"Химия космоса" - реферат и презентация

• 1 слайд

  Химия
  
  космосА
  Горбунов Александр
  8 класс
  Руководитель Захарова Л.Ю.
  

• 2 слайд

  Проблема: Существуют ли в космосе какие-нибудь химические элементы, хотя бы немного похожие на земные и можно ли их использовать в своих целях?
  
  Цели:
  1. Познакомится с наукой Космохимией.
  2. Изучить химию планет, звезд, межзвездного пространства.
  3. Узнать и рассказать о новых и интересных фактах, касающихся космической химии.
  4. Провести сравнительный анализ химического состава космических тел.
  

• 3 слайд

  Космохимия — раздел науки о космосе, включающий изучение химического состава космических тел, а также межпланетной и межзвездной среды, изучение химических элементов и химических процессов в космосе.
  

• 4 слайд

  Химия ЗЕМЛИ
  Состав земной
  коры
  Состав
  атмосферы:
  78% N2;
  21% O2;
  0,03% CО2;
  остальное –
  инертные газы, пары H2O, примеси.
  Состав
  гидросферы:
  H2O и примеси
  

• 5 слайд

  ХимиЧЕСКИЙ СОСТАВ МЕТЕОРИТОВ
  Если подсчитать в каменных метеоритах среднее содержание наиболее распространенных на Земле элементов: Fe, O, Si, Mg, Al, Ca, то на их долю падает ровно 94%, т. е. их в составе метеоритов равно столько же, сколько в составе земного шара.
  В железных метеоритах: Fe - 91,0%, Co - 0,6%, Ni - 8,4%. На Земле из этих 3-х элементов приходится на долю Fe - 92%, Co - 0,5%, Ni - 7,5%.
  Поразительное совпадение!
  

• 6 слайд

  ХимиЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗВЁЗД
  ЗВЁЗДЫ
  МАГНИЕВЫЕ
  КРЕМНИЕВЫЕ
  ЖЕЛЕЗНЫЕ
  СТРОНЦИЕВЫЕ
  УГЛЕРОДНЫЕ
  ЛИТИЕВЫЕ
  ФОСФОРНЫЕ
  

• 7 слайд

  Ядерные реакции на солнце
  1Н + 1Н= 2Н
  2Н+ 1Н = 3Не
  2Н + 2Н = 4Не + n
  2H + 3He = 4He +
  Множество подобных ядерно-химических реакций протекает на Солнце при температуре сотни млн. кельвинов и непостижимо огромных давлениях.
  Каждую секунду 600 млн. тонн водорода превращается в гелий. Эти реакции высвобождают огромное количество тепла и энергии.
  

• 8 слайд

  ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПЛАНЕТ
  

• 9 слайд

  Меркурий
  Ближайшая к Солнцу планета.
  Меркурий покрыт силикатными породами, сходными с земными.
  Ядро богато железом - ферромагнитное.
  Атмосферы почти нет, лишь немного H2 , He, Ne, Ar.
  

• 10 слайд

  Венера
  Венера окутана густыми облаками, хорошо отражающими солнечный свет.
  Плотная атмосфера:
  CO2 - 97%, N2 - 2%, пары Н2О - 1%, О2 - 0,1%.
  Поверхностные породы близки по составу к земным.
  Ядро – железное, мантия содержит карбонаты и силикаты.
  
  
  для Венеры характерны дожди из серной кислоты, способной растворить даже камни и многие металлы.
  

• 11 слайд

  Марс
  Ядро – железное, в коре много оксидов, гидроксидов железа (Fe(OH)3 > 50%) и силикатов. Планета словно проржавела, имеет красный оттенок.
  Разреженная атмосфера: углекислота (СO2 75% и Н2О); N2; CO; NH3; CH4.
  «Полярные шапки» Марса состоят из замороженной воды.
  Возможно, на Марсе была жизнь, но мы пока этого не знаем…
  
  

• 12 слайд

  Юпитер
  Ядро планеты твердое, из камня и льда.
  Оно окружено широким кольцом из металлич. Н2 и Не.
  Твердой поверхности нет.
  Состав планеты: 98% H2 и He. Обнаружены NH3, CH4, Н2О и H2S.
  Видимые полосы на Юпитере – это царство ураганов и гроз.
  
  Юпитер ярко блестит на небе благодаря наружной облачной оболочке из твердых льда и аммиака.
  

• 13 слайд

  Сатурн
  Атмосфера на 93% состоит из Н2 и 7% Не, доли % приходится на СН4 и NH3.
  Изумительной красоты кольца Сатурна образованы обломками льда и камня.
  

• 14 слайд

  Планеты – близнецы. Внутри "льды" и горные породы, поверхность газовая,
  состоит из H2, He и CH4.
  
  Нептун и Уран
  

• 15 слайд

  Плутон
  Планета-карлик имеет твердое каменное ядро, которое окружено прочным ледяным панцирем.
  Химический состав Плутона пока не известен.
  Вывод: планеты Солнечной системы близки по
  составу, они возникли из того же вещества,
  что и Солнце.
  

• 16 слайд

  Наиболее сложный путь химической эволюции выдержала наша планета – Земля
  6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2
  
  свет
  

• 17 слайд

  ХИМИЯ МЕЖЗВЕЗДНОГО ПРОСТРАНСТВА
  В космосе нет пустоты. В нем существуют
  невидимые облака космического водорода;
  найдены другие элементы – He, O, Ne, N, C, Si.
  найдены молекулы и некоторых сложных веществ – цеаноацетилена, муравьиной кислоты, формальдегида и других, всего около 20.
  

• 18 слайд

  Лунная химия
  Луноход
  собирает
  лунный грунт
  

• 19 слайд

  РИГОЛИТ – это лунная порода, из-за недостатка кислорода превращается в пыль.
  Состав риголита:
  40% SiO2; 11,2% Al2O3; 11,7% MgO; 10.7% CaO; 21,3% FeO; 3,7 % TiO; воды нет.
  Луна, в отличие от Земли, лишена тяжелого железного ядра.
  Нет и атмосферы.
  
  

• 20 слайд

  Соотношения элементов на Солнце и на других космических телах близки.
  Это свидетельствует о единстве Солнечной системы.
  
  ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  

• 21 слайд

  Мы дети Космоса. И наш родимый дом
  Так спаян общностью и неразрывно прочен,
  Что чувствуем себя мы слитными в одном,
  Что в каждой точке мира  весь мир сосредоточен...
  И жизнь  повсюду, жизнь в материи самой,
  В глубинах вещества  от края и до края
  Торжественно течет в борьбе с великой тьмой,
  Страдает и горит, нигде не умолкая.
  А.Л. Чижевский
  
  
  

ГБОУ ПК

«Школа – интернат для детей с нарушением зрения»

 г. Пермь

Химия космосА

 

Реферат выполнил ученик 8 класса Горбунов Александр                                                               Руководитель: Л.Ю. Захарова, учитель химии

2016г.

СОДЕРЖАНИЕ

	ВВЕДЕНИЕ	3
1.	КОСМОХИМИЯ: ЧТО ЭТО?	4
2.	ХИМИЯ ЗЕМЛИ	5
3.	ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЕТЕОРИТОВ	6
4.	ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗВЁЗД	7 - 9
5.	ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПЛАНЕТ	10 - 14
6.	ХИМИЯ МЕЖЗВЁЗДНОГО ПРОСТРАНСТВА	15 - 16
7.	НАЧАЛО ЛУННОЙ ХИМИИ	17 - 18
8.	ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ	19 - 20
	ЗАКЛЮЧЕНИЕ	21
	СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ-ИСТОЧНИКОВ	22

ВВЕДЕНИЕ

Если ты любишь смотреть на звездное небо,

Если оно привлекает тебя своей гармонией

И поражает своей необъятностью -

Значит, у Тебя в груди бьется живое сердце!

«Космические легенды Востока»

Стало доброй традицией готовиться ко дню космонавтики, тем более что 2016 год – год 55-летия первого полета человека в Космос. Обычно подготовка ведется физиками. Но мне стало интересно, можно ли связать химию с космосом. Я решил это сделать, поработав с источниками литературы и различными Интернет – сайтами.

Химия космоса -  звучит странно, однако химия имеет прямое отношение ко многим достижениям человека в освоении космоса.

Без усилий многочисленных ученых-химиков, технологов, инженеров-химиков не были бы созданы удивительные конструкционные материалы, которые позволяют космическим кораблям преодолеть земное притяжение, сверхмощное горючее, помогающее двигателям развить необходимую мощность, точнейшие приборы, инструменты и устройства, которые обеспечивают работу космических орбитальных станций.

К сожалению, человек научился использовать только те  материалы, которые находятся на поверхности Земли, но земные ресурсы истощаемы. Оттуда вопрос: «Существуют ли в космосе какие-нибудь химические элементы, хотя бы немного похожие на земные и можно ли их использовать в своих целях?». В этом и заключается актуальность выбранной мной темы. 

Цели работы:

1. Познакомится с наукой Космохимией.

2.Изучить химию планет, звезд, межзвездного пространства.

3.Узнать и рассказать о новых и интересных фактах, касающихся космической химии.

4. Провести сравнительный анализ химического состава космических тел.

Ещё не так давно считалось, что межзвездное пространство представляет собой пустоту и все вещество Вселенной сосредоточено в звездах. Однако, по последним данным химия космоса очень своеобразна.

«Вселенная не только удивительнее, чем мы думаем. Она удивительна настолько, что мы даже не в состоянии себе это вообразить».       Шотландский физик Дж.Б.Холден

1. КОСМОХИМИЯ: ЧТО ЭТО?

Космохимия (астрохимия) — раздел науки о космосе, включающий изучение химического состава космических тел, а также межпланетной и межзвездной среды, изучение химических элементов и химических процессов  в космосе. Становление и развитие этой науки началось в середине XX века и, прежде всего, связаны с трудами советских ученых В.М. Гольдшмидта, Г. Юри,  А. П. Виноградова.

Космохимия получила развитие благодаря успехам космонавтики. Ранее исследования состава космических тел осуществлялись в основном путём спектрального анализа излучения Солнца, звёзд и внешних слоев атмосфер планет. Этот метод позволил открыть элемент Не  (гелий) на Солнце ещё до того, как он был обнаружен на Земле. Единственным прямым методом изучения космических тел был анализ состава метеоритов, выпадавших на Землю.

Развитие космонавтики, полёты автоматических станций к планетам Солнечной системы, посещение человеком Луны открыли перед космохимией новые возможности.

Полученные данные подтверждают, что Вселенная состоит из одних и тех же элементов,но распределение элементов по фазам в космических процессах исключительно разнообразно.

На агрегатное и фазовое состояние вещества в космосе на разных стадиях его превращений оказывают влияние:

1) огромный диапазон температур - от звёздных до абсолютного нуля;

2) огромный диапазон давлений - от миллионов атмосфер в условиях планет и звёзд до космического вакуума;

3) глубоко проникающие галактическое и солнечное излучения различного состава и интенсивности;

4) излучения, сопровождающие превращения нестабильных атомов в стабильные.

Благодаря экстремальным условиям в космическом пространстве протекают процессы и встречаются состояния вещества, не свойственные Земле, например, плазменное состояние вещества звёзд.

Развитие космонавтики привело к фундаментальным открытиям: установлению широкого распространения пород базальтового состава на поверхности Луны, Венеры, Марса; определению состава атмосфер Венеры и Марса; выяснению определяющей роли ударных процессов в формировании структурных и химических особенностей поверхности планет и образовании реголита и др.

2. ХИМИЯ ЗЕМЛИ

Химический состав земной коры был определен по результатам анализа много­численных образцов горных пород и минералов, выходящих на поверхность земли. В настоящее время земная кора изучена на глубину до 15—20 км. Наибольшее распространение в земной коре имеют 46 элемен­тов, из них 8 составляют 98,6 % ее массы.

O Si Al Fe Ca Na K Mg 46.6 % 27.72 % 8.13 %  5.00 % 3.63 % 2.83 % 2.59 %  2.00 % Всего 98.59 %

Отдельные химические элементы распределяются в геосферах следующим образом: кислород и водород заполняют гидросферу; кислород, водород и углерод составляют основу биосферы; кисло­род, кремний и алюминий являются основными компо­нентами глин и песчаных пород или продуктов выветривания (они в основном составляют верхнюю часть коры Земли). Состав атмосферы: 78% азот, 21%  кислород, 1% других  газов и примесей

Химические элементы в природе находятся в самых различных соединениях, называемых минералами. Это однородные химичес­кие вещества земной коры, которые образовались вследствие сложных физико-химических или биохимических процессов, например каменная соль (NaCl), гипс (CaS0₄*2H₂0), ортоклаз (K₂Al₂Si₆0₁₆). 

Геохимическое поведение элементов определяется, прежде всего, строением внешних электронных оболочек в их атомах, размерами атомов и соответствующих ионов. Элементы с завершенными внешними электронными оболочками (благородные газы) существуют только в атмосфере. Геологи хорошо знают, что если в периодической таблице Менделеева элементы стоят вместе в одной  группе, то они так же неразлучны в природе. Вот почему ПСХЭ - надежный и испытанный компас геохимика и геолога.

Почему я начал говорить о химическом составе Земли, ведь речь должна идти о химии космоса? Но, во-первых, Земля - тоже небесное тело, и, во-вторых, нужно знать химический состав Земли, чтобы сравнить его с составом метеоритов и других космических тел, прилетающих к нам на Землю из таинственных глубин космического пространства.

3. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЕТЕОРИТОВ

Точнейшие химические анализы огромного числа метеоритов, упавших на нашу планету, дали замечательные результаты. Оказалось, что если подсчитать среднее содержание во всех метеоритах наиболее распространенных на Земле элементов: железа, кислорода, кремния, магния, алюминия, кальция, то на их долю падает ровно 94%, т. е. их в составе метеоритов равно столько же, сколько в составе земного шара.

 Кроме того, выяснилось, что в железных метеоритах: Fe - 91,0%, Co - 0,6%, Ni - 8,4%.

 Если сравнить эти числа с распространением этих элементов на земном шаре, то получается совершенно поразительное совпадение: оказывается, что на Земле из этих трех элементов приходится на долюFe - 92%,Co - 0,5%,Ni - 7,5%.

Эти и многие другие обнаруженные совпадения дали ученым основание сделать вывод: вещество на Земле и вещество в небесном пространстве одинаково. Оно состоит из одних и тех же элементов.

Наиболее распространенные элементы одни и те же, соотношение между ними и тут и там одно и то же, чередование элементов с четными и нечетными порядковыми номерами в периодической таблице также соблюдается одинаково и тут и там. Можно привести еще очень много примеров, показывающих большое сходство в поведении химических элементов на Земле и в космическом пространстве.

Может ли это быть случайным? Конечно, нет.

Откуда бы ни прилетали к нам на Землю случайные гости из Вселенной - быть может, это части комет, принадлежавших солнечной системе; быть может, это обломки малых планет; быть может, это вестники из чужого звездного мира, - важно одно: по своему химическому составу, по соотношению между элементами, по тем химическим соединениям, которые найдены в метеоритах, они сообщают нам, что действие великого закона Менделеева не ограничивается пределами нашей планеты. Он является единым для всей Вселенной, где могут существовать атомы с их электронной оболочкой. Из этого вывод: «Материя всюду едина».

4. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗВЕЗД

Элемент	Количество (примерно)
Водород	8300
Гелий	1700
Углерод	1,5
Азот	0,9
Кислород	9,0
Фтор	0,028
Неон	3,4
Магний	0,49
Алюминий	0,05
Кремний	0,77
Фосфор	0,0028
Сера	0,25
Хлор	0,014
Аргон	0,07

Из данной таблицы видно, что во всех доступных нашему наблюдению звездах преобладают водород и гелий, но содержанием других элементов звезды очень сильно различаются. В некоторых звездах обнаружено такое высокое содержание отдельных элементов по сравнению с обычными звездами, что их даже так и принято называть: «магниевые», «кремниевые», «железные», «стронциевые», «углеродные» звезды. Недавно обнаружены даже «литиевые» и «фосфорные» звезды.

Звезды с аномальным составом элементов довольно разнообразны. В молодых звездах типа красных гигантов обнаружено повышенное содержание тяжелых элементов. В одной из них найдено повышенное содержание молибдена, в 26 раз превышающее его содержание в Солнце.

В недрах звезд, при немыслимых для Земли условиях, при температуре в сотни миллионов кельвинов и непостижимо огромных давлениях, протекает множество разнообразных ядерно-химических реакций. Рассмотрим, например, ядерные реакции на Солнце

Солнце весьма горячо, все тепло и свет появляются глубоко внутри:
давление в миллион раз больше, чем на поверхности Земли, а температура достигает 15  млн. градусов Кельвина. Каждую секунду 600 миллионов тонн водорода превращается в гелий. Эти реакции высвобождают огромное количество тепла и энергии. Это превращение идет через ряд стадий. Упрощённо это выглядит примерно так:

¹Н + ¹Н= ²Н

²Н+ ¹Н = ³Не     

²Н + ²Н = ⁴Не + n

²H + ³He = ⁴He + p

Всё значительно сложнее:

1. Две пары протонов сливаются, образуя дейтерий.

2. Каждый дейтерий сливается с еще одним протоном образуя Не-3.

3. Два ядра гелия-3 сливаются в бериллий-6, но он является неустойчивым и распадается на два протона и гелий-4

4. Реакция происходит с образованием двух нейтрино, двух позитронов и гамма-лучей.

Процесс термоядерного синтеза известен как протон-протонный цикл. В нашей звезде, в ядре сталкиваются протоны, превращаясь в гелий. Поскольку полная энергия гелия меньше, чем энергия протонов, то это слияние высвобождает энергию.

Выяснено, например, что в центральных областях звезд, при сверхвысоких температурах и давлениях, где скорость «выгорания» водорода особенно велика, где количество его мало, а содержание гелия велико, возможны реакции между ядрами гелия. Там рождаются загадочные ядра бериллия – 8 (на Земле они совсем не могут существовать), там возникают и самые прочные ядра: углерод – 12, кислород – 16, неон – 20 и другие ядра «гелиевого» цикла.

Найдены в звездах и такие ядерно-химические реакции, при которых возникают нейтроны. А уж если есть нейтроны, то можно понять, каким путем появляются в звездах и почти все остальные элементы. Но очень много загадок стоит еще перед наукой на этом пути. Непостижимо огромно многообразие звезд во Вселенной.

Звездные «фабрики», где создаются элементы, ставят перед учеными странные загадки, связанные с таинственными частицами нейтрино. Ученые начинают подозревать, что роль этих неуловимых частичек-призраков далеко не так безразлична, как это казалось совсем недавно.

Но нет сомнения, что и эта, одна из величайших тайн природы, будет разгадана. Мы узнаем и тайну запасов водорода в звездах и в мировом пространстве, будут найдены процессы, ведущие к его образованию и к образованию «молодых» водородных звезд.

Но, пожалуй, главная задача астрохимии – выяснить, как возникает во Вселенной водород. Ведь в бесчисленном множестве звездных миров происходит непрерывное уничтожение водорода, и его общие запасы во Вселенной должны убывать. Некоторые ученые на Западе даже пришли к мрачному выводу о «водородной смерти» Вселенной. Правда, к счастью, этот мрачный вывод опровергается опытными фактами, достижениями науки наших дней – химии Вселенной.

Достижения науки, познакомившие нас с тайнами недоступных звезд, с их составом, природой, таинственными процессами, происходящими в их недрах, основаны на знаниях природы атома, его строения. Эти знания воплощены в периодическом законе Менделеева. Но не следует думать, что периодический закон навсегда останется застывшим и неизменным. Нет, он развивается, включая в себя все большее и большее содержание, все глубже и точнее отражая истину законов природы.

Закон периодичности свойствен и строению атомных ядер. Это позволяет надеяться на окончательное решение об относительной устойчивости элементов в мире и о составе всех небесных тел.

5. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПЛАНЕТ

Сведения о химии планет растут очень быстро. За последние годы мы много узнали о законах химических превращений вещества и о его составе на таинственных далеких мирах – наших соседях во Вселенной.

Меркурий – ближайшая к Солнцу планета высокой плотности. Атмосферы на Меркурии нет, обнаружено лишь небольшое количество H₂, He и некоторых инертных газов -Ar и Ne. Но что происходит на планете, мы пока знаем весьма приближенно.

Период собственного вращения равен периоду обращения вокруг Солнца. Поэтому планета оказывается повернутой в сторону Солнца все время одним полушарием. Это приводит к огромному перепаду температур: от+420°С днем и до–200ºС ночью. На неосвещенной стороне большинство газов должно замерзать, а на освещенной стороне молекулы газов должны приобретать тепловые скорости, превышающие скорость улетучивания с поверхности планеты. Плотность Меркурия значительно выше плотности Марса, поэтому он должен содержать повышенную долю тяжелых веществ – металлов. Предполагается, что ядро Меркурия – железное, а поверхность его состоит из силикатных пород, сходных с земными.

Венера – по своим размерам и плотности наиболее близка к Земле. Венера окутана пеленой густых облаков, хорошо отражающих солнечный свет. На Венеру советские ученые отправили несколько автоматических лабораторий, которые сделали прямой анализ состава атмосферных газов, измерили давление и температуру.

Теперь известен состав атмосферы этой планеты: CO₂ - около 97%, N₂ - не более 2%, водяного пара Н₂О - около 1%, О₂ - не более 0,1%.

 На поверхности Венеры жизнь невозможна. Углекислый газ и водяной пар создают в плотной атмосфере Венеры парниковый эффект, приводящий к сильному разогреванию поверхности планеты, температура достигает около + 500°С,давление около 100 атм. Для Венеры характерны дожди из серной кислоты, способной растворить даже камни и многие металлы. Азот на Венере, вероятно, вулканического происхождения. Поверхность Венеры – раскаленная каменистая пустыня.Поверхностные    породы    Венеры  близки по    составу    к     земным    осадочным    породам. Ядро – железное, мантия содержит карбонаты и силикаты.

Марс наиболее удален от Солнца из планет Земной группы и обладает наиболее низкой средней плотностью. Отражательная способность Марса невелика (16%), но выше, чем у Меркурия и Луны, что свидетельствует о более светлом материале, из которого сложена его поверхность. Ядро – железное, в коре много оксидов железа (более 50%) и силикатов. Планета словно бы проржавела. Мелкая пыль на ее поверхности – гидроксид железа Fe(OH)₃, который придает красноватый оттенок.

Зимой на Марсе мороз - 120°С, летом температура + 5ºС. Огромные суточные колебания температуры становятся причиной страшных пыльных бурь. Поверхность планеты, как на Луне, покрыта множеством кратеров. Марс – холодная безжизненная пыльная пустыня.

На нем имеется весьма разреженная атмосфера, довольно прозрачная, позволяющая производить наблюдения его поверхности. В атмосфере Марса обнаружены: углекислота (СO₂ 75% и пары Н₂О); N₂; CO; немного NH₃; CH₄; ацетальдегида; NO. В полярной области Марса периодически возникает белое пятно. Исследования показали, что эти «полярные шапки» Марса состоят из замороженной воды в виде снега или инея.Жидкой воды нет.Дождей на Марсе не бывает, но обнаружены высохшие русла рек. Быть может, жизнь там и была, но мы пока этого не знаем…

На Марсе  постоянно работают автоматические исследовательские станции. Совершенно точно, что даже будучи разделенные миллионами километров пустого пространства, Марс и Земля находятся в таинственной связи.

Юпитер - самая интересная, удивительная и загадочная планета с точки зрения химии. Недавно было открыто радиоизлучение Юпитера. Какие процессы могут порождать радиоволны на этом холодном гиганте – загадка. Теоретики подсчитали, что ядро планеты твердое, состоит из камня и льда. Оно окружено широким кольцом из сжатого под давлением в миллион атмосфер металлического Н₂ и Не.

У планеты нет твердой поверхности, между жидкой внешней частью и газами атмосферы не существует четкой границы. Толщина атмосферы десятки километров. Химики открыли в атмосфере Юпитера много различных соединений. Все они, конечно, построены в полном соответствии с периодическим законом. На 98% Юпитер состоит из H₂ и He. Обнаружены также аммиак NH₃, метан CH₄, вода Н₂О и сероводород H₂S.Средняя плотность Юпитера очень мала – 1,37 г/см³.От Солнца Юпитер получает мало тепла – в 27 раз меньше, чем Земля. Термоядерные процессы на нем невозможны.

Внешняя поверхность Юпитера очень холодная – около -100°С.Но  внутри его атмосферы должны быть области, где условия мало отличаются от земных, с положительной температурой.  Вода здесь должна быть жидкой, а другие соединения – газообразными.

Астрономы считают, что благодаря наружной  облачной оболочке, состоящей из твердых частиц льда и аммиака, Юпитер так ярко блестит на небе. В телескоп на поверхности Юпитера отчетливо видны полосы загадочных облаков, плывущих с гигантскими скоростями. Это царство ураганов и чудовищных гроз.

Сатурн имеет свои особенности образования. Атмосфера на 93% состоит из водорода и 7% гелия, доли процентов приходится на метан СН₄ и аммиак  NH₃.Толщина водородно-галиевого атмосферного слоя Сатурна в 30 раз превышает атмосферу Земли. Возможно, что кольца Сатурна, обладающие изумительной красотой, образованные из множества обломков льда и камня, вращающихся по орбите вокруг планеты, возникли в результате гибели 21-ой луны Сатурна.

Нептун и Уран - планеты – близнецы. Холодные голубые планеты, расположенные далеко от Солнца, примерно одинакового размера.Состав планет: внутри "льды" и горные породы, поверхность газовая- состоит из Н₂ (жидкого и газообразного), Не и метана СН₄, местами покрыты льдом, т.к. температуры на планетах низкие около -200ºС, при которых газы замерзают. Синий цвет Урана и Нептуна является результатом поглощения красного света метаном в верхней части атмосферы планет. Но между этими планетами есть и различия.

Подобно другим газовым планетам, Уран имеет полосы облаков, которые очень быстро перемещаются. Вероятно, это связано с сезонными эффектами, ведь зима от лета на Уране сильно разняться: целое полушарие зимой на несколько лет прячется от Солнца! Внутри Уран холоден.

 Подобно типичной газовой планете, Нептун славен большими бурями и вихрями, быстрыми ветрами, дующими на ограниченных полосах, параллельных экватору. На Нептуне самые быстрые в Солнечной системе ветры, они разгоняются до 2 200 км/час.

Плутон в 2009г. исключён из класса планет и переведён в класс планет-карликов. Он имеет твердое каменное ядро, которое окружено прочным ледяным панцирем. Химический состав Плутона  пока не известен, но его плотность (около 2 г/см³) показывает, что, вероятно, он состоит из смеси 70% горных пород и 30% водяного льда. Светлые области на поверхности, возможно, покрыты азотным льдом с небольшими добавками (твердых) метана, этана и угарного газа. Состав темных областей поверхности не ясен. Об атмосфере Плутона известно совсем немного, вероятно, она состоит в из азота N₂с небольшими примесями угарного газаCO и метана CH₄.

А теперь попытаюсь сделать обобщение по химическому составу планет Солнечной системы.

Все планеты представляют собой космические скопления веществ, способных к многочисленным химическим реакциям, но химический состав планет различен.

Так, планеты земной группы Меркурий, Венера, Земля и Марс сложены из более плотного материала, чем планеты-гиганты. Малые планеты содержат больше кремниевых пород и металлического железа.

Планеты-гиганты имеют твердое ядро, но на их поверхности господствуют очень низкие температуры, способствующие конденсации некоторых газов. Все они окутаны мощными атмосферами, которые, состоят главным образом из водорода и его соединений с другими распространенными элементами (СН₄, NН₃), а также из Не. Огромное количество и состав этих газов свидетельствует о родстве вещества больших планет с веществом Солнца.

По всей вероятности, крупные планеты возникли при сгущении непосредственно солнечного вещества. Газы больших планет – первичного космического происхождения в отличие от газов планет внутренней группы, которые имеют атмосферы вторичного происхождения, обусловленные процессами, протекающими в самих планетах.

Конечно, наши знания о составе планет пока ещё довольно ограничены. Но некоторые выводы, вытекающие из последних достижений науки, мы сделать уже можем:

- планеты Солнечной системы возникли из того же вещества, что и Солнце. Различие состава отдельных тел Солнечной системы связано с более поздними процессами перераспределения элементов;

- исходный материал для построения планет Солнечной системы был первоначально представлен разобщёнными и ионизированными атомами. Это был в основном звездный газ, и только впоследствии (при его охлаждении) возникли молекулы, жидкие капли, твердые тела (частицы);

- различие плотности планет Солнечной системы отражает различие их состава: вблизи Солнца сохранились преимущественно тугоплавкие вещества, а вдали от него – менее тугоплавкие, больше лёгких газов.

Наиболее сложный путь химической эволюции выдержала наша планета – Земля. Земля действительно сложена из немногих элементов начала периодической системы Д.И. Менделеева, в целом повторяет особенности распространения химических элементов в космических системах. Но химические реакции на поверхности ее привели к образованию сложных высокомолекулярных соединений углерода, которые создали основу жизни. Возникновение жизни на Земле и процессов фотосинтеза изменило состав первичной атмосферы нашей планеты до неузнаваемости.

Кислород атмосферы Земля является продуктом фотосинтеза, который происходит в зеленых растениях Мирового океана и суши. При этом основными питательными веществами растений является вода (Н₂О) и углекислый газ (СО₂ ). Реакцию фотосинтеза в сокращенном виде можно записать следующим образом:

mН₂О + nСО₂ = С_n(Н₂О)_m + nО₂.

Углекислая атмосфера Земли превратилась в азотно-кислородную, что отличает ее от атмосферы других планет Солнечной системы.

 Поразительные достижения космической химии позволили начать исследования процессов, протекающих на поверхности далеких, пока еще недоступных миров. Это приводит к очень важному выводу: самая прекрасная планета – наша родная Земля. Долг каждого человека – бережно относиться ко всем ее богатствам и красоте.

6. ХИМИЯ МЕЖЗВЁЗДНОГО ПРОСТРАНСТВА

Еще не так давно в науке допускалось, что межзвездное пространство представляет собой пустоту. Все вещество Вселенной сосредоточено в звездах, а между ними нет ничего. Лишь в пределах Солнечной системы, где-то по неведомым путям, блуждают метеориты и их загадочные собратья – кометы.

Удивительно сложно и неожиданно зарождается одна из наук будущего – химии космоса. В годы фашистской оккупации в Голландииюный ученый Ван де Холст сделал доклад, в котором предположил: если в безграничном мировом пространстве присутствует водород, то можно обнаружить его по излучению по волне 21 см. Это предсказание оправдалось. Оказалось, что из необъятных глубин Вселенной к нам на Землю всегда, не прекращаясь, на волне 21 см приходят поразительные радиосообщения о тайнах мироздания, которые приносит нам межзвездный водород.

Так учёные узнали, что в космосе нет пустоты, что в нем существуют невидимые глазу облака космического водорода. Космические волны помогают теперь ученым понять природу вещества, из которого построены далекие звезды. Необъятные звездные миры, разобщенные расстояниями в безграничном пространстве, теперь оказываются связанными в единое целое гигантскими водородными облаками.

Безграничное мировое пространство не пустое. Теперь кроме водорода в нем найдено много других элементов.

Химия космоса очень своеобразна, это химия сверхвысокого вакуума. Средняя плотность вещества в пространстве всего только 10-24 г/см³. Такой вакуум пока нельзя создать в лабораториях физиков. Важнейшую роль в химии космического пространства играет атомный водород Н. Следующий по распространенности – гелий Не, его раз в десять меньше; найдены уже кислород О, неонNe, азотN, углеродC, кремнийSi – их в космическом пространстве ничтожно мало.

В химии межзвездного пространства за последние годы сделаны  поразительные открытия. Все началось с того, что в космосе неожиданно обнаружили сложную молекулу цеаноацетилена (HC₃N). Не успели космохимики объяснить, каким путем в межзвездном пространстве возникает такое сложное органическое вещество, как с помощью радиотелескопа в созвездии Стрельца были открыты гигантские облака самого обыкновенного на Земле и совершенно неожиданного для космоса химического соединения – муравьиной кислоты (HCOOH).

Затем оказалось, что в космическом пространстве существуют облака формальдегида (HCOH).

Неожиданно последовало еще более странное открытие: в облаках межзвездной пыли обнаружили аммиак (NH₃). Загадка космического аммиака заключается в том, что он в этих условиях неустойчив и разрушается под действием ультрафиолетового излучения. Значит, он интенсивно возникает – образуется в космосе. Но как? Пока это неизвестно.

Химия межзвездного пространства оказалась удивительно сложной. Уже найдены молекулы формамида (HCONH₂) – шестиатомные молекулы из атомов четырех разных элементов. Как они возникают? Какова их судьба? Были еще найдены молекулы метилцеанида (CH₃CN), сероуглерода (CS₂), сероокиси углерода (COS), окиси кремния (SiO).

Кроме того, в космосе были открыты простейшие радикалы: например, метин (CH-), гидроксил (-OH). Когда установили существование гидроксила, были предприняты поиски воды. Где есть гидроксил, там должна быть и вода, и она была действительно найдена в межзвездном пространстве. Это открытие особенно интересно и важно. В космосе есть вода, есть органические молекулы (формальдегид), есть аммиак. Эти соединения, реагируя между собой, могут привести к образованию аминокислот, что и было подтверждено на опыте в земных условиях.

Что же будет еще обнаружено в межзвездной «пустоте»? В ней найдено более 20 сложных химических соединений. Наверное, будут открыты и аминокислоты. А вдруг окажется вероятным совершенно фантастическое предположение, что планеты во время своего образования уже содержат сложные органические соединения  (белки) – основу примитивных форм жизни? Пожалуй, становится вполне допустимым серьезное обсуждение, казалось бы, совершенно невозможного вопроса: «Что же старше – планеты или жизнь на них?» Конечно, трудно угадать, каким будет ответ на него. Ясно одно – для науки неразрешимых вопросов нет.

На наших глазах зарождается новая наука. Трудно предвидеть пути ее развития и предсказать, к каким еще более удивительным открытиям приведет космическая химия.

7. НАЧАЛО ЛУННОЙ ХИМИИ

Много лет назад, в 1609г., Галилео Галилей впервые направил телескоп в небо. Лунные «моря» представились ему в обрамлении берегов из белого камня. После наблюдений Галилея еще долгое время думали, что лунные «моря» наполнены водой. Говорили даже, что на Луне жить приятнее, чем на Земле.

Шло время. Сведения о Луне становились все точнее. В 1959г. советская космическая станция «Луна–3» передала на Землю изображение обратной стороны Луны. А в 1969г. на поверхности Луны отпечатался след человека. Американские космонавты, а затем и советские автоматические станции привезли на Землю лунные камни.

Наверное, удивительно держать в руках кусок Луны! О лунном камне веками рассуждали ученые, его воспевали поэты, о нем столько написано! И только в наши дни человеку представилась исключительная возможность сравнить вещественный состав земных, метеоритных и лунных камней.

Каменные метеориты в основном сложены простыми силикатами, число минералов в них едва достигает сотни. В лунных же породах минералов немного больше, чем в метеоритах, – вероятно, несколько сотен. А на поверхности Земли открыто больше 3 тыс. минералов. Это говорит о сложности земных химических процессов по сравнению с лунными. Лунные камни особенные – на их составе сказывается недостаток кислорода. Металлы не встречаются в их высших степенях окисления, железо встречается только двухвалентное.

Лунные породы в основном испытывают физико-механическое дробление - превращаются в пыль под влиянием резкой смены температур между лунным днем и лунной ночью. В результате этих процессов на плотных породах Луны возник слой мелкозернистого лунного грунта.

Этот объемный слой породы, измельченной до пылеобразного состояния в результате бомбардировки метеоритами в течении миллионов лет, называется реголит. Его толщина - от 3 метров в районах лунных «морей» до 20 м. на лунных плато.

Реголит представляет собой пыльно-песчаный порошок с  запахом гари,  легко формируется в отдельные рыхлые комки. Грунт содержит 40% SiO₂; 11,2% Al₂O₃; 11,7% MgO; 10.7% CaO; 21,3% FeO; 3,7 % TiO; воды нет. Урана в 350 раз больше, чем в Земных породах, много нептуния (1г лунной пыли содержит 25 млн. атомов нептуния). 

Вот элементный состав лунного реголита (в %):

Элемент	Са	Mg	Fe	Al	Ti	Si	O	S	K	Na
Морской реголит	7,9	5,8	13,2	6,8	3,1	20,4	41,3	0,1	0,1	0,3
Материковый реголит	10,7	4,6	4,9	13,3	0	21,0	44,6	0,072	0,073	0,48
Реголит отдельных бассейнов	7,7	6,1	3,7	9,8	0	21,8	43,3	0,076	0,24	0,38

Как видим, состав лунного грунта несколько отличается от места нахождения.

В состав реголита кроме основной тонкообломочной массы входят также крупные обломки угловатой или округлой формы размером от нескольких сантиметров до нескольких метров. Это куски минералов: анортит Ca[Al₂Si₂O₈], оливин(MgFe)₂[SiO₄], ильменитFeTiO₃,  пироксенR₂[Si₂O₆], где R — Na, Ca, и другие. Наряду с перечисленными минералами в реголитах  присутствуют частицы металлического железа и никеля.

Галактическое излучение примерно на 1метр проникает в тело Луны, и в породах под воздействием протонов происходят ядерные превращения. Благодаря бомбардировке протонами на Луне обычны радиоактивные изотопы (²⁶AI,  ²²Na и др.), которых почти нет в земных породах.

Есть и другие отличия. Например, в лунных породах содержится больше аргона, чем в земных. И еще одна химическая особенность – на Луне, по всей вероятности, нет месторождений полезных ископаемых. Зато некоторые лунные породы содержат около 10% титана.

И все-таки, у лунной коры немало общего с Землей, но Луна, вероятно, лишена тяжелого железного ядра. Это объясняется тем, что Земля же имеет плотность более 5г/см³, а средняя плотность Луны такая же, как каменных метеоритов – 3,34 г/см³.

На Луне нет атмосферы, все летучие соединения, возникшие при магматических процессах, улетели в космос. На Луне нет воды, нет и организмов, а это значит, что процесс окисления, как и другие химические реакции, там почти отсутствует.

8. ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ

Осталось обобщить сказанное и провести сравнительный анализ химического состава космических тел.

Мы живем на планете Земля, которая обращается вокруг Солнца. Без этого светила жизнь на Земле была бы невозможна. Всего у Солнца 9  планет:  Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.

Ещё учеными второй половины XVII века был высказан принцип огромного научного значения – мысль о единстве материального состава и природных сил во всем космосе.

В вечном круговороте движутся атомы химических элементов, наполняя космос мириадами звезд и рассеянными межзвездными веществами. Видимая застывшая, величественная картина звездного неба отражает лишь одно мгновение в жизни Вселенной.

Но ни на одну секунду не останавливаются газовые вихри звездных атмосфер, рассеивающие атомы межгалактического пространства. С громадной скоростью движутся потоки космических лучей, в мощных взрывах громадных космических систем рождаются новые атомы Вселенной.

Ряд причин определяет химический состав космических тел. Из них первостепенное значение имеют следующие:

- процессы рождения и преобразования атомов;

- процессы распределения уже готовых атомов под влиянием таких космических причин, как тяготение, световое давление, действие электромагнитных полей;

- перераспределение групп атомов, электронов, молекул согласно законам физико-химического равновесия.

Основными источниками сведений о распространении химических элементов в Солнечной системе и ближайшей окрестности Галактики служат данные о составе Солнца и звезд, полученные с помощью спектрального анализа, данных химических анализов, проведенных в лабораториях по горным породам Земли, Луны и метеоритов.

Главные особенности распространения химических элементов в космосе определяются ядерными свойствами их атомов, из которых ведущее значение имеют заряд ядра, число нейтронов, связанная с ними четность и наличие заполненных ядер оболочек.

Наиболее известно и изучено вещество Солнечной системы, в которую входит наша планета. Главная масса вещества всей системы сосредоточена в самом Солнце, которое представляет собой раскаленную водородно-гелиевую газовую сферу.

Если подойти к составу вещества Солнечной системы с точки зрения самих общих свойств элементов, то его можно разделить на две части: летучую и нелетучую.

К летучей относятся  газы, такие, как Н₂, N₂, CH₄, CO₂, H₂O, а также все инертные газы и галогены F₂, Cl₂, Br₂, I₂.

К  нелетучим относятся большинство химических элементов таблицы Д.И. Менделеева как в состоянии свободных атомов, так и в виде простейших природных соединений – оксидов, сульфидов, силикатов. В них наиболее распространены: Si,Fe, Mg, Ca,  Аl, Ti, Ni.

Соотношения этих элементов на Солнце близки к состояниям в других химически изученных телах Солнечной системы. Исследованный непосредственно в лабораториях химический состав материала земных пород, метеоритов и Луны показывает, что эти образования состоят в основном из одних и тех же химических элементов. В этом можно убедиться по данным таблицы, где приведен химический состав земной коры, лунной коры и метеоритов (в весовых %):

Элемент	Земнаякора	Луннаякора	Метеориты (в среднем)
O – кислород	46,6	42,0	33,0
Si – кремний	27,7	21,0	17,0
Al – алюминий	8,13	4,8	1,1
Fe – железо	5,00	13,0	28,6
Mg – магний	2,09	4,8	13,8
Ca – кальций	3,63	6,8	1,39
Na –натрий	2,83	0,44	0,68
K – калий	2,59	0,17	0,10
Ti – титан	0,44	6,0	0,08
Ni – никель	0,006	0,02	1,68

Это свидетельствует о генетическом единстве вещества Солнечной системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Все знания о химическом составе Вселенной получены в результате спектроскопических исследований излучений Солнца и звезд, анализа метеоритов и на основании того, что мы знаем о составе Земли и других планет. Я использовал данные из различных источников литературы и интернета, они практически не отличаются.

Я убедился, что Вселенная удивительна! Не на все вопросы есть ответы у ученых, ещё многое предстоит узнать,  Но уже полученные данные подтверждают предположение, что Вселенная состоит из одних и тех же химических элементов.

У меня был вопрос: «Существуют ли в космосе какие- нибудь химические элементы, хотя бы немного похожие на земные и можно ли их использовать в своих целях?». Ученые ответили: «Да, оказывается, существуют и не только похожие, а даже точно такие же, как и в известной всем таблице Менделеева».

На сегодняшний день существует даже отдельная наука, космохимия.

Поразительные достижения космической химии позволили начать исследования процессов, протекающих на поверхности далеких, пока еще недоступных миров. Это приводит к очень важному выводу: самая развитая, самая сложная и прекрасная планета – наша родная Земля. Нам нужно очень бережно относиться ко всем ее богатствам и красоте.

Уже достаточно хорошо развивается лунная химия. Говорят, что когда-нибудь будут налажены туристические маршруты на Луну, но, судя по всему, произойдет это еще очень не скоро! Впрочем, это и не плохо: на нашей любимой планете столько удивительных мест, которые мы ещё не успели посетить.

Завершу изложение замечательными строками  выдающегося  ученого-космиста А.Л. Чижевского:         

Мы дети Космоса. И наш родимый дом
Так спаян общностью и неразрывно прочен,
Что чувствуем себя мы слитными в одном,
Что в каждой точке мира  весь мир сосредоточен...
И жизнь  повсюду, жизнь в материи самой,
В глубинах вещества  от края и до края
Торжественно течет в борьбе с великой тьмой,
Страдает и горит, нигде не умолкая.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ И ИНТЕРНЕТ-ИСТОЧНИКОВ

1.   Г. Хэнкок, Р. Бьювэл, Дж. Григзби «Тайны Марса»

2.   Демин В.Н., Тайны Вселенной. – М. «Вече», 1997

3.   Зигель Ф.Ю. Вещество Вселенной – М.: Химия,1982.

4.   Иллюстрированный атлас Вселенной (под ред. Н Ярошенко), Словакия, ООО «Ридерз Дайджест», 2011ё

5.   Николаев Л.А. Химия космоса. – М.: Просвещение, 1974

6.   Сиборг Г.Т., Вэлэнс Э.Г. Элементы Вселенной. – М.: 1969

7.   Физика Космоса: Маленькая энциклопедия /под ред. Р. А. Сюняева/ — 2-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1986

8.   http://modernlib.ru/ Электронная библиотека. Хэнкок Г., Бьювэл Р., Григзби Дж., Тайны Марса

9.   http://cosmosfera.ru/ Необычные химические вещества в космосе!

10. http://shpargalka.kz/ Космохимия. Химия

11. http://allrefs.net/ Химический состав Земной коры

12. http://spacegid.com/ Почему Солнце звезда?

13. http://astronomia.ucoz.com/ Химический состав звезд

14. http://referat.znate.ru/ Химия космоса

15. http://www.portalero.ru/ Кусок Луны

16. https://ru.wikipedia.org/ Реголит

17. http://www.sistemasolnca.ru/ Солнечная система

18. http://mineralys.ru/ Мир минералов. Минералы Луны и других планет

19. http://www.alhimik.ru/ Химия и космос

20. http://astronomia.ucoz.com/ Загадочный мир

Краткое описание документа:

Стало доброй традицией готовиться ко дню космонавтики, связанного с первым полетом человека в космос. Оказывается, ко многим достижениям человека в освоении космоса, прямое отношение имеет химия.

Человек научился использовать только те материалы, которые находятся на поверхности Земли, но земные ресурсы истощаемы. Оттуда вопрос: «Существуют ли в космосе какие-нибудь химические элементы, хотя бы немного похожие на земные, и можно ли их использовать в своих целях?». В работе освящаются понятие космохимии, проведен сравнительный анализ химического состава космических тел. Работа сопровождается презентацией.