Әлемде элементтер қалай пайда болды? Химиялық элементтердің шығу тегі. Әлемде алтын және басқа да ауыр элементтер қалай пайда болады

Ғылым тұрғысынан XVIII-XIX ғғ. материя мәңгілік болды және пайда болу мәселесі химиялық элементтержай ғана қате болар еді. Егер материя мәңгілік болса, онда оның бастауы болмайды. ХХ ғасырда. жағдай тез өзгерді. Салыстырмалылық теориясы жасалды, Әлемнің кеңеюі ашылды, жұлдыздардың құрылымы мен эволюциясы туралы теория жасалды, Әлемнің кеңеюімен тығыз байланысты реликтік сәулелену деп аталатын нәрсе ашылды. Мұның бәрі Үлкен жарылыстың негізгі теориясына сәйкес келу қиын болса да, ең ақылға қонымды нәрсеге әкелді. Ғалам өзінің өмір сүруін бір нүктеден алып материя ұйығышының үздіксіз кеңеюіне әкелген түсініксіз (әлі?) импульспен бастады деп болжанады.

Заттарды және олардың химиялық түрленуін зерттегенде, химиялық реакциялар кезінде өзгермейтін және заттарды құрайтын атомдардың барлық түрлері қайдан пайда болды деген сұрақтың туындауы заңды. Біз бұл сұраққа қазіргі уақытта мүмкіндігінше қысқаша жауап беруге тырысамыз.

Түрлі дереккөздерге сәйкес, Үлкен жарылыс 15-18 миллиард жыл бұрын болған. Керемет ыстық және тығыз, тез кеңейетін және салқындататын зат ұйығышында өзгеретін жағдайларға сәйкес келетін бөлшектердің белгілі бір «ұрпағы» үздіксіз пайда болды.

Үш минуттан кейін плазманың кеңеюі және салқындауы жұлдыздар пайда болғанға дейін өзгермеген бөлшектердің жиынтығы пайда болды. Бұл композицияның ең маңызды ерекшеліктері протондар мен фотондар арасындағы қатынас Ғаламда 1:10 9-ға тең құрылды. Бұл фотондардың таңғажайып саны (бірақ атомдармен салыстырғанда) және қазіргі уақытта көзі жоқ ғарыштық микротолқынды фондық сәуле түрінде кеңістікті толтырады.

Кеңейгеннен кейін бірнеше минут ішінде Әлемнің салқындағаны сонша, қолда бар бөлшектер арасындағы ядролық реакциялардың жылдамдығы нөлге дейін төмендеді. Нейтрондар протондармен қосылып дейтерий түзеді, ал дейтерий ядролары тез арада гелий ядроларына (4 He) қосылды. Бастапқы шарттарҒаламда нейтрондар ядролардың жалпы санынан гелийдің шамамен 10%-ын құрайтындай болып шықты. Қалған протондар бос күйінде сақталып, электрондармен бірге кейіннен сутегі химиялық элементін құрады. Егер Ғаламда нейтрондар көбірек болса, онда гелий бұл жағдайда басым болуы мүмкін, бұл жұлдыздардың пайда болуының кейінгі процестеріне түбегейлі әсер етеді. Жұлдыздардағы гелий сутегіге қарағанда бірнеше есе жылдам ауыр элементтерге айналады және жұлдыздардың өмір сүру ұзақтығы айтарлықтай қысқарар еді. Бұл биологиялық өмірдің эволюциясының мүмкіндігіне әсер ететіні анық.

Тыныштық массасы бар және атомдардың түзілуіне қажет бөлшектердің тағы бір түрі – электрондар шамамен протондар санына тең мөлшерде сақталған. Бұл бөлшектердің болуы өзінше керемет және түсіндірілмеген. Барлық үш бөлшектің - протондардың, нейтрондардың және электрондардың - өздерінің антибөлшектері бар: антипротондар ( Р~), антинейтрондар (I) және антиэлектрондар (позитрондар, e).Бөлшек пен антибөлшек соқтығысқанда олар жойылып, ақырында фотондарға айналады. Миллиард градус температурада фотондар үздіксіз электрон-позитрон жұптарын тудырады ( e~ - e+), олар қайтадан жойылып, фотондарға айналады. Осылайша, электрондар, позитрондар және фотондар тепе-теңдікте болады. Ғалам кеңейген сайын температура төмендеген сайын фотондардың энергиясы жұптарды шығаруға жеткіліксіз болады. e~ - e + , барлық қол жетімді жұптар жойылады және бұл жағдайда кейінгі уақыттарда сақталған электрондардың шамалы артық мөлшері табылды. Бұл артықшылық жоғарыда айтылғандай қол жетімді фотондар санымен салыстырғанда аз. Бұл антипротондардан сәл артық болып шыққан протондарға да қатысты. Демек, атомдардың пайда болуының алғы шарттарының бірі бөлшектер мен антибөлшектердің елеусіз теңгерімсіздігі болып шықты.

Ғаламның миллион жылдан кейін кеңеюі мен салқындауы температура -4000 К-ге дейін төмендеді. Бұл ядролардың тартылуымен электрондар ұсталатын және «толық» атомдар пайда болатын температура шегі. Бейтарап гелий сутегіге қарағанда сәл жоғары температурада болады, өйткені оның иондану энергиясы үлкен.

Әзірге дейтерий мен гелий изотопы бар сутегінен басқа басқа химиялық элементтердің бар екендігі туралы ештеңе айтылмады. Жұлдыздар пайда болғанға дейінгі эволюция сатысында олар шынымен де болған жоқ. Жұлдыздар бейтарап атомдар пайда болғаннан кейін заттардың гравитациялық конденсациясының нәтижесінде пайда бола бастады. Галактикалардың және оларды құрайтын жұлдыздардың пайда болу уақыты дұрыс анықталмаған. Физика тұрғысынан материяның жекелеген галактикаларға және галактикаларға бөлінуімен байланысты әрі қарайғы оқиғалардың «сценарийіне» қарағанда Үлкен жарылыстан кейінгі алғашқы минуттарда болған процестердің теориясын жасау оңайырақ болды. жұлдыздар. Жұлдыздардың бірінші ұрпағы Үлкен жарылыстан бір миллиард жылдан кейін пайда болды деген өрескел бағалау ретінде қабылдауға болады.

Сутегі-гелий қоспасының шоғырын гравитациялық қысу кезінде потенциалдық энергия кинетикалық энергияға айналды және сәйкесінше температура көтерілді. 10-15 миллион градусқа жеткенде, орталық аймақта протожұлдыздар(ядролық) термоядролық реакциялар басталып, жұлдыз жанды. Термоядролық реакцияларға сутегі де, гелий де қатысады. Сутегі алдымен гелийге келесі реакциялар тізбегі арқылы айналады:

2p += d + + e ++ v өте баяу; d + + p + = 3 2+ + y жылдам емес;
2 3 He 2+ = 4 He 2+ + 2 салыстырмалы түрде баяу (мұнда b/ + - дейтерон, e + - позитрон, v - нейтрино, y - гамма квант).

Біреу сұрақ қоюы мүмкін: неге сутегі Үлкен жарылыстан кейінгі алғашқы минуттарда осы дәйекті реакциялардың нәтижесінде гелийге айналмай, жұлдыздарға айналады? Себебі өте қарапайым. Алғашқы минуттарда бұл процесс үшін қолайлы температура бірнеше минутқа созылды, өйткені Ғалам кеңейіп, суыды, ал жұлдыздарда бұл процесс стационарлық жағдайда жану режимінде жүреді. Бірінші кезеңнің баяулығы әлсіздікке байланысты ядролық өзара әрекеттесужәне жұлдыздың ұзақ өмір сүруінің шарттарының бірі болып табылады. Сутегі жанып кеткеннен кейін өзекте температура көтеріледі, ал ~1 10 8 градуста гелийдің «жануы» басталады, бұл оның ядроларының орасан зор энергияның бөлінуімен бірге кейінгі элементтердің ядроларына бірізді қосылуы. Екі 4 Тұрақты емес ядролар соқтығысқанда 8 Be ядросы түзілмейді. Бериллийдің бұл изотопы мүлдем жоқ. Бірақ егер екі ядроның соқтығысуы тез арада үшінші гелий ядросымен соқтығысса, онда көміртегі 12 С ядросы пайда болады.Бұл ядро гелиймен одан әрі әрекеттеседі, оттегіге айналады 16 0. Таңғажайып сәттілік (заттың болуы тұрғысынан тіршіліктің болуы) көміртегінің гелиймен реакциясы өте баяу. Демек, оттегі пайда болған кезде өмірге қажетті көміртегінің де айтарлықтай мөлшері сақталады. Бұл гелийдің жану кезеңін аяқтайды. Температураның одан әрі жоғарылауымен көміртегі мен оттегі жанып кетеді. Көміртек ядролары арасындағы немесе оттегі ядролары арасындағы реакциялар кезінде протондардың, нейтрондардың және а-бөлшектердің бір мезгілде сәулеленуінен ауыр элементтер магний, натрий, күкірт, фосфор, кремний және т.б. Соңғысы тұрақты ядроларды дәйекті түрде қосады, мысалы, 28 Si, темірге дейін химиялық элементтерді құрайды.

Жұлдызды шикізатты қайнатып, химиялық элементтердің жиынтығына айналдыратын қазан деп атауға болады. Бірақ дайын өнімді қазандықтан алып тастау керек. Онсыз жұлдыздың ішектерінде қалыптасқан элементтер ешқандай түрде көрінбейді. Мұнда белгілі бір түрдегі жұлдыздардың жарылу қабілеті өте ыңғайлы түрде ашылады. Жұлдыз эволюциясының сәйкес кезеңінде энергияның бөліну күші орталықтан біршама қашықтықтағы қабаттағы көшкін сияқты артады. Алынған қысым жұлдыздың бүкіл сыртқы массасын кеңістікке сыпырып алып, бір уақытта қалған орталық бөлігін қысады. Бұл елестете алмайтын күштің жарылысы. Аз уақыт ішінде жұлдыздың жарқырауы бүкіл галактиканың жарқырауына дейін артады. Бұл жағдайда ядролық процестер темірден ауыр барлық элементтердің пайда болуына әкеледі. Жұлдыз қабығын лақтырады, ол қоршаған кеңістікте таралады.

Енді жұлдыз аралық газ барлық химиялық элементтермен байытылған. Сондай-ақ, жұлдыздың өзегінде түзілетін элементтер, орта есеппен, жұлдыз материясының жалпы мөлшерінің 1-2% ғана құрайтынын атап өткен жөн. Жұлдызаралық газда әлі де сутегі мен гелий басым. Жарылған жұлдыздардың материалынан жұлдыздардың, планеталардың, олардың серіктері мен кометаларының келесі ұрпағы түзіледі. Астрофизика ауыр элементтердің, атап айтқанда, галактикалардың ядроларында пайда болуының басқа жолдарын да қарастырады. Бірақ бұл тек негізгі фактіні толықтырады, ол барлық ауыр элементтердің бастапқы элементтерден - сутегі мен гелийден түзілетініне дейін жетеді.

Біз қабылдаған периодтық жүйеде элементтердің орысша атаулары берілген. Элементтердің басым көпшілігі үшін олар фонетикалық жағынан латынға жақын: аргон – аргон, барий – барий, кадмий – кадмий, т.б. Бұл элементтер Батыс Еуропа тілдерінің көпшілігінде бірдей аталады. Кейбір химиялық элементтердің атаулары бар әртүрлі тілдермүлде басқа.

Мұның бәрі кездейсоқ емес. Адам ежелгі дәуірде немесе орта ғасырдың басында кездескен элементтердің (немесе олардың ең көп таралған қосылыстарының) атауларындағы ең үлкен айырмашылықтар. Бұл жеті ежелгі металдар (алтын, күміс, мыс, қорғасын, қалайы, темір, сынап, олар сол кездегі белгілі планеталармен салыстырылды, сонымен қатар күкірт пен көміртек). Олар табиғатта еркін күйде кездеседі және олардың көпшілігі соларға сәйкес атау алды. физикалық қасиеттері.

Міне, бұл атаулардың ең ықтимал шығу тегі:

Алтын

Ежелгі заманнан бері алтынның жарқырауы күннің жарқырауымен (соль) салыстырылады. Осыдан орыстың «алтыны». Алтынның сөзі Еуропа тілдерігрек күн құдайы Гелиоспен байланысты. Латынша aurum «сары» дегенді білдіреді және «Аврора» (Аврора) - таңғы таңға қатысты.

Күміс

Грек тілінде күміс – «аргирос», «argos» сөзінен – ақ, жарқыраған, жарқыраған («арг» үнді-еуропалық түбір – жарқырау, жарық болу). Демек - аргентум. Бір қызығы, химиялық элементтің атымен аталған жалғыз ел (және керісінше емес) - Аргентина. Күміс, Silber, сондай-ақ күміс сөздері ежелгі неміс силубріне жатады, оның шығу тегі түсініксіз (мүмкін бұл сөз Кіші Азиядан, ассириялық sarrupum – ақ металл, күмістен шыққан).

Темір

Бұл сөздің шығу тегі нақты белгісіз; бір нұсқа бойынша ол «пышақ» сөзімен байланысты. Еуропалық темір, Эйзен санскрит тілінен шыққан «исира» - күшті, күшті. Латын феррумы қиын болу үшін фарстан шыққан. Табиғи темір карбонатының (сидерит) атауы лат тілінен шыққан. sidereus - жұлдызды; шынында да, адамдардың қолына түскен алғашқы темір метеорлық шыққан. Мүмкін бұл сәйкестік кездейсоқ емес шығар.

Күкірт

Латын күкіртінің шығу тегі белгісіз. Орысша атыЭлемент әдетте санскрит тілінен алынған «сира» - ашық сары. Күкірттің еврей серафимен – көпше түрдегі серафпен байланысы бар-жоғын білу қызықты болар еді; сөзбе-сөз «сераф» «жану» дегенді білдіреді, ал күкірт жақсы жанады. Ескі орыс және ескі славян тілінде күкірт әдетте жанғыш зат, соның ішінде май.

Қорғасын

Сөздің шығу тегі анық емес; бәрібір, шошқаға еш қатысы жоқ. Бұл жерде ең таңғаларлық нәрсе - бұл көпшілігінде славян тілдері(болгар, серб-хорват, чех, поляк) қорғасын қалайы деп аталады! Біздің «қорғасын» тек Балтық тобының тілдерінде кездеседі: svinas (литва), свин (латвия).

Ағылшын тіліндегі қорғасын мен голландиялық лод біздің «қаңылтырымызбен» байланысты болуы мүмкін, бірақ олар қайтадан улы қорғасынмен емес, қалайымен қалайыланған. Латын plumbum (сонымен бірге шығу тегі түсініксіз) берді Ағылшын сөзісантехник - сантехник (бір кезде құбырлар жұмсақ қорғасынмен соғылған), ал қорғасын төбесі бар Венеция түрмесінің аты - Пиомбе. Кейбір мәліметтерге қарағанда, Казанова бұл түрмеден қашып үлгерген. Бірақ балмұздақтың оған еш қатысы жоқ: балмұздақ француздың Пломбье курорттық қаласының атынан шыққан.

Қалайы

IN Ежелгі Римқалайы «ақ қорғасын» (plumbum альбомы) деп аталды, plumbum nigrum - қара немесе қарапайым қорғасыннан айырмашылығы. Ақ деген грек сөзі алофос. Шамасы, металдың түсін білдіретін «қаңылтыр» осы сөзден шыққан. Ол орыс тіліне 11 ғасырда еніп, қалайы мен қорғасын дегенді білдіреді (ежелгі заманда бұл металдар нашар ажыратылған). Латынның stannum санскрит сөзімен байланысты, берік, төзімді дегенді білдіреді. Ағылшын (сонымен қатар голланд және дат) қалайының шығу тегі белгісіз.

Меркурий

Латынның hydrargirum сөзі гректің «худор» - су және «аргирос» - күміс сөздерінен шыққан. Меркурий неміс (Quecksilber) және ескі ағылшын тілінде (жылдам күміс) «сұйық» (немесе «тірі», «жылдам») күміс деп те аталады, ал болгар тілінде сынап - живак: шынында да, сынап шарлары күміс сияқты жарқырайды және өте тез ». Жүгіру» – тірідей. Сынаптың қазіргі ағылшын (mercury) және француз (mercure) атаулары латын сауда құдайы Меркурийдің атынан шыққан. Меркурий де құдайлардың хабаршысы болды және ол әдетте сандалында немесе дулығасында қанаттарымен бейнеленген. Сонымен, Меркурий құдайы сынаптың жарқырауындай жылдам жүгірді. Меркурий аспандағы басқаларға қарағанда жылдамырақ қозғалатын Меркурий планетасына сәйкес келді.

Сынаптың орысша атауы, бір нұсқа бойынша, араб тілінен алынған (түркі тілдері арқылы); Басқа нұсқаға сәйкес, «сынап» литвалық ритумен байланысты - мен домалаймын, айналдырамын, ол үнді-еуропалық рет (х) - жүгіру, домалату сөзінен шыққан. Литва мен орыс тілі бір-бірімен тығыз байланыста болды, 14 ғасырдың 2-жартысында Литва Ұлы Герцогтігінде орыс тілі іс жүргізу тілі болды, сонымен қатар Литваның алғашқы жазба ескерткіштерінің тілі болды.

Көміртек

Халықаралық атау латынның carbo – көмір сөзінен шыққан, ежелгі кар – от түбірімен байланысты. Латын тіліндегі кремаредегі дәл сол түбір күйіп қалу, орыс тілінде «күйіп кету», «ыстық», «күйіп қалу» (ескі орыс тілінде «угорати» - күйіп қалу, күйдіру) болуы мүмкін. Демек, «көмір». Бұл жерде оттық пен украиндық қазан ойынын да еске түсірейік.

Мыс

Поляк миедзімен шыққан бір сөз, чех мед. Бұл сөздердің екі көзі бар – ежелгі неміс smida – металл (сондықтан неміс, ағылшын, голланд, швед және дат ұсталары – Шмид, смит, смид, смед) және грекше «металлон» – шахта, шахта. Сонымен мыс пен металл бірден екі қатарда туыс. Латын cuprum (басқа еуропалық атаулар осыдан шыққан) Кипр аралымен байланысты, онда қазірдің өзінде б.з.б. 3 ғасырда. мыс кеніштері болды және мыс балқытылды. Римдіктер мыс cyprium aes, Кипр металлы деп атады. Кейінгі латын тілінде cyprium cuprum болды. Көптеген элементтердің атаулары алынған жермен немесе минералмен байланысты.

Кадмий

Оны 1818 жылы неміс химигі және фармацеті Фридрих Штромейер мырыш карбонатында ашқан, одан дәрі-дәрмек фармацевтикалық фабрикада алынған. Грек сөзіКадмея ежелгі заманнан бері карбонатты мырыш кендері деп аталады. Бұл атау мифтік Кадмус (Кадмос) - грек мифологиясының кейіпкері, Еуропаның ағасы, Кадмей жерінің патшасы, Фивияның негізін қалаушы, айдаһардың жеңімпазы, оның тістерінен жауынгерлер шыққан. Мырыш минералын бірінші болып Кадмус тауып, рудаларын (мыс пен мырыш қорытпасы – жез) бірігіп балқыту кезінде оның мыстың түсін өзгертетін қасиетін адамдарға ашқандай болды. Кадмус атауы семиттік «Ка-дем» - Шығысқа барып тіреледі.

Кобальт

15 ғасырда Саксонияда бай күміс кендерінің арасынан болаттай жарқыраған ақ немесе сұр кристалдар табылды, олардан металды балқыту мүмкін болмады; олардың күміс немесе мыс кенімен қоспасы осы металдарды балқытуға кедергі келтірді. «Жаман» руданы кеншілер тау рухы Қоболды деп атаған. Сірә, бұл құрамында мышьяк бар кобальт минералдары - кобальтты CoAsS немесе скуттерудит, мақсары немесе смальтин кобальт сульфидтері. Оларды жағу кезінде ұшпа улы мышьяк оксиді бөлінеді. Бәлкім, зұлым рухтың атауы грекше «кобалос» - түтіннен басталады; ол мышьяк сульфидтері бар кендерді күйдіру кезінде түзіледі. Дәл осы сөзді гректер алдамшы деп атаған. 1735 жылы швед минералогы Георг Бранд осы минералдан бұрын белгісіз металды бөліп алып, оны кобальт деп атады. Ол сондай-ақ осы ерекше элементтің қосылыстары шыны көк түске айналатынын анықтады - бұл қасиет тіпті ежелгі Ассирия мен Вавилонда да қолданылған.

Никель

Атаудың шығу тегі кобальтқа ұқсас. Ортағасырлық кеншілер никельді зұлым тау рухы деп атаса, «Купферникель» (Kupfernickel, мыс шайтан) - жалған мыс. Бұл руда мысқа ұқсайтын және шыны жасауда әйнекті бояу үшін пайдаланылған жасыл түс. Бірақ одан ешкім мыс ала алмады - ол жоқ. Бұл кен – никельдің мыс-қызыл кристалдары (қызыл никель колчеданы NiAs) 1751 жылы швед минералогы Аксель Кронштедтпен зерттеліп, одан жаңа металды бөліп алып, оны никель деп атады.

Ниобий және тантал

1801 жылы ағылшын химигі Чарльз Хэтчет Британ мұражайында сақталған қара минералды талдап, 1635 жылы қазіргі Массачусетс, АҚШ жерінен табылған. Хэтчет минералдың құрамында белгісіз элементтің оксидін тапты, оны Колумбия деп атады - ол табылған елдің құрметіне (ол кезде Америка Құрама Штаттарында әлі қалыптасқан атауы жоқ еді, және көбісі оны Колумбия деп атады. материкті ашушы). Минерал колумбит деп аталды. 1802 жылы швед химигі Андерс Экеберг колумбиттен басқа оксидті бөліп алды, ол ешбір қышқылда ерігісі келмейтін (сол кезде олар айтқандай, қаныққан болуы керек). Сол кездегі химиядағы «заң шығарушы» швед химигі Йене Якоб Берцелиус осы оксидтің құрамындағы металды тантал деп атауды ұсынды. Тантал - батыр ежелгі грек мифтері; заңсыз әрекетінің жазасы ретінде жеміс-жидектері бар бұтақтар сүйеніп тұрған суда мойнына дейін тік тұрды, бірақ ол не іше алмады, не тоймайды. Сол сияқты танталды қышқылға «қанықтыру» мүмкін емес еді - ол тантал суы сияқты одан шығып кетті. Қасиеттері бойынша бұл элементтің Колумбияға ұқсас болғаны сонша, көп уақыт бойы Колумбия мен тантал бірдей немесе әлі де әртүрлі элементтер екендігі туралы даулар болды. 1845 жылға дейін неміс химигі Генрих Роуз бірнеше пайдалы қазбаларды, соның ішінде Бавариядан келген колумбитті талдау арқылы дауды шешті. Ол шын мәнінде ұқсас қасиеттері бар екі элемент бар екенін анықтады. Хатчет Колумбиясы олардың қоспасы болып шықты, ал колумбиттің (дәлірек айтқанда, мангоколумбит) формуласы (Fe, Mn) (Nb, Ta) 2O6. Розе екінші элементті Ниобий деп атады, оны Танталдың қызы Ниобе деп атады. Дегенмен, 20 ғасырдың ортасына дейін Cb символы химиялық элементтердің американдық кестелерінде қалды: онда ол ниобийдің орнында тұрды. Ал Хэтчеттің есімі минералды хатчиттің атымен мәңгілікке қалды.

Прометий

Ол неодим мен самарийдің арасында орын алуы керек болған сирек жер элементін іздеуде әртүрлі минералдардан бірнеше рет «ашылған». Бірақ бұл жаңалықтардың бәрі жалған болып шықты. Алғаш рет лантанидтер тізбегіндегі жетіспейтін буынды 1947 жылы американдық зерттеушілер Дж.Маринский, Л.Гленденин және К.Кориелл ашты, олар уранның бөліну өнімдерін ядролық реакторда хроматографиялық жолмен бөлді. Кориелланың әйелі табылған элементті құдайлардан отты ұрлап, адамдарға берген Прометейдің атымен прометий деп атауды ұсынды. Бұл ядролық «өрт» құрамындағы зор күшке баса назар аударды. Зерттеушінің әйелі дұрыс айтты.

Торий

1828 жылы Ю.Я. Берцелиус өзіне Норвегиядан жіберілген сирек кездесетін минералдан жаңа элемент қосындысын тапты, оны ескі Норвег құдайы Тордың құрметіне торий деп атады. Рас, Берцелиус бұл атауды 1815 жылы Швециядан басқа минералдан торийді қателесіп «ашқанда» ойлап тапты. Бұл зерттеушінің өзі ашты деген элементті (1825 жылы Берцелийде бұрын иттрий фосфаты болғаны белгілі болған кезде) «жабатын» сирек жағдай болды. Жаңа минералды торит деп атады, ол торий силикаты ThSiO4 болды. Торий – радиоактивті; оның жартылай ыдырау периоды 14 миллиард жыл, Соңғы өнімыдырау – қорғасын. Торий минералындағы қорғасынның мөлшерін оның жасын анықтауға болады. Осылайша, Вирджинияда табылған минералдардың бірінің жасы 1,08 миллиард жыл болып шықты.

Титан

Бұл элементті неміс химигі Мартин Клапрот ашқан деген болжам бар. 1795 жылы ол титан деп атаған рутил минералынан белгісіз металдың оксидін ашты. Титандар – ежелгі грек мифологиясында Олимпиялық құдайлармен соғысқан алыптар. Екі жылдан кейін 1791 жылы ағылшын химигі Уильям Грегор ильменит минералында (FeTiO3) ашқан «менакин» элементі Клапрот титанымен бірдей екені белгілі болды.

Ванадий

1830 жылы швед химигі Нилс Сефстрем домна пешінің шлактарынан ашқан. Скандинавияның сұлулық құдайы Ванадис немесе Ванадистің атымен аталған. Бұл жағдайда ванадийдің бұрын, тіпті бірнеше рет - 1801 жылы мексикалық минералог Андре Мануэль дель Рио мен неміс химигі Фридрих Вёлер Сефстром ашылғанға дейін ашылғаны белгілі болды. Бірақ дель Рио өзінің ашылуынан бас тартып, хроммен айналысады деп шешті, ал Вёлер ауруға байланысты жұмысын аяқтауға мүмкіндік бермеді.

уран, нептуний, плутоний

1781 жылы ағылшын астрономы Уильям Гершель жаңа планетаны ашты, ол Уран деп аталды - ежелгі грек аспан құдайы Уран, Зевстің атасы. 1789 жылы М.Клапрот шайыр қоспасы минералынан қара ауыр затты бөліп алды, оны металл деп қателесті және алхимиктердің дәстүрі бойынша оның атауын соңғы уақытта «байлады». ашық планета. Және ол шайыр қоспасының атын уран шайырына өзгертті (оның көмегімен Кюрилер жұмыс істеді). Тек 52 жылдан кейін Клапрот уранның өзін емес, оның оксиді UO2 алғаны белгілі болды.

1846 жылы астрономдар француз астрономы Ле Верриер болжаған жаңа планетаны тапты. Ол Нептун деп аталды - су асты патшалығының ежелгі грек құдайының құрметіне. 1850 жылы Еуропаға Америка Құрама Штаттарынан әкелінген минералда жаңа металл табылған кезде, астрономдардың ашқан әсерінен оны нептуний деп атау ұсынылды. Бірақ көп ұзамай оның бұрын ашылған ниобий екені белгілі болды. «Нептуний» туралы нейтрондармен уран сәулелену өнімдерінде жаңа элемент ашылғанға дейін ғасырға жуық уақыт ұмытылды. Нептун Күн жүйесінде Уранның соңынан еретіні сияқты, элементтер кестесінде ураннан (No92) кейін нептуний (No93) пайда болды.

1930 жылы американдық астроном Ловелл болжаған күн жүйесінің тоғызыншы планетасы ашылды. Ол Плутон деп аталды - жер асты әлемінің ежелгі грек құдайының құрметіне. Сондықтан келесі элементті нептуний плутоний деп атау қисынды болды; ол 1940 жылы уранды дейтерий ядроларымен бомбалау нәтижесінде алынған.

Гелий

Әдетте Янсен мен Локьер оны 1868 жылы күннің толық тұтылуын бақылай отырып, спектрлік әдіспен ашты деп жазылған. Шындығында, бәрі оңай болған жоқ. Француз физигі Пьер Жюль Янсен 1868 жылы 18 тамызда Үндістанда бақылаған Күннің тұтылуы аяқталғаннан кейін бірнеше минут өткен соң, ол алғаш рет күн сәулелерінің спектрін көре алды. Осыған ұқсас бақылауларды ағылшын астрономы Джозеф Норман Локиер сол жылдың 20 қазанында Лондонда жүргізіп, оның әдісі күн атмосферасын тұтылмайтын уақытта зерттеуге мүмкіндік беретінін баса айтты. Күн атмосферасының жаңа зерттеулері үлкен әсер қалдырды: осы оқиғаның құрметіне Париж Ғылым академиясы ғалымдардың профильдері бар алтын медаль соғу туралы жарлық шығарды. Бұл ретте ешқандай жаңа элемент туралы әңгіме болған жоқ.

Сол жылдың 13 қарашасында итальяндық астроном Анджело Секки натрийдің белгілі сары D-сызығына жақын күн спектріндегі «керемет сызыққа» назар аударды. Ол бұл сызықты экстремалды жағдайларда сутегі шығарады деп ұсынды. 1871 жылдың қаңтарында ғана Локиер бұл жолдың жаңа элементке жатуы мүмкін екенін айтты. Алғаш рет «гелий» сөзін сол жылдың шілдесінде Британдық ғылымды дамыту қауымдастығының президенті Уильям Томсон сөйлеген сөзінде айтты. Бұл атау ежелгі грек күн құдайы Гелиостың атымен берілген. 1895 жылы ағылшын химигі Уильям Рэмсей уран минералының клевитінен бөлінген белгісіз газды қышқылмен өңдеу кезінде жинап алып, Локьердің көмегімен спектрлік әдіспен зерттеді. Нәтижесінде Жерде «күн» элементі де табылды.

Цинк

«Мырыш» сөзін орыс тіліне М.В. Ломоносов - неміс цинкінен. Бұл, бәлкім, ежелгі германдық тинкадан шыққан - ақ, шын мәнінде, ең көп таралған мырыш препараты - ZnO оксиді (алхимиктердің «философиялық жүні») ақ түсті.

Фосфор

1669 жылы гамбургтік алхимик Хеннинг Бранд фосфордың ақ модификациясын ашқанда, оның қараңғыда жарқырауына таң қалды (шын мәнінде, фосфор емес, атмосфералық оттегімен тотыққанда оның булары жарқырайды). Жаңа зат аталды, ол грек тілінен аударғанда «жарық тасушы» дегенді білдіреді. Демек, «бағдаршам» лингвистикалық тұрғыдан «Люсифермен» бірдей. Айтпақшы, гректер Фосфорды таңғы Венера деп атаған, ол күннің шығуын болжаған.

Мышьяк

Орысша атауы, ең алдымен, тышқандарды уландыратын уланумен байланысты, сұр мышьяк түсі тышқанға ұқсайды. Латын arsenicum грекше «arsenikos» - еркекке қайта оралады, бәлкім, осы элемент қосылыстарының күшті әрекетіне байланысты. Олардың не үшін пайдаланылғаны көркем әдебиеттің арқасында бәрі біледі.

Сурьма

Химияда бұл элементтің үш атауы бар. Орыс сөзі«Сүрьме» түрікше «сүрме» деген сөзден шыққан – ертеде қасты ысқылау немесе қаралау, осы мақсатта жұқа ұнтақталған қара сурьма сульфиді Sb2S3 қызмет еткен («Сен ораза ұста, қасыңды сүрме.» - М. Цветаева). Элементтің латынша атауы (stibium) грек тілінен шыққан «стиби» - көз контурлағышы мен көз ауруларын емдеуге арналған косметикалық өнім. Сурьма қышқылының тұздары антимонит деп аталады, бұл атау гректің «антемонымен» байланысты болуы мүмкін - гүлге ұқсайтын сурьма жылтырының ине тәрізді кристалдарының өсінділері Sb2S2.

Висмут

Бұл, бәлкім, бұрмаланған неміс «weisse Masse» - ақ масса ежелден бері қызыл түсті висмуттың ақ түйіршіктері белгілі. Айтпақшы, Батыс Еуропа тілдерінде (неміс тілінен басқа) элементтің атауы «b» (висмут) әрпінен басталады. Латынның «б» әрпін орысша «v»-ге ауыстыру – Абель – Абыл, Василий – Василий, насыбайгүл – насыбайгүл, Барбара – Барбара, варварлық – варварлық, Бенджамин – Бенджамин, Варфоломей – Варфоломей, Вавилон – Вавилон, Византия – Византия. , Ливан – Ливан, Ливия – Ливия, Баал – Баал, алфавит – әліпби... Мүмкін аудармашылар грек «бета» орысша «in» деп есептеген шығар.

Әлемдегі химиялық элементтердің пайда болуы

Жер бетінде химиялық элементтердің пайда болуы

Бәрі біледі химиялық элементтердің периодтық жүйесі - кесте Менделеев . Онда көптеген элементтер бар және физиктер көбірек ауыр трансуран жасау үшін үздіксіз жұмыс істейді. элементтері . Ядролық физикада осы ядролардың тұрақтылығына байланысты көптеген қызықты нәрселер бар. Тұрақтылық аралдарының барлық түрлері бар және сәйкес үдеткіштерде жұмыс істейтін адамдар жасауға тырысады химиялық элементтері өте үлкен атомдық сандармен. Бірақ бұлардың бәрі элементтері өте қысқа өмір сүріңіз. Яғни, мұның бірнеше ядросын жасауға болады элемент , бір нәрсені зерттеп, оны шынымен синтездегеніңізді және оны ашқаныңызды дәлелдеуге уақытыңыз бар элемент . Оған ат қою құқығын алыңыз, мүмкін Нобель сыйлығы. Бірақ бұлардың табиғатында химиялық элементтер олай емес сияқты, бірақ іс жүзінде олар кейбір процестерде пайда болуы мүмкін. Бірақ мүлдем болымсыз мөлшерде және қысқа мерзімде ыдырайды. Сондықтан, в Ғалам , негізінен көреміз элементтері уран мен шақпақтан басталады.

Ғаламның эволюциясы

Бірақ Ғалам біздікі дамып келеді. Жалпы, сіз қандай да бір жаһандық өзгерістер туралы идеяға келе салысымен, сіз айналаңызда көрген барлық нәрсе, бір мағынада, өлімге айналады деген ойға еріксіз келеді. Ал егер адамдар, жануарлар және заттар мағынасында біз бұған қалай да бас иетін болсақ, онда кейде келесі қадамға бару оғаш болып көрінеді. Мысалы, су әрқашан су немесе темір әрқашан темір ме?! Жауап жоқ, өйткені ол дамиды Ғалам жалпы және бір кездері, әрине, мысалы, жер болмаған және оның барлық құрамдас бөліктері күн жүйесі пайда болған қандай да бір тұмандықтың үстіне шашыраңқы болған. Одан әрі артқа бару керек және бір кездері тек Менделеев пен оның периодтық жүйесі ғана емес, оның құрамына элементтер де кірмегені белгілі болады. Біздің Ғалам өте ыстық, өте тығыз күйден өткеннен кейін дүниеге келген. Ал ыстық және тығыз болған кезде барлық күрделі құрылымдар бұзылады. Сонымен, өте ерте тарихта Ғалам бізге таныс тұрақты заттар болған жоқ, тіпті элементар бөлшектер.

Әлемдегі жеңіл химиялық элементтердің пайда болуы

Химиялық элемент – сутектің түзілуі

ретінде Ғалам кеңейді , салқындап, тығыздығы азаяды, кейбір бөлшектер пайда болды. Шамамен айтқанда, бөлшектің әрбір массасына энергияны формула бойынша салыстыруға болады E=mc 2 . Біз әрбір энергияға температураны тағайындай аламыз және температура осы критикалық энергиядан төмен түскенде, бөлшек тұрақты болып, өмір сүре алады.
Сәйкесінше Ғалам кеңейіп жатыр , салқындатылады және табиғи түрде периодтық кестеден бірінші пайда болады сутегі . Өйткені бұл жай ғана протон. Яғни, протондар пайда болды және біз мұны айта аламыз сутегі . Осы мағынада Ғалам қосулы 100% сутектен, плюс қара материядан, плюс қараңғы энергиядан және көптеген радиациядан тұрады. Бірақ қарапайым материядан тек бар сутегі . Пайда протондар , пайда бола бастайды нейтрондар . Нейтрондар сәл қиынырақ протондар және бұл әкеледі нейтрондар сәл азырақ көрінеді. Баста кейбір уақытша факторлардың болуы үшін біз өмірдің екінші секундының алғашқы бөліктері туралы айтып отырмыз Ғалам .

«Алғашқы үш минут»
Пайда болды протондар Және нейтрондар ыстық және тығыз болып көрінеді. Және бірге протон Және нейтрон жұлдыздардың ішектеріндегі сияқты термоядролық реакцияларды бастауға болады. Бірақ шын мәнінде, ол әлі де тым ыстық және тығыз. Сондықтан өмірдің алғашқы секундтарынан бастап біраз және бір жерде күту керек Ғалам және алғашқы минуттарға дейін. деп аталатын Вайнбергтің кітабы бар «Алғашқы үш минут»және ол өмірдің осы кезеңіне арналған Ғалам .

Химиялық элементтің шығу тегі – гелий

Алғашқы минуттарда термоядролық реакциялар жүре бастайды, өйткені барлығы Ғалам жұлдыздың ішектеріне ұқсас және термоядролық реакциялар жүруі мүмкін. қалыптаса бастайды сутегі изотоптары – дейтерий және сәйкесінше тритий . Ауырлары қалыптаса бастайды. химиялық элементтер – гелий . Бірақ одан әрі қозғалу қиын, өйткені бөлшектер саны тұрақты ядролар 5 Және 8 Жоқ. Және бұл өте күрделі штепсель болып шығады.
Сізде Lego бөліктеріне толы бөлме бар екенін елестетіп көріңіз және сізге жүгіріп, құрылымдарды жинау керек. Бірақ бөлшектер шашырап кетеді немесе бөлме кеңейеді, яғни бәрі қалай болса да қозғалады. Сізге бөлшектерді жинау қиын, сонымен қатар, мысалы, сіз екі бүктедіңіз, содан кейін тағы екі бүктедіңіз. Бірақ бесіншісін жабыстыру жұмыс істемейді. Міне, өмірдің алғашқы минуттарында Ғалам , негізінен, тек қалыптастыруға уақыт бар гелий , азғана литий , азғана дейтерий қалады. Бұл реакцияларда жай күйіп кетеді, бірдей айналады гелий .
Демек, бұл негізінен Ғалам құралған көрінеді сутегі Және гелий , өмірінің алғашқы минуттарынан кейін. Оның үстіне мүлде емес көп санысәл ауыр элементтер. Міне, осылайша периодтық жүйенің қалыптасуының бастапқы кезеңі аяқталды. Ал алғашқы жұлдыздар пайда болғанша үзіліс болады. Жұлдыздарда қайтадан ыстық және тығыз болып шығады. Жалғастыру үшін жағдай жасалуда термоядролық синтез . Ал жұлдыздар өмірінің көп бөлігін біріктірумен айналысады гелий бастап сутегі . Яғни, бұл әлі де алғашқы екі элементі бар ойын. Сондықтан жұлдыздардың болуына байланысты сутегі кішірейе түсуде гелийүлкейіп келеді. Бірақ көп жағдайда құрамындағы зат екенін түсіну маңызды Ғалам жұлдыздарда жоқ. Көбінесе қарапайым заттар барлық жерде шашыраңқы Ғалам ыстық газ бұлттарында, галактика шоғырларында, шоғырлар арасындағы жіптерде. Және бұл газ ешқашан жұлдызға айналмауы мүмкін, яғни бұл мағынада Ғалам негізінен тұратын әлі де қалады сутегі Және гелий . Егер біз кәдімгі зат туралы айтатын болсақ, бірақ осы фонға қарамастан, пайыздық деңгейде жеңіл химиялық элементтердің мөлшері төмендейді, ал ауыр элементтердің мөлшері өсуде.

Жұлдыздық нуклеосинтез

Сонымен түпнұсқа дәуірінен кейін нуклеосинтез , жұлдыздар дәуірі нуклеосинтез бұл күні бүгінге дейін жалғасуда. Жұлдызда, басында сутегі айналады гелий . Егер шарттар рұқсат етсе, ал шарттар температура мен тығыздық болса, онда келесі реакциялар жүреді. Периодтық кесте бойынша неғұрлым ұзақ жылжысақ, бұл реакцияларды бастау қиынырақ, соғұрлым көп экстремалды жағдайларқажет. Шарттар жұлдызда өздігінен жасалады. Жұлдыз өзіне басады, оның гравитациялық энергиясы онымен теңестіріледі ішкі энергиягаз қысымы мен зерттеуге байланысты. Тиісінше, жұлдыз неғұрлым ауыр болса, соғұрлым ол өзін қысып, орталықта жоғары температура мен тығыздыққа ие болады. Және келесілер болуы мүмкін атомдық реакциялар .

Жұлдыздар мен галактикалардың химиялық эволюциясы

Біріктірілгеннен кейін Күнде гелий , келесі реакция басталады, ол қалыптасады көміртек Және оттегі . Әрі қарайғы реакциялар жүрмейді және Күн оттегі-көміртекке айналады ақ ергежейлі . Бірақ сонымен бірге синтез реакциясында байытылған Күннің сыртқы қабаттары лақтырылады. Күн планетарлық тұмандыққа айналады, сыртқы қабаттар ұшады. Көбінесе лақтырылған заттар жұлдызаралық ортаның затымен араласқаннан кейін жұлдыздардың келесі ұрпағына енуі мүмкін. Демек, жұлдыздар осындай эволюцияға ие. Химиялық эволюция бар галактикалар , пайда болған әрбір кезекті жұлдыз, орташа алғанда, көбірек ауыр элементтерді қамтиды. Сондықтан таза жұлдыздардан пайда болған ең алғашқы жұлдыздар сутегі Және гелий , оларда, мысалы, тас планеталар болуы мүмкін емес. Өйткені олардан ешнәрсе жоқ еді. Алғашқы жұлдыздардың эволюциясының циклі өтуі керек болды және бұл жерде массивтік жұлдыздардың ең жылдам дамуы маңызды.

Әлемдегі ауыр химиялық элементтердің пайда болуы

Химиялық элементтің шығу тегі – темір

күн және оның толық уақытдерлік өмір 12 млрд жылдар. Ал массивтік жұлдыздар аз ғана өмір сүреді миллион жылдар. Олар реакциялар әкеледі без , және өмірінің соңында жарылып кетеді. Жарылыс кезінде, ең ішкі ядродан басқа, барлық заттар лақтырылады, сондықтан табиғи түрде көп мөлшерде шығарылады және сутегі , ол сыртқы қабаттарда қайта өңделмей қалды. Бірақ үлкен сома лақтырылғаны маңызды оттегі , кремний , магний , бұл жеткілікті ауыр химиялық элементтер , жетуге аз ғана уақыт қалды без және оған қатыстылар никель Және кобальт . Өте ерекшеленген элементтер. Мектеп кезінен мына сурет есте қалған шығар: сан химиялық элемент және синтез немесе ыдырау реакциялары кезінде энергияның бөлінуі және сонда мұндай максимум алынады. ЖӘНЕ темір, никель, кобальт ең жоғарғы жағында. Бұл құлдырау дегенді білдіреді ауыр химиялық элементтер дейін пайдалы без , өкпеден синтездеу темірге де пайдалы. Қосымша энергия жұмсау керек. Тиісінше, біз сутегі жағынан, жеңіл элементтер жағынан қозғаламыз, ал жұлдыздардағы термоядролық синтез реакциясы темірге жетуі мүмкін. Олар энергияның бөлінуімен бірге жүруі керек.
Үлкен жұлдыз жарылғанда, темір әдетте тастамайды. Ол орталық ядрода қалады және айналады нейтрондық жұлдыз немесе қара тесік . Бірақ лақтырып тастайды темірден ауыр химиялық элементтер . Темір басқа жарылыстарда тасталады. Ақ гномдар жарылып кетуі мүмкін, мысалы, Күннен қалады. Өздігінен ақ ергежейлі өте тұрақты нысан. Бірақ ол осы тұрақтылықты жоғалтқанда шекті массаға ие болады. Біріктіру реакциясы басталады көміртек .

супернованың жарылысы
Ал кәдімгі жұлдыз болса, бұл өте тұрақты объект. Сіз оны орталықта аздап қыздырдыңыз, ол бұған әрекет етеді, ол кеңейеді. Орталықта температура төмендеп, бәрі өздігінен реттеледі. Қалай жылытса да, салқындатса да. Ал міне ақ ергежейлі мұны істей алмайды. Сіз реакция тудырдыңыз, ол кеңейгісі келеді, бірақ ол мүмкін емес. Сондықтан термоядролық реакция ақ ергежейлі түгелдей тез жабады және ол толығымен жарылып кетеді. Бұл белгілі болды 1А типті супернованың жарылысы және бұл өте жақсы өте маңызды супернова. Олар оны ашуға мүмкіндік берді. Бірақ ең бастысы, бұл жарылыс кезінде ергежейлі толығымен жойылады және көп без . Барлық бездер төңірегінде, барлық шегелер, жаңғақтар, балталар және ішіміздегі барлық темір бар, сіз саусағыңызды шаншып, оған қарап немесе дәмін татуға болады. Демек, бәрі осы темір ақ ергежейлілерден алынған.

Ауыр химиялық элементтердің шығу тегі

Бірақ одан да ауыр элементтер бар. Олар қай жерде синтезделеді? Ұзақ уақыт бойы синтездің негізгі орны көбірек деп есептелді ауыр элементтер , Бұл супернованың жарылыстары массивтік жұлдыздармен байланысты. Жарылыс кезінде, яғни қосымша энергия көп болған кезде, барлық қосымша түрлері болған кезде нейтрондар , энергетикалық жағынан қолайсыз реакцияларды жүргізуге болады. Жағдайлар осылай дамыды және бұл кеңейетін затта жеткілікті синтездейтін реакциялар орын алуы мүмкін. ауыр химиялық элементтер . Және олар шынымен барады. Көптеген химиялық элементтер , темірден ауыр, осылай түзіледі.
Сонымен қатар, тіпті жарылмайтын жұлдыздар да эволюциясының белгілі бір кезеңінде, олар айналған кезде қызыл алыптар синтездей алады ауыр элементтер . Оларда термоядролық реакциялар жүреді, нәтижесінде аздап бос нейтрондар түзіледі. Нейтрон , бұл мағынада өте жақсы бөлшек, оның заряды болмағандықтан, ол атом ядросына оңай енеді. Ал ядроға еніп, нейтрон айнала алады протон . Тиісінше, элемент келесі ұяшыққа өтеді мерзімді кесте . Бұл процесс біршама баяу. деп аталады s-процесі , баяу сөзінен - баяу. Бірақ бұл өте тиімді және көп химиялық элементтер осылайша қызыл алыптарда синтезделеді. Ал суперновалар барады r-процесс , яғни жылдам. Қаншалықты, бәрі өте қысқа уақытта болады.
Жақында басқасы бар екені белгілі болды жақсы жербайланысты емес r-процесі үшін супернованың жарылысы . Тағы бір өте қызықты құбылыс бар - екі нейтрондық жұлдыздың қосылуы. Жұлдыздар жұп болып туылғанды жақсы көреді, ал массивтік жұлдыздар, көбінесе, жұп болып туады. 80-90% массивтік жұлдыздар дүниеге келеді қос жүйелер. Эволюция нәтижесінде қосарлар жойылуы мүмкін, бірақ кейбіреулері соңына жетеді. Ал егер бізде жүйеде болса 2 массивтік жұлдыздар, біз екі нейтрондық жұлдыз жүйесін ала аламыз. Осыдан кейін олар гравитациялық толқындардың шығуына байланысты жақындап, ақырында біріктіріледі.
Сіз өлшемді объектіні алып жатырсыз деп елестетіңіз 20 км Күннің бір жарым массасы массасымен және дерлік жарық жылдамдығы , оны басқа ұқсас нысанға тастаңыз. Тіпті қарапайым формуламен кинетикалық энергия болады (мв 2)/2 . Егер сияқты м ауыстырып айтасыз 2 күннің массасы сияқты v үшіншісін қойыңыз жарық жылдамдығы , сіз есептеп, толығымен ала аласыз фантастикалық энергия . Ол сондай-ақ гравитациялық толқындар түрінде шығарылады, ең алдымен қондырғыда LIGO мұндай оқиғаларды қазірдің өзінде көріп жүрміз, бірақ біз бұл туралы әлі білмейміз. Бірақ сонымен бірге нақты объектілер соқтығысқандықтан, шынымен жарылыс болады. Ішінде көп энергия бөлінеді гамма диапазоны , В рентген диапазон. Жалпы алғанда, бұл энергияның барлық диапазондары мен бір бөлігі кетеді химиялық элементтердің синтезі .

Химиялық элементтің шығу тегі – алтын

Алтынның химиялық элементінің шығу тегі
Ал қазіргі заманғы есептеулер, олар ақырында бақылаулармен расталады, мысалы, алтын осындай реакцияларда туады. Екі нейтрондық жұлдыздың қосылуы сияқты экзотикалық процесс шынымен де экзотикалық. Тіпті мұндайда үлкен жүйебіздікі сияқты Галактика , бір уақытта пайда болады 20-30 мыңдаған жылдар. Бұл өте сирек болып көрінеді, бірақ бір нәрсені синтездеу үшін жеткілікті. Ал, немесе керісінше, бұл өте сирек болады деп айта аламыз, сондықтан алтын сирек және қымбат. Жалпы, көп екені анық химиялық элементтер өте сирек кездеседі, дегенмен олар біз үшін жиі маңыздырақ. Смартфондарда қолданылатын сирек жер металдарының барлық түрлері бар, және қазіргі адамсмартфонсыз болғанша, алтынсыз істегенді жөн көреді. Бұл элементтердің барлығы аз, өйткені олар сирек кездесетін астрофизикалық процестерде туады. Көбінесе бұл процестердің бәрі жұлдыздармен, олардың азды-көпті тыныш эволюциясымен, бірақ кеш кезеңдерімен, массивтік жұлдыздардың жарылыстарымен, жарылыстармен байланысты. ақ ергежейлілер немесе мемлекеттер нейтрондық жұлдыздар .

Әлемдегі химиялық элементтердің пайда болу процесі Әлемнің эволюциясымен тығыз байланысты. Біз «Үлкен жарылыс» жанында жүріп жатқан процестермен бұрыннан таныс болдық, элементар бөлшектердің «бастапқы сорпасында» болған процестердің кейбір бөлшектерін білеміз. Д.И.Менделеев кестесінің басында тұрған химиялық элементтердің алғашқы атомдары (сутегі, дейтерий, гелий) Әлемде жұлдыздардың бірінші ұрпағы пайда болғанға дейін-ақ қалыптаса бастады. Ол жұлдыздарда болды, олардың тереңдігі қайтадан жылыды (Үлкен жарылыстан кейін Әлемнің температурасы тез төмендей бастады) миллиардтаған градусқа дейін және гелийден кейінгі химиялық элементтердің ядролары пайда болды. Жұлдыздардың химиялық элементтердің көздері, генераторлары ретіндегі маңыздылығын ескере отырып, біз кейбір кезеңдерді қарастырамыз жұлдыз эволюциясы. Жұлдыздардың пайда болу механизмдерін және жұлдыздардың эволюциясын түсінбей, ауыр элементтердің пайда болу процесін елестету мүмкін емес, оларсыз, сайып келгенде, өмір пайда болмас еді. Ғаламдағы жұлдыздарсыз сутегі-гелий плазмасы мәңгі өмір сүрер еді, онда өмірді ұйымдастыру мүмкін емес (бұл құбылысты түсінудің қазіргі деңгейінде).

Бұрын біз жүздеген парсектерге созылатын заманауи космологияның үш бақылау фактісін немесе сынақтарын атап өттік, енді төртіншісі - ғарышта жеңіл химиялық элементтердің көптігін атап өтеміз. Алғашқы үш минутта жарық элементтерінің пайда болуын және олардың қазіргі Әлемдегі көптігін алғаш рет 1946 жылы көрнекті ғалымдардың халықаралық үштігі: американдық Альфер, неміс Ганс Бете және ресейлік Георгий Гамов есептегенін атап өткен жөн. Содан бері физиктер атом және ядролық физика, Ерте Әлемдегі жарық элементтерінің пайда болуын және олардың бүгінгі күні көптігін бірнеше рет есептеді. Мұны даулауға болады стандартты үлгінуклеосинтез бақылаулармен жақсы дәлелденген.

Жұлдыздардың эволюциясы. Әлемнің негізгі объектілері - жұлдыздардың пайда болу және эволюциялық механизмі ең көп зерттелген. Мұнда ғалымдарға дамудың әртүрлі кезеңдерінде - туғаннан өлгенге дейін, соның ішінде көптеген «жұлдыздық бірлестіктер» деп аталатын жұлдыздардың бір мезгілде туатын топтарын бақылау мүмкіндігі көмектесті. Теориялық сипаттауға және компьютерлік модельдеуге өте сәтті болатын жұлдыз құрылымының салыстырмалы «қарапайымдылығы» да көмектесті.

Жұлдыздар газ бұлттарынан түзіледі, олар белгілі бір жағдайларда жеке ауырлық күшінің әсерінен одан әрі сығылатын бөлек «түйінділерге» бөлінеді. Өзінің ауырлық күшінің әсерінен газдың қысылуы қысымның жоғарылауымен болдырмайды. Адиабаталық қысу кезінде температура да жоғарылауы керек - гравитациялық байланыс энергиясы жылу түрінде шығарылады. Бұлт сирек болғанша, барлық жылу радиациямен оңай кетеді, бірақ конденсацияның тығыз өзегінде жылуды жою қиынға соғады және ол тез қызады. Қысымның сәйкес артуы ядроның қысылуын бәсеңдетеді және ол тек туған жұлдызға түсуін жалғастыратын газдың арқасында жалғасады. Масса ұлғайған сайын орталықтағы қысым мен температура артады, ақырында соңғысы 10 миллион Кельвин мәніне жеткенше. Осы кезде жұлдыздың ортасында сутекті гелийге айналдыратын ядролық реакциялар басталады, ол жұлдыздың массасына байланысты жаңадан пайда болған жұлдыздың стационарлық күйін миллиондаған, миллиардтаған немесе ондаған миллиард жылдар бойы сақтайды.

Жұлдыз үлкен термоядролық реакторға айналады, онда жалпы алғанда, адам тек бақыланбайтын нұсқада - сутегі бомбасында орындауды үйренген реакция тұрақты және тұрақты түрде жүреді. Реакция кезінде бөлінетін жылу жұлдызды тұрақтандырады, ішкі қысымды сақтайды және оның одан әрі жиырылуын болдырмайды. Реакцияның шамалы кездейсоқ ұлғаюы жұлдызды аздап «үлдіреді», ал тығыздықтың сәйкес төмендеуі қайтадан реакцияның әлсіреуіне және процестің тұрақтануына әкеледі. Жұлдыз дерлік тұрақты жарықтығымен «жанып тұрады».

Жұлдыздың температурасы мен сәулелену күші оның массасына байланысты және сызықты емес. Шамамен айтқанда, жұлдыздың массасы 10 есе артқанда, оның сәулелену күші 100 есе артады. Сондықтан массасы үлкенірек, ыстық жұлдыздар отын қорларын массасы аз жұлдыздарға қарағанда тезірек пайдаланады және салыстырмалы түрде қысқа өмір сүреді. Орталықта термоядролық реакциялардың басталуы үшін жеткілікті температураға әлі де жетуге болатын жұлдыз массасының төменгі шегі шамамен 0,06 күн. Жоғарғы шегі - шамамен 70 күн массасы. Тиісінше, ең әлсіз жұлдыздар Күннен бірнеше жүз есе әлсіз жарқырайды және біздің Ғаламның өмір сүрген уақытынан әлдеқайда ұзағырақ жүз миллиард жыл бойы жарқырайды. Жаппай ыстық жұлдыздар Күннен миллион есе күшті жарқырап, бірнеше миллион жыл ғана өмір сүре алады. Күннің тұрақты өмір сүру уақыты шамамен 10 миллиард жылды құрайды және осы кезеңнің жартысы осы уақытқа дейін өмір сүрді.

Жұлдыздың тұрақтылығы оның ішіндегі сутегінің едәуір бөлігі жанып кеткенде бұзылады. Сутегі жоқ гелий өзегі түзіліп, оның бетіндегі жұқа қабатта сутегінің жануы жалғасады. Бұл кезде ядро жиырылады, оның қысымы мен температурасының көтерілу орталығында, сонымен бірге сутегі жану қабатының үстінде орналасқан жұлдыздың жоғарғы қабаттары, керісінше, кеңейеді. Жұлдыздың диаметрі үлкейеді, ал орташа тығыздығы азаяды. Сәулелену бетінің ауданы ұлғаюына байланысты оның жалпы жарқырауы да баяу өседі, бірақ жұлдыздың бетінің температурасы төмендейді. Жұлдыз қызыл алыпқа айналады. Белгілі бір уақытта гелий ядросының ішіндегі температура мен қысым ауыр элементтердің синтезінің келесі реакцияларын бастау үшін жеткілікті - гелийден көміртегі мен оттегі, ал келесі кезеңде одан да ауыр. Жұлдыздың тереңдігінде сутегі мен гелийден көптеген элементтер түзілуі мүмкін. Периодтық жүйе, бірақ бір бөлшекке ең жоғары байланыс энергиясы бар темір тобының элементтеріне дейін ғана. Ауыр элементтер басқа сирек процестерде, атап айтқанда, суперновалар мен ішінара жаңа жұлдыздардың жарылыстарында түзіледі, сондықтан олар табиғатта аз.

Біз бір қарағанда қызықты, парадоксальды жағдайды атап өтеміз. Жұлдыздың ортасына жақын жерде сутегі жанып тұрғанда, ондағы температура гелий реакциясының шегіне дейін көтеріле алмайды. Ол үшін жану тоқтап, жұлдыздың өзегі салқындай бастауы керек! Жұлдыздың салқындатқыш ядросы жиырылады, бұл кезде гравитациялық өрістің күші артып, затты қыздыратын гравитациялық энергия бөлінеді. Өріс күшінің жоғарылауымен қысымның қысылуына төтеп беруі үшін жоғары температура қажет, ал гравитациялық энергия бұл температураны қамтамасыз ету үшін жеткілікті. Төмендету кезінде бізде осындай парадокс бар ғарыш кемесі: оны төменгі орбитаға ауыстыру үшін оны баяулату керек, бірақ сонымен бірге ол Жерге жақынырақ болып шығады, онда тартылыс күші күштірек және оның жылдамдығы артады. Салқындату температураны арттырады, ал тежеу жылдамдықты арттырады! Табиғат осындай көрінетін парадокстарға толы және «сауатты ойға» сену әрқашан мүмкін емес.

Гелийдің жануы басталғаннан кейін энергия шығыны өте көп жылдам, өйткені ауыр элементтермен барлық реакциялардың энергия шығымы сутегі жану реакциясына қарағанда әлдеқайда төмен және оған қоса, бұл кезеңдерде жұлдыздың жалпы жарқырауы айтарлықтай артады. Егер сутегі миллиардтаған жылдар бойы жанса, гелий миллиондаған жылдар бойы, ал қалған барлық элементтер мыңдаған жылдардан аспайды. Жұлдыздың ішкі бөлігіндегі барлық ядролық реакциялар сөніп қалса, оның гравитациялық жиырылуына ешнәрсе кедергі бола алмайды және ол апатты түрде тез жүреді (өздері айтқандай құлайды). Жоғарғы қабаттар центрге қарай еркін құлау үдеуімен құлайды (оның мәні өлшеусіз массалық айырмашылыққа байланысты жердің құлау үдеуінен көптеген дәрежелер бойынша асып түседі), үлкен гравитациялық энергияны шығарады. Зат қысылған. Оның бір бөлігі жоғары тығыздықтың жаңа күйіне өтіп, қалдық жұлдызды құрайды, ал бір бөлігі (әдетте үлкен) үлкен жылдамдықпен шағылысқан соққы толқыны түрінде ғарышқа лақтырылады. Супернованың жарылысы болады. (Гравитациялық энергиядан басқа, соққы толқынының кинетикалық энергиясы жұлдыздың сыртқы қабаттарында қалған сутегінің бір бөлігінің термоядролық күйіп кетуіне ықпал етеді, құлаған газ жұлдыз ядросының жанында сығылған кезде - жұлдыздың жарылысы. орасан зор «сутегі бомбасы» пайда болады).

Жұлдыз эволюциясының қай кезеңінде сығымдау тоқтайды және супернованың қалдығы қандай болады, бұл нұсқалардың барлығы оның массасына байланысты. Егер бұл масса 1,4 күн массасынан аз болса, ол ақ ергежейлі болады, тығыздығы 10 9 кг/м 3 жұлдыз, ішкі энергия көздерінсіз баяу салқындатылады. Ол азғындалған электрон газының қысымымен одан әрі қысылудан сақталады. Үлкен массамен (шамамен 2,5 күнге дейін) тығыздығы шамамен тең тығыздығы бар нейтрондық жұлдыз пайда болады (олардың болуын ұлы кеңес физигі, Нобель сыйлығының лауреаты Лев Ландау болжаған). атом ядросы. нейтрондық жұлдыздарпульсарлар деп аталатындар ашылды. Жұлдыздың бастапқы массасы одан да үлкен болған кезде қара тесік пайда болады - бақыланбайтын жиырылатын объект, оны ешбір зат, тіпті жарық та қалдыра алмайды. Дәл супернованың жарылыстары кезінде темірден ауыр элементтердің түзілуі орын алады, олар үшін көп бөлшектердің соқтығысуы жеткілікті ықтимал болуы үшін жоғары энергиялы бөлшектердің өте тығыз ағындары қажет. Бұл дүниедегі барлық заттар супернованың ұрпақтары, соның ішінде адамдар, өйткені біз құрайтын атомдар бір кездері супернованың жарылыстары кезінде пайда болған.

Осылайша, жұлдыздар - шашырауы күрделі құрылымдардың, соның ішінде тіршіліктің пайда болуына ықпал ететін жоғары сапалы энергияның қуатты көзі ғана емес, сонымен қатар бүкіл периодтық жүйе өндірілетін реакторлар - бұл құрылымдар үшін қажетті материал. Өмірін аяқтаған жұлдыздың жарылуы ғарышқа галактикалық газбен араласқан сутегі мен гелийден де ауыр әртүрлі элементтердің орасан зор мөлшерін тастайды. Ғаламның өмірінде көптеген жұлдыздар өмірін аяқтады. Бастапқы газдан пайда болған Күн және одан да көп масса сияқты барлық жұлдыздар өздерінің өмір сүру жолдарынан өтіп үлгерді. Енді Күн және оған ұқсас жұлдыздар ауыр элементтермен айтарлықтай байытылған екінші ұрпақтың (және үшінші болуы мүмкін) жұлдыздары болып табылады. Мұндай байыту болмаса, олардың айналасында планеталардың пайда болуы екіталай. жер түріжәне өмір.

Мұнда кейбір химиялық элементтердің Әлемдегі таралуы туралы ақпарат берілген:

Осы кестеден көріп отырғаныңыздай, сутегі мен гелий қазіргі кезде басым химиялық элементтер болып табылады (әрқайсысы 75% және 25% дерлік). Ауыр элементтердің салыстырмалы түрде аз мөлшері өмірдің пайда болуы үшін жеткілікті болып шықты (кем дегенде Ғалам аралдарының бірінде «қарапайым» жұлдыз, Күн - сары ергежейлі). Жоғарыда айтқанымызға қоса, ашық кеңістікте шын мәнінде элементар бөлшектердің, ең алдымен электрондар мен әртүрлі энергиялардың протондарының ағындары болып табылатын ғарыштық сәулелер бар екенін есте ұстауымыз керек. Жұлдызаралық кеңістіктің кейбір аудандарында жұлдыз аралық бұлттар деп аталатын жұлдызаралық заттардың шоғырлануының жоғарылаған жергілікті аймақтары бар. Жұлдыздың плазмалық құрамынан айырмашылығы, жұлдызаралық бұлттардың материясында молекулалар мен молекулалық иондар бар (бұл көптеген астрономиялық бақылаулар арқылы дәлелденеді). Мысалы, H 2 молекулалық сутегінің жұлдызаралық бұлттары ашылды және жұтылу спектрлерінде гидроксил ионы ОН, СО молекулалары, су молекулалары және т.б. сияқты қосылыстар өте жиі кездеседі.Қазір жұлдыз аралық бұлттарда кездесетін химиялық қосылыстардың саны жүзден асады. Сыртқы сәулеленудің әсерінен және онсыз әртүрлі химиялық реакциялар, көбінесе жұлдызаралық ортадағы ерекше жағдайларға байланысты Жерде жүзеге асыру мүмкін болмайтындай. Шамамен 5 миллиард жыл бұрын, біздің күн жүйесі, планеталардың пайда болуындағы бастапқы материал біз қазір басқа жұлдызаралық бұлттарда байқайтын бірдей қарапайым молекулалар болды. Басқаша айтқанда, жұлдыз аралық бұлттан басталған химиялық эволюция процесі кейін планеталарда жалғасты. Кейбір жұлдызаралық бұлттар қазір өте күрделі болғанымен органикалық молекулалар, бәлкім, химиялық эволюция тек планеталарда «тірі» материяның (яғни, өзін-өзі ұйымдастыру және тұқым қуалау механизмдері бар жасушалар) пайда болуына әкелді. Жұлдызаралық бұлттар көлеміндегі тіршілікті ұйымдастыруды елестету өте қиын.

Планетарлық химиялық эволюция.

Жердегі химиялық эволюция процесін қарастырайық. Жердің бірінші атмосферасында негізінен қарапайым сутегі қосылыстары H 2 , H 2 O, NH 3 , CH 4 болды. Сонымен қатар, атмосфера инертті газдарға, ең алдымен гелий мен неонға бай болды. Қазіргі уақытта жердегі асыл газдардың көптігі шамалы, бұл олардың бір кездері планетааралық кеңістікке диссонацияланғанын білдіреді. Біздің қазіргі атмосфера екінші ретті. Бірінші рет Химиялық құрамыатмосфераның бастапқыдан аз айырмашылығы болды. Гидросфера пайда болғаннан кейін аммиак NH 3 атмосферадан іс жүзінде жоғалып кетті, суда еріді, атомдық және молекулалық сутегі планетааралық кеңістікке шықты, атмосфера негізінен азотпен қанықтырды. Атмосфераның оттегімен қанығуы бірте-бірте болды, алдымен Күннің ультракүлгін сәулеленуімен су молекулаларының диссоциациялануына, содан кейін өсімдік фотосинтезі арқылы негізгі.

Кейбір болуы мүмкін органикалық заттарметеориттердің және, мүмкін, тіпті кометалардың құлауы кезінде Жерге әкелінді. Мысалы, кометалардың құрамында N, NH 3, CH 4, т.б қосылыстар бар. жер қыртысышамамен 4,5 миллиард жылға тең. Сондай-ақ 3,5 миллиард жыл бұрын жер атмосферасы оттегіге бай болғанын көрсететін геологиялық және геохимиялық деректер бар. Осылайша, Жердің бастапқы атмосферасы 1 миллиард жылдан аспады, ал өмір пайда болды, мүмкін одан да ертерек.

Енді мұның қалай болатынын көрсететін айтарлықтай тәжірибелік материал жинақталды қарапайым заттар, өйткені су, метан, аммиак, көміртек тотығы, аммоний және фосфат қосылыстары жасушаның құрылыс материалы болып табылатын жоғары ұйымдасқан құрылымдарға айналады. Американдық ғалымдар Келвин, Миллер және Урей бірқатар тәжірибелер жүргізді, нәтижесінде амин қышқылдарының бастапқы атмосферада қалай пайда болатыны көрсетілді. Ғалымдар Жердің бастапқы атмосферасының құрамын модельдейтін газдар қоспасын – метан CH 4 , молекулалық сутегі H 2 , аммиак NH 3 және су буы H 2 O құрды. Бұл қоспа арқылы электр разрядтары өтті, нәтижесінде газдардың бастапқы қоспасынан глицин, аланин және басқа да аминқышқылдары табылды. Бәлкім, Күн озонның болмауына байланысты атмосферада ұсталмайтын ультракүлгін сәулелерімен Жердің бастапқы атмосферасындағы химиялық реакцияларға айтарлықтай әсер етті.

Күннен келетін электр разрядтары мен ультракүлгін сәулелену ғана емес, сонымен қатар жанартаулық жылу, соққы толқындары, калий К-ның радиоактивті ыдырауы (шамамен 3 миллиард жыл бұрын жер бетінде калийдің ыдырау энергиясының үлесі ультракүлгін сәулелену энергиясынан кейін екінші орынды иеленді) Күннің) химиялық эволюцияда маңызды рөл атқарды. Мысалы, бастапқы жанартаулардан бөлінетін газдар (O 2, CO, N 2, H 2 O, H 2, S, H 2 S, CH 4, SO 2), энергияның әртүрлі түрлерімен әрекеттесіп, түзілуімен әрекеттеседі. әртүрлі кішкентай органикалық қосылыстар, түрі: цианид сутегі HCN, құмырсқа қышқылы HCO 2 H, сірке қышқылы H 3 CO 2 H, глицин H 2 NCH 2 CO 2 H және т.

Осылайша, Жерде жасушаның пайда болуына қажетті күрделі органикалық қосылыстардың түзілуіне жағдай жасалды.

Қазіргі уақытта Ғалам деп аталатын бастапқы «материяның супер тамшысы» сияқты бірде-бір логикалық үйлесімді сурет әлі жоқ. үлкен жарылысөмір пайда болды. Бірақ қазірдің өзінде бұл суреттің көптеген элементтерін ғалымдар елестетеді және бәрі осылай болды деп сенеді. Эволюцияның осы біртұтас суретінің элементтерінің бірі химиялық эволюция болып табылады. Мүмкін, химиялық эволюция эволюцияның біртұтас суретінің дәлелденген элементтерінің бірі болып табылады, өйткені ол химиялық процестерді эксперименттік модельдеуге мүмкіндік береді (мысалы, «үлкен жарылыс» жанында болған жағдайларға ұқсас жағдайларға қатысты мұны істеу мүмкін емес). . Химиялық эволюцияны тірі заттың элементарлы құрылыс блоктары: амин қышқылдары, нуклеин қышқылдары арқылы байқауға болады.

Әлемдегі химиялық элементтердің пайда болу процесі Әлемнің эволюциясымен тығыз байланысты. Біз «Үлкен жарылыс» жанында жүріп жатқан процестермен бұрыннан таныс болдық, элементар бөлшектердің «бастапқы сорпасында» болған процестердің кейбір бөлшектерін білеміз. Д.И.Менделеев кестесінің басында тұрған химиялық элементтердің алғашқы атомдары (сутегі, дейтерий, гелий) Әлемде жұлдыздардың бірінші ұрпағы пайда болғанға дейін-ақ қалыптаса бастады. Ол жұлдыздарда болды, олардың тереңдігі қайтадан жылыды (Үлкен жарылыстан кейін Әлемнің температурасы тез төмендей бастады) миллиардтаған градусқа дейін және гелийден кейінгі химиялық элементтердің ядролары пайда болды. Жұлдыздардың химиялық элементтердің көзі, генераторы ретіндегі маңыздылығын ескере отырып, жұлдыздар эволюциясының кейбір кезеңдерін қарастырайық. Жұлдыздардың пайда болу механизмдерін және жұлдыздардың эволюциясын түсінбей, ауыр элементтердің пайда болу процесін елестету мүмкін емес, оларсыз, сайып келгенде, өмір пайда болмас еді. Ғаламдағы жұлдыздарсыз сутегі-гелий плазмасы мәңгі өмір сүрер еді, онда өмірді ұйымдастыру мүмкін емес (бұл құбылысты түсінудің қазіргі деңгейінде).

Бұрын біз жүздеген парсектерге созылатын заманауи космологияның үш бақылау фактісін немесе сынақтарын атап өттік, енді төртіншісі - ғарышта жеңіл химиялық элементтердің таралуын атап өттік. Алғашқы үш минутта жарық элементтерінің пайда болуын және олардың қазіргі Әлемдегі көптігін алғаш рет 1946 жылы көрнекті ғалымдардың халықаралық үштігі: американдық Альфер, неміс Ганс Бете және ресейлік Георгий Гамов есептегенін атап өткен жөн. Содан бері атом және ядролық физиктер алғашқы ғаламдағы жеңіл элементтердің пайда болуын және олардың қазіргі кездегі көптігін бірнеше рет есептеді. Нуклеосинтездің стандартты моделі бақылаулармен жақсы дәлелденген деп айтуға болады.

Жұлдыз орасан зор термоядролық реакторға айналады, онда жалпы алғанда, адам тек бақыланбайтын нұсқада - сутегі бомбасында орындауды үйренген реакция тұрақты және тұрақты түрде жүреді. Реакция кезінде бөлінетін жылу жұлдызды тұрақтандырады, ішкі қысымды сақтайды және оның одан әрі жиырылуын болдырмайды. Реакцияның шамалы кездейсоқ ұлғаюы жұлдызды аздап «үлдіреді», ал тығыздықтың сәйкес төмендеуі қайтадан реакцияның әлсіреуіне және процестің тұрақтануына әкеледі. Жұлдыз дерлік тұрақты жарықтығымен «жанып тұрады».

Жұлдыздың тұрақтылығы оның ішіндегі сутегінің едәуір бөлігі жанып кеткенде бұзылады. Сутегі жоқ гелий өзегі түзіліп, оның бетіндегі жұқа қабатта сутегінің жануы жалғасады. Бұл кезде ядро жиырылады, оның қысымы мен температурасының көтерілу орталығында, сонымен бірге сутегі жану қабатының үстінде орналасқан жұлдыздың жоғарғы қабаттары, керісінше, кеңейеді. Жұлдыздың диаметрі үлкейеді, ал орташа тығыздығы азаяды. Сәулелену бетінің ауданы ұлғаюына байланысты оның жалпы жарқырауы да баяу өседі, бірақ жұлдыздың бетінің температурасы төмендейді. Жұлдыз қызыл алыпқа айналады. Белгілі бір уақытта гелий ядросының ішіндегі температура мен қысым ауыр элементтердің синтезі үшін келесі реакцияларды бастау үшін жеткілікті - гелийден көміртегі мен оттегі, ал келесі кезеңде одан да ауыр. Жұлдыздың ішкі бөлігінде периодтық жүйенің көптеген элементтері сутегі мен гелийден түзілуі мүмкін, бірақ тек бір бөлшек үшін ең жоғары байланыс энергиясы бар темір тобының элементтеріне дейін. Ауыр элементтер басқа сирек процестерде, атап айтқанда, суперновалар мен ішінара жаңа жұлдыздардың жарылыстарында түзіледі, сондықтан олар табиғатта аз.

Біз бір қарағанда қызықты, парадоксальды жағдайды атап өтеміз. Жұлдыздың ортасына жақын жерде сутегі жанып тұрғанда, ондағы температура гелий реакциясының шегіне дейін көтеріле алмайды. Ол үшін жану тоқтап, жұлдыздың өзегі салқындай бастауы керек! Жұлдыздың салқындатқыш ядросы жиырылады, бұл кезде гравитациялық өрістің күші артып, затты қыздыратын гравитациялық энергия бөлінеді. Өріс күшінің жоғарылауымен қысымның қысылуына төтеп беруі үшін жоғары температура қажет, ал гравитациялық энергия бұл температураны қамтамасыз ету үшін жеткілікті. Бізде ғарыш кемесі түскен кезде де осындай парадокс бар: оны төменгі орбитаға көшіру үшін оны баяулату керек, бірақ сонымен бірге ол Жерге жақынырақ болып шығады, мұнда гравитация күштірек және оның жылдамдығы арттыру. Салқындату температураны арттырады, ал тежеу жылдамдықты арттырады! Табиғат осындай көрінетін парадокстарға толы және «сауатты ойға» сену әрқашан мүмкін емес.

Гелийдің жануы басталғаннан кейін энергияны тұтыну өте жылдам жүреді, өйткені ауыр элементтермен барлық реакциялардың энергия шығымы сутегі жану реакциясына қарағанда әлдеқайда төмен, сонымен қатар осы кезеңдердегі жұлдыздың жалпы жарқырауы айтарлықтай артады. Егер сутегі миллиардтаған жылдар бойы жанса, гелий миллиондаған жылдар бойы жанады, ал қалған барлық элементтер мыңдаған жылдардан аспайды. Жұлдыздың ішкі бөлігіндегі барлық ядролық реакциялар сөніп қалса, оның гравитациялық жиырылуына ешнәрсе кедергі бола алмайды және ол апатты түрде тез жүреді (өздері айтқандай құлайды). Жоғарғы қабаттар центрге қарай еркін құлау үдеуімен құлайды (оның мәні өлшеусіз массалық айырмашылыққа байланысты жердің құлау үдеуінен көптеген дәрежелер бойынша асып түседі), үлкен гравитациялық энергияны шығарады. Зат қысылған. Оның бір бөлігі жоғары тығыздықтың жаңа күйіне өтіп, қалдық жұлдызды құрайды, ал бір бөлігі (әдетте үлкен) үлкен жылдамдықпен шағылысқан соққы толқыны түрінде ғарышқа лақтырылады. Супернованың жарылысы орын алады. (Гравитациялық энергиядан басқа, соққы толқынының кинетикалық энергиясы жұлдыздың сыртқы қабаттарында қалған сутегінің бір бөлігінің термоядролық күйіп кетуіне ықпал етеді, құлаған газ жұлдыз ядросының жанында сығылған кезде - жұлдыздың жарылысы. орасан зор «сутегі бомбасы» пайда болады).

Жұлдыз эволюциясының қай кезеңінде сығымдау тоқтайды және супернованың қалдығы қандай болады, бұл нұсқалардың барлығы оның массасына байланысты. Егер бұл масса 1,4 күн массасынан аз болса, ол ақ ергежейлі болады, тығыздығы 10 9 кг/м 3 жұлдыз, ішкі энергия көздерінсіз баяу салқындатылады. Ол азғындалған электрон газының қысымымен одан әрі қысылудан сақталады. Үлкен массамен (шамамен 2,5 күнге дейін) нейтрондық жұлдыз пайда болады (олардың болуын ұлы кеңес физигі, Нобель сыйлығының лауреаты Лев Ландау болжаған) тығыздығы шамамен атом ядросының тығыздығына тең. Нейтрондық жұлдыздар пульсарлар деп аталатындар ретінде ашылды. Жұлдыздың бастапқы массасы одан да үлкен болған кезде қара тесік пайда болады - бақыланбайтын жиырылатын объект, оны ешбір зат, тіпті жарық та қалдыра алмайды. Дәл супернованың жарылыстары кезінде темірден ауыр элементтердің түзілуі орын алады, олар үшін көп бөлшектердің соқтығысуы жеткілікті ықтимал болуы үшін жоғары энергиялы бөлшектердің өте тығыз ағындары қажет. Бұл дүниедегі барлық заттар супернованың ұрпақтары, соның ішінде адамдар, өйткені біз құрайтын атомдар бір кездері супернованың жарылыстары кезінде пайда болған.

Осылайша, жұлдыздар - шашырауы күрделі құрылымдардың, соның ішінде тіршіліктің пайда болуына ықпал ететін жоғары сапалы энергияның қуатты көзі ғана емес, сонымен қатар бүкіл периодтық жүйе өндірілетін реакторлар - бұл құрылымдар үшін қажетті материал. Өмірін аяқтаған жұлдыздың жарылуы ғарышқа галактикалық газбен араласқан сутегі мен гелийден де ауыр әртүрлі элементтердің орасан зор мөлшерін тастайды. Ғаламның өмірінде көптеген жұлдыздар өмірін аяқтады. Бастапқы газдан пайда болған Күн және одан да көп масса сияқты барлық жұлдыздар өздерінің өмір сүру жолдарынан өтіп үлгерді. Енді Күн және оған ұқсас жұлдыздар ауыр элементтермен айтарлықтай байытылған екінші ұрпақтың (және үшінші болуы мүмкін) жұлдыздары болып табылады. Мұндай байытусыз олардың жанында жердегі планеталар мен өмір пайда болуы екіталай еді.

Мұнда кейбір химиялық элементтердің Әлемдегі таралуы туралы ақпарат берілген:

Осы кестеден көріп отырғаныңыздай, сутегі мен гелий қазіргі кезде басым химиялық элементтер болып табылады (әрқайсысы 75% және 25% дерлік). Ауыр элементтердің салыстырмалы түрде аз мөлшері өмірдің пайда болуы үшін жеткілікті болып шықты (кем дегенде Ғалам аралдарының бірінде «қарапайым» жұлдыз, Күн - сары ергежейлі). Жоғарыда айтқанымызға қоса, ашық кеңістікте шын мәнінде элементар бөлшектердің, ең алдымен электрондар мен әртүрлі энергиялардың протондарының ағындары болып табылатын ғарыштық сәулелер бар екенін есте ұстауымыз керек. Жұлдызаралық кеңістіктің кейбір аудандарында жұлдыз аралық бұлттар деп аталатын жұлдызаралық заттардың шоғырлануының жоғарылаған жергілікті аймақтары бар. Жұлдыздың плазмалық құрамынан айырмашылығы, жұлдызаралық бұлттардың материясында молекулалар мен молекулалық иондар бар (бұл көптеген астрономиялық бақылаулар арқылы дәлелденеді). Мысалы, H 2 молекулалық сутегінің жұлдызаралық бұлттары ашылды және жұтылу спектрлерінде гидроксил ионы ОН, СО молекулалары, су молекулалары және т.б. сияқты қосылыстар өте жиі кездеседі.Қазір жұлдыз аралық бұлттарда кездесетін химиялық қосылыстардың саны жүзден асады. Сыртқы сәулеленудің әсерінен және онсыз бұлттарда әртүрлі химиялық реакциялар жүреді, көбінесе жұлдыз аралық ортадағы ерекше жағдайларға байланысты Жерде жүргізілмейтін реакциялар. Шамамен, шамамен 5 миллиард жыл бұрын, біздің Күн жүйесі пайда болған кезде, планеталардың пайда болуының негізгі материалы қазір біз басқа жұлдызаралық бұлттарда бақылайтын қарапайым молекулалар болған. Басқаша айтқанда, жұлдыз аралық бұлттан басталған химиялық эволюция процесі кейін планеталарда жалғасты. Қазір кейбір жұлдызаралық бұлттарда біршама күрделі органикалық молекулалар табылғанымен, химиялық эволюция «тірі» материяның (яғни өзін-өзі ұйымдастыру және тұқым қуалау механизмдері бар жасушалар) тек планеталарда пайда болуына әкелген болуы мүмкін. Жұлдызаралық бұлттар көлеміндегі тіршілікті ұйымдастыруды елестету өте қиын.

Планетарлық химиялық эволюция

Жердегі химиялық эволюция процесін қарастырайық. Жердің бірінші атмосферасында негізінен қарапайым сутегі қосылыстары H 2 , H 2 O, NH 3 , CH 4 болды. Сонымен қатар, атмосфера инертті газдарға, ең алдымен гелий мен неонға бай болды. Қазіргі уақытта жердегі асыл газдардың көптігі шамалы, бұл олардың бір кездері планетааралық кеңістікке диссонацияланғанын білдіреді. Біздің қазіргі атмосфера екінші ретті. Бастапқыда атмосфераның химиялық құрамы бастапқыдан аз ғана ерекшеленді. Гидросфера пайда болғаннан кейін аммиак NH 3 атмосферадан іс жүзінде жоғалып кетті, суда еріді, атомдық және молекулалық сутегі планетааралық кеңістікке шықты, атмосфера негізінен азотпен қанықтырды. Атмосфераның оттегімен қанығуы бірте-бірте болды, алдымен Күннің ультракүлгін сәулеленуімен су молекулаларының диссоциациялануына, содан кейін өсімдік фотосинтезі арқылы негізгі.

Метеориттердің және, мүмкін, тіпті кометалардың құлауы кезінде органикалық заттардың белгілі бір мөлшері Жерге жеткізілген болуы мүмкін. Мысалы, кометалардың құрамында N, NH 3, CH 4 және басқалары сияқты қосылыстар бар.Жер қыртысының жасы шамамен 4,5 миллиард жыл екені белгілі. Сондай-ақ 3,5 миллиард жыл бұрын жер атмосферасы оттегіге бай болғанын көрсететін геологиялық және геохимиялық деректер бар. Осылайша, Жердің бастапқы атмосферасы 1 миллиард жылдан аспады, ал өмір пайда болды, мүмкін одан да ертерек.

Қазіргі уақытта су, метан, аммиак, көміртек оксиді, аммоний және фосфат қосылыстары сияқты қарапайым заттардың жасушаның құрылыс материалы болып табылатын жоғары ұйымдасқан құрылымдарға айналу жолын көрсететін айтарлықтай тәжірибелік материал жинақталды. Американдық ғалымдар Келвин, Миллер және Урей бірқатар тәжірибелер жүргізді, нәтижесінде амин қышқылдарының бастапқы атмосферада қалай пайда болатыны көрсетілді. Ғалымдар Жердің бастапқы атмосферасының құрамын модельдейтін газдар қоспасын – метан CH 4 , молекулалық сутегі H 2 , аммиак NH 3 және су буы H 2 O құрды. Бұл қоспа арқылы электр разрядтары өтті, нәтижесінде газдардың бастапқы қоспасынан глицин, аланин және басқа да аминқышқылдары табылды. Бәлкім, Күн озонның болмауына байланысты атмосферада ұсталмайтын ультракүлгін сәулелерімен Жердің бастапқы атмосферасындағы химиялық реакцияларға айтарлықтай әсер етті.

Күннен келетін электр разрядтары мен ультракүлгін сәулелену ғана емес, сонымен қатар жанартаулық жылу, соққы толқындары, калий К-ның радиоактивті ыдырауы (шамамен 3 миллиард жыл бұрын жер бетінде калийдің ыдырау энергиясының үлесі ультракүлгін сәулелену энергиясынан кейін екінші орынды иеленді) Күннің) химиялық эволюцияда маңызды рөл атқарды. Мысалы, бастапқы жанартаулардан бөлінетін газдар (O 2, CO, N 2, H 2 O, H 2, S, H 2 S, CH 4, SO 2), энергияның әртүрлі түрлерімен әрекеттесіп, түзілуімен әрекеттеседі. әр түрлі ұсақ органикалық қосылыстар, түрлері: цианид сутегі HCN, құмырсқа қышқылы HCO 2 H, сірке қышқылы H 3 CO 2 H, глицин H 2 NCH 2 CO 2 H және т. күрделі органикалық қосылыстар түзу үшін әрекеттеседі: аминқышқылдары.

Қазіргі уақытта Үлкен жарылыстан кейін Әлем деп аталатын негізгі «материяның супер тамшысынан» өмірдің қалай пайда болғаны туралы бірде-бір логикалық дәйекті сурет әлі жоқ. Бірақ қазірдің өзінде бұл суреттің көптеген элементтерін ғалымдар елестетеді және бәрі осылай болды деп сенеді. Эволюцияның осы біртұтас суретінің элементтерінің бірі химиялық эволюция болып табылады. Мүмкін, химиялық эволюция эволюцияның біртұтас суретінің дәлелденген элементтерінің бірі болып табылады, өйткені ол химиялық процестерді эксперименттік модельдеуге мүмкіндік береді (мысалы, «үлкен жарылыс» жанында болған жағдайларға ұқсас жағдайларға қатысты мұны істеу мүмкін емес). . Химиялық эволюцияны тірі заттың элементарлы құрылыс блоктары: амин қышқылдары, нуклеин қышқылдары арқылы байқауға болады.