Книга по химии для домашнего чтения - Степин Борис Дмитриевич

4.7. «СЫРЬЕ» ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

Звезды — водородно-гелиевая смесь. Не эта ли смесь — основное «сырье» для образования остальных химических элементов?

Все химические элементы образовались из ядер водорода Н, который вместе с гелием He является главной частью космического вещества. Остальные химические элементы могут рассматриваться как малая примесь. Большинство всех звезд, в том числе и наше Солнце, представляют собой водородно-гелиевую смесь. Только в звездах, называемых «белыми карликами», водород в результате ядерных реакций весь «выгорел» и вместо него появились более тяжелые элементы.

«Выгорание» водорода с превращением его в гелий происходит в основном у центра звезды, где температура выше. При этом ядро звезды сжимается, а оболочка расширяется. Температура поверхности звезды падает, и она становится «красным гигантом». В «выгоревшем» и сильно сжавшемся ядре и начинаются ядерные реакции, приводящие к образованию новых химических элементов. Прежде всего с участием ядер бериллия Be образуются атомы углерода C:

84Ве + 42Не → 126C.

Новые ядра легких элементов служат исходным материалом для последующего образования всех тяжелых ядер в процессах нейтронного захвата. Например, образование ядер азота N происходит при захвате нейтронов n0 ядрами углерода с выбросом электронов e-:

126C + 10n = 136C = 137N + e-

Непрерывно действующими источниками нейтронов служат ядерные реакции типа:

136C + 42He = 138O + 10n.

Некоторые химические элементы, видимо, образовались при помощи ядерных частиц, ускоренных переменными электромагнитными полями в атмосферах звезд.

4.8. ЭЛЕМЕНТЫ ВО ВСЕЛЕННОЙ

На Земле по убывающей распространенности химические элементы составляют ряд: О, Si, Al, Fe, Ca, …, H (9-е место), …, C (13-е место), …, Не (78-е место). Распространенность же элементов во Вселенной убывает в ряду: H>He>O>C>Ne>N>Si>S>…

В космосе было обнаружено присутствие аммиака NH3, воды H2O, циановодорода HCN, метанола CH3OH, муравьиной кислоты HCOOH и даже аминокислот. Среди метеоритов, падающих на Землю, встречаются так называемые углеродистые хондриты, в состав которых входит от 0,5 до 7,0% органических соединений. В частности, в метеорите «Мэрчисон» (Австралия, 1969 г.) было обнаружено 18 различных аминокислот. Поэтому считают, что образование органических и неорганических соединений — распространенный космический процесс.

4.9. ТРИАДЫ ДЁБЕРЕЙНЕРА

Иоганн-Вольфганг Дёберейнер (1780–1849), немецкий химик-технолог, свое химическое образование получил, работая помощником аптекаря в ряде городов Германии. Затем он стал владельцем небольшой фабрики медикаментов, но быстро разорился. Скопив капитал, Дёберейнер снова приобрел фабрику по отбеливанию тканей хлором, но в 1808 г. предприятие обанкротилось. Его спас от нищеты друг и покровитель, поэт и философ И.-В. Гёте, возглавлявший в то время правительство одного из герцогств Германии. Гёте предложил Дёберейнеру занять должность профессора химии и фармации в Иенском университете.

В 1817 г. Дёберейнер обнаружил, что некоторые элементы, обладавшие общностью химических свойств, можно расположить по возрастанию их атомных масс так, что атомная масса среднего из трех элементов окажется равной примерно среднему арифметическому из суммы атомных масс соседних элементов (правило триад). Он назвал такие семейства элементов триадами. Дёберейнер составил из известных в то время элементов четыре триады: литий Li—натрий Na—калий К; кальций Ca—стронций Sr—барий Ba; сера S — селен Se—теллур Те; хлор Cl—бром Br—иод I.

Работы Дёберейнера послужили началом в создании будущей Периодической системы, хотя взаимная связь триад так и осталась до Менделеева нераскрытой. Правило триад было использовано Менделеевым для классификации химических элементов.

4.10. МЕНДЕЛЕЕВ И МЕЙЕР

До сих пор в ряде зарубежных стран оспаривается приоритет открытия Периодического закона Менделеевым и преувеличивается роль Мейера в этом открытии. Первооткрывателями Периодического закона называют Мейера и Менделеева.

Лотар-Юлиус Мейер (1830–1895) — немецкий профессор химии, член-корреспондент Берлинской академии наук, иностранный член- корреспондент Петербургской академии наук с 1890 г., занимался проблемами физиологии, историей химических теорий и отчасти физической химией.

Одно время он пытался расположить химические элементы по возрастанию их степеней окисления. В 1864 г. в книге «Современные теории химии» Мейер предложил располагать элементы по группам, но дальше этого предложения не пошел и понятие «группа элементов» не раскрыл. Только в 1870 г., после опубликования Менделеевым Периодического закона, появилась статья Мейера, в которой он рассмотрел общую систему химических элементов, расположив их по возрастанию атомных масс, что сделал до него еще Ньюлендс (см. 2.16).

Сам Мейер признавал приоритет Менделеева в открытии Периодического закона. В одной из своих статей, опубликованных после 1870 г., он писал: «В 1869 г., раньше, чем я высказал свои мысли о периодичности свойств элементов, появился реферат статьи Менделеева…» о Периодической системе и Периодическом законе, позволявшем предсказывать свойства еще не открытых химических элементов.

Однако позднее, в 1880 г., Мейер опубликовал статью с претензией на приоритет открытия Периодического закона. Менделеев по этому поводу написал, что «… Лотар Мейер раньше меня не имел в виду периодического закона, а после меня нового ничего к нему не прибавил». Следует добавить, что Мейер считал долгое время основным свойством простых веществ степень окисления, а не атомную массу.

4.11. ЛЕГЧЕ ВОДОРОДА?

Менделеев считал, что легче водорода H могут быть два химических элемента, пока не обнаруженных в природе: элемент x, названный им ньютонием, и элемент y, которому он дал имя короний. Для ньютония Менделеев ввел в свою систему нулевой период, а элемент короний он поместил в I-й период до водорода. Оба элемента, по его мнению, должны находиться в нулевой группе Периодической системы.

Менделеев полагал, что ньютоний не только наилегчайший, но и химически наиболее инертный химический элемент, обладающий высочайшей проникающей способностью. После Менделеева отдельные исследователи пытались представить в качестве такого химического элемента нейтральную ядерную частицу нейтрон n0. Теперь мы знаем, что в Периодической системе элементов не может быть химических элементов легче водорода.

4.12. ФЕНОМЕН ПОЗИТРОНИЯ

Получены атомы позитрония, химический символ Ps, и атомы мюония, химический символ Mu. В атомах позитрония вообще нет ядра. Они состоят из электрона e- и позитрона e+ , перемещающихся вокруг некоторого геометрического центра.

Время жизни позитрония невелико, всего 10-6 с. Электрон и позитрон рано или поздно сталкиваются и исчезают, превращаясь в фотоны, кванты энергии. Позитроний может участвовать в различных химических реакциях. Он восстанавливает катионы железа Fe3+ до Fe2+ :