WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Природні системи абіотичного середовища біосфери - Реферат

Природні системи абіотичного середовища біосфери - Реферат

У зв'язку з цим виникає питання, чи є атомна маса елемента фундаментальною основою періодичного Закону? Об'єктивно в часи Лотара Мейєра і Д. І. Менделєєва на таке питання відповіді не було, бо ще не було умов для виявлення саме фундаментальної основи періодичності елементів: будови атома.

Остаточно Періодичний закон хімічних елементів було сформульовано 1914 р. після геніального відкриття молодим англійським фізиком Генрі Мозлі (1887—1915) залежності між довжиною хвилі характеристичного рентгенівського випромінювання елемента і кількістю протонів у його атомі. (Г. Мозлі загинув на фронті Першої світової війни, чим і зумовлена його відсутність серед лауреатів Нобелівської премії, яка посмертно не присуджується.) Це відкриття відоме сьогодні під назвою закону Мозлі. Згідно з ним елементи Періодичної системи мають порядковий номер, який відповідає кількості протонів у їхніх атомах. Цим законом було остаточно визначено число і будову всіх природних елементів, а також будову штучно синтезованих. На підставі відкритого закону Г. Мозлі вказав номери ще не відкритих на той час трьох природних елементів: 43 — технецій, 61 — прометій, 75 — реній (рис. 26).

Рис. 26. Діаграма Мозлі. Вісь абсцис — порядкові номери елементів; вісьординат , де λ — довжина хвилі (в sm) характеристичного рентгенівського випромінювання елемента, К, L, М — серії рентгенівського випромінювання

Сьогодні існує кілька форм зображення Періодичної системи, найбільш інформаційно місткою з яких є таблиця у так званому довгоперіодному варіанті (табл. 20).

Зверніть увагу, що у Всесвіті інших елементів, ніж ті, які відомі на Землі, не виявлено. Більше того, усі вивчені елементи космосу як за ізотопним складом, так і за іншими властивостями ідентичні земним, і це ставить на твердий грунт науку пізнання всього матеріального світу.

Космічні елементи можна досліджувати, оскільки на Землю потрапляють метеорити й космічні промені. Останні — це не що інше, як атоми без електронів, тобто атомні ядра. Понад 90% часток космічних променів і 3/4 маси зірок — це протони, тобто ядра атома водню — (позитивний заряд +1). Що більший атомний номер елемента, то менше його поширення у Всесвіті. Згідно із сучасною науковою теорією ядра елементів синтезуються з протонів, позитронів і нейтрино в надрах зірок за температур понад 10 млн К. У ядерному синтезі два протони взаємодіють між собою за реакцією:

(позитрон) + ν (нейтрино), коли один із протонів перетворюється на нейтрон і об'єднується з другим протоном в ядро важкого водню (дейтерій) , при цьому утворюється позитрон — частка з позитивним зарядом і масою електрона [1/1840 маси протона] та нейтрино. Відповідно до кількості протонів, незалежно від їх об'єднання в ядра, у матерії зірок існує така сама кількість електронів, що зумовлює електронейтральність системи в цілому. Такий стан матерії називається плазмою і в природних умовах біосфери не існує. Але якось же з плазми утворились атоми і елементи в складі літосфери Землі? Кожна епоха висувала нову гіпотезу щодо цього явища. І нині в космології не існує наукової теорії, яка б однозначно, без будь-яких застережень і суперечностей, пояснювала реальні факти. Звичайно вважають, що первинний матеріал Сонячної системи — це газовий і пиловий продукт зірок (різні молекули, іони типу Н2, СН+, SiO, CH3N і тверді частки солей кремнієвої кислоти). Під дією гравітації такі конденсовані речовини й утворили згустки — зародки первинного Сонця і планет. Оскільки на Сонце припала більша маса часток космічної речовини, ніж на інші планети, то воно під дією сил гравітації дуже ущільнилось і, розігрівшись, перетворилося на зірку. Планети з меншою масою, отже й меншою гравітацією, у тім числі й Земля, утворили космічні тіла, які в дальшій еволюції сформували сучасну Сонячну систему. Схему кругообігу елементів у Всесвіті показано на рис. 27.

Кругообіг елементів у біосфері ми розглянемо в загальній схемі перетворення речовини абіотичного і біотичного походження в наступному розділі (2.2).

Рис. 27. Схема кругообігу речовини у Всесвіті

Тут ми з'ясуємо лише розподіл хімічних елементів у літосфері, точніше в земній корі. Раніше ми вже торкалися питання будови і складу земної кори (рис.13). Додамо, що з загального об'єму земної кори 8 109 km3 на континентальну кору припадає 5,5 109 km3.

Саме земна кора є скарбницею хімічних елементів як для всіх живих організмів Землі, так і для сучасних систем технологій економіки. За класифікацією В. І. Вернадського всі елементи поділено на десять (І... Х) декад. Декада включає групу елементів, вміст яких у земній корі на порядок менший, ніж у попередній декаді з меншим порядковим номером і більше — ніж у наступній декаді. Розподіл елементів з декадами і їх значення для економіки розглядатимуться у ІІІ розділі посібника. Тут скажемо тільки, що І декада включає елементи, вміст яких у земній корі становить десятки відсотків (О і Sі), ІІ декада — від 10 до 1 відсотка (Al, Fe, Ca, Na, K, Mg), ІІІ декада — від 1 до 0,1 відсотка (H, C, Ti, Mn). ІХ і Х декади включають такі елементи, як Au, Pt, Re (10– 6... 10– 7%) і Pa, Ra, At (до 10– 9%).

Земна кора як термодинамічна система

У 1.3.4 ми розглянули закони термодинаміки і термодинамічні функції, отже, можемо набуті знання використати за загальної оцінки напрямку еволюції земної кори, яку стосовно предмета посібника слід розглядати як основу "підніжжя" біосфери. З власного досвіду і вивчення історії ми знаємо, що земна кора є досить активною частиною біосфери.

Відтак цілком виправданим є питання: як виглядатиме з часом земна кора з позицій рівноважного стану термодинамічної системи, її кінцевої стабільності і максимальної ентропії?

Застосування принципів термодинаміки до геологічних і геохімічних процесів земної кори уможливлює оцінку напрямку зміни ентропії і відповідь стосовно дальшого існування біосфери, як життєдайного середовища сучасних організмів.

Цієї відповіді вчені шукали відтоді, як було відкрито перший закон термодинаміки. Близько 100 років тому Сванте Арреніус у передмові до вже згадуваної нами книжки "Утворення світів" полемізував з німецьким фізиком Рудольфом Клаузіусом (Clausius, 1822—1888) з питань "виродження" енергії (сьогодні це явище відоме під назвою другого закону термодинаміки — збільшення ентропії S). Клаузіус прогнозував у майбутньому "теплову смерть" Всесвіту, отже і Землі.

Арреніус, проте, дотримувався думки, що у Всесвіті відбуваються рівноважні процеси: коли енергія стає "гіршою" (збільшується S) в одному місті, в іншому вона стає "ліпшою" (зменшується S).

Однак думка Р. Клаузіуса, який зробив значний внесок у розвиток другого закону термодинаміки, мала великий вплив на наукові кола його сучасників. Справді, згідно з першим законом термодинаміки, у замкнутій фізико-хімічній системі, якою вважали Всесвіт, кількість енергії є постійною. А відповідно до другого закону, будь-яка зміна в замкнутій системі призводить до зростання ентропії, якщо процеси необоротні, або залишається незмінною в оборотних процесах.

Сучасні вчені натомість дотримуються думки, що Земля в енергетичному відношенні є відкритою системою: Земля поглинає енергію Сонця й випромінює теплову енергію. Частина сонячної енергії витрачається на дисоціацію водяної пари атмосфери на кисень і водень. Останній, як леткий елемент, звітрюється в космічний простір, звідки на Землю випадає метеоритний пил і надходять космічні промені. Як стверджує наш відомий академік М. П. Семененко, "Відцентрові течії ентропії від Землі більше ніж урівноважують збільшення ентропії, її спонтанних геологічних і геохімічних процесів..." Відтак ентропія Землі не тільки не збільшується, а навіть зменшується в її еволюційному розвиткові, а гіпотеза Р. Клаузіуса щодо "теплової смерті" Всесвіту є помилковою. Сучасна наука дотримується поглядів С. Арреніуса.

Література

  1. Колотило Д. М. К 61 Екологія і економіка: Навч. посібник. — К.: КНЕУ, 1999.

* * В. И. Вернадский. Начало и вечность жизни. — М.: Советская Россия, 1989.

** За правилом "N".

* Гея — у давньогрецькій міфології богиня Землі.

* трильйон — за правилом "N" багатозначних чисел 106N, де N = 3; за правилом "n – 1" — квінтільйон.

* Сванте Аррениус. Образование миров. — Одесса, 1908.


 
 

Цікаве

Загрузка...