Surse de formare a elementelor chimice în spațiu. Compuși organici în spațiu. Alcani. Structura si nomenclatura

Astronomii moderni știu despre trei mii și jumătate de exoplanete, care sunt situate la o distanță de patru până la douăzeci și opt de mii de ani lumină de noi. Unii dintre ei sunt foarte. A ajunge la oricare dintre ele în viitorul apropiat va fi dificil - cu excepția cazului în care umanitatea face un salt tehnologic uriaș. Cu toate acestea, exoplanetele sunt deja de mare interes din punctul de vedere al astrochimiei. Despre asta - al nostru material nou, scris în parteneriat cu Universitatea Federală Ural.

Partea principală a materiei Universului (dacă vorbim despre materie barionică) este hidrogenul - aproximativ 75 la sută. Pe locul doi se află heliul (aproximativ 23 la sută). Cu toate acestea, în spațiu puteți găsi o mare varietate de elemente chimice și chiar complexe compuși moleculari inclusiv organic. Astrochimia se ocupă cu studiul proceselor de formare și interacțiune a compușilor chimici în spațiu. Reprezentanții acestei specialități sunt foarte interesați de explorarea exoplanetelor, deoarece pe ele pot fi realizate o varietate de scenarii, ceea ce va duce la apariția unor conexiuni neobișnuite.

Curcubeul în slujba astronomilor

Instrumentul principal pentru obținerea de informații despre compoziția chimică a obiectelor îndepărtate este spectroscopia. Ea folosește faptul că atomii elemente chimice(sau molecule de compuși) pot emite sau absorbi lumină doar la anumite frecvențe, corespunzătoare tranzițiilor sistemului între diferite niveluri de energie. Ca urmare, se formează un spectru de emisie (sau de absorbție), conform căruia o substanță poate fi determinată fără ambiguitate. Este ca amprentele digitale, doar pentru atomi.

Un bun exemplu de descompunere a luminii într-un spectru este curcubeul. Pentru noi, tranzițiile de la o culoare la alta ni se par netede și continue, dar, de fapt, unele culori nu sunt în curcubeu, deoarece anumite lungimi de undă sunt absorbite de hidrogenul și heliul conținute de Soare. Apropo, heliul a fost descoperit pentru prima dată tocmai prin observarea spectrului Soarelui (de aceea se numește „heliu”, din altă greacă ἥλιος – „soare”), iar în laborator a fost izolat abia după 27 de ani. Aceasta a fost prima utilizare cu succes a spectroscopiei pentru a studia stelele.

Liniile de absorbție Fraunhofer pe fundalul spectrului continuu al fotosferei solare.

Wikimedia Commons

În cel mai simplu caz al unui atom de hidrogen, spectrul de emisie este o serie de linii corespunzătoare tranzițiilor între niveluri cu valori diferite ale numărului cuantic principal n (această imagine este bine descrisă de formula Rydberg). Cea mai faimoasă și convenabilă pentru observații este linia Balmer Hα, care are o lungime de undă de 656 nanometri și se află în spectrul vizibil. De exemplu, pe această linie, astronomii observă galaxii îndepărtate și recunosc norii de gaz molecular, care sunt în mare parte compuși din hidrogen. Următoarea serie de linii (Paschen, Bracket, Pfund și așa mai departe) se află în întregime în domeniul infraroșu, în timp ce seria Lyman este situată în regiunea ultravioletă. Acest lucru face observațiile oarecum mai dificile.

În același timp, moleculele compușilor complecși au o altă modalitate de a emite cuante de lumină, într-un fel și mai simplă. Este legat de faptul că energia de rotație a moleculei este cuantificată, ceea ce le permite, de asemenea, să radieze în linii (în plus, pot radia și un spectru continuu). Energia unor astfel de cuante de lumină nu este foarte mare, așa că frecvența lor este deja în domeniul radio. Unul dintre cele mai simple spectre de rotație aparține moleculei de monoxid de carbon CO, pe care astronomii o folosesc adesea pentru a recunoaște norii de gaz rece atunci când nu pot vedea hidrogenul în ei. Metodele de radioastronomie au făcut posibilă, de asemenea, găsirea de metanol, etanol, formaldehidă, acid cianhidric și formic, precum și alte elemente în norii moleculari. De exemplu, cu ajutorul unui radiotelescop, oamenii de știință au găsit alcool în coada cometei Lovejoy.

Ce se poate găsi în spațiu

Cel mai simplu mod de a folosi metodele de spectroscopie este studierea compoziției chimice a stelelor. În acest caz, astronomii studiază spectrele de absorbție, nu spectrele de emisie ale elementelor. Într-adevăr, lumina de la ele este ușor de observat, mai ales în domeniul vizibil. Este adevarat, compoziție chimică stelele în sine nu sunt de obicei foarte interesante: în cea mai mare parte sunt compuse din hidrogen și heliu cu un mic amestec de elemente grele.

Elementele mai grele sunt produse în exploziile supernovei și pot fi, de asemenea, observate. De exemplu, unii savanți susțin că, după fuziunea recentă a celor doi stele neutronice din ultimele linii ale tabelului periodic urmau să se formeze cantități uriașe de aur, platină și alte elemente. Dar într-un fel sau altul, compușii foarte complexi sau organici nu pot exista în stele, deoarece se degradează în mod necesar din cauza temperaturilor ridicate.

Norii de gaz interstelar rece sunt o altă chestiune. Sunt foarte rarefiate și radiază mult mai slab decât stelele, dar ele însele sunt mult mai mari. Și compoziția lor este mai interesantă. Ele conțin un număr mare de molecule foarte diferite - de la compuși organici diatomici simpli până la compuși organici poliatomici relativ complecși. Dintre moleculele complexe, merită în special evidențiați compușii „prebiotici”, de exemplu, aminoacetonitrilul, care poate participa la formarea glicinei, cel mai simplu aminoacid. Unii oameni de știință sugerează că riboza, unul dintre elementele de bază ale vieții organice, se poate forma și în norii moleculari. Dacă astfel de compuși se încadrează în condiții favorabile, aceasta va fi deja o piatră de temelie pentru apariția vieții.

Imagine a Nebuloasei Orion M42 realizată de Observatorul Astronomic Kourovka din UrFU. Culoarea roșie este rezultatul recombinării în linia de emisie Hα la o lungime de undă de 656,3 nanometri.

Un pic mai aproape de planete

Din păcate, este dificil să se aplice metoda spectroscopiei pentru a determina compoziția chimică a exoplanetelor. Totuși, pentru aceasta trebuie să înregistrați lumina de la ele, iar steaua în jurul căreia se rotește planeta împiedică acest lucru, deoarece strălucește mult mai puternic. Încercarea de a observa un astfel de sistem este ca și cum ai privi lumina unui chibrit împotriva unui reflector.

Cu toate acestea, unele informații despre o exoplanetă pot fi obținute fără a măsura direct spectrul de emisie al acesteia. Trucul este acesta. Dacă planeta are o atmosferă, trebuie să absoarbă o parte din radiația stelei și în diferite game spectrale în moduri diferite. În linii mari, la o lungime de undă planeta va apărea puțin mai mică, iar la o altă lungime de undă - puțin mai mult. Acest lucru permite să facem presupuneri despre proprietățile atmosferei, în special despre compoziția sa chimică. Această metodă de observare funcționează în special pe planetele fierbinți apropiate de stele, deoarece raza lor este mai ușor de măsurat.

În plus, compoziția chimică a planetei trebuie să fie legată de compoziția norului de gaz și praf din care s-a format. De exemplu, în norii cu un raport mare de concentrații de atomi de carbon și atomi de oxigen, planetele rezultate vor consta în principal din carbonați. Pe de altă parte, compoziția chimică a unei stele formate dintr-un astfel de nor ar trebui să reflecte și compoziția sa. Acest lucru permite să se facă unele ipoteze pe baza studiului spectrului unei singure stele. Așadar, astronomii de la Universitatea Yale au analizat datele privind compoziția chimică a 850 de stele și au descoperit că în 60% dintre sisteme, concentrațiile de magneziu și siliciu dintr-o stea indică faptul că planete stâncoase asemănătoare Pământului pot fi în apropiere. În restul de 40 la sută, compoziția chimică a stelelor ne spune că compoziția planetelor din jurul lor trebuie să fie semnificativ diferită de cea a pământului.

În general vorbind, în În ultima vreme spectroscopia directă a planetelor deosebit de fierbinți pe fundalul stelelor slabe a devenit totuși posibilă datorită preciziei sporite a instrumentelor de măsură. În acest caz, este deja posibil să se caute urme ale diferitelor elemente chimice și compuși complecși în lumina lor. De exemplu, folosind spectrograful CONICA IR montat pe telescopul VLT și combinat cu sistemul de optică adaptivă NAOS, oamenii de știință au putut măsura spectrul exoplanetei HR 8799 c, care se învârte în jurul pitic albși încălzit atât de mult încât ea însăși emite lumină. În special, din analiza spectrului său a rezultat că atmosfera planetei conține mai puțin metan și monoxid de carbon decât se aștepta. De asemenea, mai recent, astronomii au măsurat spectrul unui alt „Jupiter fierbinte”, oxidul de titan din atmosfera sa. Cu toate acestea, măsurătorile directe ale spectrului planetelor stâncoase mai puțin fierbinți (unde este mai probabil să existe viața) sunt încă foarte dificile.

Imagine a sistemului HR 8799. Planeta HR 8799 c este în colțul din dreapta sus

Jason Wang et al / NASA NExSS, Observatorul W. M. Keck

Compoziția unei planete poate fi determinată și indirect prin calcularea densității acesteia. Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți raza și masa planetei. Masa poate fi găsită observând interacțiunea gravitațională a unei planete cu o stea sau alte planete, iar raza poate fi estimată din modificarea luminozității unei stele pe măsură ce planeta trece peste discul său. Evident, planetele gazoase ar trebui să aibă o densitate mai mică în comparație cu cele stâncoase. De exemplu, densitatea medie a Pământului este de aproximativ 5,5 grame pe centimetru cub, iar astronomii se bazează pe această valoare pentru a căuta planete locuibile. În același timp, densitatea „cel mai fierbinte Jupiter” este de 0,1 grame pe centimetru cub.

Conexiuni „imposibile”.

Pe de altă parte, exoplanetele pot fi studiate fără a părăsi deloc laboratorul, oricât de ciudat ar suna. Vorbim despre modelarea proceselor chimice și fizice (în mare parte numerice) care ar trebui să aibă loc asupra lor. Datorită faptului că condițiile de pe exoplanete pot fi cele mai exotice (scuze pentru jocul de cuvinte), substanțele de pe ele pot forma și cele mai neobișnuite, „imposibile” în condițiile cunoscute nouă.

Majoritatea exoplanetelor descoperite sunt clasificate drept „Jupiteri fierbinți” – giganți gazosi care sunt foarte fierbinți din cauza distanței mici până la stea. Desigur, acest lucru nu înseamnă neapărat că astfel de planete sunt predominante în sistemele stelare, doar că sunt ușor de găsit. Temperatura atmosferei unor astfel de giganți poate depăși o mie de grade Celsius și constă în principal din vapori de silicați și fier (la această temperatură, începe să se evapore, dar nu fierbe încă). În același timp, presiunea din interiorul acestor planete trebuie să atingă valori enorme, la care hidrogenul și alte gaze cunoscute nouă trec în stări solide de agregare. Experimentele de simulare a unor astfel de condiții extreme au fost efectuate de mult timp, dar pentru prima dată hidrogenul metalic a fost abia în ianuarie a acestui an.

Pe de altă parte, presiuni și temperaturi ridicate pot fi atinse și în adâncurile planetelor stâncoase, iar „grădina zoologică” a elementelor chimice poate fi și mai mare acolo. De exemplu, conform unor estimări, presiunea din interiorul planetelor stâncoase cu mase de mai multe mase Pământului poate ajunge până la 30 de milioane de atmosfere (în interiorul Pământului, presiunea nu depășește patru milioane de atmosfere). Prin utilizarea simulare pe calculator a reușit să afle că în astfel de condiții încep să se formeze compuși exotici de magneziu, siliciu și oxigen (din care ar trebui să existe o mulțime în compoziția planetelor stâncoase). De exemplu, la presiuni de peste 20 de milioane de atmosfere, nu numai oxidul de siliciu SiO 2, care ne este familiar, ci și „imposibila” SiO și SiO 3 devin stabile. De asemenea, este interesant că în adâncurile unor planete deosebit de masive (până la 20 de mase Pământului) se poate forma MgSi 3 O 12, un oxid care are proprietățile unui conductor electric.

Condițiile non-standard pot fi simulate nu numai pe computer, ci și în laborator, deși nu pentru o gamă atât de mare de presiuni și temperaturi. Cu ajutorul unei nicovale de diamant se pot obține presiuni de până la 10 milioane de atmosfere, corespunzătoare doar condițiilor din intestinele planetelor, iar un laser poate încălzi proba la temperaturi ridicate. Experimente pentru a simula astfel de condiții au fost într-adevăr efectuate în mod activ recent. De exemplu, în 2015, un grup de oameni de știință, care includea cercetători ruși, a observat experimental formarea peroxidului de magneziu MgO 2 deja la presiuni de aproximativ 1,6 mii de atmosfere și temperaturi de peste două mii de grade Celsius. Puteți citi mai multe despre studiile despre comportamentul materiei la presiuni mari în.

Spectroscopia cu raze X a unei probe constând din atomi de magneziu și oxigen la o presiune de aproximativ zece mii de atmosfere și o temperatură de aproximativ două mii de Kelvin. Linia punctată marchează regiunea cu conținut ridicat de oxigen.

S. Lobanov et al / Rapoarte științifice

***

UrFU are un grup de oameni de știință care studiază materia protoplanetară din spațiul profund și sistemul solar. L-am rugat pe specialistul principal al Observatorului Astronomic Kourovka al UrFU, Vadim Krushinsky, să ne spună mai multe despre studiul exoplanetelor.

N+1: De ce studiem exoplanetele?

Vadim Krushinsky: Chiar și acum 25 de ani, știam despre existența unui singur sistem planetar- Însorit. Acum suntem siguri că un număr mare de stele au planete, poate aproape fiecare stea din univers. Progresul tehnologiilor de obținere și prelucrare a datelor a dus la faptul că până și un astronom amator avansat își poate găsi exoplaneta. Descoperirea unui alt „Jupiter fierbinte” este descoperirea unui întreg sistem planetar, vedem doar cea mai vizibilă parte a acestuia. Planetele mai mici sau mai îndepărtate de steaua părinte sunt descoperite mult mai rar, acesta este efectul selecției observaționale.

Vadim Krushinsky, ca parte a unui grup de oameni de știință de la Universitatea Federală Ural, lucrează la un proiect pentru a studia materia protoplanetară în spațiul profund, sistemul solar și pe Pământ.

Acesta este unul dintre cele șase proiecte științifice inovatoare ale universității, fiind realizat de unitatea academică strategică (SAU) - Institut Stiintele Naturiiși matematicienii UrFU - împreună cu parteneri academicieni și industriali din Rusia și alte țări. Poziția universității în clasamentele rusești și internaționale, în primul rând pe domenii, depinde de succesul cercetătorilor.

Un singur experiment nu permite tragerea de concluzii despre fenomenul observat. Experimentul trebuie repetat de mai multe ori și independent. Fiecare sistem exoplanetar deschis este un experiment independent separat. Și cu cât sunt mai cunoscute, cu atât mai fiabil urmărite legi generale originea și evoluția sistemelor planetare. Trebuie să colectăm statistici!

Ce poți învăța despre exoplanete observându-le de la distanțe atât de mari?

În primul rând, trebuie să determinați proprietățile stelei părinte. Acest lucru vă permite să calculați dimensiunea planetelor, masa lor și razele orbitelor. Cunoscând luminozitatea stelei părinte și raza orbitei, este posibil să se estimeze temperatura de suprafață a exoplanetei. În plus, atmosferele planetare au transparență diferită în diferite game spectrale (Lomonosov a scris despre asta). Pentru un observator, acesta arată ca un diametru diferit al planetei atunci când este văzut în diferite filtre. Acest lucru face posibilă detectarea atmosferei și estimarea grosimii și densității acesteia. Lumina stelei părinte, care a trecut prin atmosfera planetei în timpul tranzitului, poartă informații despre compoziția atmosferei sale. Și în timpul unei eclipse secundare, când planeta se ascunde în spatele stelei sale, putem observa modificări ale spectrului asociate cu reflexia din atmosferă și suprafața planetei. La fel ca Luna, exoplanetele pot observa faze. Dacă modificările luminozității sistemului cauzate de acest efect nu sunt constante, atunci aceasta indică faptul că albedo-ul planetei (abilitatea de a reflecta lumina) se schimbă. De exemplu, din cauza mișcării norilor în atmosfera sa.

Proprietățile exoplanetelor trebuie să fie legate de proprietățile norilor părinte. Prin studierea materiei în stadiul de formare a stelelor, contribuim la înțelegerea evoluției sistemelor planetare. Din păcate, Pământul a suferit schimbări semnificative în cursul istoriei și nu mai seamănă cu substanța protoplanetară din care s-a născut cândva. Dar meteoriții și cometele zboară foarte aproape de noi. Unii dintre ei chiar cad pe Pământ și ajung în laboratoare. La unele dintre ele se poate ajunge cu ajutorul navelor spațiale. Chiar în fața noastră este un mare obiect de studiu! Rămâne doar să demonstrăm că alte sisteme planetare au evoluat în același mod ca și al nostru.

Poate fi găsită viața pe alte planete?

Pentru a face acest lucru, trebuie să detectați biomarkeri - manifestări ale activității vitale a organismelor. Cel mai bun biomarker ar fi transmiterea „Canalului Unu” condiționat, dar prezența oxigenului va face bine. Fără viață, oxigenul de pe Pământ ar fi legat și ar dispărea din atmosferă în zeci de mii de ani. Detectând oxigenul în atmosferele exoplanetelor, putem spune că nu suntem singuri în univers. Cum să-l găsiți a fost descris mai sus. Dar încă nu există dispozitive cu sensibilitate suficientă. O descoperire în această direcție este așteptată după lansarea telescopului spațial. James Webb (JWST).

Ce pot face oamenii de știință din Rusia și, în special, de la UrFU în acest domeniu?

În ciuda faptului că Rusia rămâne în urmă față de restul comunității științifice în ceea ce privește cercetarea exoplanetelor, avem ocazia să reducem acest decalaj. Programele cu buget relativ redus pentru căutarea sistemelor exoplanetare (proiectul pilot KPS al observatorului Kourovka al Universității Federale Ural) vor face posibilă realizarea primului pas și vor ajuta la colectarea datelor pentru analiza statistică. Măsurătorile fotometrice de înaltă precizie pot fi efectuate și cu echipamente existente, ceea ce face posibilă căutarea atmosferelor unor exoplanete. Observațiile spectrale în timpul tranzitelor și eclipselor secundare sunt relativ accesibile pentru cele mai mari telescoape din Rusia. Ceea ce trebuie făcut pentru a începe aceste programe este să găsiți oameni interesați și să plătiți pentru munca lor. Investește puțin în echipament.

A doua direcție este modelarea și interpretarea efectelor observate. Aceasta poate fi atât muncă teoretică, cât și experimentală - studiul comportamentului și proprietăților probelor în spațiu și compararea cu efectele observate. Pentru a face acest lucru, este necesar să creați o instalație care simulează condițiile spațiului cosmic. Meteoriții din colecția UrFU pot fi utilizați ca mostre.

Dmitri Trunin

Organismele vii infinit de diverse sunt compuse dintr-un set limitat de atomi, al căror aspect îl datorăm în mare măsură stelelor. Cel mai puternic eveniment din viața universului - Big bang- a umplut lumea noastră cu o substanță cu o compoziție chimică foarte slabă.
Se crede că unirea nucleonilor (protoni și neutroni) în spațiul în expansiune nu a avut timp să avanseze mai departe decât heliul. Prin urmare, Universul pre-galactic a fost umplut aproape exclusiv cu nuclee de hidrogen (adică pur și simplu protoni) cu o mică adăugare - aproximativ un sfert din masă - de nuclee de heliu (particule alfa). Nu era practic nimic altceva în el, în afară de electronii de lumină. Cum a avut loc exact îmbogățirea primară a Universului cu nuclee de elemente mai grele, nu putem spune încă. Până astăzi, nu a fost descoperită o singură stea „primordială”, adică un obiect format doar din hidrogen și heliu. Există programe speciale pentru căutarea stelelor cu un conținut scăzut de metal (amintim că astronomii au convenit să numească toate elementele mai grele decât heliul „metale”), iar aceste programe arată că stelele cu „metalicitate extrem de scăzută” sunt extrem de rare în Galaxia noastră. . Ele sunt, în unele exemplare record, conținutul, de exemplu, de fier este inferior celui al soarelui de zeci de mii de ori. Cu toate acestea, există doar câteva astfel de stele și se poate dovedi că „în persoana lor” nu avem de-a face cu obiecte „aproape primare”, ci pur și simplu cu un fel de anomalie. În general, chiar și cele mai vechi stele din galaxie conțin cantități destul de bune de carbon, azot, oxigen și atomi mai grei. Aceasta înseamnă că nici cele mai vechi luminari galactici nu sunt de fapt primele: înaintea lor, Universul avea deja un fel de „fabrici” pentru producerea elementelor chimice.

Marea Nebuloasă a lui Orion (LTO) este una dintre cele mai apropiate regiuni de formare a stelelor, care conține cantități mari de gaz, praf și stele nou-născute. În același timp, această nebuloasă este una dintre cele mai mari „fabrici chimice” din Galaxia noastră, iar adevărata sa „putere”, precum și modalitățile de sinteză a moleculelor de materie interstelară din ea, nu sunt încă pe deplin clare pentru astronomi. Această imagine a fost făcută cu Wide Field Imager Camera pe telescopul MPG/ES0 de 2,2 metri de la Observatorul La Silla din Chile.

MOLECULE ORGANICE ÎN SPAȚIU

Buckminsterfullerenes (prescurtat ca „fulerene” sau „buckyballs”) - structuri sferice minuscule constând dintr-un număr par (dar nu mai puțin de 60) atomi de carbon conectați într-un model similar cu o minge de fotbal - au fost detectate pentru prima dată în spectrele unei nebuloase planetare în Micul Nor Magellanic (MMO), unul dintre cele mai apropiate sisteme stelare de galaxia noastră. Descoperirea a fost făcută în iulie 2010 de grupul de lucru al telescopului spațial Spitzer (NASA), care efectuează observații în domeniul infraroșu. Masa totală de fullerene conținute în nebuloasă este de numai cinci ra? mai mică decât masa pământului. Pe fundalul imaginii MMO realizate de telescopul Spitzer, este prezentată o imagine mărită a nebuloasei planetare (inserție mai mică) și moleculele de fullerenă găsite în ea (inserție mare), constând din 60 de atomi de carbon. Până în prezent, au fost deja primite rapoarte privind înregistrarea liniilor caracteristice ale unor astfel de molecule în spectrele obiectelor situate în Calea Lactee.

MOLECULE ORGANICE ÎN SPAȚIU

Organic din anorganic

Dovada experimentală a posibilității sintezei organice în „supa primordială” la începutul anilor 1950 au fost celebrele experimente ale lui Harold Urey și Stanley Miller (Harold Urey, Stanley Miller), care au constat în trecerea descărcărilor electrice printr-un amestec al moleculelor de mai sus. După câteva săptămâni de experiment, în acest amestec a fost găsit un sortiment bogat de substanțe organice, inclusiv cei mai simpli aminoacizi și zaharuri. Această demonstrație clară a simplității abiogenezei era legată nu numai de problema originii vieții terestre, ci și de problema mai mare a vieții din Univers: deoarece nu erau necesare condiții exotice pentru sinteza materiei organice pe Pământul tânăr. , ar fi logic să presupunem că astfel de procese au avut loc (sau vor avea loc) pe alte planete.

Caut semne de viață

„Indiciu” de radioastronomie

Astrofizicianul sovietic Iosif Shklovsky a fost primul care a atras atenția asupra faptului că liniile spectrale de emisie ale moleculelor trebuie căutate în domeniul radio. Mai exact, a scris despre o moleculă (mai precis, un radical liber) de OH hidroxil, care în anumite condiții devine o sursă de emisie radio la o lungime de undă de 18 cm, ceea ce este foarte convenabil pentru observațiile de pe Pământ. Hidroxilul a devenit prima moleculă din ISM, descoperită în 1963 în timpul observațiilor radio și completând lista de molecule interstelare diatomice deja cunoscute.
Dar apoi a devenit mai interesant. În 1968, au fost publicate rezultatele observațiilor cu trei și patru molecule atomice - apă și amoniac (H 2 0, NH 3). Un an mai târziu, a apărut un mesaj despre descoperirea la ISM a primei molecule organice - formaldehida (H 2 CO). De atunci, astronomii au descoperit în fiecare an câteva noi molecule interstelare, astfel încât numărul total depășește acum două sute. Desigur, această listă este dominată de compuși simpli care conțin de la doi până la patru atomi, dar o parte semnificativă (mai mult de o treime) sunt molecule poliatomice.
O bună jumătate din compușii poliatomici interstelari în condiții terestre am clasifica fără echivoc ca organici: formaldehidă, dimetil eter, alcool metilic și etilic, etilenglicol, formiat de metil, acid acetic... Cea mai lungă moleculă descoperită în ISM a fost găsită în 1997. într-unul dintre aglomerările dense ale norului molecular TMS-1 din constelația Taurului. Pentru Pământ, acesta nu este un compus foarte comun din familia cianopoliinei, care este un lanț de 11 atomi de carbon, la un capăt al căruia este „atașat” un atom de hidrogen, la celălalt - un atom de azot. În același cheag s-au găsit și alte molecule organice, dar din anumite motive este bogat în special în molecule de cianopoliină cu lanțuri de carbon de diferite lungimi (3, 5, 7, 9, 11 atomi), pentru care a primit denumirea de „vârf de cianopolină”. ".
Un alt obiect cunoscut cu un „conținut organic” bogat este norul molecular Sgr B2(N), situat în apropierea centrului Galaxiei noastre în direcția constelației Săgetător. Conține un număr deosebit de mare de molecule complexe. Cu toate acestea, nu are nicio exclusivitate în acest sens - mai degrabă, efectul „căutării sub lanternă” este declanșat aici. Găsirea de noi molecule, în special a celor organice, este o sarcină foarte dificilă, iar observatorii preferă adesea să-și îndrepte telescoapele către zone ale cerului care au mai multe șanse de a reuși. Prin urmare, știm multe despre concentrația de substanțe organice din norii moleculari din Taur, Orion, Săgetător și aproape nu avem informații despre conținutul moleculelor complexe din mulți alți nori similari. Dar asta nu înseamnă deloc că organicele nu sunt acolo - doar că „antenele nu au ajuns încă” la aceste obiecte.

Dificultăți în descifrare

Laboratoarele de fuziune interstelară

Hidrocarburile aromatice policilice (PAH) sunt cei mai complecși compuși găsiți în spațiul interstelar. Această imagine în infraroșu a unei regiuni de formare a stelelor din constelația Cassiopeia arată structurile moleculare ale unora dintre ele (atomii de hidrogen sunt albi, atomii de carbon sunt gri, atomii de oxigen sunt roșii), precum și câteva dintre liniile spectrale caracteristice ale acestora. Oamenii de știință cred că, în viitorul apropiat, spectrele PAH vor avea o valoare deosebită pentru descifrarea compoziției chimice a mediului interstelar folosind spectroscopie în infraroșu.

MOLECULE ORGANICE ÎN SPAȚIU

Cum să supraviețuiești „moleculelor vieții”

	Acetaldehida (stânga) și izomerii săi, alcoolul vinilic și oxidul de etilenă, au fost de asemenea detectate în spațiul interstelar.
10 cu opt atomi		În 1997, observațiile radio au confirmat prezența acidului acetic în spațiu.
9 molecule cu nouă atomi și 17 molecule care conțin de la 10 la 70 de atomi		Unele dintre cele mai grele (și mai lungi) molecule găsite în spațiul cosmic aparțin clasei poliinelor - conțin mai multe legături triple legate în serie „într-un lanț” prin legături simple. Ele nu apar pe pământ.
MOLECULE DEscoperite în prezent ÎN SPATIUL INTERSTELAR

Natura și-a împrăștiat cu generozitate resursele materiale în jurul planetei noastre. Dar nu este greu de observat dependența: cel mai adesea o persoană folosește acele substanțe ale căror materii prime sunt limitate și invers, el folosește extrem de slab astfel de elemente chimice și compușii acestora, ale căror materii prime sunt aproape nelimitate. De fapt, 98,6% din masa stratului accesibil fizic al Pământului este formată din doar opt elemente chimice: fier (4,6%), oxigen (47%), siliciu (27,5%), magneziu (2,1%), aluminiu (8,8%). %), calciu (3,6%), sodiu (2,6%), potasiu (2,5%), nichel. Peste 95% din toate produsele metalice, modelele unei game largi de mașini și mecanisme, rutele de transport sunt realizate din minereu de fier. Este clar că o astfel de practică este risipitoare atât în ​​ceea ce privește epuizarea resurselor de fier, cât și costurile energetice pentru prelucrarea primară a materiilor prime minereu de fier.

Privind datele prezentate aici cu privire la prevalența celor opt elemente chimice numite, putem spune cu siguranță că există oportunități mari în utilizarea aluminiului, apoi a magneziului și, probabil, a calciului în crearea materialelor metalice în viitorul apropiat, dar pentru aceasta ar trebui dezvoltate metode eficiente din punct de vedere energetic de producere a aluminiului pentru a obține clorură de aluminiu și a reduce aceasta din urmă la metal. Această metodă a fost deja testată în mai multe țări și a oferit baza pentru proiectarea topitoriilor de aluminiu de mare capacitate. Dar topirea aluminiului la o scară comparabilă cu producția de fontă, oțel și feroaliaje nu poate fi încă implementată în viitorul apropiat, deoarece această sarcină trebuie rezolvată în paralel cu dezvoltarea aliajelor de aluminiu adecvate care pot concura cu fonta, oțelul. și alte materiale din minereu de fier materii prime. .

Utilizarea pe scară largă a siliciului servește drept reproș constant pentru omenire în ceea ce privește gradul extrem de scăzut de utilizare a acestui element chimic în producția de materiale. Silicații reprezintă 97% din masa totală a scoarței terestre. Și acest lucru dă motive pentru a afirma că acestea ar trebui să fie principala materie primă pentru producerea aproape tuturor materialelor de construcție și semifabricatelor în fabricarea ceramicii care pot concura cu metalele. În plus, este necesar să se țină seama și de acumulările uriașe de deșeuri industriale de natură silicatică, cum ar fi „roca sterilă” în timpul exploatării cărbunelui, „deșeurile” în timpul extracției metalelor din minereuri, cenușă și zgură din producția energetică și metalurgică. . Și doar acești silicați trebuie mai întâi transformați în materii prime pentru materiale de construcție. Pe de o parte, acest lucru promite mari beneficii, deoarece materiile prime nu trebuie extrase, ei își așteaptă consumatorii în formă finită. Pe de altă parte, eliminarea acestuia este o măsură de combatere a poluării mediului.

În spațiu, doar două elemente, hidrogen și heliu, sunt cel mai larg distribuite, toate celelalte elemente pot fi considerate doar ca un plus la ele.

Întrebarea 54. Dezvoltarea ideilor despre structura chimică a materiei. Compuși chimici.

Chimie numită știința elementelor chimice și a compușilor acestora.

Istoria dezvoltării conceptelor chimice începe din cele mai vechi timpuri. Democrit, Epicur și-a exprimat ideile strălucite că toate corpurile sunt compuse din atomi de diferite dimensiuni și forme diferite, care determină diferența lor calitativă. Aristotel și Empedocle credeau că corpurile se combină

Prima metodă cu adevărat eficientă pentru determinarea proprietăților unei substanțe a fost propusă în a doua jumătate a secolului al XVII-lea. Omul de știință englez R. Boyle (1627-1691).Rezultatele studiilor experimentale ale lui R. Boyle au arătat că calitățile și proprietățile corpurilor depind de elementele materiale din care constau. .

În 1860, remarcabilul chimist rus A.M. Butlerov (1828-1886) a creat o teorie a structurii chimice a materiei - a apărut un nivel superior de dezvoltare a cunoștințelor chimice - chimia structurală.

În această perioadă a luat naștere tehnologia substanțelor organice.

Sub influența noilor cerințe de producție, a apărut doctrina proceselor chimice , care a luat în considerare modificarea proprietăților unei substanțe sub influența temperaturii, presiunii, solvenților și a altor factori care înlocuiesc lemnul și metalul în lucrări de construcții, materii prime alimentare în producția de ulei de uscare, lacuri, detergentiși lubrifianți.

În 1960-1970. a apărut următorul nivel superior de cunoștințe chimice - chimia evolutivă . Se bazează pe principiul auto-organizării sistemelor chimice, adică pe principiul aplicării experienței chimice a naturii vii înalt organizate.

Până de curând, chimiștii considerau clar ce ar trebui atribuit compușilor chimici și ce amestecurilor. Înapoi în 1800-1808. omul de știință francez J. Proust (1754-1826) a stabilit legea constanței compoziției: orice compus chimic individual are o compoziție strict definită, neschimbată, o atracție puternică a părților sale constitutive (atomi) și, prin urmare, diferă de amestecuri

CU sfârşitul XIX-lea V. au fost reluate studiile care au pus sub semnul întrebării absolutizarea legii constanţei compoziţiei. Remarcabilul chimist rus N.S. Kurnakov (1860-1941), ca urmare a studiilor compușilor intermetalici, adică compuși formați din două metale, a stabilit formarea unor compuși individuali reali de compoziție variabilă și a găsit limitele omogenității lor pe diagrama „compoziție-proprietate”, separând din ele zonele de existenţă ale compuşilor stoichiometrici compoziţia. Compuși chimici de compoziție variabilă pe care i-a numit berthollids, și a lăsat numele în spatele compușilor de compoziție permanentă daltonide.

După cum au arătat rezultatele cercetărilor fizice, esența problemei compușilor chimici constă nu atât în ​​constanța sau inconstanța compoziției chimice, ci în natura fizică a legăturilor chimice care unesc atomii într-un singur sistem mecanic cuantic - un moleculă.

Numărul de compuși chimici este enorm. Ele diferă atât prin compoziție, cât și prin proprietăți chimice și fizice. Dar inca component chimic - o substanță definită calitativ constând din unul sau mai multe elemente chimice.

Cartea tratează problema actuală a științei naturale moderne - originea vieții. Este scrisă pe baza celor mai moderne date de geologie, paleontologie, geochimie și cosmochimie, care infirmă multe idei tradiționale, dar învechite despre originea și dezvoltarea vieții pe planeta noastră. Antichitatea profundă a vieții și a biosferei, proporțională cu vârsta planetei însăși, permite autorului să concluzioneze că originea Pământului și a vieții este un singur proces interconectat.

Pentru cititorii interesați de științele pământului.

Carte:

Sunt doar surprins că acest mecanism incredibil de complex încă funcționează. Când te gândești la Viață, devine clar cât de jalnic și de primitivă este știința noastră. Este evident că proprietățile unei ființe vii sunt predeterminate de o celulă fertilizată, la fel cum viața este predeterminată de existența unui atom, iar misterul a tot ceea ce există se află la nivelul cel mai de jos,

Relația dintre germenii vieții și predecesorii săi - compuși complecși de carbon - este o problemă științifică primordială. Primele experimente ale lui L. Pasteur, realizate în a doua jumătate a secolului al XIX-lea, au arătat imposibilitatea conditii moderne Originea vieții pe Pământ - cele mai simple organisme vii. Acest lucru a condus într-o oarecare măsură la apariția ideilor de panspermie, conform cărora viața de pe Pământ nu și-a luat naștere deloc, ci a fost adusă din spațiul cosmic, unde a existat sub formă de embrioni. Cei mai caracteristici susținători ai acestor idei au fost G. Helmholtz și S. Arrhenius, deși mai devreme astfel de idei au fost exprimate de J. Liebig. Potrivit lui S. Arrhenius, particulele de materie vie - spori sau bacterii, așezate pe microparticule de praf cosmic, sunt transferate de la o planetă la alta prin forța presiunii ușoare, menținându-și în același timp viabilitatea. Când sporii lovesc o planetă cu condiții adecvate pentru viață, ei germinează și dau naștere evoluției biologice.

Sub forme oarecum diferite, aceste idei sunt reînviate în timpul nostru. De exemplu, F. Hoyle a prezentat ideea posibilității existenței microorganismelor în spațiul interstelar. Conform ideilor sale, norii de praf cosmic sunt alcătuiți în principal din bacterii și spori. Se presupune că, în intervalul de timp de acum 4,6-3,8 miliarde de ani, două evenimente au fost posibile pe Pământ - fie originea vieții de pe planetă însăși, fie a adus microorganisme din spațiul cosmic. F. Hoyle și S. Wickramasing în 1981 au admis că acesta din urmă este mai probabil. Conform calculelor lor, 10 18 spori cosmici intră în atmosfera superioară a Pământului în fiecare an ca rămășiță de material solid dispersat în sistemul solar. Astfel, cometele sunt purtători ai germenilor vieții, care s-au format mai devreme în spațiul interstelar și abia apoi au căzut în norul Oort.

Trebuie remarcat faptul că ideile prezentate sunt extrem de fantastice și nu sunt de acord cu datele experimentale cunoscute. Cu toate acestea, nu există nicio îndoială că viața este legată de cosmos în ceea ce privește compoziția atomică și în termeni de energie. Acest lucru poate fi văzut din tabel. 6, care dă valorile distribuției relative a elementelor în spațiu, în fracția volatilă a cometelor, în bacterii și mamifere. Se atrage atenția asupra marii proximități și, în unele cazuri, asupra identității materiei cosmice și a materiei vii a Pământului. Elementele principale ale materiei vii sunt elementele răspândite ale cosmosului. În același timp, H, C, N, O - elemente biofile tipice - sunt cele mai răspândite în natură.

Este ușor de concluzionat că organismele vii folosesc în primul rând cei mai accesibili atomi, care, în plus, sunt capabili să formeze stabile și multiple. legături chimice. Se știe că carbonul poate forma lanțuri lungi, rezultând nenumărați polimeri. Sulful și fosforul pot forma, de asemenea, legături multiple. Sulful face parte din proteine, iar fosforul face parte din acizii nucleici.

În condiții adecvate, cei mai comuni atomi se combină între ei pentru a forma molecule, care se găsesc în norii spațiali metode ale radioastronomiei moderne. Cele mai multe dintre moleculele cosmice cunoscute sunt organice, inclusiv cele mai complexe 8 și 11 atomice. Astfel, în ceea ce privește compoziția, cosmochimia Universului creează posibilități extinse pentru diferite combinații de carbon cu alte elemente conform legilor legăturii chimice.

Cu toate acestea, problema formării moleculelor în condiții cosmice este una dintre cele mai dificile probleme ale cosmochimiei. De fapt, în mediul interstelar, chiar și în regiunile sale cele mai dense, elementele se află în condiții departe de echilibrul termodinamic. Datorită concentrației scăzute a substanței reacții chimiceîn spațiul interstelar este extrem de puțin probabil. Prin urmare, s-a sugerat că particulele de praf cosmic iau parte la construcția moleculelor interstelare. În cele mai multe caz simplu Moleculele de hidrogen pot apărea atunci când atomii săi intră în contact cu particule solide. Cele mai comune molecule spațiale, CO, sunt probabil capabile să se nască în atmosfere stelare la o densitate suficientă a materiei și apoi ejectate în spațiul cosmic.

În prezent, rolul fazei solide în formarea moleculelor de substanțe organice în spațiul cosmic devine din ce în ce mai clar. Cele mai probabile modele ale acestui proces au fost dezvoltate de J. Greenberg. Potrivit omului de știință, particulele de praf cosmic au structura complexași constau dintr-un miez de compoziție predominant de silicați, înconjurat de o înveliș de substanțe organice. Aparent, în coajă au loc diverse procese chimice, ceea ce duce la complicarea structurii substanței originale. Structura unor astfel de particule de praf după prima etapă de acumulare este confirmată prin modelarea experimentală pe un amestec de apă, metan, amoniac și alte molecule simple iradiate cu radiații ultraviolete la o temperatură de aproximativ 10 K. Fiecare bob de praf provine dintr-un miez de silicat. care a apărut în atmosfera unei stele uriașe reci. O coajă de gheață se formează în jurul miezului. Sub acțiunea radiațiilor ultraviolete, unele molecule de înveliș (H 2 O CH 4, NH 3) se disociază cu formarea de radicali - fragmente reactive de molecule. Acești radicali se pot recombina pentru a forma alte molecule. Ca urmare a iradierii prelungite, poate apărea un amestec mai complex de molecule și radicali (HN 2 HCO, HOCO, CH 3 OH, CH 3 C etc.). În timpul distrugerii particulelor de praf sub influență factori spațiali compușii care au apărut la suprafața lor formează nori moleculari.

Judecând după mase uriașe de nori moleculari, aceștia sunt principalele rezervoare de materie organică din spațiu. Cu toate acestea, compușii organici găsiți în ele se dovedesc a fi relativ simpli și încă departe de acele sisteme moleculare care ar putea oferi începutul vieții pe orice corp planetar favorabil.

Prezența substanțelor organice în meteoriți merită o atenție specială. Acest lucru este foarte important pentru înțelegerea proceselor de origine a sistemelor moleculare înalte ca precursori ai vieții. Trebuie remarcat faptul că meteoriții, împreună cu corpurile lor părinte - asteroizii, aparțin sistemului solar. În plus, vârsta meteoriților, conform geocronologiei nucleare, este de 4,6-4,5 miliarde de ani, ceea ce coincide practic cu vârsta Pământului și a Lunii. În consecință, meteoriții sunt, fără îndoială, martori la formarea diferiților compuși chimici, inclusiv a celor organici, în cele mai incipiente stadii de dezvoltare. sistem solar.

Meteoriții conțin hidrocarburi, carbohidrați, purine, pirimidine, aminoacizi, i.e. acei compuși chimici care fac parte din materia vie, formând baza acesteia. Se găsesc în condritele carbonice și asteroizii cu o anumită structură și compoziție. Majoritatea asteroizilor se deplasează în centura dintre Marte și Jupiter. Pe baza datelor despre cosmochimia cometelor, se poate presupune că regiunea de formare a compușilor organici a acoperit o zonă vastă în cea mai mare parte a volumului nebuloasei solare primare. Desigur, în elucidarea problemei generale a originii vieții, nu avem dreptul să ignorăm datele despre compoziția meteoriților. Această împrejurare a fost luată în considerare în diferite grade de către diferiți autori de ipoteze despre originea vieții. Astfel, acum avem dreptul de a considera meteoriții cunoscuți drept documente istorice - martori autentici ai istoriei timpurii a sistemului solar, care acoperă și procesele de formare a substanțelor organice.

Orice meteorit este solid, constând dintr-un număr de faze minerale. Principalele sunt silicate (piatră), metalice (fier-nichel) și sulfură (troilită). Există și alte faze, dar au o importanță secundară în distribuția lor. În meteoriți se găsesc diverse minerale, al căror număr depășește 100, dar doar câteva sunt principalele minerale formatoare de rocă (olivină, piroxen, feldspați, fier nichel, troilit etc.). În plus, 20 de minerale au fost găsite în meteoriți, care nu se găsesc în Scoarta terestra. Acestea includ carburi, sulfuri etc., a căror formare este asociată cu condiții de reducere bruscă. Cele mai semnificative concentrații de carbon asociate cu materia organică sunt în condritele carbonice.

Informații fundamentale importante despre materia organică din meteoriți sunt prezentate în lucrările lui G. P. Vdovykin, E. Avders, R. Hayatsu, M. Studir. Pentru prima dată, materia organică din compoziția meteoriților a fost izolată de celebrul chimist I. Berzelius când a analizat condrita carbonică Alais în 1834. Rezultatele analizei sale au fost atât de impresionante încât el însuși a considerat această substanță. origine biologică. În cursul secolului al XIX-lea, analizele chimice au relevat prezența în meteoriți a hidrocarburilor solide, compuși organici complecși cu sulf și fosfor. Condritele carbonice, o parte semnificativă a carbonului în care se află sub formă de compuși organici, au fost studiate cel mai atent și amănunțit. Conținut general carbonul și alte substanțe volatile din condritele carbonice se caracterizează prin următoarele valori (în procente în greutate):

Aceasta arată că conținutul de carbon (precum și sulf și apă) este maxim în condritele carbonice de tip C1 și minim în condritele C3. Astfel, în prezent, nu există nicio îndoială că în corpurile părinte ale condritelor carbonice, ca urmare a însuși proceselor de formare a acestora, au apărut compuși organici complecși ca rezultat natural al evoluției chimice a sistemului solar timpuriu.

Compoziția chimică elementară a condritelor carbonice minus substanțele volatile este foarte apropiată de cea a condritelor obișnuite. Principalele caracteristici ale diferitelor tipuri de condrite carbonice sunt următoarele.

Tipul C1 este reprezentat de pietre negre fragile, care se sfărâmă în praf când sunt frecate cu degetele. Masa cu granulație fină din ele este de aproximativ 95%. Este presărată cu condrule (microcondrule) formate din olivină și magnetit (dimensiune 1-50 microni). Compoziția minerală a acestui tip de meteorit este prezentată în fig. 9. Condritele carbonice de tip C1 sunt cele mai bogate în substanțe organice de origine abiogenă.

Tipul C2 sunt pietre de culoare gri-negru, semnificativ mai dense decât C1. Masa principală cu granulație fină, care reprezintă 60% din volum, este intercalată cu condrule semnificativ mai mari decât în ​​tipul C1. Se observă intercreșteri ale microcondrulelor primare într-un singur cristal.

Tipul C3 sunt pietre dure de gri închis, gri verzui sau culoarea gri. Masa cu granulație fină ocupă 35%. Condrulele sunt destul de mari și bine definite.

Abundența multor elemente chimice în condritele carbonice de tip C1 relevă o serie de relații caracteristice care le apropie de materia solară. Cu alte cuvinte, aceste condrite carbonice sunt materie solară solidificată, lipsită de gaze ușoare.

Substanțele organice găsite în meteoriți sunt enumerate în tabel. 7. După cum puteți vedea, lista lor este destul de impresionantă. Majoritatea acestor compuși, într-un grad sau altul, corespund legăturilor universale ale metabolismului cunoscute în organismele vii: aminoacizi, polimeri asemănători proteinelor, mono și polinucleotide, porfirine și alți compuși. Apropierea de compoziția complexelor organice de origine biologică s-a dovedit a fi atât de mare încât unii autori au început chiar să admită că în trecut organisme vii se găseau direct în meteoriți înșiși. A existat o discuție plină de viață pe această problemă în anii 1960. Cu toate acestea, studiile atente ale compușilor organici din meteoriți nu au confirmat prezența activității optice, ceea ce indică originea lor abiogenă.

Compararea substanțelor organice de origine meteorită cu produse ale reacțiilor artificiale de tip Fischer-Tropsch și substanțe organice fosile de origine biologică arată marea lor apropiere, în special în ceea ce privește conținutul anumitor hidrocarburi. De exemplu, meteoriții sunt dominați de hidrocarburi cu 16 atomi pe moleculă, ceea ce se observă și în obiectele terestre și în produsele experimentelor de laborator.

Meteoriții sunt fragmente de corpuri mai mari - asteroizi, majoritatea care se află în centura de asteroizi la o distanță de 2,3-3,3 UA. e. de la Soare. În ultimii 10 ani, ca urmare a observațiilor astrofizice ale asteroizilor din partea vizibilă a spectrului și undelor infraroșii, s-au obținut date de o importanță capitală pentru stabilirea relației genetice dintre asteroizi și meteoriți. Prin compararea reflectivității meteoriților și a asteroizilor, a fost posibil să se stabilească că aproape toate clasele cunoscute de meteoriți au analogii lor printre asteroizii studiați.

În funcție de reflectivitate, asteroizii sunt împărțiți în două grupuri mari mari - asteroizi întunecați sau C-asteroizi și relativ ușori sau S-asteroizi. Primele sunt caracterizate de albedo scăzut - mai puțin de 0,05, cele din urmă - peste 0,1. În ceea ce privește reflectivitatea spectrală, grupul CU aproape de condritele carbonice, a S- la meteoriți pietroși-fier și condriți obișnuiți. Cele mai recente măsurători fotometrice confirmă în general unitatea materialului meteoriților și asteroizilor. Prin urmare, toate caracteristicile minerale, chimice și structurale ale meteoriților obținute și studiate în laboratoarele terestre pot fi transferate asteroizilor.

În urma cercetărilor, s-a putut stabili că compoziția asteroizilor este diferită în diferite regiuni ale centurii de asteroizi. O regularitate cosmochimică fundamental importantă a fost dezvăluită în sistemul solar: compoziția asteroizilor depinde de distanța heliocentrică. În partea interioară a centurii de asteroizi există corpuri apropiate de condritele obișnuite, dar pe măsură ce distanța față de Soare crește, în intervalul de 2,5-3,3 UA. Adică devin mai mici, iar numărul de asteroizi, cum ar fi condritele carbonice, care ocupă o poziție dominantă în părțile mijlocii și marginale ale centurii de asteroizi, crește. În general, conform observațiilor moderne, în centura de asteroizi predomină chiar și corpurile carbono-condritice.

Dacă într-adevăr majoritatea asteroizilor au compoziția de condrite carbonice, atunci este destul de firesc ca aceștia să conțină multă materie organică, ceea ce le determină culoarea închisă și reflexivitatea scăzută. Astfel, asteroidul Bamberg are cea mai scăzută reflectivitate (albedo 0,03). Acesta este un obiect întunecat și destul de mare din centura de asteroizi, cu un diametru de aproximativ 250 km.

Cometele au fost de mare interes în ultima vreme. S-a sugerat că au participat la apariția vieții pe Pământ sau, în orice caz, ar putea avea o anumită contribuție la compoziția atmosferei sale timpurii. De asemenea, ar putea livra primele molecule organice la suprafața planetei în curs de dezvoltare. S-a stabilit opinia că cometele reflectă cel mai bine condițiile primare din sistemul solar.

Majoritatea cometelor sunt situate chiar la periferia sistemului solar, în așa-numitul nor Oort. Au orbite extrem de alungite și sunt de sute și mii de ori mai departe de Soare decât Pluto. Cometele cu perioadă lungă se apropie de Soare dintr-o regiune îndepărtată. În general, cometa este un bulgăre de zăpadă murdară. „Zăpada” dintr-o cometă este compusă din gheață de apă obișnuită cu un amestec de dioxid de carbonși alte gaze înghețate cu compoziție necunoscută. „Noroiul” sunt particule de roci silicate de diferite dimensiuni, intercalate în gheața cometă. Se poate presupune că, din cauza absenței interacțiunilor chimice, cometele sunt mostre neatinse ale materiei originale din care s-a format sistemul solar.

Pe măsură ce se apropie de Soare, materia volatilă a cometelor se evaporă și este aruncată de o presiune ușoară, formând o coadă gigantică. Toate fenomenele cometare observate sunt determinate de procese asociate cu eliberarea de gaze și praf. Ionii H + , OH - , O - și H 2 O + care formează cozile cometare provin în principal din molecule de apă, deși sunt probabil prezenți și alți compuși de hidrogen. Atomii, radicalii, moleculele și ionii sunt prezentați sub următoarea formă: în comete - C, C 2, C 3, CH, CN, CS, CH 3 CN, HCN, NH, NH 2, O, OH, H 2, O 2, Na, S, Si; lângă Soare - Ca, CO, Cr, Cu, Fe, V; în coadă - CH + , CO + , CO 2 + , CN + , N 2 + .

Peste tot în comete se găsesc elemente biofile, în principal C, O, N și H. În prezent, cu un grad mare de probabilitate, s-a stabilit că moleculele cometare sunt apropiate de cele necesare evoluției prebiologice. Ele pot fi reprezentate prin molecule de aminoacizi, purine, pirimidine. După cum a observat A. Delsemm, există mai multe grupuri de date care indică faptul că praful cometar este de natura meteoriților condriți. În primul rând, constă predominant din silicați și compuși de carbon. În al doilea rând, raporturile de metale evaporate din comete în timpul trecerii lor în apropierea Soarelui corespund raporturilor tipice pentru condrite. În al treilea rând, particulele de praf de origine cosmică, reflectând probabil materia cometelor, sunt foarte apropiate de compoziția materialului condritelor carbonice. Într-adevăr, analiza probelor de praf cosmic indică faptul că 80% sau mai mult din particulele de praf mai mici de 1 mm sunt compuse dintr-un material similar cu condritele carbonice. Unii oameni de știință au comparat conținutul de carbon din comete și condritele carbonice și au ajuns la concluzia că cel puțin 10% din materialul cometei sunt compuși organici. Natura compușilor chimici găsiți în comete indică o mare probabilitate ca moleculele care dau naștere acestora să fie cel puțin comparabile ca complexitate cu moleculele spațiului interstelar.

Astfel, toate datele despre cosmochimia meteoriților, asteroizilor și cometelor indică faptul că formarea de compuși organici în sistemul solar în primele etape ale dezvoltării sale a fost un fenomen tipic și masiv. S-a manifestat cel mai intens în spațiul viitorului inel de asteroizi, dar în diferite grade a acoperit alte regiuni ale nebuloasei solare protoplanetare, inclusiv, probabil, regiunea din care a luat naștere Pământul. Cu toate acestea, evoluția chimică a materiei nebuloasei protosolare, atinsă un anumit stadiu în formarea compușilor organici complecși, s-a dovedit a fi, parcă, înghețată în majoritatea corpurilor sistemului solar și numai pe Pământ a făcut-o. continuă, atingând o complexitate incredibilă sub formă de materie vie.

Cosmochimia (din Cosmos și Chimie

știința compoziției chimice a corpurilor cosmice, legile abundenței și distribuției elementelor chimice în Univers, procesele de combinare și migrare a atomilor în timpul formării materiei cosmice. Cea mai studiată parte a Kazahstanului - Geochimia , K. studiază în principal procesele „reci” la nivelul interacțiunilor atomo-moleculare ale substanțelor, în timp ce procesele nucleare „fierbinte” din spațiu – starea plasmatică a materiei, nucleogeneza (procesul de formare a elementelor chimice) în interiorul stelelor etc. se ocupă în principal de fizică. K. - un nou domeniu de cunoaștere, care a primit o dezvoltare semnificativă în a doua jumătate a secolului XX. în principal datorită succesului astronauticii. Anterior, studiile proceselor chimice din spațiul cosmic și al compoziției corpurilor cosmice au fost efectuate în principal prin analiza spectrală (vezi Analiza spectrală) a radiațiilor de la Soare, stele și, într-o oarecare măsură, straturile exterioare ale atmosferelor planetare. Această metodă a făcut posibilă descoperirea elementului heliu în Soare chiar înainte de a fi descoperit pe Pământ. Singura metodă directă de studiere a corpurilor cosmice a fost analiza compoziției chimice și de fază a diverșilor meteoriți căzuți pe Pământ. Astfel, s-a acumulat material semnificativ, care este de o importanță fundamentală pentru dezvoltarea ulterioară a navelor spațiale.Dezvoltarea cosmonauticii, zborurile stațiilor automate către planetele sistemului solar – Luna, Venus, Marte – și, în final, o vizită de către Man to the Moon a deschis oportunități complet noi pentru nave spațiale. În primul rând, acesta este un studiu direct al rocilor Lunii cu participarea cosmonauților sau prin prelevarea de mostre de sol cu ​​dispozitive automate (mobile și staționare) și livrarea lor pe Pământ pentru studii ulterioare în laboratoarele chimice. În plus, vehiculele de coborâre automată au făcut posibilă studierea materiei și a condițiilor de existență a acesteia în atmosferă și pe suprafața altor planete din sistemul solar, în primul rând Marte și Venus. Unul dintre sarcini critice K. studiul pe baza compoziției și distribuției elementelor chimice a evoluției corpurilor cosmice, dorința de a explica originea și istoria lor pe bază chimică. Cea mai mare atenţie în K. este acordată problemelor abundenţei şi distribuţiei elementelor chimice. Abundența elementelor chimice în spațiu este determinată de nucleogeneza din interiorul stelelor. Compoziția chimică a Soarelui, planetelor tip pământ Sistemul solar și meteoriții, aparent, sunt aproape identice. Formarea nucleelor ​​elementelor chimice este asociată cu diferite procese nucleare în stele. Prin urmare, în diferite etape ale evoluției lor, diferite stele și sisteme stelare au o compoziție chimică diferită. Stelele sunt cunoscute cu linii spectrale deosebit de puternice de Ba sau Mg sau Li etc. Distribuția elementelor chimice pe faze în procesele cosmice este extrem de diversă. Starea agregativă și de fază a materiei în spațiu în diferite etape ale transformărilor sale este influențată în multe feluri: 1) o gamă uriașă de temperaturi, de la stelară la zero absolut; 2) o gamă uriașă de presiuni, de la milioane de atmosfere în condițiile planetelor și stelelor până la vidul spațiului; 3) radiații galactice și solare profund penetrante de diferite compoziții și intensități; 4) radiații care însoțesc transformarea atomilor instabili în cei stabili; 5) magnetice, gravitaționale etc. câmpuri fizice. S-a stabilit că toți acești factori afectează compoziția substanței scoarței exterioare a planetelor, învelișurile lor gazoase, materia meteoritică, praful cosmic etc. În același timp, procesele de fracționare a materiei în spațiu privesc nu numai compoziţia atomică, dar şi izotopică. Determinarea echilibrelor izotopice care apar sub influența radiațiilor face posibilă pătrunderea profundă în istoria proceselor de formare a materiei planetelor, asteroizilor și meteoriților și stabilirea vechimii acestor procese. Mulțumită condiții extreme procesele au loc în spațiul cosmic și există stări ale materiei care nu sunt caracteristice Pământului: starea plasmatică a materiei stelelor (de exemplu, Soarele); condensarea He, Na, CH4, NH3 și a altor gaze volatile în atmosfera planetelor mari la foarte temperaturi scăzute; formarea fierului inoxidabil în vidul spațiului în timpul exploziilor de pe Lună; structura condritică a meteoriților pietroși; formarea de substanțe organice complexe în meteoriți și, probabil, pe suprafața planetelor (de exemplu, Marte). În spațiul interstelar, atomii și moleculele multor elemente se găsesc în concentrații extrem de scăzute, precum și minerale (cuarț, silicați, grafit etc.) și, în final, sunt sintetizați diverși compuși organici complecși (iveniți din gazele solare primare H, CO, NH 3 , O 2 , N 2 , S și alți compuși simpli în condiții de echilibru cu participarea radiațiilor). Toate acestea materie organicăîn meteoriți, în spațiul interstelar - nu sunt activi optic.

Odată cu dezvoltarea astrofizicii (vezi Astrofizica) și a altor științe, posibilitățile de obținere a informațiilor legate de navele spațiale s-au extins.Astfel, căutările de molecule în mediul interstelar sunt efectuate folosind metodele radioastronomiei. Până la sfârșitul anului 1972, în spațiul interstelar au fost descoperite peste 20 de tipuri de molecule, inclusiv câteva molecule organice destul de complexe, care conțin până la 7 atomi. S-a stabilit că concentrațiile lor observate sunt de 10-100 de milioane de ori mai mici decât concentrația de hidrogen. De asemenea, aceste metode fac posibilă, prin compararea liniilor radio ale varietăților izotopice ale unei molecule (de exemplu, H 2 12 CO și H 2 13 CO), studierea compoziției izotopice a gazului interstelar și verificarea corectitudinii existente. teoriile originii elementelor chimice.

De o importanță excepțională pentru înțelegerea chimiei cosmosului este studiul procesului complex în mai multe etape de condensare a materiei plasmatice la temperatură joasă, de exemplu, tranziția materiei solare în materia solidă a planetelor sistemului solar, asteroizii. , meteoriți, însoțite de creșterea condensului, acumularea (creșterea în masă, „creșterea” oricărei substanțe prin adăugarea de particule din exterior, de exemplu, dintr-un nor de gaz și praf) și aglomerarea agregatelor primare (faze) cu pierderea simultană de substanțe volatile. substanțe în vidul spațiului cosmic. În vidul spațial, la temperaturi relativ scăzute (5000-10000 °C), din plasma de răcire cad succesiv faze solide de compoziție chimică diferită (în funcție de temperatură), caracterizate prin diferite energii de legare, potențiale de oxidare etc. De exemplu, în Condritele se face o distincție între faze de silicat, metalic, sulfurat, cromit, fosfură, carbură și alte faze, care la un moment dat în istoria lor se aglomera într-un meteorit pietros și, probabil, într-un mod similar în materia planetelor terestre.

În plus, în planete are loc procesul de diferențiere a substanței solide, de răcire, în cochilii - un miez metalic, faze de silicat (manta și crustă) și atmosfera - deja ca rezultat al încălzirii secundare a substanței planetelor. de căldura de origine radiogenă eliberată în timpul dezintegrarii izotopilor radioactivi de potasiu, uraniu și toriu și, eventual, a altor elemente. Un astfel de proces de topire și degazare a materiei în timpul vulcanismului este tipic pentru Lună, Pământ, Marte și Venus. Se bazează pe principiul universal de topire a zonei, care separă materia cu punct de topire scăzut (de exemplu, cruste și atmosfere) de materia refractară a învelișurilor planetare. De exemplu, materia solară primară are raportul Si/Mg≈1, substanța scoarței planetare topită din mantaua planetelor este Si/Mg≈6,5. Siguranța și natura învelișurilor exterioare ale planetelor depind în primul rând de masa planetelor și de distanța lor de la Soare (de exemplu, atmosfera subțire a lui Marte și atmosfera puternică a lui Venus). Datorită apropierii lui Venus de Soare, din CO 2 din atmosfera sa a apărut un efect de „sară”: la temperaturi de peste 300 ° C în atmosfera lui Venus, procesul CaCO 3 + SiO 2 → CaSiO 3 + CO 2 atinge un stare de echilibru în care conține 97% CO 2 la 90 de presiune ATM. Exemplul Lunii sugerează că gazele secundare (vulcanice) nu sunt reținute de un corp ceresc dacă masa lui este mică.

Ciocnirile în spațiul cosmic (fie între particulele de materie meteoritică, fie în timpul impactului meteoriților și a altor particule pe suprafața planetelor), datorită vitezelor cosmice enorme de mișcare, pot provoca o explozie termică care lasă urme în structura solidului. corpurile cosmice și formarea cratere de meteoriți. Există un schimb de materie între corpurile spațiale. De exemplu, conform estimării minime, cel puțin 1․10 4 T praf cosmic a cărui compoziție este cunoscută. Printre meteoriții de piatră care cad pe Pământ, se numără așa-numitele. acondrite bazaltice , apropiată ca compoziție de rocile de suprafață ale Lunii și bazalții terestre (Si/Mg ≈ 6,5). În acest sens, a apărut o ipoteză că sursa lor este Luna (rocile de suprafață ale scoarței sale).

Acestea și alte procese din spațiu sunt însoțite de iradierea materiei (radiația galactică și solară de înaltă energie) în numeroase etape ale transformării acesteia, ceea ce duce, în special, la transformarea unor izotopi în alții, iar în cazul general, la o modificare a izotopicului sau compozitia atomica substante. Cu cât procesele în care a fost implicată materia sunt mai lungi și mai diverse, cu atât compoziția chimică este mai departe de compoziția stelară primară (solară). În același timp, compoziția izotopică a materiei cosmice (de exemplu, meteoriți) face posibilă determinarea compoziției, intensității și modulării radiației galactice în trecut.

Rezultatele cercetărilor în domeniul K. sunt publicate în revistele Geochimica et Cosmochimica Acta (N. Y., din 1950) și Geochemistry (din 1956).

Lit.: Vinogradov A.P., Procese protoplanetare la temperatură înaltă, „Geochimie”, 1971, c. unsprezece; Aller L. Kh., Prevalența elementelor chimice, trad. din engleză, M., 1963; Seaborg G. T., Valens E. G., Elements of the Universe, trad. din engleză, ed. a II-a, M., 1966; Merrill P. W., Chimie spațială, Ann Arbor, 1963; Spitzer L., Materia difuză în spațiu, N. Y., 1968; Snyder L. E., Buhl D., Molecules in the interstellar medium, Sky and Telescope, 1970, v. 40, p. 267, 345.

A. P. Vinogradov.

Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .

Vedeți ce este „Cosmochimia” în alte dicționare:

Cosmochimia… Dicţionar de ortografie

El studiază compoziția chimică a corpurilor cosmice, legile abundenței și distribuției elementelor în Univers, evoluția compoziției izotopice a elementelor, combinarea și migrarea atomilor în timpul formării materiei cosmice. Studiul chimiei ...... Dicţionar enciclopedic mare

Exist., Număr de sinonime: 1 Chimie (43) Dicţionar de sinonime ASIS. V.N. Trishin. 2013... Dicţionar de sinonime

Știința care studiază prevalența și distribuția substanțelor chimice. elemente din spațiu: spațiul cosmic, meteoriți, stele, planete în general și părțile lor separate. Dicţionar geologic: în 2 volume. M.: Nedra. Editat de K. N. Paffengolts și... Enciclopedia Geologică

Acest articol ar trebui să fie wikificat. Vă rugăm să-l formatați conform regulilor de formatare a articolelor... Wikipedia

Știința chimiei. compoziția spațiului corpuri, legile prevalenței și distribuției elementelor în univers, procesele de combinare și migrare a atomilor în formarea spațiului. in va. Formarea și dezvoltarea lui K. este asociată în primul rând cu lucrările lui V. M. Goldshmidt, G ... Enciclopedia chimică

El studiază compoziția chimică a corpurilor cosmice, legile abundenței și distribuției elementelor în Univers, evoluția compoziției izotopice a elementelor, combinarea și migrarea atomilor în timpul formării materiei cosmice. Studiul chimiei ...... Dicţionar enciclopedic

cosmochimie- kosmoso chemija statusas T sritis chemija apibrėžtis Mokslas, tiriantis cheminę kosmoso objektų sudėtį. atitikmenys: engl. chimie cosmică. cosmochimie... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

- (din spațiu și chimie) știința chimiei. compoziția spațiului organismele, legile prevalenței și distribuției substanțelor chimice. elemente din univers, privind sinteza nucleelor ​​chimice. elemente și modificări ale compoziției izotopice a elementelor, despre procesele de migrare și interacțiune a atomilor în timpul... Marele dicționar politehnic enciclopedic