ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ ВСЕЛЕННАЯ (ЗАКОН МЕНДЕЛЕЕВА)

ИЗ ЧЕГО СОСТОЯТ ЗВЁЗДЫ

ТЖ з каких химических элементов состоят различные окружающие нас тела — воздух, вода, земля, гор­ные породы, растения и животные? Из чего состоят солнце и звёзды?

Эти вопросы давно интересовали человека.

Уже в прошлом веке были произведены детальные анализы многочисленных горных пород, составляющих земной шар. Результат оказался неожиданным. При всём разнообразии встречающихся в земной коре гор­ных пород оказалось, что они состоят главным обра­зом из немногих химических элементов — кремния и кислорода, железа и алюминия, кальция и маг­ния, натрия и калия и некоторых других. Эти элементы входят в состав земной коры в виде соединений с кис­лородом.

Более всего в составе земной коры (до глубины

16 километров) кислорода; он составляет около 50 про­центов всего её вещества. Четвёртую часть коры земного шара занимает кремний. Около семи-восьми процентов её вещества по весу падает на долю алюминия и около четырёх — на долю железа. Магний, кальций, калий и натрий, вместе взятые, составляют немного более 10 про­центов от массы земной коры; и всего несколько процен­тов вещества земной коры состоит из остальных восьми десятков химических элементов,

Некоторые из этих элементов, такие, как олово, медь, хром, никель и другие, находятся в земле в виде рудных скоплении — рудных залежей.

Другие элементы рассеяны в земной коре.

К таким относятся; например, скандий, гафний и дру­гие. Эти элементы носят название «редкие», хотя общее количество таких «редких» элементов в земле не так уж мало. Часто их больше, чем обычных, «нередких» эле­ментов. Так «редкого» элемента циркония в земной коре во много раз больше, чем свинца.

«Редкими» такие элементы называют потому, что они рассеяны в земле и извлечение их из горных пород — очень трудоёмкое дело.

С глубиной процентное содержание химических эле­ментов меняется. Увеличивается содержащее железа и магния, уменьшается количество кислорода, натрия, ка­лия, алюминия, кремния. По предположениям учёных, ядро Земли состоит в основном из железа.

Изучением распространения и истории химических элементов в земной коре занимается молодая наука — геохимия. Эта наука создана трудами выдающихся советских учёных В. И. Вернадского и А. Е. Ферсмана.

Очень «беден» химический состав веществ и органи­ческого, «живого» происхождения. Десятки тысяч разно­образнейших органических тел природы состоят главным образом из 6—8 веществ — углерода, азота, кислорода, водорода и некоторых других.

Был определён и состав воздуха. Главными состав­ными его частями являются азот и кислород (помимо этих элементов, в составе воздуха находятся газы аргон, неон, гелий, криптон, ксенон и углекислый газ).

Таким образом, химические вещества, которые входят в менделеевскую таблицу, образуют разнообразные ве­щества живой и неживой природы.

В настоящее время химикам известно, например, ка­кие химические элементы входят в состав тел животных. И здесь, оказывается, мы встречаемся с теми же элемен­тами — с кислородом и углеродом, с азотом и кальцием, серой и фосфором, с натрием и калием.

В прошлые века многие из учёных полагали, что тела живой и неживой природы — это несравнимые вещи. Одно дело, например, «мёртвый» камень и совсем дру­гое — какой-нибудь растительный или животный орга­низм. Камень и любое другое тело неживой природы можно научиться создавать искусственным путём. Полу­чить же искусственно какое-либо вещество живой при­роды якобы невозможно. В их создании участвует особая «жизненная сила».

Такие взгляды особенно рьяно поддерживали церков­ники. Они видели в них подтверждение существования бестелесной, таинственной и неуловимой души.

Наука опровергла эти ненаучные взгляды. Около 120 лет назад была впервые искусственно получена моче­вина — вещество, которое до того создавалось только живыми организмами.

А немного позже известный русский химик Н. Н. Зи-- нин разработал получение из бензола основы красите­лей — анилина. Раньше анилин получали из природного красителя — индиго.

В наши дни химики создают искусственным путём не только многие сотни веществ «живого» происхождения, но получают и такие органические вещества, которых не создаёт живая природа!

Таким образом, материальное единство окружаю­щего нас мира теперь доказано наукой.

Все многочисленные тела как живой, так и неживой природы состоят из мельчайших материальных частичек- атомов различных химических элементов. Число этих хи­мических элементов и их единство определяются великим законом природы — периодическим законом Д. И. Мен­делеева.

Но возникает ещё вопрос, требующий ответа. Из ка­кого вещества, из каких элементов состоят небесные тела, звёзды и планеты? Справедлив ли закон Менделеева и для Вселенной?

Современная наука даёт ответ и «а этот вопрос. Да, справедлив.

Уже издавна люди наблюдали падение на землю «не­бесных камней» — метеоритов. В прежние времена таким камням нередко даже поклонялись, как «посланцам бо­гов». В настоящее время мы знаем, что метеориты — это обломки других небесных тел Вселенной.

Естественно, что очень интересно выяснить, из каких химических элементов состоят «небесные камни».

Многочисленные анализы метеоритов, как каменных, так и железных, показали, что осколки вещества, попа­дающие к нам из глубин Вселенной, состоят из тех же химических элементов, которые объединяет таблица Мен­делеева.

Ни одного нового, неизвестного нам на земле эле­мента в составе метеоритов нет!

Определён теперь и состав раскалённых небесных тел — солнца и звёзд. Об этом человеку рассказали лучи света, приходящие на Землю от далёких звёзд.

В середине прошлого века философ-идеалист О. Конт, пытаясь доказать, что наше познание природы ограни­чено, приводил такой пример: человек никогда не узнает, из чего состоят звёзды и солнце, какова температура этих небесных тел и т. д. Ведь солнце и звёзды — это раскалённые небесные тела. Если даже предположить, что в отдалённом будущем люди построят межпланетные летательные аппараты, они всё равно не смогут прибли­зиться к поверхности солнца и звёзд, так как температура этих небесных тел очень высока.

Наука опровергла ложные доводы этого философа.

Всего несколько лет спустя после этого высказывания Конта был открыт новый плодотворный способ исследо­вания небесных тел — спектральный анализ.

Сущность этого способа, коротко говоря, состоит в следующем: белый свет, который мы наблюдаем в жизни, при определённых условиях разлагается на цветные лучи. В этом можно убедиться при помощи очень простого опыта. Поставьте на пути луча света кусок стекла, имею­щий вид клина, так называемую трёхгранную призму (рис. 9).

Проходя через такую призму, свет меняет своё пря­молинейное направление или, как говорят, прелом­ляется в ней и одновременно разлагается на состав­ляющие его цветные лучи. Образуется так называемый спектр цветных лучей. В спектре принято выделять семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голу­бой, синий и фиолетовый, переходящие друг в друга.

Объясняется это явление тем, что лучи разных цве­тов по-разному преломляются в трёхгранном куске стекла — менее других отклоняются в призме красные лучи, более всех других лучей — фиолетовые.

Изучая спектры света от различных источников, учё­ные обнаружили одну замечательную их особенность. Свет, который исходит от раскалённых твёрдых и жидких тел, даёт всегда сплошной спектр, т. е. цвет­ные лучи-полоски следуют в нём друг за другом и всегда в одном и том же порядке.

Совсем иной спектр получается, если свет испускают раскалённые пары какого-либо вещества. Этот спектр состоит из тонких цветных линий, разделённых тёмными полосками. Такой спектр называется линейчатым.

И вот оказывается, что каждый химический элемент имеет свой, отличный от других линейчатый спектр. Например, раскалённые пары натрия дают спектр, состоящий из двойной жёлтой линии; в спектре паров элемента лития имеются характерные — одна красная и одна оранжевая—линии; раскалённые пары калия пока­зывают две характерные линии — красную и фиолетовую и т. д.

Открытие этой замечательной особенности — способ­ности веществ давать свой, отличный от других спектр излучения, когда они находятся в состоянии раскалён­ных газов, и явилось основой необычайно чувствительного спектрального анализа[7]). С помощью этого способа ис­следования в первые же годы его применения было от­крыто несколько новых, ранее неизвестных химических элементов (в том числе упомянутый ранее галлий). Со­держание этих элементов в земле очень рассеяно, по­этому ранее они ускользали от внимания исследователя. Способ спектрального исследования тел природы позво­лил обнаруживать миллионные и миллиардные доли грамма вещества.

Каждое новое простое тело давало о себе знать новым сочетанием цветных линий в спектре, новым линейчатым спектром.

Спектральное исследование лучей света, идущих от небесных тел, и позволило определить, из каких элемен­тов состоят звёзды.

Ещё до открытия линейчатых спектров было заме­чено, что спектр солнечных лучей, который долгое время считали сплошным, на самом деле не сплошной, а пере­секается множеством тонких тёмных линий.

. Разгадка этих линий была найдена после открытия спектрального анализа. Оказывается, тёмные линии об­разуются в спектре потому, что свет на своём пути про­ходит через несветящиеся пары некоторых элементов. Так, например, если свет проходит через охлаждённые пары калия, то в сплошном спектре, в местах, где распо­лагаются цветные линии этого элемента—красная и фиолетовая, — появятся соответственно две тёмные линии.

Такие спектры, состоящие из тёмных линий на фоне цветных полос, называют спектрами погло­щения.

Спектры поглощения и помогли узнать состав небес­ных тел.

Изучение спектра поглощения солнечных лучей пока­зало, что солнечный свет проходит на своём пути через более холодные пары очень многих химических элемен­тов — железа, водорода, гелия, натрия, кальция, кремния и других.

Возник вопрос: где же находятся эти пары? Дать на него ответ не представляло трудности. Известно, что в атмосфере Земли нет паров всех тех элементов, о кото­рых говорит солнечный свет. Не могут эти элементы на­ходиться также в межзвёздном пространстве, и вот по какой причине. Спектры поглощения света, идущего от разных звёзд, различны. Значит, свет разных звёзд встречает на своём пути к Земле разные химические эле­менты (в виде охлаждённых, несветящихся паров). От­сюда ясно, что все те химические элементы, о которых говорят солнечный свет и свет звёзд, находятся в виде паров у самого Солнца, у самой звезды в их внешних, бо­лее холодных слоях. Обнаруженные исследованием эле­менты должны, следовательно, входить в состав этих небесных тел.

Изучение спектров солнечного света показало, что ат­мосфера Солнца состоит в основном из паров таких хи­мических элементов, как натрий, железо, кальций, крем­ний и другие. Более плотная часть атмосферы Солнца — хромосфера — содержит в себе главным образом водо­род, а также гелий.

Изучение спектров небесных тел с неопровержимой убедительностью доказало материальное единство Все­ленной. Многочисленные спектры Солнца, звёзд, туман­ностей показали, что ни на одном из небесных тел нет таких элементов, которые были бы неизвестны нам, жи­телям Земли, нет элементов, которые не входят в перио­дическую таблицу элементов Д. И. Менделеева. Так, в на­стоящее время на Солнце найдено уже более 60 химиче­ских элементов и все они известны нам по таблице Мен­делеева.

Весь звёздный мир, вся Вселенная, бесконечно разно­образная, состоит из одних и тех же основных веществ мироздания. Мир, во всём своём многообразии, един по своей природе!

«...рождается вопрос: конечно или бесконечно число элементов?», — писал Д. И. Менделеев в 1871 году в сво­ей статье «Периодическая законность для химических элементов» и давал на него ответ: «Судя по ограничен­ности и, так сказать, замкнутости системы известных поныне элементов, судя по тому, что в метеорных кам­нях, на солнце и звёздах существуют те же элементы, какие мы знаем, судя по тому, что при высоком атомном весе сглаживаются... свойства элементов... можно думать, что число доступных нам элементов очень ограничено, и если существуют немногие новые тяжёлые элементы внутри массы земли, то число и количество их очень ограничено».