Контрольная работа: Исследования химии в 20-21 веках
Первые
данные о химическом составе небесных тел получены с помощью спектрального
анализа. В химических лабораториях, кроме того, исследовался состав
метеоритного вещества. Состав метеоритов оказался единообразным, как если бы
они происходили из одного и того же рудника. До сих пор ни в одном метеорите не
найден химический элемент, который не встречался бы на Земле. С помощью самых
точных методов анализа в метеоритах обнаружены почти все известные на нашей
планете химические элементы. Характерная особенность большинства метеоритов
заключается в том, что они содержат много чистого железа и очень мало наиболее
распространенного на Земле кварца. Вещества, которые указывали бы на
существование жизни в космосе, пока не найдены, хотя углерод обнаружен в виде
крошечных алмазов, графита и аморфного угля. Относительно недавно появилось
сообщение об обнаружении бактериоподобной структуры в метеорите с Марса, что
является предметом дальнейшей дискуссии о существовании жизни на этой планете в
далеком прошлом.[2]
Наиболее
часто встречающиеся каменные метеориты, как и большинство земных пород, состоят
в основном из силиката магния. Железные метеориты содержат до 90% железа.
Содержание никеля в них составляет 6-20%. Кроме того, метеориты содержат
кобальт, медь, хром, фосфор, серу, платину, палладий, серебро, иридий, золото и
другие элементы. Встречаются включения газов: водорода, оксида и диоксида
углерода.
Прямая
геологическая разведка небесных тел началась 21 июля 1969 г., когда человек впервые ступил на поверхность Луны и взял пробы лунного грунта. Через год с
небольшим прилунилась первая автоматическая станция «Луна-16», возвратившаяся
на Землю с образцами лунной породы. Немного позднее, в ноябре 1970 г., на Луну доставлена советская автоматическая станция «Луноход-1», которая, начав свое
движение по Луне с северо-западного Моря дождей, обследовала за 321 сутки около
50 га лунной поверхности. Обследования проводились и днем, и ночью при
температурах от -140 до 130 °С. Результаты анализа показали, что за исключением
несколько повышенного содержания тугоплавких соединений титана, циркония, хрома
и железа, лунные породы по своему составу очень похожи на земные. Некоторые
различия выявились в свойствах. Так, лунное железо ржавеет медленнее, чем
земное. В верхнем слое лунного грунта обнаружен удивительный минерал,
получивший название реголит. Он имеет сравнительно низкую теплопроводность.
Продолжается
исследование планет Солнечной системы. С помощью космического зонда,
отправленного к Венере, в результате гамма - спектрального анализа установлено,
что грунт Венеры по химическому составу соответствует граниту.
Вещество,
находящееся в межзвездном пространстве, состоит из газа и пыли. Наиболее
распространенными газами в космическом пространстве являются водород (70 масс.
%) и гелий (28 масс. %). В газовых межзвездных облаках обнаружено более 20
химических компонентов. Наряду с простыми химическими соединениями (СО, Н2,
HCN, H20,1ЧНз) в 200 космических газовых скоплениях найдены и более
сложные соединения - метанол, изоциановая кислота, формамид, формальдегид,
метилацетилен и ацетальдегид. Относительно недавно обнаружены молекулы
этилового спирта, муравьиной кислоты и других соединений.
Исследования
космохимии носят преимущественно познавательный характер, но нельзя исключать,
что в будущем они обретут практическую значимость. Были получены некоторые
важные для практики результаты. Для химико-фармацевтической промышленности
представляет практический интерес более интенсивное развитие бактериальных
культур в невесомости, чем на Земле. Металлурги могут получить в невесомости
сплавы с уникальными свойствами. Весьма перспективно выращивание в космосе
бездефектных монокристаллов, особенно оксидов металлов.
3. новые ХИМИЧЕСКИе ЭЛЕМЕНТы
3.1 Получение новых химических элементов
Вещественная
среда обитания людей содержит многочисленные соединения и их составляющие -
химические элементы. Еще до 30-х годов XX века Периодическая система Менделеева состояла из 88
элементов. С учетом свободных клеток с номерами 43 (технеций), 61 (прометий),
85 (астат) и 87 (франций) в ней было всего 92 места. Последним элементом с
атомным номером 92 был уран.
Предполагается,
что на первой стадии развития Земли существовали и трансурановые элементы с
порядковыми номерами до 106. Однако из-за небольшой продолжительности жизни по
сравнению с возрастом Земли они полностью распались. Самым долгоживущим
элементом из них оказался плутоний-244 с периодом полураспада 82,2 млн. лет, и
его существование в настоящее время доказано: он обнаружен в 1971г. в
калифорнийском минерале бастнезите.
В 1940г.
получен первый трансурановый элемент - нептуний, а за три года до этого получен
первый искусственный элемент - технеций. Затем в лабораторных условиях
зарегистрированы трансурановые элементы с атомными номерами до 109. В
Объединенном институте ядерных исследований в Дубне открыты элементы с номерами
104(1964), 105(1970), 106(1974) и 107(1976).
Международный
союз чистой и прикладной химии в сентябре 1997г. узаконил названия искусственных
сверхтяжелых элементов: резерфордий (104), дубний (105), сиборгий (106), борий
(107), хассий (108) и мейтнерий (109). Эти названия даны главным образом в
честь ученых, внесших значительный вклад в ядерную физику. Один из них - дубний
- назван в честь города Дубна, где были открыты многие новые химические
элементы. В феврале 1999г. появилось сообщение: ученые из Объединенного
института ядерных исследований в Дубне открыли выходящий за пределы
Периодической системы Менделеева новый химический элемент с периодом
полураспада намного большим, чем у открытых в последнее время сверхтяжелых
элементов.
Трансурановые
элементы с атомными номерами до 100 можно получить в ядерном реакторе путем
«надстройки» ядер изотопа урана-238 при сталкивании их с нейтронами. Все элементы
с номерами выше 100 и массовыми числами более 257 получают только в ускорителях
и в незначительных количествах. Для получения сверхтяжелых трансуранидов ядра
урана бомбардируются ионами ксенона, гадолиния, самария, урана и др., которые
обладают достаточно высокой энергией. Особенно эффективна бомбардировка ионами
самого урана, в результате которой образуются тяжелые промежуточные ядра.
В
стабильных атомных ядрах заряженные и нейтральные частицы находятся в
равновесном состоянии. С нарушением равновесия ядерная система становится
неустойчивой. Современная теория позволяет рассчитать условия стабильности
сверхтяжелых ионов и элементов, а также предсказать наиболее вероятные их
физические и химические свойства. Из подобных расчетов следует, что элементы с
атомными номерами, близкими к 114 и 164, должны обладать неожиданно высокой
стабильностью. Такие элементы образуют своеобразные острова стабильности, где
возможно существование изотопов с периодом полураспада до 10 лет.
Предполагается,
что свойства элементов с атомными номерами 112-118 аналогичны свойствам
элементов в ряду ртуть - радон. Верхняя граница возможной стабильности,
насколько ее позволяет определить современный уровень естественно - научных
знаний, приближается к атомному номеру 174. Для синтеза подобного рода
элементов нужны новые технические средства эксперимента.
Изотопы - разновидности химических элементов,
у которых ядра атомов отличаются числом нейтронов, но содержат одинаковое число
протонов, и поэтому занимают одно и то же место в Периодической системе
элементов Менделеева. Различают устойчивые (стабильные) и радиоактивные
изотопы. Термин «изотопы» впервые предложил в 1910г. Фредерик Содди (1877-1956),
известный английский радиохимик, лауреат Нобелевской премии 1921г.,
экспериментально доказавший образование радия из урана.
Радиоактивные
изотопы широко применяются не только в атомной энергетике, но и в разнообразных
приборах и аппаратуре для определения плотности, однородности вещества, его
гигроскопичности и т.п. С помощью радиоактивных индикаторов можно проследить за
перемещением химических соединений в физических, технологических, биологических
и химических процессах, для чего в исследуемый объект вводят радиоактивные
индикаторы (меченые атомы) определенных элементов и затем наблюдают за их
движением. Этот способ позволяет исследовать механизмы реакций при превращениях
веществ в сложных условиях, например при высокой температуре, в доменной печи
или в агрессивной среде химического реактора, а также изучать процессы обмена
веществ в живых организмах. Изотоп кислорода-18 помогает выяснить механизм
дыхания живых организмов.
Радиоактивный
метод анализа вещества дает возможность определить содержание в нем различных
металлов от кальция до цинка, в чрезвычайно малых концентрациях - до 1-10г.
(при этом требуется всего лишь 10-12г. вещества). Радиоактивные
препараты широко используются в медицинской практике для лечения многих
заболеваний, в том числе и злокачественных опухолей. Изотопы плутония-238,
кюрия-224 применяются для производства батарей небольшой мощности для
стабилизаторов ритма сердца. Для их непрерывной работы в течение 10 лет
достаточно всего 150-200 мг плутония (обычные батареи служат до четырех лет).
В
результате радиационно-химических реакций из кислорода образуется озон, из
газообразных парафинов - водород и сложные соединения низкомолекулярных
олефинов. Облучение полиэтилена, поливинилхлорида и других полимеров приводит к
повышению их термостойкости и прочности. Можно привести множество примеров
практического применения изотопов и радиоактивного излучения. Несмотря на это,
отношение людей к радиации, особенно в последние десятилетия, резко изменилось.
За примерно столетнюю историю радиоактивные источники прошли долгий путь от
эликсира жизни до символа зла.[3]
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 |