Интересные факты — Сайт учителя химии Кондратенко О.В.

В природе существует огромное количество веществ, которые с одной стороны являются опасными для здоровья, с другой – помогают излечить различные заболевания. Все зависит от их количества и концентрации. При воздействии ядов в достаточно малых количествах некоторые из них помогают излечиться от самых опасных заболеваний, без всяких патологий и последствий. Яды бывают достаточно разнообразные: одни мгновенно убивают человека, воздействие других же очень медленное, постепенно приводящее к летальному исходу для организма. Некоторые даже причиняют сильные боли и ужасные мучения. Существует их огромное множество, в статье указаны  наиболее опасные. Настолько опасные, что сложно даже определить какой яд самый сильный. Цианид         Синильная кислота и ее производные являются очень опасным веществом для организма человека. Совсем небольшое количество его способно мгновенно убить живой организм. Однако противостоять ему может сахар, он является противоядием. Яд сибирской язвы         Бактерии, которые вызывают это опасное для жизни человека заболевание, относятся к семейству Bacillus anthracis. Они поражают здоровые клетки, приводя их к гибели. Если у человека наблюдается кожная форма болезни, то в 20% приводит к летальному исходу. При поражении вирусом сибирской язвы кишечника умирает 50% пострадавших. Легочная форма практически не оставляет шансов больному выжить, врачам удается спасти лишь 5%. Зарин         Это вещество получилось в результате попыток синтезировать пестициды. Очень опасен, при попадании его в организм человек испытывает сильные мучения, которые в конечном итоге приводят к смерти. Данный яд долгое время применялся в роли химического оружия, пока в 90-е годы не прекратили его производство. Но в настоящее время все равно применяется террористами и военными. Аматоксины         Данные вещества содержатся в грибах мухоморах. Симптомы после попадания яда в организм человек может только почувствовать только часов через 10 или вообще на следующий день. Аматоксины губительно сказываются на всех органах, поэтому в большинстве случаев отравление приводит к летальному исходу. Если человеку удалось выжить, то всю оставшуюся жизнь его будут мучить боли, которые возникают из-за поврежденных этими веществами внутренних органов. Ртуть         Этот яд проникает во все внутренние органы человека. Ртуть имеет свойство накапливаться, поэтому при незначительном ее попадании очень медленно отравляет организм. При отравлении этим веществом у человека нарушается нормальная деятельность нервной системы, наступает сильное психическое расстройство. Стрихнин         Его обнаружили химики еще в 19 веке. Получают это ядовитое вещество из орехов чилибухи. Большое его количество приводит к сильнейшему отравлению. Впоследствии наступает медленная смерть, при этом человек сильно мучается, и у него начинаются судороги. Если использовать стрихнин в незначительном количестве, то он является отличным средством для лечения паралича. Еще одно полезное свойство в том, что это вещество ускоряет обмен веществ. Тетродотоксин        Этот яд содержится в японской рыбе, которая называется фугу. Также отмечено его содержание в икре и коже животных, которые обитают в воде в тропическом поясе, а также зарегистрировано его наличие в икре калифорнийского тритона. Врачам не всегда удается вылечить человека после попадания этого яда внутрь, и процент смертности высокий. Однако большинство людей все равно предпочитают попробовать данный деликатес – блюда из фугу. Но даже самый опытный повар не застрахован от того, что  приготовленной им рыбой не отравятся посетители. Ви-Экс         Этот яд используют военные как химическое оружие. Оно парализует организм человека, а также вызывает нервное расстройство. Если человек вдохнул его пары, или вещество попало на кожу, то меньше чем через час наступает мучительная смерть. Рицин         Получают из растений. Очень опасными являются его крупинки, которые при попадании в дыхательные пути подвергают опасности жизнь человека. Он умирает, если данное вещество попало в кровь. Очень мощное, сильнее даже цианида, и только лишь из-за технических проблем не получилось применять его в качестве химического оружия массового поражения. Но все-таки этот яд используют военные и террористы. Токсин ботулизма         Вырабатывается бактериальными клетками Clostridium botulinum, которые очень опасны для здоровья и жизни человека. При воздействии их на организм развивается ботулизм. Этот яд широко применяется в медицине: его в небольших количествах добавляют в медицинские препараты, а также он получил широкое применение при операциях, в которых используют «Ботокс». Пожалуй, ботулотоксин — самый сильный яд для человека.         Описанные в статье яды губительно сказываются на организме, вызывая в большинстве случаев летальный исход. А если удается пострадавшего спасти от интоксикации этими веществами, то всю остальную жизнь у него наблюдаются различные последствия и проблемы со здоровьем.

Могут ли занятия по химии быть интересными?

11 Мар, 15:55

Все мы учим или учили химию, но интересного в этом предмете – всем запоминаются длинные формулы, валентности, определения. Мало кто знает интересные факты о химии и химические элементы, а прочитав нашу статью вы посмотрите на этот предмет по-новому и с большим интересом.

Что интересного в изучении химии?

В первую очередь самое интересное – это то, что в химии есть поле для экспериментов и их здесь море.

Школьная программа или учителя возможно не показывают детям опыты, а только дают сухую теорию. Ясное дело, что детям это будет неинтересно.

 

Приведем несколько интересных фактов:

 

• Не думайте, что железо прочное и надежное. Оно, нагретое до 5000 градусов Цельсия, становится газообразным
• Интересное свойство серебра.

В IV веке до нашей эры войска Александра Македонского вторглись в Индию. На берегах реки Инд в войсках разразилась эпидемия желудочно-кишечных заболеваний, которая как ни странно, не затронула ни одного военачальника. Оказалось, что простые воины пользовались оловянной посудой, а их командиры – серебрянной. Тогда и вспомнили, что персидский царь Кир II Великий во время военных походов приказывал хранить питьевую воду в серебряных сосудах. Позже римские легионеры стали носить латы, наколенники и поножи из серебра. Серебро обладает бактерицидными свойствами, а также способствовало быстрому заживлению ран без нагноений.

• Когда мы режем лук и «плачем» – это заслуга этих фиктивных эмоций принадлежит именно сере, которая впитывается в почву, где растет лук.

Преподаватели в нашем центре знают очень много занимательных фактов о химии. Приводите вашего ребенка и позже вы удивитесь его познаниям, когда он будет рассказывать вам подобные факты.

Как заинтересовать ребенка изучать химию?

В век цифровых технологий можно организовать интересное изучение наук просто дома. Поэтому создать собственную химическую лабораторию, без проблем.

Для изучения предмета и увеличения интереса вам нужно:

 

• найти подборку химических опытов в ютюбе или на других ресурсах, которые интересно провести не только детям, но и взрослым.
• подарите детям настольные игры-эксперименты
• рассказывайте об интересных опытах и как появились те или иные вещи благодаря химии

 

Старшим детям эти эксперименты покажут, что наука – интересная вещь, и стоит им заниматься. Для младших вы станете просто волшебником, показывая такие чудеса.

 

Чтобы упростить вашу задачу и сэкономить время приводите ваших детей к нам на курс и удивляйтесь результатам.

Поэтому – начинайте химичить с нами.

Топ статей для Вас:

Наши Репетиторы

Наши преподаватели медалисты и призеры олимпиад, бывшие выпускники математических и филологических факультетов Украины

Краткая история химии

Это «Краткая история химии», раздел 1. 4 из книги «Основы общей химии» (т. 1.0). Для получения подробной информации об этом (включая лицензирование) нажмите здесь.

Для получения дополнительной информации об источнике этой книги или о том, почему она доступна бесплатно, посетите домашнюю страницу проекта. Там вы можете просматривать или скачивать дополнительные книги. Чтобы загрузить ZIP-файл с этой книгой для использования в автономном режиме, просто нажмите здесь.

Помогла ли вам эта книга? Рассмотрите возможность передачи:

Помощь Creative Commons

Creative Commons поддерживает свободную культуру от музыки до образования. Их лицензии помогли сделать эту книгу доступной для вас.

Помогите государственной школе

DonorsChoose.org помогает таким людям, как вы, помогать учителям финансировать их школьные проекты, от художественных принадлежностей до книг и калькуляторов.

1.4 Краткая история химии

Цель обучения

1. Понять развитие атомной модели.

Только в эпоху древних греков у нас не было никаких записей о том, как люди пытались объяснить химические изменения, которые они наблюдали и использовали. В то время считалось, что природные объекты состоят всего из четырех основных элементов: земли, воздуха, огня и воды. Затем, в четвертом веке до нашей эры, два греческих философа, Демокрит и Левкипп, предположили, что материя не бесконечно делится на более мелкие частицы, а состоит из фундаментальных неделимых частиц, называемых атомами. Фундаментальные, отдельные частицы, из которых состоит материя. ранние философы не имели технологии для проверки своей гипотезы. В любом случае они вряд ли сделали бы это, потому что древние греки не проводили экспериментов и не использовали научный метод. Они считали, что природа Вселенной может быть открыта только рациональным мышлением.

В течение следующих двух тысячелетий алхимиков , которые занимались химией и спекулятивной философией в средние века и эпоху Возрождения, добились многих успехов в химии. Их главная цель состояла в том, чтобы преобразовать одни элементы в другие с помощью процесса, который они назвали трансмутацией. Процесс преобразования одного элемента в другой. (Рисунок 1.13 «Алхимик за работой»). В частности, алхимики хотели найти способ превратить более дешевые металлы в золото. Хотя большинство алхимиков не подходили к химии систематически, и многие из них, по-видимому, были откровенными мошенниками, алхимики в Китае, арабских королевствах и средневековой Европе внесли большой вклад, включая открытие таких элементов, как ртуть (ртуть) и получение нескольких сильных кислот. .

Рисунок 1.13 Алхимик за работой

Алхимия была одной из форм химии, которая процветала в Средние века и эпоху Возрождения. Хотя некоторые алхимики были мошенниками, другие внесли большой вклад, включая открытие нескольких элементов и получение сильных кислот.

Современная химия

В 16 и 17 веках зародилось то, что мы теперь называем современной химией. В этот период были достигнуты большие успехи в металлургии , извлечение металлов из руд и первые систематические количественные опыты. В 1661 году англичанин Роберт Бойль (1627–1691) опубликовал «Химик-скептик» , в котором описывалась связь между давлением и объемом воздуха. Что еще более важно, Бойль определил элемент как вещество, которое не может быть разделено на два или более простых вещества химическими средствами. Это привело к идентификации большого количества элементов, многие из которых были металлами. По иронии судьбы, сам Бойль никогда не считал металлы элементами.

В 18 веке английский священник Джозеф Пристли (1733–1804) открыл газообразный кислород и обнаружил, что многие углеродсодержащие материалы энергично горят в кислородной атмосфере, процесс, называемый горением. Горение материала в кислородной атмосфере.. Пристли также обнаружил, что газ, образующийся при брожении пива, который, как мы теперь знаем, представляет собой углекислый газ, является таким же, как один из газообразных продуктов сгорания. Однако исследования этого газа Пристли не продолжились, как ему хотелось бы. После того, как он упал в чан с бродящим пивом, пивовары запретили ему работать на своих заводах. Хотя Пристли не понял, что это такое, он обнаружил, что углекислый газ растворяется в воде, образуя сельтерскую воду. По сути, его можно считать основателем многомиллиардной индустрии газированных безалкогольных напитков.

Джозеф Пристли (1733–1804)

Пристли был политическим теоретиком и ведущим унитарным священником. Он был назначен в Уоррингтонскую академию в Ланкашире, Англия, где разработал новые курсы по истории, науке и искусству. Во время визитов в Лондон Пристли встречался с ведущими учеными, в том числе с Бенджамином Франклином, который поощрял интерес Пристли к электричеству. Работа Пристли над газами началась, когда он жил рядом с пивоварней в Лидсе, где он заметил «неподвижный воздух», выходящий из чанов с бродящим пивом и элем. Его научные открытия включали взаимосвязь между электричеством и химическими изменениями, 10 новых «воздухов» и наблюдения, которые привели к открытию фотосинтеза. Из-за его поддержки принципов Французской революции дом, библиотека и лаборатория Пристли были разрушены толпой в 179 г. 1. Он и его жена эмигрировали в Соединенные Штаты в 1794 году, чтобы присоединиться к своим трем сыновьям, которые ранее эмигрировали в Пенсильванию. Пристли так и не вернулся в Англию и умер в своем новом доме в Пенсильвании.

Несмотря на новаторские исследования Пристли и других, ясное понимание горения оставалось неуловимым. Однако в конце 18 века французский ученый Антуан Лавуазье (1743–1794) показал, что горение — это реакция углеродсодержащего вещества с кислородом с образованием углекислого газа и воды и что жизнь зависит от подобной реакции, которую мы сегодня наблюдаем. позвони дыхание . Лавуазье также написал первый современный текст по химии и широко известен как отец современной химии. Его наиболее важным вкладом был закон сохранения массы. В любой химической реакции масса реагирующих веществ равна массе образующихся продуктов, который гласит, что в любой химической реакции масса реагирующих веществ равна массе реагирующих веществ. массы образующихся продуктов. То есть в химической реакции масса не теряется и не разрушается. К сожалению, Лавуазье инвестировал в частную корпорацию, которая собирала налоги для короны, а королевские сборщики налогов не пользовались популярностью во время Французской революции. Он был казнен на гильотине в возрасте 51 года, преждевременно прекратив свой вклад в химию.

Атомная теория материи

В 1803 г. английский школьный учитель Джон Дальтон (1766–1844) расширил разработку Прустом закона определенных пропорций (раздел 1.2 «Научный метод») и выводы Лавуазье о сохранении массы. в химических реакциях, чтобы предположить, что элементы состоят из неделимых частиц, которые он назвал атомами (взяв термин от Демокрита и Левкиппа). Атомная теория материи Дальтона содержит четыре фундаментальные гипотезы:

1. Вся материя состоит из крошечных неделимых частиц, называемых атомами.
2. Все атомы элемента одинаковы по массе и химическим свойствам, тогда как атомы разных элементов различаются по массе и основным химическим свойствам.
3. Химическое соединение – это вещество, которое всегда содержит одни и те же атомы в одном и том же соотношении.
4. В химических реакциях атомы одного или нескольких соединений или элементов перераспределяются или перестраиваются по отношению к другим атомам с образованием одного или нескольких новых соединений. Сами атомы не претерпевают изменения идентичности в химических реакциях.

Эта последняя гипотеза предполагает, что цель алхимиков по превращению других элементов в золото невозможна, по крайней мере, посредством химических реакций. Теперь мы знаем, что атомная теория Дальтона по существу верна, с четырьмя небольшими изменениями:

1. Не все атомы элемента должны иметь одинаковую массу.
2. Атомы одного элемента могут быть превращены в другой посредством ядерных реакций.
3. Составы многих твердых соединений несколько различаются.
4. При определенных обстоятельствах некоторые атомы могут делиться (расщепляться на более мелкие частицы).

Эти модификации иллюстрируют эффективность научного метода; более поздние эксперименты и наблюдения были использованы для уточнения первоначальной теории Дальтона.

Закон кратных пропорций

Несмотря на ясность своего мышления, Дальтон не мог использовать свою теорию для определения элементного состава химических соединений, потому что у него не было надежной шкалы атомных масс; то есть он не знал относительных масс таких элементов, как углерод и кислород. Например, он знал, что газ, который мы теперь называем окисью углерода, содержит углерод и кислород в соотношении 1:1,33 по массе, а второе соединение, газ, который мы называем двуокисью углерода, содержит углерод и кислород в соотношении 1:2,66 по массе. . Поскольку 2,66/1,33 = 2,00, второе соединение содержало в два раза больше атомов кислорода на один атом углерода, чем первое. Но какова была правильная формула для каждого соединения? Если первое соединение состояло из частиц, содержащих один атом углерода и один атом кислорода, то второе должно состоять из частиц, содержащих один атом углерода и два атома кислорода. Если первое соединение имело два атома углерода и один атом кислорода, то второе должно иметь два атома углерода и два атома кислорода. Если бы у первого был один атом углерода и два атома кислорода, у второго был бы один атом углерода и четыре атома кислорода и так далее. Дальтон не мог отличить эти или более сложные альтернативы. Однако эти данные привели к общему положению, известному сейчас как закон кратных пропорций. Когда два элемента образуют ряд соединений, почти всегда можно выразить отношения масс второго элемента, приходящихся на грамм первого элемента. как отношения целых чисел. (Тот же закон справедлив для массовых отношений соединений, образующих ряд, содержащий более двух элементов.): когда два элемента образуют ряд соединений, отношения масс второго элемента, которые присутствуют на грамм первого элемента почти всегда могут быть выражены как отношение целых чисел. (Тот же закон справедлив для массовых отношений соединений, образующих ряд, содержащий более двух элементов. ) Пример 4 показывает, как можно применить закон кратных пропорций для определения идентичности соединения.

Пример 4

Химик изучает ряд простых соединений углерода и водорода. В следующей таблице перечислены массы водорода, которые соединяются с 1 г углерода с образованием каждого соединения.

Соединение	Масса водорода (г)
А	0,0839
Б	0,1678
С	0,2520
Д

1. Определите, подчиняются ли эти данные закону кратных пропорций.
2. Рассчитайте массу водорода, который соединится с 1 г углерода с образованием D , четвертого соединения в ряду.

Дано: масс водорода на грамм углерода для трех соединений

Запрошено:

1. отношение масс водорода к углероду
2. масса водорода на грамм углерода для четвертого соединения в ряду

Стратегия:

A Выберите наименьшую массу для использования в качестве знаменателя, а затем рассчитайте отношение каждой из других масс к этой массе. При необходимости укажите другие коэффициенты.

B Если отношения представляют собой небольшие целые числа, данные подчиняются закону кратных пропорций.

C Определите, образуют ли коэффициенты числовой ряд. Если да, то определите следующего члена этого ряда и предскажите соотношение, соответствующее следующему соединению в ряду.

D Используйте пропорции для расчета массы водорода на грамм углерода в этом соединении.

Решение:

A Соединение A имеет наименьшую массу водорода, поэтому мы используем его в качестве знаменателя. Соотношения оставшихся масс водорода, B и C , которые соединяются с 1 г углерода, следующие: 21CB=0,2520 g0,1678 g=1,502≈32

B Отношения масс водорода, которые соединяются с 1 г углерода, действительно состоят из небольших целых чисел (3/1, 2/1, 3/2) , как и предсказывает закон кратных пропорций.

C Отношения B / A и C / A образуют ряды 2/1, 3/1, поэтому следующим членом ряда должен быть D / 900 27 А = 4/1.

D Таким образом, если соединение D существует, оно будет образовано путем соединения 4 × 0,0839 г = 0,336 г водорода с 1 г углерода. Такое соединение существует; это метан , основная составляющая природного газа.

Упражнение

Известны четыре соединения, содержащие только серу и фтор. В следующей таблице перечислены массы фтора, которые соединяются с 1 г серы с образованием каждого соединения.

Соединение	Масса фтора (г)
А	3,54
Б	2,96
С	2,36
Д	0,59

1. Определите соотношения масс фтора, которые соединяются с 1 г серы в этих соединениях. Соответствуют ли эти данные закону кратных пропорций?
2. Рассчитайте массу фтора, который соединится с 1 г серы с образованием следующих двух соединений в ряду: E и F .

Ответ:

1. А / D = 6,0 или 6/1; B / D ≈ 5,0, или 5/1; С / D = 4,0 или 4/1; да
2. Соотношения 3,0 и 2,0 дают 1,8 г и 1,2 г фтора/грамм серы соответственно. (Ни одно из этих соединений еще не известно.)

Гипотеза Авогадро

В очередной попытке установить формулы химических соединений французский химик Жозеф Гей-Люссак (1778–1850) провел серию экспериментов с использованием объемных измерений. В условиях постоянной температуры и давления он тщательно измерил объемы газов, которые вступали в реакцию с образованием данного химического соединения, а также объемы продуктов, если они были газами. Гей-Люссак обнаружил, например, что один объем газообразного хлора всегда реагирует с одним объемом газообразного водорода с образованием двух объемов газообразного хлороводорода. Точно так же один объем газообразного кислорода всегда реагировал с двумя объемами газообразного водорода с образованием двух объемов водяного пара (часть (а) на рис. 1.14 «Эксперименты Гей-Люссака с газообразным хлором и газообразным водородом»).

Рис. 1.14 Эксперименты Гей-Люссака с газообразным хлором и газообразным водородом

(a) Один объем газообразного хлора реагировал с одним объемом газообразного водорода с образованием двух объемов газообразного хлороводорода, а один объем газообразного кислорода реагировал с двумя объемами газообразного водорода для получения двух объемов водяного пара. (b) Краткое изложение гипотезы Авогадро, которая интерпретировала результаты Гей-Люссака с точки зрения атомов. Обратите внимание, что самый простой способ получить две молекулы хлористого водорода — это если водород и хлор состоят из молекул, содержащих по два атома элемента.

Результаты Гей-Люссака сами по себе не выявили формул для хлористого водорода и воды. Итальянский химик Амадео Авогадро (1776–1856) разработал ключевую идею, которая привела к точным формулам. Он предположил, что при измерении газов при одинаковой температуре и давлении равные объемы различных газов содержат одинаковое количество частиц газа . Гипотеза Авогадро , которая объяснила результаты Гей-Люссака, резюмирована здесь и в части (b) на рис. 1.14 «Опыты Гей-Люссака с газообразным хлором и газообразным водородом»:

один объем (или частица) водорода + один объем (или частица) хлора → два объема (или частицы) хлористого водорода

Если теория атомов Дальтона была верна, то каждая частица водорода или хлора должна была содержать атомов водорода или хлора, поскольку образовались две частицы хлороводорода. Самое простое — но не единственное — объяснение заключалось в том, что водород и хлор содержат по два атома каждый (т. е. они были двухатомными ), а хлороводород содержал по одному атому водорода и хлора. Применение этого рассуждения к результатам Гей-Люссака с водородом и кислородом приводит к выводу, что вода содержит два атома водорода на один атом кислорода. К сожалению, из-за отсутствия данных, подтверждающих гипотезу Авогадро о том, что равные объемы газов содержат равное количество частиц, его объяснения и формулы для простых соединений не были общепринятыми более 50 лет. Дальтон и многие другие продолжали верить, что частицы воды содержат один атом водорода и один атом кислорода, а не два атома водорода и один атом кислорода. Историческое развитие концепции атома резюмировано на рис. 1.15 «Краткий обзор исторического развития концепции атома».

Рис. 1.15 Краткий обзор исторического развития концепции атома

Краткий обзор

Древние греки впервые предположили, что материя состоит из элементарных частиц, называемых атомами . Химия приняла свою нынешнюю научную форму в 18 веке, когда тщательные количественные эксперименты Лавуазье, Пруста и Дальтона привели к закону определенных пропорций, закону сохранения массы и закону кратных пропорций , который заложил основу атомной теории материи Дальтона. В частности, гипотеза Авогадро обеспечила первую связь между макроскопическими свойствами вещества (в данном случае объемом газа) и числом присутствующих атомов или молекул.

Key Takeaway

• Разработка атомной модели основывалась на применении научного метода на протяжении нескольких столетий.

Концептуальные проблемы

1. Дайте определение горению и обсудите вклад Пристли и Лавуазье в понимание реакции горения.

2. Инженеры-химики часто используют в своих расчетах понятие «массового баланса», согласно которому масса реагентов должна равняться массе продуктов. Какой закон поддерживает эту практику?

3. Применяется ли закон кратных пропорций как к отношениям масс, так и к отношениям атомов? Почему или почему нет?

4. Каковы четыре гипотезы атомной теории материи?

5. Большая часть энергии во Франции обеспечивается ядерными реакциями. Согласуются ли такие реакции с гипотезами Дальтона? Почему или почему нет?

6. Содержит ли 1 л воздуха такое же количество частиц, как 1 л газообразного азота? Поясните свой ответ.

Численные задачи

Пожалуйста, убедитесь, что вы знакомы с темами, обсуждаемыми в разделе «Основные навыки 1» (раздел 1.9 «Основные навыки 1»), прежде чем переходить к числовым задачам.

1. Один из минералов, обнаруженных в почве, имеет атомное соотношение Al:Si:O 0,2:0,2:0,5. Соответствует ли это закону кратных пропорций? Почему или почему нет? Соответствует ли соотношение элементов атомной теории материи Дальтона?

2. Азот и кислород реагируют, образуя три разных соединения, которые содержат 0,571 г, 1,143 г и 2,285 г кислорода на грамм азота соответственно. Соответствует ли это закону кратных пропорций? Поясните свой ответ.

3. Известны три бинарных соединения ванадия и кислорода. В следующей таблице приведены массы кислорода, которые соединяются с 10,00 г ванадия с образованием каждого соединения.

   Соединение	Масса кислорода (г)
   А	4,71
   Б	6,27
   С

   1. Определить отношение масс кислорода, который соединяется с 3,14 г ванадия в соединениях А и В .
   2. Предскажите массу кислорода, который соединится с 3,14 г ванадия с образованием третьего соединения в ряду.

4. Известны три соединения, содержащие титан, магний и кислород. В следующей таблице приведены массы титана и магния, которые реагируют с 5,00 г кислорода с образованием каждого соединения.

   Соединение	Масса титана (г)	Масса магния (г)
   А	4,99	2,53
   Б	3,74	3,80
   С

   1. Определите соотношения масс титана и магния, которые соединяются с 5,00 г кислорода в этих соединениях.
   2. Предскажите массы титана и магния, которые соединились бы с 5,00 г кислорода с образованием другого возможного соединения в ряду: C .

История химии | Космическая обсерватория Гершеля

История химических веществ

Через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва протоны и электроны настолько остыли, что превратились в атомы водорода и, в гораздо меньшей степени, в гелий и следы других элементов.

Считается, что никакие другие химические вещества не существовали в значительных количествах до тех пор, пока Вселенной не исполнились миллионы лет и не начали формироваться звезды. Звезды ответственны за создание всех других природных элементов и многих химических соединений, существующих сегодня. Сами элементы, из которых состоят наша планета и наши тела, сами были созданы в звезде.

Элементы

Процесс начинается, когда звезда формируется из коллапсирующего водородного облака. Гравитационное давление в ядре звезды генерирует тепло, которое запускает реакцию термоядерного синтеза, превращающую водород ядра в гелий. Этот процесс, называемый «нуклеосинтезом», продолжается до тех пор, пока водород в ядре не будет исчерпан. Что произойдет дальше, зависит от массы звезды.

Наблюдения показывают, что большинство звезд достаточно массивны, чтобы вступить во второй цикл нуклеосинтеза. Истощенное ядро, теперь богатое гелием, сжимается еще больше, выделяя достаточно тепла, чтобы начать термоядерную реакцию в окружающей его водородной оболочке, которая превращает этот водород в гелий. Если температура ядра становится достаточно высокой, оно само подвергается второй волне термоядерного синтеза, превращая гелий в углерод и кислород.

Чем массивнее звезда, тем больше поколений нуклеосинтеза она испытает. Самые массивные звезды могут иметь несколько слоев синтеза, происходящих одновременно: самый внешний слой превращает водород в гелий, оболочка под ним превращает гелий в углерод и кислород, оболочка под ней производит более тяжелые элементы, оболочка под ней создает даже более тяжелые элементы и так далее вплоть до ядра, в котором производится железо.

Как только звезда образует железное ядро, ее дни сочтены. До этого момента реакции ядерного синтеза производят энергию, создавая внешнее давление, которое уравновешивает внутреннее давление гравитации. Но синтез железа потребляет энергию, а не производит ее. Таким образом, внешнее давление останавливается и даже меняет направление, гравитация берет верх, и звезда быстро взрывается, пока внезапно из ядра не вырывается огромное количество нейтрино, разнося остальную часть звезды на куски во взрыве сверхновой, который может быть таким же ярким, как вспышка сверхновой. вся галактика.

Поскольку это происходит только с очень массивными звездами, прошедшими полный спектр звездной эволюции, взрыв высвобождает в межзвездную среду (МЗС) множество новых элементов, которые в конечном итоге могут включать их в новые звезды и продолжать процесс нуклеосинтеза.

Сильный взрыв сверхновой производит мощные ударные волны, которые создают области настолько плотные и горячие, что они превращают некоторые из тяжелых элементов звезды в еще более тяжелые элементы. Именно в этих ударах сверхновых создаются все природные элементы тяжелее железа, включая уран, самый тяжелый природный элемент, обнаруженный на Земле. Удары сверхновых создают еще более тяжелые элементы (как и эксперименты с суперколлайдерами), но они распадаются гораздо быстрее, чем уран.

Химические соединения

Ядерные реакции, которые превращают один элемент в другой, требуют огромной энергии звезды. Энергетические потребности химических реакций, которые объединяют элементы в соединения, гораздо скромнее. Во многих средах, от холодных межзвездных облаков атомов до тороидов, окружающих активные галактические ядра, происходят химические процессы.

Спектроскопические наблюдения в радиодиапазоне позволили обнаружить в космосе более 100 видов молекул. Большинство из них являются органическими (то есть соединениями углерода и водорода). Многие молекулы, такие как вода, монооксид углерода и формальдегид, обычно встречаются на Земле, но некоторые из них представляют собой экзотические виды, наблюдаемые только в космосе (или, в некоторых случаях, в передовых лабораторных экспериментах). Виды, которые были бы нестабильны на Земле, могут выжить в областях с очень низкой плотностью и температурой, где недостаточно энергии, чтобы вызвать их преобразование в более стабильные разновидности.

Межзвездные облака в основном состоят из водорода и немного гелия. Но если они стали домом для нескольких поколений звезд, они также могут содержать кислород, углерод и более тяжелые элементы — сырье для химических процессов. Сложные молекулы образуются в плотных областях, защищенных от разрушительного ультрафиолетового излучения ближайших звезд. В диффузных регионах, где падающие ультрафиолетовые фотоны разрушают более крупные молекулы быстрее, чем они могут образоваться, могут выжить только маленькие простые молекулы.

В молекулярных облаках происходят ионно-молекулярные реакции, приводящие к образованию ненасыщенных молекул, ионов и радикалов. В них также происходит фракционирование дейтерия (образование молекул, содержащих изотоп водорода, дейтерий).

По мере того как такое облако образует плотное ядро, которое начинает коллапсировать, атомы кислорода, прилипшие к поверхности пылинок, соединяются с водородом, образуя мантии из водяного льда. По мере коллапса и повышения плотности и температуры лед сублимируется, обогащая молекулярный газ. Происходят и другие химические реакции, в том числе приводящие к образованию воды.

По мере развития протозвезды сильные биполярные потоки вызывают ударные волны в окружающем молекулярном облаке, которые вызывают быстрое сжатие газа, кратковременно нагревая его до высоких температур, что вызывает химические реакции, в том числе образование воды.

Прежде чем развивающаяся звезда сдует окружающий ее плотный газ и пыль, ее растущее тепло запускает эндотермические реакции, такие как превращение кислорода и водорода в воду, и высвобождает замороженные молекулы воды среди других видов. В то же время интенсивное ультрафиолетовое излучение образует вблизи звезды «область с доминированием фотонов» (PDR), которая срывает с пылинок их ледяную мантию и расщепляет молекулы газа на более простые химические вещества или составляющие их атомы.

На протяжении всей своей активной жизни звезда производит звездный ветер из протонов, электронов и ионов, в котором генерируются сложные молекулы.

Дальнейшие химические процессы происходят в конце жизни звезды. Когда звезда становится красным гигантом, она раздувается до такой степени, что ее внешняя поверхность становится достаточно холодной, чтобы обеспечить конденсацию некоторых ее тяжелых элементов в твердые частицы (пылинки). Внешняя оболочка становится настолько растянутой, что ее поверхностная гравитация не может удерживать газы и пыль, составляющие ее атмосферу, и они уносятся в межзвездное пространство мощным звездным ветром.

Вода

Одним из химических соединений, представляющих особый интерес, является вода. Как ледяная мантия на пылинках, вода является основным резервуаром кислорода (поскольку каждая молекула Н3О включает один атом кислорода).

Исследования с ИСО показали, что вода является одним из наиболее важных охлаждающих агентов в плотных молекулярных облаках, что позволяет им сжиматься настолько, чтобы образовывались звезды. Более поздние исследования, в том числе наблюдения с помощью SWAS, указывают на то, что вода не играет такой ключевой роли. Гершель предоставит важные доказательства в пользу той или иной стороны.

Определение изобилия воды было нерешенной проблемой в астрофизике. Спектры космических молекул воды недоступны с земли и даже из бортовых обсерваторий, таких как SOFIA. Но Гершель продолжит поиски воды в космосе с того места, где остановилась ИСО. Он предоставит подробную информацию о том, сколько воды есть, где она находится, как она формируется и какую роль она играет в межзвездной химии и звездообразовании.

Спектр воды имеет много линий с внутренней силой, которая варьируется в пределах нескольких порядков и на уровнях энергии от почти нуля до нескольких тысяч кельвинов. А энергетические уровни воды очень чувствительны к плотности и температуре газа, а также к тепловому излучению пыли. Таким образом, разные водные линии будут индикаторами совершенно разных сред. Вода, вероятно, станет наиболее важным индикатором процессов звездообразования, включая падения ядер облаков, толчки, горячие ядра и связанные с ними явления.

Гершель впервые дал возможность получить полную инвентаризацию наиболее важных линий вращения воды, что позволило ученым проследить эволюцию воды от образования до диссоциации.

Пыль

Здесь, на Земле, мы думаем о пыли как об осколках, которые стираются с более крупных объектов. Но в космосе — и в истории материи во Вселенной — твердая материя начинается с пыли.

Почти все железо, магний и кремний ISM находятся в виде пыли, как и большая часть углерода, а также немного кислорода и азота.

Пыль играет важную роль в химической эволюции, потому что она обеспечивает поверхности, на которых вода и другие химические вещества могут конденсироваться из своей газообразной формы. И это обеспечивает платформу, на которой химические вещества могут собираться и вступать в реакцию, например, когда из атомов водорода и кислорода образуется водяной лед.

Другие интересные соединения

Гершель предоставил уникальную возможность получить точную информацию о размере и структуре таких интересных космических молекул, как ПАУ, фуллерены, углеродные цепи и аминокислоты.

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — это органические молекулы, распространенные на Земле. Они также являются наиболее распространенными сложными молекулами, наблюдаемыми в ISM.

Фуллерены — третья форма углерода, наряду с графитом и алмазом. Созданные по образцу геодезических куполов, спроектированных Бакминстером Фуллером, они имеют почти сферическую форму и чрезвычайно стабильны.

Углеродные цепочки являются важным компонентом органического запаса в холодных молекулярных облаках и в богатых углеродом оттоках от полюсов звезд AGB (звезд на поздних стадиях своей эволюции).

Аминокислоты, основные строительные блоки белков, представляют собой промежуточный этап в добиотической эволюции жизни. Богатый набор аминокислот был обнаружен в углеродистых метеоритах, что дает интригующую возможность того, что предшественники жизни на Земле могли появиться из космоса.

Что сделал Гершель

Гершель предоставил новую информацию о разработке и распространении химических веществ в космосе. Его способность отслеживать воду и другие молекулы-индикаторы также позволила ученым получить новое представление об эволюции звезд и галактик как сейчас, так и в ранней Вселенной.

Спектральная визуализация с помощью Herschel впервые позволила изучить распределение и возбуждение ключевых молекулярных частиц, некоторые из которых можно обнаружить только на длинах волн, которые охватывает Herschel.

В частности, Гершель проследил эволюцию молекул в процессе звездообразования. Он будет исследовать протозвездные области от начала коллапса облаков, через ударную химию, вызванную биполярным истечением протозвезды, до фазы обнаженного Т Тельца, в которой новая звезда сдула свою пыльную оболочку, но еще не запустила ядерный синтез.

Гершелю удалось наблюдать испускание тонкой структуры галактического азота и ионов углерода, что является одним из наиболее важных исследований ISM в Млечном Пути. Его превосходное спектральное разрешение использовалось для изучения отношения 12C/13C в Галактике, которое связано с галактической химической эволюцией.