아닙니다. 그 다음에는 중성자가 풍부한 층이 있으며 그 밀도는 이전 것보다 천 배 높습니다.
중성자별의 핵과 밀도
아래는 핵심이며 밀도가 최대에 도달하는 곳입니다. 즉, 위에 있는 레이어의 두 배입니다. 천체의 핵심 물질은 물리학에 알려진 모든 소립자로 구성됩니다. 이로써 우리는 우주에서 가장 무거운 물질을 찾아 별의 핵심을 향한 여정의 끝에 도달했습니다.
우주에서 밀도가 독특한 물질을 찾는 임무는 완료된 것 같습니다. 그러나 우주는 미스터리와 아직 발견되지 않은 현상, 별, 사실, 패턴으로 가득 차 있습니다.
우주의 블랙홀
오늘 이미 열려있는 것에주의를 기울여야합니다. 이들은 블랙홀입니다. 아마도 우주에서 가장 무거운 물질이 그 구성 요소라는 사실에 대해 경쟁자가 될 수 있는 것은 이 신비한 물체일 것입니다. 블랙홀의 중력은 너무 강해서 빛이 빠져나갈 수 없습니다.
과학자들의 가정에 따르면 시공간의 영역으로 끌어들인 물질은 소립자 사이에 공간이 없을 정도로 압축되어 있다.
불행히도, 사건의 지평선(중력의 영향을 받는 빛과 어떤 물체도 블랙홀을 떠날 수 없는 소위 경계) 너머에는 입자 흐름의 방출을 기반으로 한 우리의 추측과 간접적인 가정이 따릅니다.
많은 과학자들은 사건의 지평선 너머에 공간과 시간이 혼합되어 있다고 제안합니다. 다른 우주로의 "통로"가 될 수 있다는 의견이 있습니다. 완전히 새로운 법칙으로 이러한 한계를 넘어 또 다른 공간이 열릴 가능성이 있지만 아마도 이것은 진실에 해당합니다. 시간이 공간과 함께 "장소"를 바꾸는 영역. 미래와 과거의 위치는 다음의 선택에 의해서만 결정됩니다. 오른쪽 또는 왼쪽으로 가는 우리의 선택처럼.
우주에 블랙홀을 통한 시간 여행을 마스터한 문명이 있을 가능성이 있습니다. 아마도 미래에는 지구에서 온 사람들이 시간 여행의 비밀을 발견하게 될 것입니다.