Самый распространенный химический элемент во вселенной тест. Всё самое интересное в одном журнале

Какое самое распространенное вещество во Вселенной? Подойдем к этому вопросу логически. Вроде бы известно, это водород. Водород H составляет 74% массы вещества Вселенной.

Не будем тут лезть в дебри непознанного, не станем считать Темную Материю и Темную Энергию, поговорим лишь об обычном веществе, о привычных химических элементах, размещенных в (на сегодняшний момент) 118 клеточках таблицы Менделеева.

Водород, как он есть

Атомарный водород H 1 это то, из чего состоят все звезды в галактиках, это основная масса нашей привычной материи, которые ученые называют барионной . Барионная материя состоит из обычных протонов, нейтронов и электронов и является синонимом слова вещество .

Но одноатомарный водород не совсем химическое вещество в нашем родимом, земном понимании. Это химический элемент. А под веществом мы обычно имеем ввиду какое-то химическое соединение, т.е. соединение химических элементов . Понятно, что самое простое химическое вещество это соединение водорода с водородом же, т.е. обычный газообразный водород H 2 , который мы знаем, любим и которым наполняем дирижабли-цеппелины, от чего они потом красиво взрываются.

Двухтомный водород H 2 заполняет большинство газовых облаков и туманностей космоса. Когда под действием собственной гравитации они собираются в звезды, поднявшаяся температура разрывает химическую связь, превращая его в атомарный водород H 1 , а все увеличивающаяся температура отрывает электрон e - от атома водорода, превращая в ион водорода или просто протон p + . В звездах все вещество находится в виде таких ионов, образующих четвертое состояние материи - плазму.

Опять таки, химическое вещество водород не очень интересная штука, оно слишком простое, давайте поищем что-то более сложное. Соединения, составленные из разных химических элементов.

Следующим по распространенности во Вселенной идет химический элемент гелий He , его во Вселенной 24% от общей массы. По идее, самым распространенным сложным химическим веществом должно быть соединение водорода и гелия, только вот беда, гелий - инертный газ . В обычных и даже не очень обычных условиях гелий не соединятся с другими веществами и сам с собой. Путем хитрых ухищрений его можно заставить вступать в химические реакции, но такие соединения редки и обычно долго не живут.

Значит нужно искать соединения водорода со следующими по распространенности химическими элементами.
На их долю остается лишь 2% массы Вселенной, когда 98% составляют упомянутые водород и гелий.

Третьим по распространению идет не литий Li , как могло бы показаться, глядя на таблицу Менделеева. Следующий по количеству элемент во Вселенной это кислород O , который мы все знаем, любим и дышим в виде двухатомного газа без цвета и запаха O 2 . Количество кислорода в космосе далеко обгоняет все остальные элементы из тех 2%, что остались за вычетом водорода и гелия, фактически половина остатка, т.е. примерно 1%.

А значит, самым распространенным веществом во Вселенной оказывается (мы вывели данный постулат логически, но это так же подтверждается экспериментальными наблюдениями) самая обыкновенная вода H 2 O .

Воды (в основном в замороженном состоянии в виде льда) во Вселенной больше чем чего бы то ни было. За вычетом водорода и гелия, конечно.

Из воды состоит все, буквально все. Наша Солнечная Система тоже состоит из воды. Ну, в смысле Солнце, конечно, состоит в основном из водорода и гелия, из них же собраны газовые планеты гиганты вроде Юпитера и Сатурна. Но вся остальное вещество Солнечной Системы сосредоточено не в каменнеподобных планетах с металлическим ядром типа Земли или Марса и не в каменном поясе астероидов. Основная масса Солнечной Системы в ледяных обломках, оставшихся от ее образования, изо льда состоят кометы, большинство астероидов второго пояса (пояса Койпера) и облако Оорта, находящееся еще дальше.

К примеру известная бывшая планета Плутон (ныне карликовая планета Плутон ) на 4/5 частей состоит изо льда.

Понятно, что если вода находится далеко от Солнца или любой звезды, она замерзает и превращается в лед. А если слишком близко, испаряется, становится водяным паром, который уносится солнечным ветром (потоком заряженных частиц испускаемых Солнцем) в удаленные регионы звездной системы, где он замерзает и опять-таки превращается в лед.

Но вокруг любой звезды (повторяю, вокруг любой звезды!) есть зона, где эта вода (которая, опять повторюсь, является самым распространенным веществом во Вселенной) находится в жидкой фазе воды собственно.

Обитаемая зона вокруг звезды, окруженная зонами где слишком горячо и слишком холодно

Жидкой воды во Вселенной до черта. Вокруг любой из 100 миллиардов звезд нашей галактики Млечный Путь есть зоны, называемые Зоной Обитаемости , в которых существует жидкая вода, если там находятся планеты, а они должны там находиться, пусть не у каждой звезды, то у каждой третьей, или даже у каждой десятой.

Скажу больше. Лед может таять не только от света звезды. В нашей Солнечной Системе существует масса лун-спутников, вращающихся вокруг газовых гигантов, где слишком холодно от недостатка солнечного света, но на которые зато действуют мощные приливные силы соответствующих планет. Доказано, что жидкая вода существует на спутнике Сатурна Энцеладе, предполагается, что она есть на спутниках Юпитера Европе и Ганимеде, и наверняка много где еще.

Водяные гейзеры на Энцеладе, снятые пролетающим зондом Кассини

Даже на Марсе ученые предполагают, может существовать жидкая вода в подземных озерах и кавернах.

Вы думаете, я сейчас начну говорить о том, что раз вода является самым распространенным веществом во Вселенной, значит здравствуй иные формы жизни, привет инопланетяне? Нет, как раз наоборот. Мне смешно, когда я слышу заявления некоторых чересчур увлеченных астрофизиков - "ищите воду, найдете жизнь". Или - "на Энцеладе/Европе/Ганимеде есть вода, а значит, наверняка там должна быть и жизнь". Или - в системе Глизе 581 обнаружена экзопланета, находящаяся в обитаемой зоне. Там есть вода, срочно снаряжаем экспедицию в поисках жизни!"

Воды во Вселенной масса. А вот с жизнью по современным научным данным пока как-то не очень.

ПОЧЕМУ ВОДОРОД - ЭТО САМЫЙ РАСПРОСТРАНЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ВО ВСЕЛЕННОЙ? Водород является самым распространенным элементом во Вселенной. Но почему? Для того чтобы ответить на этот вопрос, мы должны вернуться к Большому взрыву, сказала Майя Найман, профессор химии в Университете штата Орегон.

Большой взрыв привел к созданию всех элементов, которые мы можем найти в периодической таблице. Они являются строительными блоками, помогающими создать Вселенную. Каждый элемент имеет уникальный номер элементарных частиц - протонов (положительно заряженных), нейтронов (нейтральных) и электронов (отрицательно заряженных).

Самый простой и распространенный элемент. Водород имеет только один протон и один электрон (это единственный элемент без нейтрона). Он является самым простым элементом во Вселенной, что объясняет, почему он также самый распространенный, - сказала Найман. Тем не менее изотоп водорода, называемый дейтерием, содержит один протон и один нейтрон, а другой, известный как тритий, имеет один протон и два нейтрона. В звездах атомы водорода сливаются, чтобы создать гелий – второй наиболее распространенный элемент во Вселенной. Гелий имеет два протона, два нейтрона и два электрона. Вместе гелий и водород составляют 99,9 процента всей известной материи во Вселенной.

Тем не менее во Вселенной примерно в 10 раз больше водорода, чем гелия, как говорит Найман. "Кислорода, который является третьим самым распространенным элементом, примерно в 1000 раз меньше, чем водорода", - добавила она. Если говорить в общем, то чем выше атомный номер элемента, тем меньшее его количество можно найти во Вселенной.

Водород в составе Земли. Состав Земли, однако, отличается от того, который имеет Вселенная. Например, кислород является наиболее распространенным элементом по весу в земной коре. За ним следуют кремний, алюминий и железо. В человеческом организме наиболее распространенным элементом по весу является кислород, а затем - углерод и водород. Роль в человеческом теле. Водород имеет ряд ключевых ролей в человеческом теле. Водородные связи помогают ДНК оставаться скрученным. Кроме того, водород способствует поддержанию правильного рН в желудке и других органах. Если ваш желудок приобретает слишком щелочную среду, выпускается водород, поскольку он связан с регулированием этого процесса. Если же среда в желудке слишком кислая, водород будет связываться с другими элементами.

Водород в составе воды. Кроме того, именно водород позволяет льду плавать на поверхности воды, так как водородные связи увеличивают расстояние между ее замороженными молекулами, что делает их менее плотными. Как правило, вещество является более плотным, когда оно находится в твердом состоянии, а не жидком, сказала Найман. Вода является единственным веществом, которое становится менее плотным в твердом виде.

В чем опасность водорода. Тем не менее водород также может быть опасным. Его реакция с кислородом привела к катастрофе дирижабля "Гинденбург", который убил 36 человек в 1937 году. Кроме того, водородные бомбы могут быть невероятно разрушительными, хотя их никогда не использовали в качестве оружия. Тем не менее их потенциал продемонстрировали в 1950-х годах такие страны, как США, СССР, Великобритания, Франция и Китай. Водородные бомбы, как и атомные, используют сочетание ядерного синтеза и реакций деления, что приводит к разрушениям. При взрыве они создают не только механические ударные волны, но и радиацию.

К моменту рождения первой звезды, где-то 50-100 миллионов лет после Большого Взрыва, обильное количество водорода начало сливаться в гелий. Но что еще более важно, самые массивные звезды (в 8 раз массивнее нашего Солнца) сжигали свое топливо очень быстро, выгорая всего за пару лет. Как только в ядрах таких звезд заканчивался водород, гелиевое ядро сжималось и начинало сливать три ядра атома в углерод. Потребовался всего триллион этих тяжелых звезд в ранней Вселенной (которая образовала намного больше звезд в первые несколько сотен миллионов лет), чтобы литий был побежден.

И тут вы, наверное, думаете, что углерод стал элементом номер три в наши дни? Об этом можно подумать, поскольку звезды синтезируют элементы послойно, как луковица. Гелий синтезируется в углерод, углерод в кислород (позже и при большей температуре), кислород в кремний и серу, а кремний в железо. В конце цепочки железо не может слиться больше ни во что, поэтому ядро взрывается и звезда становится сверхновой.

Эти сверхновые, этапы, которые к ним привели, и последствия обогатили Вселенную содержимым внешних слоев звезды, водородом, гелием, углеродом, кислородом, кремнием и всеми тяжелыми элементами, которые сформировались в ходе других процессов:

• медленного захвата нейтрона (s-процесс), последовательно выстраивающего элементы;
• слияния ядер гелия с тяжелыми элементами (с образованием неона, магния, аргона, кальция и так далее);
• быстрого захвата нейтрона (r-процесс) с образованием элементов до урана и дальше.

Но у нас было не одно поколение звезд: у нас было много таких, и поколение, которое существует ныне, построено в первую очередь не на девственном водороде и гелии, но и на остатках от предыдущих поколений. Это важно, поскольку без этого у нас никогда бы не было твердых планет, лишь газовые гиганты из водорода и гелия, исключительно.

За миллиарды лет процесс образования и смерти звезд повторялся, все с более и более обогащенными элементами. Вместо того чтобы просто сливать водород в гелий, массивные звезды сливают водород в цикле C-N-O, со временем выравнивая объемы углерода и кислорода (и чуть меньше азота).

Кроме того, когда звезды проходят через гелиевый синтез с образованием углерода, довольно просто захватить лишний атом гелия с образованием кислорода (и даже добавить еще один гелий к кислороду с образованием неона), и даже наше Солнце будет делать это во время фазы красного гиганта.


Но есть один убийственный шаг в звездных кузницах, который исключает углерод из космического уравнения: когда звезда становится достаточно массивной, чтобы инициировать слияние углерода - такова необходимость для образования сверхновой II типа - процесс, который превращает газ в кислород, идет до отказа, создавая намного больше кислорода, чем углерода, к моменту, когда звезда готова к взрыву.

Когда мы смотрим на останки сверхновой и планетарные туманности - остатки очень массивных звезд и солнцеподобных звезд соответственно - мы находим, что кислород превосходит углерод массово и количественно в каждом из случаев. Мы также обнаружили, что ни один из других элементов тяжелее и близко не стоит.


Итак, водород #1, гелий #2 — этих элементов во Вселенной очень много. Но из оставшихся элементов кислород держит уверенный #3, за ним углерод #4, неон #5, азот #6, магний #7, кремний #8, железо #9 и среда завершает десятку.

Что будущее нам готовит?


Спустя достаточно длительный период времени, который в тысячи (или миллионы) раз превышает текущий возраст Вселенной, звезды будут продолжать формироваться либо извергая топливо в межгалактическое пространство, либо сжигая его по мере возможности. В процессе этого гелий может наконец обойти водород по распространенности, ну или водород останется на первой строчке, если будет достаточно изолирован от реакций синтеза. На длинной дистанции вещество, которое не будет выброшено из нашей галактики, может сливаться снова и снова, так что углерод и кислород обойдут даже гелий. Возможно, элементы #3 и #4 сместят первые два.

Вселенная меняется. Кислород - третий по распространенности элемент в современной Вселенной, и в очень, очень далеком будущем, возможно, поднимется выше водорода. Каждый раз, когда вы вдыхаете воздух и чувствуете удовлетворение от этого процесса, помните: звезды - единственная причина существования кислорода.

Это была сенсация - оказывается, важнейшее вещество на Земле состоит из двух не менее важных химических элементов. «АиФ» решил заглянуть в таблицу Менделеева и вспомнить, благодаря каким же элементам и соединениям существует Вселенная, а также жизнь на Земле и человеческая цивилизация.

ВОДОРОД (H)

Где встречается: самый распространённый элемент во Вселенной, её главный «строительный материал». Из него состоят звёзды, в том числе Солнце. Благодаря термоядерному синтезу с участием водорода Солнце будет греть нашу планету ещё 6,5 млрд. лет.

Чем полезен: в промышленности - при производстве аммиака, мыла и пластмасс. Большие перспективы у водородной энергетики: этот газ не загрязняет окружающую среду, т. к. при сгорании даёт только водяной пар.

УГЛЕРОД (C)

Где встречается: любой организм в значительной степени построен из углерода. В теле человека этот элемент занимает около 21%. Так, наши мышцы состоят из него на 2/3. В свободном состоянии в природе встречается в виде графита и алмаза.

Чем полезен: пища, энергоносители и мн. др. Класс соединений на основе углерода огромен - углеводороды, белки, жиры и т. д. Этот элемент незаменим в нанотехнологиях.

АЗОТ (N)

Где встречается: атмосфера Земли на 75% состоит из азота. Входит в состав белков, аминокислот, гемоглобина и др.

Чем полезен: необходим для существования животных и растений. В промышленности используется как газовая среда для упаковки и хранения, хладагент. С его помощью синтезируют разнообразные соединения - аммиак, удобрения, взрывчатые вещества, красители.

КИСЛОРОД (O)

Где встречается: Самый распространённый на Земле элемент, на его долю приходится около 47% массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды на 89% состоят из кислорода, атмосфера - на 23%.

Чем полезен: Благодаря кислороду живые существа могут дышать, без него не был бы возможен огонь. Этот газ широко используется в медицине, металлургии, пищевой промышленности, энергетике.

УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ (CO2)

Где встречается: В атмосфере, в морской воде.

Чем полезен: Благодаря этому соединению растения могут дышать. Процесс поглощения углекислоты из воздуха называется фотосинтезом. Это основной источник биологической энергии. Стоит напомнить, что энергия, которую мы получаем при сжигании ископаемого топлива (угля, нефти, газа), накоплена в недрах земли на протяжении миллионов лет именно благодаря фотосинтезу.

ЖЕЛЕЗО (Fe)

Где встречается: один из самых распространённых в Солнечной системе элементов. Из него состоят ядра планет земной группы.

Чем полезен: металл, с древних времён применяемый человеком. Целая историческая эпоха получила название Железного века. Сейчас до 95% мирового производства металлов приходится на железо, это основной компонент сталей и чугунов.

СЕРЕБРО (Ag)

Где встречается: Один из дефицитных элементов. Раньше встречался в природе в самородном виде.

Чем полезен: С середины XIII века стал традиционным материалом для изготовления посуды. Обладает уникальными свойствами, поэтому применяется в различных отраслях - в ювелирном деле, в фотографии, электротехнике и электронике. Известны и дезинфицирующие свойства серебра.

ЗОЛОТО (Au)

Где встречается: раньше встречался в природе в самородном виде. Добывается на приисках.

Чем полезен: важнейший элемент мировой финансовой системы, т. к. запасы его невелики. Издавна использовалось в качестве денег. В настоящее время все банковские резервы золота оцениваются

в 32 тыс. тонн - если сплавить их воедино, получится куб со стороной всего лишь 12 м. Используется в медицине, микроэлектронике, при ядерных исследованиях.

КРЕМНИЙ (Si)

Где встречается: По распространённости в земной коре этот элемент занимает второе место (27-30% всей массы).

Чем полезен: Кремний - основной материал для электроники. Также применяется в металлургии и в производстве стекла и цемента.

ВОДА (H2O)

Где встречается: Наша планета на 71% покрыта водой. Тело человека на 65% состоит из этого соединения. Вода есть и в космическом пространстве, в теле комет.

Чем полезна: Имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, потому что благодаря молекулярным свойствам является универсальным растворителем. У воды много уникальных свойств, о которых мы не задумываемся. Так, если бы она при замерзании не увеличивалась в объёме, жизнь просто не зародилась бы: водоёмы каждую зиму промерзали бы до дна. А так, расширяясь, более лёгкий лёд остаётся на поверхности, сохраняя под собой жизнеспособную среду.

Все мы знаем, что водород наполняет нашу Вселенную на 75%. Но знаете ли вы, какие еще есть химические элементы, не менее важные для нашего существования и играющие значительную роль для жизни людей, животных, растений и всей нашей Земли? Элементы из этого рейтинга формируют всю нашу Вселенную!

10. Сера (распространенность относительно кремния – 0.38)

Этот химический элемент в таблице Менделеева значится под символом S и характеризуется атомным номером 16. Сера очень в природе.

9. Железо (распространенность относительно кремния – 0.6)

Обозначается символом Fe, атомный номер – 26. Железо очень часто встречается в природе, особенно важную роль оно играет в формировании внутренней и внешней оболочки ядра Земли.

8. Магний (распространенность относительно кремния – 0.91)

В таблице Менделеева магний можно найти под символом Mg, и его атомный номер – 12. Что самое удивительное в этом химическом элементе, так это то, что он чаще всего выделяется при взрыве звезд в процессе их преобразования в сверхновые тела.

7. Кремний (распространенность относительно кремния – 1)

Обозначается как Si. Атомный номер кремния – 14. Этот серо-голубой металлоид очень редко встречается в земной коре в чистом виде, но довольно распространен в составе других веществ. Например, его можно обнаружить даже в растениях.

6. Углерод (распространенность относительно кремния – 3.5)

Углерод в таблице химических элементов Менделеева значится под символом С, его атомный номер – 6. Самой знаменитой аллотропной модификацией углерода являются одни из самых желанных драгоценных камней в мире – алмазы. Углерод активно применяют и в других в промышленных целях более будничного назначения.

5. Азот (распространенность относительно кремния – 6.6)

Символ N, атомный номер 7. Впервые открытый шотландским врачом Дэниелом Рутерфордом (Daniel Rutherford), азот чаще всего встречается в форме азотной кислоты и нитратов.

4. Неон (распространенность относительно кремния – 8.6)

Обозначается символом Ne, атомный номер - 10. Не секрет, что именно этот химический элемент ассоциируется с красивым свечением.

3. Кислород (распространенность относительно кремния – 22)

Химический элемент под символом О и с атомным номером 8, кислород незаменим для нашего существования! Но это не значит, что он присутствует только на Земле и служит только для человеческих легких. Вселенная полна сюрпризов.

2. Гелий (распространенность относительно кремния – 3.100)

Символ гелия – He, атомный номер – 2. Он бесцветен, не имеет запаха и вкуса, не ядовит, и его точка кипения – самая низкая среди всех химических элементов. А еще благодаря ему шарики взмывают ввысь!

1. Водород (распространенность относительно кремния – 40.000)

Истинный номер один в нашем списке, водород находится в таблице Менделеева под символом Н и обладает атомным номером 1. Это самый легкий химический элемент периодической таблицы и самый распространенный элемент во всей изученной человеком Вселенной.