«Острова среди океанов темной энергии» О чем мечтает доктор Хаус: Книги: Культура: Lenta.ru

Из чего состоят живые тела и при чем тут углерод? Что такое генетический код, кто такие вирусы, как устроено эволюционное древо и почему произошел кембрийский взрыв? Книга Сергея Ястребова «От атомов к древу: Введение в современную науку о жизни» дает ответы на эти и многие другие вопросы. «Фокусом» рассказа служит эволюция жизни на Земле: автор считает, что только под этим углом зрения самые разные биологические проблемы обретают единый смысл. Книга вышла в финал премии в области научно-популярной литературы «Просветитель». С разрешения издательства «Альпина Нон-фикшн» «Лента.ру» публикует фрагмент исследования.

Из чего состоят живые организмы?

Ответить на это очень легко: живые организмы, как и неживые тела, состоят из атомов.

Значение этого утверждения, что называется, трудно переоценить. Нобелевский лауреат Ричард Фейнман говорил в начале своих знаменитых «Фейнмановских лекций по физике»: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это атомная гипотеза (можете называть еe не гипотезой, а фактом, но это ничего не меняет): все тела состоят из атомов — маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать в другому».

Сказанное Фейнманом, конечно, правда. Однако любое научное утверждение обязано иметь те или иные границы применимости. Поищем их и тут. Атомная гипотеза — это великое достижение человеческой мысли, но целиком ли Вселенная состоит из атомов? И все ли живые организмы состоят только из них?

На первый из этих вопросов ответ, как ни странно, будет однозначно отрицательным. Начнем с того, что наша Вселенная возникла в результате Большого взрыва примерно 13,8 миллиарда лет назад, и с тех пор ее состав сильно изменился. Насколько можно судить, в первые 300 000 лет во Вселенной не было ни одного атома (хотя были частицы нескольких других типов). Но и после того, как атомы возникли, они не стали главной составляющей космоса. По данным космической обсерватории «Планк», нынешняя Вселенная на 4,9 процента состоит из обычных элементарных частиц, способных сложиться в атомы, на 26,8 процента — из темной материи (которая не проявляет никаких наблюдаемых свойств, кроме массы) и на 68,3 процента — из темной энергии (про которую вообще непонятно, связана ли она хоть с какими-нибудь материальными телами). Грубо говоря, Вселенная состоит из обычных атомов не больше чем на 5 процентов.

Подчеркнем, что эти соотношения отражают современное положение вещей. Несколько миллиардов лет назад они наверняка были иными, ведь Вселенная непрерывно развивается; это подтверждается и расчетами на основе общей теории относительности, и прямыми наблюдениями космического реликтового излучения. Итак, данные исследований показывают, что сейчас части Вселенной, построенные из обычного вещества, представляют собой, по сути, всего лишь острова среди океанов темной материи и темной энергии, в глубины которых людям еще только предстоит заглянуть. (Между прочим, именно о таких исследованиях мечтает доктор Хаус в первой серии восьмого сезона знаменитого сериала.)

А вот на наш второй вопрос — все ли живые системы состоят из атомов? — ответом будет уверенное «да». В этом плане биологический мир гораздо менее разнообразен, чем физический. Любое живое существо построено из атомов, и только из атомов, в полном соответствии с классической атомной гипотезой. Примеры иных, не атомных форм жизни можно пока найти лишь в научной фантастике. Например, в великом романе Станислава Лема «Солярис» упоминаются живые существа, созданные не из атомов, а из очень легких элементарных частиц — нейтрино. Но это не более чем мысленный эксперимент, поставленный писателем. В реальной биологии нам приходится иметь дело только с атомами и их устойчивыми сочетаниями, которые называются молекулами. А из молекул, в свою очередь, складываются вещества. Как писал тот же Фейнман, любое вещество — это свой тип расположения атомов.

Фото: Peter Macdiarmid / Getty Images

Мир атомов довольно разнообразен. На момент написания этих строк ученым известно 118 видов атомов, которые принято называть химическими элементами. Правда, в живых телах встречаются далеко не все из них, а те, что встречаются, распределены там очень неравномерно.

Хорошая новость заключается в том, что атомы часто бывают очень долговечными. В тех процессах, которые непосредственно изучает биология, они почти никогда не распадаются, не возникают заново и не превращаются друг в друга. Это не означает, что они не превращаются друг в друга вообще никогда: очень скоро мы увидим, что, если бы не было взаимных превращений атомов (точнее, их ядер), во Вселенной не смогла бы возникнуть жизнь. Однако для понимания того, как устроены живые тела, нам будет вполне достаточно учитывать взаимодействие готовых и неизменных атомов между собой.

Кратко про атомы

Итак, атомы.

Уже довольно давно известно, что они состоят из трех типов элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны — частицы относительно массивные, любой из них примерно в 1800 раз тяжелее электрона. Из протонов и нейтронов состоит атомное ядро, а из электронов — внешняя оболочка атома, которую обычно прямо так и называют электронной оболочкой. Электроны, образующие оболочку, перемещаются вокруг ядра по чрезвычайно сложным траекториям, но, как правило, не слишком от него удаляясь.

Самое важное для нас свойство элементарных частиц даже не масса, а электрический заряд. Здесь действуют абсолютно четкие и очень простые закономерности.

• Протон электрически заряжен положительно, электрон — отрицательно, а нейтрон не имеет никакого заряда.

• По величине отрицательный заряд электрона строго равен положительному заряду протона. Принято считать, что протон имеет заряд +1, а электрон –1.

• Число электронов в атоме по умолчанию равно числу протонов, так что заряд целого атома равен нулю. Если же число электронов отличается от числа протонов, значит, перед нами не просто атом, а заряженная частица — ион.

Физики еще в XVIII веке выяснили, что электрические заряды бывают двух типов: положительные и отрицательные. Также они обнаружили, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются. Этот закон называется основным законом электростатики, или законом Кулона (на самом деле он записывается формулой, позволяющей точно определить силу притяжения или отталкивания, но мы тут обойдемся без математики). Закон Кулона действует где угодно, в том числе и внутри атома. Собственно говоря, электроны и протоны потому и образуют единый атом, что они электростатически притягиваются друг к другу. Для справки добавим, что протоны и нейтроны «склеиваются» в атомное ядро притяжением совсем другого рода — так называемым сильным ядерным взаимодействием, которое на маленьких расстояниях гораздо мощнее электростатического. Именно поэтому протоны в ядре держатся вместе, несмотря на отталкивающую их друг от друга кулоновскую силу.

Фото: Peter Macdiarmid / Getty Images

Самый главный параметр любого атома — это число протонов, или атомный номер (Z). Величина Z однозначно определяет положение данного атома в периодической системе элементов, то есть в таблице Менделеева. Как мы уже знаем, число электронов обычно равно числу протонов. А вот что касается числа нейтронов, то оно может при одном и том же числе протонов быть разным. Атомы, имеющие одинаковый атомный номер, но разное число нейтронов, называются изотопами. Если слово “изотопы” не упоминается, значит, число нейтронов нам в данном случае неважно. Все атомы, имеющие одинаковое число протонов, по определению относятся к одному химическому элементу.

Самый простой из всех возможных атомов — водород (Z=1). Он состоит из одного протона и одного электрона. Нейтронов в нем может не быть вовсе (хотя могут и быть, в зависимости от того, какой это изотоп). Если лишить обычный простейший атом водорода его единственного электрона, от него останется положительно заряженный ион, в данном случае представляющий собой не что иное, как “голый” протон.

Еще в начале XIX века английский химик и врач Уильям Праут выдвинул опередившую свое время гипотезу, что атомы всех других химических элементов образуются в результате объединения того или иного количества атомов водорода. И он был не так уж далек от истины. Все атомы действительно состоят из однотипных частиц, самый простой возможный набор которых дает не что иное, как атом водорода (Z=1). Второй по сложности атом — гелий (Z=2), третий — литий (Z=3), ну а дальше в нашем распоряжении вся таблица Менделеева. Самые тяжелые атомы содержат больше сотни протонов и около двух сотен нейтронов. Но с такими чудовищами мы в биологии не встретимся.

Химические связи

Самый важный для нас способ взаимодействия атомов называется ковалентной связью. Это связь, образуемая общей парой электронов — по одному от каждого из двух атомов. Можно считать, что электроны этой пары принадлежат обоим атомам сразу. На графических формулах, отображающих строение молекул наглядно, ковалентную связь обозначают простой чертой между символами химических элементов. Именно такими связями и соединены атомы в большинстве обычных молекул. Пример — молекула водорода. Она состоит из двух атомов водорода (H), образующих единственную ковалентную связь между собой: H–H, или сокращенно h3.

Иногда ковалентные связи бывают двойными — образованными сразу двумя парами электронов — или даже тройными — образованными сразу тремя парами. Чем выше кратность связи, тем эта связь при прочих равных условиях прочнее. Двойные ковалентные связи встречаются в биологии очень часто. Тройные — намного реже, но знать об их существовании все-таки не помешает. На графических формулах двойные и тройные связи обозначают, соответственно, двойными или тройными черточками между символами атомов. Например, между атомами кислорода (O) вполне может образоваться двойная связь. В результате получится молекула O=O, или сокращенно O2. Кстати, это и есть тот самый атмосферный кислород, которым мы дышим.

Гораздо реже ковалентной (по крайней мере, в живой материи) встречается ионная связь, представляющая собой электростатическое притяжение заряженных частиц. Мы уже знаем, что по закону Кулона одноименные электрические заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются. Поэтому положительно заряженная частица (катион) и отрицательно заряженная (анион) обязательно притянутся друг к другу. Уже упоминалось, что ионом называется любая самостоятельно существующая частица, в которой число электронов отличается от числа протонов. Сам этот термин, предложенный Майклом Фарадеем, происходит от греческого слова, означающего “идущий”: в растворе, через который пропущен электрический ток, положительно заряженные ионы движутся к отрицательному полюсу, а отрицательные — к положительному. Атом становится ионом, если он приобрел лишний электрон или, наоборот, часть своих электронов где-то потерял.

Отличный пример ионной связи демонстрирует всем известная поваренная соль NaCl (натрий хлор), формулу которой можно переписать как [Na+][Cl–]. Это означает, что кристалл соли состоит из положительно заряженных ионов натрия и отрицательно заряженных ионов хлора в соотношении один к одному. В данном случае каждый атом хлора как бы отбирает один электрон у соседнего атома натрия.

Элементы жизни

Химический состав живой материи довольно однообразен. Для того чтобы в первом приближении разобраться в устройстве живой клетки, достаточно знать всего-навсего пять химических элементов. Это водород (H), кислород (O), азот (N), углерод (C) и фосфор (P). На атомные номера этих элементов мы пока не будем обращать внимания: во-первых, нет ничего легче, чем найти их в таблице Менделеева, а во-вторых, для нас сейчас гораздо важнее другой показатель. Самое главное, что нам нужно знать о любом химическом элементе, — это его валентность, то есть число ковалентных связей, которые может образовать его атом.

Итак, валентность водорода равна 1, кислорода — 2, азота — 3, углерода — 4 и фосфора — 5. Эти числа надо просто запомнить. Иногда у некоторых из перечисленных элементов бывают и другие валентности, но, занимаясь биологией, это можно игнорировать во всех случаях, кроме немногих особо оговоренных. Одновалентный водород, двухвалентный кислород, трехвалентный азот, четырехвалентный углерод и пятивалентный фосфор — главные химические слагаемые жизни (см. рис. 1.2). Иногда по ходу разговора нам будут встречаться и другие атомы, например, сера (S), натрий (Na), хлор (Cl), калий (K) или железо (Fe). Но постоянно помнить о них не надо. Пяти главных биогенных (то есть образующих жизнь) химических элементов для начала вполне достаточно.

Сверхновые и жизнь

Не подлежит сомнению, что большинство атомов в нашей Вселенной — это атомы водорода и гелия. Астрофизики утверждают, что 13 миллиардов лет назад, то есть «всего лишь» через несколько сот миллионов лет после Большого взрыва, соотношения были следующими: примерно 75 процентов всех атомов во Вселенной составляли атомы водорода, примерно 25 процентов — атомы гелия, а на атомы всех более тяжелых элементов, вместе взятых, приходилось 0,00007 процента. Конечно, с тех пор Вселенная изменилась. Но и сейчас все элементы, кроме водорода и гелия, составляют в сумме не больше 2 процентов существующих атомов. Между тем очевидно, что из водорода, валентность которого равна единице, и гелия, который вообще неохотно образует химические связи, никаких сложных молекул не построишь.

Сравнив количество разных видов атомов в современной Вселенной, мы сразу увидим, что самые распространенные в ней после водорода и гелия элементы — кислород (Z=8), углерод (Z=6) и азот (Z=7). Это можно наглядно показать на графике, изображающем относительное обилие химических элементов в нашей галактике Млечный Путь (см. рис. 1.3). По горизонтальной оси там можно отложить атомный номер (Z), а по вертикальной — распространенность элементов, причем желательно в логарифмическом масштабе (попросту говоря, это означает, что каждая “ступенька” на вертикальной оси соответствует разнице не на единицу, а в 10 раз). На таком графике первым делом бросается в глаза уже известный нам факт: водорода и гелия в Галактике во много раз больше, чем всех остальных химических элементов вместе взятых. Эти два элемента — вне конкуренции. В области лития (Z=3), бериллия (Z=4) и бора (Z=5) наблюдается явный провал, потому что ядра этих атомов относительно неустойчивы: в системе ядерных реакций, происходящих в звездах, они легко синтезируются, но так же легко и распадаются. Ядро железа (Z=26), наоборот, исключительно устойчиво. Многие ядерные реакции, идущие в недрах звезд, на нем заканчиваются, поэтому железо дает на графике высокий пик. Но самые распространенные после водорода и гелия элементы в Млечном Пути, несомненно, кислород, углерод и азот, именно те, которые стали химическими «кирпичиками» жизни. Вряд ли это случайность.

Фото: Peter Macdiarmid / Getty Images

Кроме того, нельзя не заметить, что график обилия химических элементов в Галактике — отчетливо «зубчатый». Элементы с четными атомными номерами в среднем встречаются во Вселенной намного чаще, чем элементы «примерно того же достоинства» с нечетными. Еще сто лет назад на это независимо друг от друга обратили внимание два химика — итальянец Джузеппе Оддо и американец Уильям Харкинс. Их статьи вышли, соответственно, в 1914 и 1917 годах. А правило, согласно которому элементы с четными номерами при прочих равных условиях преобладают над элементами с нечетными номерами, до сих пор называется в их честь правилом Оддо — Харкинса. Это правило обязательно приходится принимать во внимание, например при анализе химического состава земной коры.

Разгадка правила Оддо — Харкинса была предложена уже его первооткрывателями. Дело в том, что атомные ядра тяжелых элементов образуются в основном за счет слияния более легких ядер. Между тем ясно, что при слиянии двух одинаковых атомных ядер в любом случае получится ядро элемента с четным числом протонов, то есть с четным атомным номером. А затем образовавшиеся ядра сливаются друг с другом, давая опять же в первую очередь элементы с четными номерами. Например, «горение» гелия (Z=2), при котором его ядра объединяются друг с другом с большим выходом энергии, дает сначала неустойчивые короткоживущие ядра бериллия (Z=4), потом ядра углерода (Z=6), а потом и кислорода (Z=8).

До начала звездообразования во Вселенной были только водород, гелий и следовые количества лития. Насколько мы сейчас знаем, все элементы тяжелее лития синтезируются только в звездах и распространяются в результате взрывов сверхновых. Это означает, что живым организмам было просто не из чего образоваться, пока не закончился жизненный цикл хотя бы первого поколения звезд и эти звезды не взорвались.

Авторами самой знаменитой статьи, описавшей механизм синтеза химических элементов в звездах, были четверо ученых: Маргарет Бербидж, Джеффри Бербидж, Уильям Фаулер и Фред Хойл. Эту статью часто называют по инициалам авторов B2FH («бэ-квадрат-эф-аш»). Инициатором исследования был астрофизик Хойл: именно он первым догадался, что в звездах может синтезироваться не только гелий, но и углерод. Благодаря Хойлу в работу включились сперва профессиональный физик-ядерщик Фаулер (поначалу он был настроен скептически, но Хойл его переубедил), а потом астрономы Бербиджи. В сети легко найти замечательную фотографию, на которой все четверо отмечают 60-й день рождения старшего из них — Фаулера, а последний радуется действующей модели паровоза, которую ему подарили коллеги.

Статья B2FH опровергла более раннюю гипотезу Георгия Гамова, который считал, что ядра всех элементов синтезировались прямо во время Большого взрыва и с тех пор их концентрации остаются примерно постоянными. На самом деле гораздо вероятнее, что в первые миллиарды лет после Большого взрыва Вселенная была чисто водородно-гелиевой. И только потом она стала обогащаться тяжелыми элементами с помощью сверхновых звезд («тяжелыми элементами» мы сейчас называем все, что тяжелее гелия или, в крайнем случае, лития).

Углеводороды — Что такое Углеводороды?

Углеводороды (hydrocarbon) – это органические соединения, состоящие из углерода и водорода.
Углеводороды служат фундаментальной основой органической химии: молекулы любых других органических соединений рассматривают как их производные.

Соотношения между углеродом и водородом в углеводородах колеблются в широких пределах (10-90 %).
Соединения углеводородов отличаются друг от друга количеством атомов углерода и водорода, строением углеродного скелета и типом связей между атомами.

Большинство углеводородов в природе встречаются в сырой нефти.
Кроме того, основными источниками углеводородов являются природный газ, сланцевый газ, попутный нефтяной газ, горючие сланцы, уголь, торф.

Классификация углеводородов

Алканы (парафины) – углеводороды общей формулы C_nH_2n+2, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой σ-связью, а остальные их валентности предельно насыщены атомами водорода.

Отсюда другое название алканов – предельные углеводороды.
Первым представителем данного гомологического ряда является метан СН₄.

Алкены (олефины) относятся к непредельным углеводородам общей формулы C_nH_2n.
В молекуле алкена кроме σ-связей содержится одна π-связь.
Первый представитель гомологического ряда – этилен С₂Н₄, поэтому алкены называют также «этиленовыми углеводородами».

Диеновые углеводороды содержат в молекуле 2 двойные связи.
Общая формула С_nН_2n-2.
Первым представителем ряда является бутадиен СН₂=СН–СН=СН₂.

Алкинами называются углеводороды общей формулы C_nH_2n-2, молекулы которых содержат тройную связь.
Первый представитель гомологического ряда – ацетилен С₂Н₂, поэтому алкины называют также «ацетиленовыми углеводородами».

Молекулы циклоалканов содержат циклы разной величины, атомы углерода в которых связаны между собой только σ-связью.
Общая формула С_nH_2n.

Циклоалкены содержат одну двойную связь и имеют общую формулу С_nН_2n-2.
Углеводороды, имеющие кратные связи, легко вступают в реакции присоединения по месту разрыва π-связей.

Ароматические углеводороды (арены)

– углеводороды общей формулы C_nH_2n-6.
Первые представители ароматических углеводородов были выделены из природных источников и обладали своеобразным запахом, поэтому и получили название «ароматические».
Важнейшим представителем ароматических углеводородов является бензол С₆Н₆.
В молекуле бензола 6 атомов углерода, соединяясь σ-связями, образуют правильный шестиугольник.
В результате сопряжения 6 свободных р-электронов образуется единое π-электронное облако над и под плоскостью кольца.

Природные источники углеводородов

Каменный уголь – плотная осадочная порода черного, иногда сepo-черного цвета, дающая на фарфоровой пластинке черную черту.

Каменный уголь представляет собой продукт глубокого разложения остатков растений, погибших миллионы лет назад (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений).
В органическом веществе угля содержится 75-92 % углерода, 2,5-5,7 % водорода, 1,5-15 % кислорода.
Международное название элемента углерода происходит от лат. carbō («уголь»).

Природный газ – полезное ископаемое, основным компонентом которого является метан СН₄ (75-98 %).
В природном газе содержатся также его ближайшие гомологи: этан С₂Н₆

, пропан С₃Н₈, бутан С₄Н₁₀ и следовые количества более тяжелых легкокипящих углеводородов.
Существует следующая закономерность: чем выше относительная молекулярная масса углеводорода, тем меньше его количество в природном газе.
Содержание сероводорода и его органических производных (тиолов) в природном газе в сумме может достигать 5-25 %.

Попутные нефтяные газы – газы, которые находятся в природе над нефтью или растворены в ней под давлением.
Их состав может быть выражен примерным соотношением компонентов: метан – 31 %, этан – 7,5 %, пропан – 21,5 %,
бутан – 20 %, пентан и гексан (легкокипящие жидкости) – 20 %.
С каждой тонной добытой нефти выделяется около 50 м

3 газов, которые вплоть до середины 20^го в. сжигали в факелах, причиняя двойной ущерб – теряли ценное сырье и загрязняли атмосферу.
Первым предприятием в России, на котором стали использовать попутные нефтяные газы, стала Сургутская ГРЭС.
6 основных энергоблоков, работающих на попутном газе, были введены в строй в 1985-1988 гг.
В настоящее время попутные нефтяные газы улавливают и используют как топливо (в том числе и автомобильное) и ценное химическое сырье.

Нефть – смесь углеводородов от светло-бурого до черного цвета с характерным запахом.
Нефть намного легче воды и в ней не растворяется.
В зависимости от происхождения нефть может содержать большое количество алифатических, циклических или ароматических углеводородов.

Так, например, бакинская нефть богата циклоалканами и содержит сравнительно небольшое количество алифатических предельных углеводородов.
Значительно больше алканов в грозненской, ферганской, а также нефти штата Пенсильвания (США).
Пермская нефть содержит ароматические углеводороды.
В небольших количествах в состав нефти могут входить также кислородсодержащие соединения, как, например, альдегиды, кетоны, эфиры и карбоновые кислоты.

Главная — Школа №619

Добро пожаловать

Школа 619 — ты перекресток надежд, место, где встречаются настоящее, прошлое, будущее.

Школа 619 – ты привычно держишь руку на пульсе времени, смотришь вперед.
Школа 619 — вот уже 20 лет ты учишь и учишься, экспериментируешь и ошибаешься, потому что ты — одна из первых в стране, пошла по пути развития инновационного образовательного поведения.
Сегодня Школа №619 Калининского района Санкт-Петербурга – лидер образования, интерактивная площадка, куда съезжаются для обмена опытом взрослые и дети из разных регионов России и других стран. Одно из самых ценных и значимых событий недавнего времени — заключение договора о сотрудничестве с ереванской школой №8 им. А. С Пушкина, с которого началась теплая и крепкая дружба двух школ. Для нас это страничка новой истории.
Один из слоганов школы, родившийся 20 лет назад – «Дети и взрослые, объединяйтесь!» — сегодня стал общим направлением движения: дети и взрослые вместе обсуждают вопросы совершенствования системы образования, вместе совершают научные открытия, вместе творят и выходят на сцену, – вместе идут к общему успеху!
В области образования грядут глобальные изменения. Ученые утверждают: чтобы добиться реального успеха, нужно развивать в себе те способности, которые недоступны искусственному интеллекту, — креативность, воображение, инициативу, лидерские качества.
Школа № 619 делает ставку на развитие личности ребенка и его лидерских качеств. Здесь ребенок с первых дней ученичества пробует свои силы в разных видах творческой, научной, спортивной и общественной деятельности. В школе создано пространство, в котором ученику предоставлены все возможности для раскрытия своей индивидуальности.
Собственная научно-практическая конференция «Многогранная Россия» и STA-лаборатория, проект «Абитуриент», лидерское движение, Малые Олимпийские игры, студии танца и вокала, легоконструирование и робототехника, детский театр, студия КВН и школьное ТВ, многообразие спортивных секций и собственный литературно-художественный журнал, обучение с оздоровлением, поддержка одаренных учащихся, творческие выезды во время каникул – вот он, настоящий праздник интеллекта, творчества, здоровья, воображения.
Школа 619 – ты как оркестр, где каждый музыкант, инструмент ведет свою партию, а в целом – рождается искусство. Ведь только тогда, когда школа поднимается от ремесла до искусства, она способна дать достойное образование и воспитание.

Происхождение нефти, ее состав и основные свойства

Нефтяные месторождения — уникальное хранилище энергии, образованной и накопленной на протяжении миллионов лет в недрах нашей планеты. В этом материале — о том, какой путь проделала нефть, прежде чем там оказаться, из чего она состоит и какими свойствами обладает

Две гипотезы

У ученых до сих пор нет единого мнения о том, как образовалась нефть. Существуют две принципиально разные теории происхождения нефти. Согласно первой — органической, или биогенной, — из останков древних организмов и растений, которые на протяжении миллионов лет осаждались на дне морей или захоронялись в континентальных условиях. Затем перерабатывались сообществами микроорганизмов и преобразовывались под действием температуры и давлений в результате тектонического опускания вглубь недр, формируя богатые органическим веществом нефтематеринские породы.

Необходимые условия для превращения органики в нефть возникают на глубине 1,5–6 км в так называемом нефтяном окне — при температуре от 70 до 190°C. В верхней его части температура недостаточно высока — и нефть получается «тяжелой»: вязкой, густой, с высоким содержанием смол и асфальтенов. Внизу же температура пластов поднимается настолько, что молекулы органического вещества дробятся на самые простые углеводороды — образуется природный газ. Затем под воздействием различных сил, в том числе градиента характеризует степень изменения давления в пространстве, в данном случае — в зависимости от глубины пласта давления, углеводороды мигрируют из нефтематеринского пласта в выше- или нижележащие породы.

60 млн лет может занимать природный процесс образования нефти из органических останков

Природный процесс образования нефти из органических останков занимает в среднем от 10 до 60 млн лет, но если для органического вещества искусственно создать соответствующий температурный режим, то на его переход в растворимое состояние с образованием всех основных классов углеводородов достаточно часа. Подобные опыты сторонники органической гипотезы толкуют в свою пользу: преобразование органики в нефть налицо. В пользу биогенного происхождения нефти есть и другие аргументы. Так, большинство промышленных скоплений нефти связано с осадочными породами. Мало того — живая материя и нефть сходны по элементному и изотопному составу. В частности, в большинстве нефтяных месторождений обнаруживаются биомаркеры, такие как порфирины — пигменты хлорофилла, широко распространенные в живой природе. Еще более убедительным можно считать совпадение изотопного состава углерода биомаркеров и других углеводородов нефти.

Состав и свойства нефти

ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕФТИ МОГУТ ЗНАЧИТЕЛЬНО РАЗЛИЧАТЬСЯ ДЛЯ РАЗНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Основные химические элементы, из которых состоит нефть: углерод — 83–87%, водород — 12–14% и сера — до 7%. Последняя обычно присутствует в виде сероводорода или меркаптанов, которые могут вызывать коррозию оборудования. Также в нефтях присутствует до 1,7% азота и до 3,5% кислорода в виде разнообразных соединений. В очень небольших количествах в нефтях содержатся редкие металлы (например, V, Ni и др.).

От месторождения к месторождению характеристики и состав нефти могут различаться очень значительно. Ее плотность колеблется от 0,77 до 1,1 г/см³. Чаще всего встречаются нефти с плотностью 0,82–0,92 г/см³.Температура кипения варьирует от 30 до 600°C в зависимости от химического состава. На этом свойстве основана разгонка нефтей на фракции. Вязкость сильно меняется в зависимости от температуры. Поверхностное натяжение может быть различным, но всегда меньше, чем у воды: это свойство используется для вытеснения нефти водой из пор пород-коллекторов.

Большинство ученых сегодня объясняют происхождение нефти биогенной теорией. Однако и неорганики приводят ряд аргументов в пользу своей точки зрения. Есть различные версии возможного неорганического происхождения нефти в недрах земли и других космических тел, но все они опираются на одни и те же факты. Во-первых, многие, хотя и не все месторождения связаны с зонами разломов. Через эти разломы, по мнению сторонников неорганической концепции, нефть и поднимается с больших глубин ближе к поверхности Земли. Во-вторых, месторождения бывают не только в осадочных, но также в магматических и метаморфических горных породах (впрочем, они могли оказаться там и в результате миграции). Кроме того, углеводороды встречаются в веществе, извергающемся из вулканов. Наконец, третий, наиболее весомый аргумент в пользу неорганической теории состоит в том, что углеводороды есть не только на Земле, но и в метеоритах, хвостах комет, в атмосфере других планет и в рассеянном космическом веществе. Так, присутствие метана отмечено на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. На Титане, спутнике Сатурна, обнаружены реки и озера, состоящие из смеси метана, этана, пропана, этилена и ацетилена. Если на других планетах Солнечной системы эти вещества могут образовываться без участия биологических объектов, почему это невозможно на Земле?

С точки зрения современных сторонников неорганической, или минеральной, гипотезы, углеводороды образуются из содержащихся в мантии Земли воды и углекислого газа в присутствии закисных соединений металлов на глубинах 100–200 км. Высокое давление в недрах земли препятствует термической деструкции сложных молекул углеводородов. В свою очередь сторонники органики не отрицают, что простые углеводороды, например метан, могут иметь и неорганическое происхождение. Опыты, направленные на подтверждение абиогенной теории, показали, что получаемые углеводороды могут содержать не более пяти атомов углерода, а нефть представляет собой смесь более тяжелых соединений. Этому противоречию объяснений пока нет.

Этапы образования нефти

СТАДИИ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НЕФТИ

• осадконакопление (седиментогенез) — в процессе накопления осадка остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов или захороняются в континентальной обстановке;
• биохимическая (диагенез) — происходит уплотнение, обезвоживание осадка и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;
• протокатагенез — опускание пласта органических остатков на глубину до 1,5–2 км при медленном подъеме температуры и давления;
• мезокатагенез, или главная фаза нефтеобразования (ГФ Н), — опускание пласта органических остатков на глубину до 3–4 км при подъеме температуры до 150°C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит «отжим» нефти за счет перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в пласты-коллекторы, а по ним — в ловушки;
• апокатагенез керогена, или главная фаза газообразования (ГФГ ), — опускание пласта органических остатков на глубину (как правило, более 4,5 км) при подъеме температуры до 180—250°C. При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и генерирует газ.

В ловушке

Помимо чисто научного интереса гипотезы, объясняющие происхождение нефти и газа, имеют еще и политическое звучание. Действительно, раз уж нефть может получаться из неорганических веществ и темпы ее образования не десятки миллионов лет, как предполагает биогенная концепция, а во много тысяч раз выше, значит, проблема скорого исчерпания запасов становится как минимум не столь однозначной. Однако для нефтяников вопрос о том, откуда берется нефть, принципиален скорее с той точки зрения, может ли теория предсказать, где именно нужно искать месторождения. С этой задачей органики справляются лучше.

В сугубо прагматическом отношении для добычи важно знать даже не то, где нефть зародилась, а где она находится сейчас и откуда ее можно извлечь. Дело в том, что в земной коре большая часть нефти не остается в материнской породе, а перемещается и скапливается в особых геологических объектах, называемых ловушками. Даже если предположить, что нефть имеет неорганическое происхождение, ловушки для нее все равно за редким исключением находятся в осадочных бассейнах.

Под действием различных факторов углеводороды отжимаются из нефтематеринских пород в породы-коллекторы, способные вмещать флюиды (нефть, природный газ, воду). Таким образом, нефтяное месторождение — вовсе не подземное «озеро», заполненное жидкостью, а достаточно плотная структура. Коллекторы характеризуются пористостью (долей содержащихся в них пустот) и проницаемостью (способностью пропускать через себя флюид). Для эффективного извлечения нефти из коллектора важно благоприятное сочетание обоих этих параметров.

Типы коллекторов

БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ ЗАПАСОВ НЕФТИ СОДЕРЖИТСЯ В ДВУХ ТИПАХ КОЛЛЕКТОРОВ

Терригенные (пески, песчаники, алевролиты, некоторые глинистые породы и др.) состоят из обломков горных пород и минералов. Этот тип коллекторов наиболее распространен: на них приходится 58% мировых запасов нефти и 77% газа. В качестве пустотного пространства, в котором накапливается нефть, в основном выступают поры — свободное пространство между зернами, из которых состоит коллектор.

Карбонатные (в основном известняки и доломиты) занимают второе место по распространенности (42% запасов нефти и 23% газа). Имеют сложную трещиноватую структуру. Нефть обычно содержится в кавернах, появившихся в результате выветривания и вымывания твердой породы, а также в трещинах. Наличие трещин влияет и на фильтрационные свойства коллектора, обеспечивая проводимость жидкости.

Вулканогенные и вулканогенно-осадочные (кислые эффузивы и интрузивы, пемзы, туфы, туфопесчаники и др.) коллекторы отличаются характером пустотного пространства — в основном это трещины, — резкой изменчивостью свойств в пределах месторождений.

Глинисто-кремнисто-битуминозные отличаются значительной изменчивостью состава, неодинаковой обогащенностью органическим веществом. Промышленная нефтеносность глинисто-кремнисто-битуминозных пород установлена в баженовской (Западная Сибирь) и пиленгской (Сахалин) свитах.

Двигаясь по коллектору, флюид в какой-то момент может упереться в непроницаемый для него экран — флюидоупор. Слои такой породы называют покрышками, а вместе с коллектором они формируют ловушки, удерживающие нефть и газ в месторождении. В классическом варианте в верхней части ловушки может присутствовать газ (он легче). Снизу залежь подстилается более плотной, чем нефть, водой.

Классификации ловушек чрезвычайно разнообразны (часть из них см. на рис.). Наиболее простая и с точки зрения геологоразведки, и для дальнейшей добычи — антиклинальная ловушка (сводовое поднятие), перекрытая сверху пластом флюидоупора. Такие ловушки образуются в результате изгибов пластов осадочного чехла. Однако помимо изгибов внутренние пласты претерпевают и множество других деформаций. В результате тектонических движений, например, пластколлектор может деформироваться и потерять свою однородность. В этом случае процессы геологоразведки и добычи оказываются намного сложнее. Еще одна неприятность, которая поджидает нефтяников со стороны ловушек, — замещение проницаемых пород, обладающих хорошими коллекторскими свойствами, например песчаников, непроницаемыми. Такие ловушки называются литологическими.

Антиклиналь

Тектоническая экранированная ловушка

Соляной купол

Стратиграфическая ловушка

Ровесница динозавров

Когда же образовались те структуры, в которых сегодня находят нефть? Основные ее ресурсы сосредоточены в относительно молодых мезозойских и кайнозойских отложениях, сформировавшихся от нескольких десятков млн до 250 млн лет назад. Однако добыча нефти ведется и из палеозойских отложений (до 500 млн лет назад), а в Восточной Сибири — даже из отложений верхнего протерозоя, которым более полумиллиарда лет.

Многочисленные нефтяные месторождения встречаются в отложениях девона (420–360 млн лет назад). В этот период на Земле появились насекомые и земноводные, в морях большого разнообразия достигли рыбы и кораллы. Во время пермского периода (300–250 млн лет назад) климат стал более засушливым, в результате чего высыхали моря и образовывались мощные соляные толщи, ставшие впоследствии идеальными флюидоупорами.

Эпоха господства динозавров — юрский (200–145 млн лет назад) и меловой (145–66 млн лет назад) периоды мезозоя — характеризуется максимальным расцветом жизни и связана с высоким осадконакоплением. Некоторые гигантские и крупные месторождения (Иран, Ирак) нефти находят в отложениях палеогена(66—23 млн лет назад). Известны месторождения нефти в четвертичных породах возрастом менее 2 млн лет (Азербайджан).

Впрочем, связь между возрастом пород-коллекторов и временем образования нефти не прямолинейна. Этот процесс может быть последовательным: в юрском или меловом периоде органический осадок начал опускаться вниз и преобразовываться в нефть, которая по прошествии нескольких десятков миллионов лет мигрировала в коллекторы, принадлежащие к более молодым комплексам пород. С другой стороны, древние нефтематеринские породы, образованные в палеозое, могли опуститься на достаточную для созревания нефти глубину намного позднее. Таким образом, в одних и тех же коллекторах можно найти и более молодую, и древнюю нефть, значительно различающиеся по своим свойствам.

Смешанные свойства

Между тем моментом, когда на дно морского бассейна опускается отмерший планктон, и тем, когда накопившийся слой органики, погрузившись на несколько километров вниз, отдает нефть, миллионы лет и целый ряд химических и физических преобразований. Поэтому нет ничего удивительного в том, что состав нефти крайне разнообразен и неоднороден. Именно поэтому сами нефтяники привыкли употреблять это слово во множественном числе — говоря о разведке или добыче нефтей и подразумевая, что каждый раз извлекаемая жидкость будет уникальной, отличающейся от всего, что было добыто ранее.

В своей основе нефть — сложная смесь углеводородов различной молекулярной массы. Преобладают в ней алканы, нафтены и арены. Наиболее простые из них — алканы (парафиновые углеводороды), у которых к атомам углерода присоединено максимальное количество атомов водорода. К алканам относятся метан, этан, пропан, бутан, пентан и т. д. Они могут быть представлены газами, жидкостями и твердыми кристаллическими веществами. Количество алканов в нефти колеблется от четверти до семидесяти процентов объема. При большом проценте алканов нефть считается парафинистой. С точки зрения добычи такое свойство считается проблемным — при подъеме нефти из скважины и соответственном уменьшении температуры парафины могут кристаллизоваться и выпадать на стенки скважин.

Нафтены — соединения, в которых атомы углерода соединяются в циклическое кольцо (циклопропан, циклобутан, циклопентан и др.). Все связи углерода и водорода здесь насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами. Нафтены могут иметь от 2 до 5 циклов в молекуле, по их составу химики пытаются определять зрелость и другие свойства нефти.

В составе аренов, или ароматических углеводородов, также есть циклические структуры — бензольные ядра. Для них характерны большая растворяемость, более высокая плотность и температура кипения. Обычно нефть содержит 10–20% аренов, а в ароматических нефтях их содержание доходит до 35%. Наиболее богаты аренами молодые нефти. Арены — ценное сырье при производстве синтетических каучуков, пластмасс, синтетических волокон, анилино-красочных и взрывчатых веществ, фармацевтических препаратов.

Нефть любят называть черным золотом, однако чистые углеводороды бесцветны. Цвет нефтям придают разнообразные примеси, в основном смолы. Асфальтосмолистая часть нефтей — вещество темного цвета. Входящие в ее состав асфальтены растворяются в бензине.

Нефтяные смолы, напротив, не растворяются. Они представляют собой вязкую или твердую, но легкоплавкую массу. Наибольшее количество смол отмечается в тяжелых темных нефтях, богатых ароматическими углеводородами. Такие нефти обладают повышенной вязкостью, что затрудняет их извлечение из пласта.

GISMETEO: Вода в ядре Земли может иметь солнечное происхождение — События

Откуда взялись строительные блоки первой воды Земли? Как минимум, частично, — из облака газа и пыли, кружащего вокруг молодого Солнца, свидетельствуют новые исследования.

Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Большую часть этого водорода, вероятно, принесли на Землю каменистые астероиды миллиарды лет назад. Однако новое исследование предполагает, что молодая Земля также получила водород из солнечной туманности.

© Freedom_Marussia | Shutterstock

«Примерно одна из каждых 100 молекул воды на Земле произошла из солнечной туманности», — пишут исследователи. В ранней Солнечной системе это облако — оставшееся после образования Солнца — содержало большие количества водорода.

Чтобы узнать происхождение воды на Земле, ученые исследовали ее химические следы, рассматривая соотношения изотопов водорода — варианты водорода с различным количеством нейтронов и, следовательно, различной атомной массой.

Соотношение нормального водорода и дейтерия — более тяжелого изотопа — в океанской воде соответствует соотношению в воде астероидов, что указывает на то, что земная вода имеет астероидные корни. Однако вода, извлеченная из внутренней части планеты, недалеко от региона, где мантия встречается с ядром, рассказывает другую историю. Согласно данным исследования, в ней соотношение дейтерия и водорода меньше по сравнению с океанской водой, что указывает на источник, отличный от астероидов.

Земля формировалась миллиарды лет назад, когда небольшие астероиды сталкивались и сливались в более крупное тело. Пока новорожденная планета обретала форму, она забирала пыль и газ из Солнечной туманности. Водород туманности тонул в расплавленной магме, стремясь к ее ядру, а водород из астероидов задерживался в том, что в итоге стало мантией.

Астероиды бомбардировали Землю и распределяли водород с более высоким соотношением дейтерия в мантии и в океанах. В то время как этот водород составляет большую часть воды планеты, ученые пришли к выводу, что некоторая вода обязана своим образованием водороду из туманности.

Более того, предполагается, что количество воды, скрытой внутри планеты, составляет около двух океанов в мантии и от четырех до пяти океанов в ядре, большая часть воды которых, вероятно, возникла из вещества солнечной туманности, сообщают ученые.

Результаты также намекают на то, что подобные процессы могут стоять за образованием воды на отдаленных экзопланетах.

Исследование опубликовано в Journal of Geophysical Research: Planets.

Статьи — Abitu.net

Известно, что существуют две основные причины прохождения электрического тока через проводники: либо за счёт движения электронов в электрическом поле, либо за счет движения ионов. Электрическая  проводимость присуща, прежде всего, металлам. Ионная проводимость присуща многим химическим соединения, обладающим ионным строением, например, солям в твёрдом или расплавленном состояниях, а также многим водным и неводным растворам. В связи с этим все вещества принято условно делить на две категории:

а) вещества, растворы которых обладают ионной проводимостью, называются электролитами;

б) вещества, растворы которых не обладают ионной проводимостью, называются неэлектролитами.

К электролитам относится  большинство неорганических кислот, оснований и солей.  К неэлектролитам относятся многие органические соединения, например, спирты, углеводы.

Оказалось, что, кроме хорошей электропроводности, растворы электролитов обладают более низкими значениями давлениями пара растворителя и температуры плавления и более высокими температурами кипения по сравнению с соответствующими значениями для чистого растворителя или для раствора неэлектролита в этом же растворителе.{–}$$.

Сущность теории электролитической диссоциации С. Аррениуса

1. Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы: положительные (катионы) и отрицательные (анионы).

2. Под действием электрического тока положительно заряженные ионы движутся к отрицательному полюсу источника тока — катоду, и поэтому называются катионами, а отрицательно заряженные ионы движутся к положительному полюсу источника тока — аноду, и поэтому называются анионами.

3. Электролитическая диссоциация — процесс обратимый для слабых электролитов, т. е. вместе с распадом молекул на ионы (диссоциация) идет процесс соединения ионов в молекулы (ассоциация).

Электролиты подразделяются в зависимости от степени диссоциации на сильные и слабые.

вещества, которые диссоциируют полностью и необратимо, т. е. в растворе присутствуют только гидратиро-ванные ионы. Относятся все соли, `»HI»`, `»HCl»`, `»HBr»`, `»HNO»_3`, `»H»_2″SO»_4`, `»HMnO»_4`, `»HClO»_4`, `»HClO»_3`, щелочи `»NaOH»`, `»LiOH»`, `»KOH»`, `»RbOH»`, `»CsOH»`, `»Ca»(«OH»)_2`, `»Ba»(«OH»)_2`, `»Sr»(«OH»)_2`.-` и других боле сложных частиц. В результате концентрация ионов водорода в водном растворе фтороводородной кислоты оказывается сильно пониженной.

Сила однотипных кислородных кислот изменяется в противоположном направлении, например, йодная кислота `»HIO»_4` слабее хлорной кислоты `»HClO»_4`. Если элемент образует несколько кислородных кислот, то наибольшей силой обладает кислота, в которой кислотообразующий элемент имеет самую высокую валентность.

Так, в ряду кислот `»HClO»-«HClO»_2-«HClO»_3-«HClO»_4` хлорная кислота наиболее сильная.

Схематически процесс распада (диссоциации) соляной кислоты  на ионы можно представить следующим образом. Чтобы вещество в воде было электролитом, его молекула должна быть полярной.

Полярная молекула вещества окружена полярными молекулами воды, которые разрывают молекулу на две противоположные частицы – ионы.

с точки зрения теории электролитической диссоциации, представляет собой вещество, способное отдавать в растворе гидроксильную группу `»OH»^-`:

$$ \mathrm{NaOH} \to  {\mathrm{Na}}^{+} + {\mathrm{OH}}^{–}$$.-`  ведёт себя как слабый электролит.

Причиной диссоциации электролита в водных растворах является его гидратация, т. е. взаимодействие электролита с молекулами воды и разрыв химической  связи в нем. В результате такого взаимодействия образуются гидратированные, т. е. связанные с молекулами воды, ионы.

Диссоциации проходит благодаря тому, что при гидратации ионов выделяется больше энергии, чем требуется на разрыв связи в молекуле. Примерно также происходит растворение ионного кристалла в воде и образование ионов. У кристаллов энергия гидратации ионов выше энергии кристаллической решётки.

Следует учитывать, что в растворах электролитов хаотически движущиеся гидратированные ионы могут столкнуться и вновь объединиться между собой. Этот обратный процесс называется ассоциацией.  При некоторой постоянной температуре в данной системе устанавливается химическое равновесие, при котором скорость диссоциации станет равной скорости ассоциации.{-}$$.

К слабым электролитам относят некоторые соли, например хлорид цинка `»ZnCl»_2`, тиоцианат железа `»Fe»(«NCS»)_3`, цианид ртути `»Hg»(«CN»)_2`, которые также диссоциируют по ступеням.

Разделение электролитов на сильные, средние и слабые зависит от доли продиссоциированных молекул или степени диссоциации `alpha`, которая показывает отношение числа молекул, распавшихся на ионы `(N_»д»)`, к общему числу введённых в раствор молекул `(N_»р»)`:

`alpha=(N_»д»)/(N_»р»)*100%`

Электролиты со степенью диссоциации `30%` и более называют сильными, со степенью диссоциации `3`-`30%` называют средними (средней силы), со степенью диссоциации менее `3%` — слабыми.

Степень диссоциации не является строгим показателем силы электролита, т. к. она зависит от концентрации раствора, природы растворителя, присутствия в растворе другие электролитов.

При понижении концентрации степень диссоциации может повышаться, и в очень разбавленных растворах слабый электролит может находиться в состоянии почти полной диссоциации, в то же время в концентрированном растворе сильный электролит может вести себя как слабый и даже как неэлектролит.(23)`.

сколько атомов в водороде

теперь, если вопрос касается атомов, то 36 является ответом, иначе, если он запрашивает газ h3, то ответ будет (36/2) = 18 моль h3 газа. Не уверены в ответе? Если у вас 2 моля октана, то вы… Ответ. Однако даже в этом небольшом количестве содержится огромное количество атомов железа. Сколько атомов водорода и кислорода в молекуле воды (H 2 O)? Химия. 5,6 г железа — это немного железа. 100+ НРАВИТСЯ 2,6k ПРОСМОТРОВ 0,1 моль x 6,022 x 10 23 атомов / моль = 6,022 x 10 22 атомов.23 [/ math] молекулы водорода. 2NaOH + 2Al + 2h3O -> 2NaAlO2 + 3h3 вот реакция. Глюкоза имеет молярную массу # 180,156 \ «г / моль» #. Решение проблемы Сколько атомов водорода содержится в растворе 4,5 г H 20 и 2,8 г NH 3? Вы бы посмотрели на химическую формулу. Следовательно, количество атомов в 0,25 моля = 6,022 × 10 23 × 0,25 = 1,50 × 10 23 атомов. Сколько членов состоит в… Углерод может образовывать двойную связь с кислородом, а затем две одинарные связи с атомами водорода. Сколько атомов водорода представлено в (Nh5) 3PO4? Ответы (1) Hazeley 20 февраля, 06:18.Сколько спектральных линий испускают атомы водорода? 3 ответа. 217. 0. Атом водорода с одним протоном самый легкий из всех. Итак, теперь, когда мы знаем массу нашего пространства, мы можем вычислить, сколько атомов водорода находится в этой массе, предполагая, что массы образовали Клули из атомов водорода. Нажмите здесь, чтобы получить ответ на свой вопрос ️ Энергия ионизации атома водорода составляет 13,6 эВ. Вы имеете в виду (Nh5) 2S. Это означает, что в одной молекуле воды есть 2 атома водорода (H) и 1 атом кислорода.Обратите внимание, что углерод не всегда должен образовывать связи с четырьмя атомами. Объяснение: Сначала нам нужно преобразовать в моль глюкозы # (C_6H_12O_6) #. Сколько граммов молекул содержится в 4,9 г кислоты? Сколько атомов водорода в 2 молях C8h28 (октана)? Кислород обычно стремится связываться с водородом. Сколько атомов водорода содержится в 0,1488 г фосфорной кислоты h4PO4? 3 4. Это может быть неправильно, это моя первая попытка решить проблему такого рода, я изучал родинки и химию самостоятельно дома с прошлой недели.23 # атома водорода. Комментарий; Жалоба; Ссылка; Знать ответ? Вы также можете сказать, что один моль серной кислоты содержит два моля атомов водорода, 1 моль атомов серы и 4 моля атомов кислорода. 0 0. Принимая это во внимание, сколько атомов может связывать водород с кислородом углерода? Сколько атомов в nh5no3? Источник: quora.com. В вашем мешке с перекисью водорода у вас 112 моль атомов кислорода, разделите 112 на атомное массовое число кислорода, которое равно 16, и ответ равен 7. 0. Актуальность. Сколько граммов молекул, присутствующих в 4.9 г кислоты? Как узнать, сколько атомов водорода в молекуле воды? Эти группы атомов называются многоатомными ионами. Сколько атомов водорода в 3,8 граммах глюкозы? A. Только атомы кислорода B. Только атомы водорода C. Больше атомов водорода, чем атомов кислорода D. Больше атомов кислорода, чем атомов водорода Ответы (1) Сколько атомов фосфора содержится в 158 кг фосфора? Одним нажатием кнопки вы можете узнать, сколько атомов водорода находится в молекуле воды. Сколько атомов в молекуле кислорода (O 2)? Отвечать.Одна молекула серной кислоты (h3SO4) имеет 2 атома водорода, 1 атом серы и 4 атома кислорода. Примером является циклогексан, который представляет собой кольцо из 6 атомов углерода, каждый из которых связан с 2 атомами водорода. Азот имеет 2 атома, потому что вы умножаете на 2 вне скобки. Как решить: сколько атомов в водороде? c k12.org МЕДИА Щелкните изображение слева или воспользуйтесь приведенным ниже URL-адресом. 1 0. Вода в химическом смысле, во-первых, не является элементом, а состоит из двух элементов — водорода и кислорода. Подробнее. 8 лет назад.Эти многоатомные ионы лучше всего просто запомнить. Энциклопедия исследований. Вы можете увидеть образец на Рисунке 3.9. Нитрат аммония имеет химическую формулу Nh5NO3, которая содержит два атома азота (N), четыре атома водорода (H) и три атома кислорода (O). Объявлен номер выигрышного билета Study-to-Win! Эти атомы прочно связаны друг с другом, и образующаяся молекула воды необычайно стабильна и устойчива к разложению. Сколько атомов в молекуле водорода (H 2)? Сульфид аммония. Давайте разберемся.В среднем 87 процентов атомов в организме составляют водород или кислород. Нижние индексы говорят вам, сколько атомов элемента находится в одной молекуле или формульной единице. Любимый ответ. 2 2. Другими словами, число, следующее за элементом, говорит вам, сколько атомов в нем присутствует. Поэтому, чтобы ответить на вопрос, сколько атомов водорода в молекуле воды, нужно знать, где на него найти ответ. Сколько атомов {eq} H {/ eq} содержится в 2,50 г {eq} (NH_4) _2SO_4 {/ eq}? Один моль газообразного водорода (h3) весит 2 г. Итак, в 5 г водорода [математика] 5/2 = 2.5 [/ math] молей водорода. У вас в сумке с перекисью водорода 7 атомов кислорода. Примечание: вы можете умножать только элементы внутри скобок на 2. В общем, что нижний индекс (например, «2» в H 2) говорит вам о молекуле? Обязательно обсудите атомы, связи и закон сохранения массы. Он образуется, когда два атома водорода соединяются с одним атомом кислорода. сколько атомов фосфора содержится в 158 кг фосфора? 6.0 x 1023 1.2 x 1024 3.0 x 1024 5 2 Ничего страшного, если я… Лучшие ответы.Примеры: h3O имеет 2 атома водорода и 1 атом кислорода. сколько атомов водорода содержится в 2,84 молях воды. Химия. 8 лет назад. Таким образом, количество атомов водорода в нем равно массе, которую мы только что нашли, деленной на массу водорода, которую мы можем назвать m sub H в единицах килограммов, чтобы вы могли найти это значение. В повседневной жизни на Земле изолированные атомы водорода (называемые «атомарным водородом») встречаются крайне редко. Сколько молекул содержится в 10 литрах газа при давлении 75 см и температуре 27 градусов Цельсия? Например, в Жирже одна гласная.Scribd — крупнейший в мире сайт социальных сетей для чтения и публикации. Число атомов водорода в 1 моль = 6,022 × 10 23. еще один водород (всего 6 атомов водорода). Пожалуйста, помогите, подтвердив мою первоначальную разработку или сказав, что мое утверждение верно в том смысле, что ответ — 0,1, как уже было сказано. Сколько атомов водорода в одной молекуле c2h3? Википедия: Серная кислота. A: Это может быть модель, подобная той, что используется для углекислого газа на начальном изображении. Получите развернутый ответ: сколько атомов водорода в неразветвленном алкене с одной двойной связью и 4 атомами углерода? Из этого следует, что у вас есть: 6 атомов углерода, 18 водорода.Не уверены в ответе? 0 0. читать дальше. 3.6. Пожалуйста помоги. Сколько… Из скольких атомов состоит капля воды? 0,25 моль водорода. процентов атомов: Кислород O 65,0 24,0 Углерод C 18,5 12,0 Водород H 9,5 62,0 Азот N 3,2 1,1 Кальций Ca 1,5 0,22 Фосфор P 1,0 0,22 Калий K 0,4 0,03 Сера S 0,3 0,038 Натрий Na 0,2 0,037 Хлор Cl 0,2 0,024 Магний Mg 0,1 0,015 Все остальные ( б) Сколько атомов водорода и кислорода содержится в 0-15 моль воды? Сколько атомов в h3so4? Это моя разработка: n (h3) = 0.1, поэтому n (H) = 2 x n (h3) = 0,2 Меня беспокоит только то, что я думал, что ответ будет 0,1, поскольку в нем говорится, что существует 0,1 моль h3, и запрашиваются моли атомов водорода, которых только из. Решение: Сколько атомов водорода содержится в 80,0 г фосфорной кислоты 2 3. 3,07 * 1027 атомов фосфора 2,95 * 1027 атомов фосфора 1,18 * 1024 атомов фосфора 3,25 * 1028 атомов фосфора 8. Атомы водорода в основном состоянии возбуждаются электромагнитным излучением энергии 12,1 эВ. 1 молекула C2h3 содержит 2 атома водорода.4 7 12 24 Вопрос 2 (Эссе стоит 4 балла) Объясните, почему всегда необходимо сбалансировать химическое уравнение. Число впереди умножает все (как в обычной задаче умножения) на это число. Ответы (1) Бокли 31 октября, 05:39. Зарегистрировавшись, вы получите тысячи пошаговых решений для ваших домашних заданий. Источник: quora.com. Атомарный водород составляет около 75% барионной массы Вселенной. Водород состоит из 8 атомов, потому что 2 × 4 = 8. 2 углерода, 5 водорода, 1 кислород и.3 кислорода.
(б) Сколько атомов водорода и кислорода содержится в 0-15 моль воды? Связанные вопросы. Атом водорода — это атом химического элемента водорода. Электрически нейтральный атом содержит один положительно заряженный протон и один отрицательно заряженный электрон, связанный с ядром кулоновской силой. Сегодня существует множество калькуляторов для преобразования одного значения в другое и наоборот. Сколько их в алкене с девятью атомами углерода и одной двойной связью? Сколько атомов водорода в циклоалкане с 6 атомами углерода? сколько водорода… Ответить Сохранить.C8h28 имеет 18 атомов H в 1 моль, поэтому 36 атомов H в 2 молях. Сколько атомов водорода в молекуле алкана с девятью атомами углерода? РИСУНОК 3.9 Модель воды. Точное количество атомов микроэлементов широко варьируется в зависимости от возраста, диеты и факторов окружающей среды. Х НАЧАЛЬНАЯ СУММА ДОБАВИТЬ ФАКТОР ОТВЕТ НА СБРОС * () 2 1,01 98,00 9,144 x 1020 3,657 x 1021 2,743 x 1021 0,1488 3 6,022 x 1023 3,048 x 1020 52,02 1 4 г h4PO4 гH g h4PO4 / моль моль H моль атомов h4PO4 Молекулы H молекулы h4PO4 + What такое эмпирическая формула уксусной кислоты, HC2h4O2?
Эй, эй, привет, мем Тик Ток, Ford Torino Продажа Великобритания, Лимит прямого депозита Chime, Чешуя шамана Spyderco, Питер Грин. Инуитские имена для собак, Рабочие листы для средней школы времен холодной войны Pdf, Наташа Океан Рецепты, Журнал Американской ассоциации практикующих медсестер Lww, Бежевый коврик для гостиной,

Использование числа Авогадро — Химия средней школы

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Сколько атомов водорода в 10-граммовой пробе воды?

Чтобы определить, сколько атомов водорода вы получаете в # «10 г» # воды, вы должны использовать следующие преобразования

# «грамм» стэка (цвет (красный) (1) цвет (белый) (aa)) (->) «родинки» стэкрель (цвет (синий) (2) цвет (белый) (aa)) (->) «нет.молекул «stackrel (цвет (зеленый) (3) цвет (белый) (aa)) (->)» № атомов »№

Итак, давайте сделаем эти шаги по порядку

# цвет (белый) () #

# цвет (красный) (1) -> # Грамм воды на моль воды

Чтобы определить, сколько моль у вас есть в данной массе соединения, вы должны использовать молярную массу указанного соединения . В случае воды у вас будет

# 10 цвет (красный) (отмена (цвет (черный) («g»))) * («1 мольH» _2 «O») / (18.015 цвет (красный) (отмена (цвет (черный) («g»)))) = «0,5551 моль H» _2 «O» #

# цвет (белый) () #

# цвет (синий) (2) -> # Молей воды на количество молекул воды

Здесь вам будет коэффициент преобразования Число Авогадро , которое говорит вам, сколько молекул необходимо, чтобы иметь ровно на один моль вещества.

Точнее, у вас

# цвет (синий) (| bar (ul (color (white) (a / a) color (black) («1 моль» = 6.(23) «Молек. Н» _2 «О» №

# цвет (белый) () #

# цвет (зеленый) (3) -> # Молекулы воды от до атомов водорода

Теперь, чтобы найти количество атомов водорода в вашем образце, вы должны использовать тот факт, что одна молекула воды состоит из # 1 # атома кислорода и # 2 # атомов водорода

Это означает, что ваш образец будет содержать

№3.(23) «Атомы Н» №

Я оставлю ответ округленным до двух sig figs .

Сколько атомов в молекуле водорода? — AnswersToAll

Сколько атомов в молекуле водорода?

два атома водорода
Каждая молекула водорода в газообразном водороде состоит из двух атомов водорода, связанных вместе. Точно так же два атома кислорода соединяются, образуя молекулу кислорода. Рассмотрим двухлитровые емкости с молекулами газообразного водорода, обозначенными A и B соответственно.

Что образуют 4 атома водорода?

Ядро водорода — это просто протон. Ядро гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов. Мы можем получить гелий, сплавив вместе 4 атома водорода.

Что составляет атом водорода?

Атом водорода — атом химического элемента водорода. Электрически нейтральный атом содержит один положительно заряженный протон и один отрицательно заряженный электрон, связанный с ядром кулоновской силой. Атомарный водород составляет около 75% барионной массы Вселенной.

Как рассчитать атомы водорода?

Чтобы определить количество атомов водорода, разделите массу этанола на его молярную массу, чтобы получить моль этанола. Умножьте это на шесть атомов водорода на молекулу этанола и на число Авогадро, чтобы получить количество атомов водорода.

Почему для получения 1 гелия требуется 4 атома водорода?

Чтобы слиться с каждым атомом гелия, нужно четыре атома водорода. В ходе этого процесса некоторая часть массы превращается в энергию. Разница между массой 4 атомов H и 1 атома He равна 0.02862 AMU, что составляет всего 0,71% от исходной массы. Эта небольшая часть массы преобразуется в энергию.

Какая сила удерживает весь этот водород вместе?

Водородные связи — это сильные межмолекулярные силы, возникающие, когда атом водорода, связанный с электроотрицательным атомом, приближается к соседнему электроотрицательному атому. Большая электроотрицательность акцептора водородной связи приведет к увеличению прочности водородной связи.

Вода состоит из двух атомов водорода?

Молекула воды состоит из трех атомов: два атома водорода (H) и один атом кислорода (O).Вот почему воду иногда называют h3O. Одна капля воды содержит миллиарды молекул воды.

Сколько атомов в хлористом водороде?

два атома
Каждая молекула HCl содержит два атома, H и Cl.

Делает ли водород 4 гелий?

В ядре Солнца водород превращается в гелий. Это называется ядерным синтезом. Чтобы слиться с каждым атомом гелия, требуется четыре атома водорода. Разница между массой 4 атомов H и 1 атома He равна 0.02862 AMU, что составляет всего 0,71% от исходной массы.

уроков по разрушению облигаций | CaSTL

Хотите узнать больше о Bond Breaker?

Эта игра полна науки — от протонов до лазеров и сканирующих туннельных микроскопов. Чувствовать себя потерянным? Хотите узнать больше? Вы пришли в нужное место.

Ты протон

Протоны — невообразимо крошечные частицы. Меньше, чем ваша золотая рыбка, меньше клеток вашего тела, меньше даже атомов.Их размер составляет около 1,6 фемтометра, что составляет 0,0000000000000016 метра в поперечнике. Это четырнадцать нулей справа от десятичного знака для тех, кто следит дома. Другими словами, если вы разместите 50 миллиардов протонов бок о бок, они просто растянутся по человеческому волосу.

Протоны — чрезвычайно распространенные частицы. Вы найдете протоны в ядрах каждого атома во Вселенной, их положительный электрический заряд удерживает атом вместе. Вы увидите, как они летают вокруг плазмы в звездах.Вы даже обнаружите, что они дико и свободно плывут сами по себе, без каких-либо атомов. Вы начинаете игру таким беззаботным протоном.

Подробнее о протонах читайте в блоге «Особо значимые» .

Кажется, ты живешь вечно

Один из самых больших открытых вопросов в физике — могут ли протоны распадаться. Если подождать достаточно долго, распадется ли протон на более мелкие части? Многие частицы * действительно * распадаются. Радий, плутоний и уран — распространенные примеры радиоактивных элементов, которые распадаются на другие элементы, если вы подождете достаточно долго.33 года (http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.102.141801). Это примерно в триллион триллионов раз больше нынешнего возраста Вселенной. И да, я действительно хотел повторить слово «триллион», это число просто настолько велико.

Это просто означает, что протон, если он сидит на месте, практически живет вечно. Но это не значит, что мы не сможем уничтожить протон, если попытаемся.

Возможно, вы слышали о Большом адронном коллайдере (LHC) в Женеве. Недавно его использовали для поиска и открытия бозона Хиггса.Принцип его работы заключается в столкновении двух протонов на чрезвычайно высоких скоростях, при столкновении их вместе с достаточной энергией, чтобы они распадались на кучу новых частиц.

Иными словами, в этой игре вы должны стремиться не только избегать шипов, но, вероятно, также лучше держать протон подальше от Женевы.

Узнайте больше о распаде протона в Википедии или в блоге Мэтта Страсслера .

Протоны имеют положительный заряд

Если вы потрете воздушный шарик в волосах, вы заметите две вещи.а) Ваши волосы начинают притягиваться к воздушному шару … и б) Ваши друзья странно смотрят на вас. Первое из них можно объяснить Электрической Силой.

Эта сила создается и ощущается электрическими зарядами, которые бывают двух типов: положительные и отрицательные. Подобные заряды раздвигаются, а противоположные обвинения сближаются. Все протоны во Вселенной имеют положительный заряд, а это означает, что если вы соберете два из них вместе, электрическая сила раздвинет их.

Электрическая сила между двумя объектами тем сильнее, чем ближе они находятся. Это так называемый закон обратных квадратов. Если вы удвоите расстояние между двумя протонами, сила, отталкивающая их, упадет до четверти того, что было. Вы заметите это в игре, когда попытаетесь подтолкнуть другие протоны. Чем ближе они к вам, тем сильнее они отталкивают вас.

Подробнее об электрической силе в Википедии .

Протон + Электрон = Водород

Итак, в игре есть протоны.Множество одиноких, одиноких протонов. Но достаточно одной маленькой частицы (электрона), чтобы превратить протон в атом.

Атомы, как правило, состоят из трех различных типов частиц. В ядре или центральном ядре атома вы найдете (положительные) протоны и (нейтральные) нейтроны. Вокруг атома вы найдете (отрицательные) электроны. Электрическая сила не дает электронам улетать.

В этой игре атомы, с которыми мы имеем дело больше всего, — это водород, первый и самый простой элемент Периодической таблицы.Он состоит из одного протона и одного электрона.

Мы часто думаем, что электроны вращаются вокруг ядра, как планеты вращаются вокруг Солнца — на самом деле, в игре они нарисованы таким образом — но это неверно. В крошечном мире атомов и частиц захватывает квантовая механика. Электрон не находится в одном определенном месте в любой момент времени, а вместо этого рассредоточен по всему атому. Думайте об этом как об облаке вероятности.

Узнайте больше об атоме водорода в Википедии или посмотрите облако вероятности .

Водород притягивает другие протоны

С одним протоном и одним электроном атом водорода электрически нейтрален. (+1 и -1 в сумме дают ноль.) А если у него нет электрического заряда, то на него больше не должно воздействовать электрическая сила, верно?

Неправильно.

Конечно, если протон находится очень далеко, атом водорода выглядит совершенно нейтральным. Но подойдите ближе, и отдельные части атома станут важными. Протон в атоме имеет тенденцию отталкивать вас, а электрон — притягивать вас.Кто выигрывает?

В случае, когда протон сидит рядом с водородом, сила притяжения побеждает. Думайте об электроне как о чем-то вроде живущего между двумя протонами, помогающего втягивать их обоих внутрь. Полное описание происходящего является более сложным (и крутым) и включает квантовую механику.

Прочтите о системе из 2 протонов и 1 электрона в Википедии или прочтите четкое объяснение того, почему водороды связываются вместе, из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейн, или прочтите больше о квантовой механике, которая происходит, как учил Ричард Фейнман..

Сканирующие туннельные микроскопы

Электроны, как и протоны, окружают нас повсюду — вместе с нейтроном эти три частицы являются строительными блоками всех атомов. Однако, если вы хотите добавить один электрон к отдельному атому или молекуле, вам понадобится очень специализированный инструмент. В CaSTL этим инструментом является сканирующий туннельный микроскоп.

Микроскопы

, с которыми вы наиболее знакомы, используют линзы и свет, чтобы помочь вам рассмотреть объекты ближе. Это отлично подходит для просмотра крыльев бабочек или амеб.Но вы можете только увеличивать масштаб только со светом. Не из-за каких-то технических ограничений, а из-за самих законов физики. По сравнению с атомом световая волна огромна. Пытаться сфотографировать атом с помощью света было бы легко, пытаясь поднять песчинку в рукавицах для духовки. Вам просто не хватило бы точности.

Если мы не можем использовать свет для изучения атома, нам нужно проявить больше творчества, и сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) как раз поможет. Вместо света он использует электрическую силу и квантовую механику.STM имеет очень острый и очень тонкий металлический наконечник, который мы подносим очень близко к интересующему объекту. Затем мы прикладываем напряжение между двумя объектами. Если бы СТМ касался объекта, между ними текли бы электроны. Вместо этого мы увеличиваем расстояние до точки, где электроны не должны совершать прыжок. Но из-за квантового туннелирования некоторые * могут * пройти.

Измеряя, сколько электронов прыгает через зазор, мы можем точно определить расстояние.

Благодаря этому STM отлично подходит для создания топологической карты объекта — рисования пиков и впадин в наномасштабе.Это также делает СТМ полезным инструментом для добавления электронов в очень точное место, например, в отдельную молекулу.

Узнайте больше о СТМ из Википедии или прочтите об ограничениях оптических микроскопов .

Молекулы

Молекулы — это группа атомов, скрепленных связями. Даже несмотря на то, что вы часто видите связи, изображенные в виде маленьких палочек, реальность намного сложнее и включает в себя как электрические силы, так и квантовую механику.

Возьмите самую первую молекулу, которую вы сможете сделать в Bond Breaker.Он состоит из двух протонов и одного электрона. С его помощью вы можете получить h3 +, положительный ион молекулы водорода.

На очень простом уровне вы можете представить себе электрон, действующий как клей, притягивающий два протона вместе. На самом деле электрон существует не в одном месте, а в облаке вероятностей — местах, где вы могли бы его найти. В этой молекуле электрон имеет тенденцию проводить большую часть своего времени между двумя протонами, и поскольку отрицательные заряды притягивают положительные заряды, электрическая сила может удерживать молекулу вместе.Протоны действительно отталкиваются друг от друга, но если они находятся достаточно далеко друг от друга, эта отталкивающая электрическая сила будет слабее.

Но если они подойдут ближе, чем эта «длина связи», то сила отталкивания протонов вырастет достаточно, чтобы снова раздвинуть атомы. Это то, что делает молекулу стабильной. Протоны не могут легко сблизиться или дальше друг от друга, поэтому они скреплены молекулярной связью.

Это описание, хотя и полезно, но слишком упрощено. Чтобы по-настоящему понять, что происходит, нам нужно понять больше сложностей квантовой механики.Например, согласно КМ, мы можем думать об электроне как о подпрыгивающем между двумя протонами, даже если они очень далеко друг от друга. Подробное описание этого можно найти в лекции Фейнмана, ссылка на которую приведена ниже. Или, если вас больше интересуют детали того, насколько сильно атомы притягиваются или отталкиваются, узнайте больше о потенциале Морзе, который мы использовали в этой игре для расчета атомных сил.

Узнайте больше о происходящей квантовой механике, как учил Ричард Фейнман, или узнайте, что такое потенциал Морзе, в Википедии .

Молекулярные ионы

Ион — это атом или молекула с ненулевым электрическим зарядом. Если мы возьмем нейтральный атом водорода и лишим его электрона — мы получим положительный ион водорода, который является просто протоном.

Нейтральная молекула водорода состоит из двух протонов и двух электронов (h3). Уберите один из электронов, и вы получите положительный молекулярный ион водорода (h3 +). Протоны не удерживаются вместе так сильно, что делает h3 + легче разделить, чем h3.Протоны также имеют тенденцию держаться немного дальше друг от друга.

С другой стороны, если вы добавите дополнительный электрон, вы получите отрицательный ион (h3-). Как это себя ведет? Что ж, при слишком большом количестве отрицательных зарядов оказывается, что молекула перестает быть стабильной и сразу же распадается на части.

Прочтите о системе 2 протона и 1 электрона в Википедии .

Two’s Company, Three’s an Explosion

Как вы заметите, в вашей молекуле водорода не может быть произвольного количества молекул.С одним электроном у вас есть стабильный ион (h3 +). С двумя электронами получается еще более стабильная молекула (h3). Но с тремя электронами молекула расщепится (h3-).

Три электрона — это слишком много для молекулы водорода. Точная причина нестабильности становится довольно сложной, включая электрические силы, квантовую механику и кулоновское отталкивание. В основном, однако, в постоянном перетягивании каната между притяжением и отталкиванием: отталкивание побеждает.

Атомы в основном пустое пространство?

Вы, наверное, слышали, что атом — это в основном пустое пространство.

Сравнивая размер атома водорода и размер его ядра (протона), мы обнаруживаем, что ширина атома примерно в 60 000 раз больше, чем ширина ядра. Это означает, что если бы ядро ​​было размером с четверть, размер атома был бы милю в поперечнике. Если бы ядро ​​было размером с Солнце, вы бы нашли электрон в десять раз дальше, чем Нептун.

То есть игра нарисована не в масштабе. Протон нарисован ОГРОМНЫМ, так что вы можете его увидеть. Но на самом деле он должен занимать гораздо меньше одного пикселя.

Прекрасное описание лаборатории Джефферсона того, насколько абсолютно пустые атомы .

Химия в масштабе одной молекулы

Название исследовательской группы CaSTL означает: Химия на пределе времени. ** В ОГРАНИЧЕНИИ пространства-времени **!

Ух ты.

Ученые здесь пытаются заниматься химией как на мельчайших масштабах (отдельных молекул), так и на самых коротких промежутках времени («быстро, ударь по нему лазером, прежде чем он двинется!»). Чтобы узнать больше об их исследованиях, перейдите сюда.

Разделение атомов и молекул?

В игре есть зеленые и розовые силовые поля, которые отделяют атомы от молекул, но в реальном мире удерживать эти вещи прямо сложнее.

Один из лучших инструментов — масс-спектрометр. Это устройство, как вы могли догадаться по его названию, помогает определить массу молекул, с которыми вы имеете дело. Ионы (молекулы или атомы с электрическим зарядом) летят через магнитное поле, которое стремится их отклонить.Чем менее массивен ион, тем больше изгибается его путь. Это как если бы у вас было два грузовика, один наполненный свинцом, а другой пустой. Один из способов отличить их — это посмотреть, насколько легко вы можете увеличить скорость или повернуть грузовик.

Узнайте больше о масс-спектрометрии в Википедии .

Лазерный свет и уровни энергии

До сих пор в игре мы имели дело с атомами в их основном состоянии — у электрона как можно меньше энергии. Используя лазеры, мы можем дать электрону дополнительный импульс энергии.Больше энергии означает, что электрон может жить дальше от ядра — он может лучше «бороться» с притяжением протона.

Однако, согласно квантовой механике, электроны не могут существовать с любым радиусом — они могут существовать только на дискретных уровнях энергии. Это может быть первый уровень, второй уровень и так далее. Вы никогда не найдете его на полутора уровнях.

Это означает, что когда мы попадаем на электрон лазерным лучом, нам нужно убедиться, что мы даем ему правильную энергию.Если он получает именно ту энергию, в которой нуждается, он совершает переход, в противном случае — нет. Например, в случае атома водорода, чтобы перейти с первого энергетического уровня на второй, электрону требуется 10,2 эВ. (эВ или электрон-вольт — это мера энергии.) Если мы подадим 5 эВ, электрон никуда не денется, и лазерный свет пройдет мимо. Если мы подадим 12 эВ, электрон все равно не сдвинется с места. Чтобы совершить скачок, требуется 10,2 эВ.

Каждый цвет света связан с определенной энергией — так получится 10.Нам нужно 2 эВ, нам понадобится ультрафиолетовый лазер.

Узнайте больше об уровнях энергии по данным Sloan Digital Sky Survey здесь или получите более математическое описание в Hyperphysics .

Ионизация

Уровни энергии, на которых может находиться электрон, все выше и выше. Но энергии каждого следующего уровня становятся ближе друг к другу, и существует верхний предел возможных связанных энергий, которые может иметь электрон. Дайте электрону слишком много энергии, и он тут же полетит.Это превращает атом в ион, отсюда и термин: ионизация.

Энергия связи электрона — это энергия, которая потребуется, чтобы полностью оторвать электрон в основном состоянии от атома. В случае водорода энергия связи составляет 13,6 эВ. Если мы дадим электрону больше энергии, чем эта, он сможет ускользнуть.

Итак, возьмем наш электрон в основном состоянии из предыдущего. Если мы выстрелим в него лазером один раз, мы добавим 10,2 эВ, что переведет его в первое возбужденное состояние. Если мы снимем еще раз, мы добавим в общей сложности 20.4 эВ, более чем достаточно для ионизации атома.

Подробнее об энергии ионизации из Википедии .

Цвета важны

Разные цвета света связаны с разными энергиями. Фактически, сколько энергии несет каждый фотон (частица света). Ультрафиолетовые лазеры в этой игре испускают фотоны с энергией 10,2 эВ каждый. Оранжевые лазеры состоят из фотонов с энергией 1,89 эВ каждый, что достаточно ровно для того, чтобы электрон перескочил со второго уровня на третий.

Вам нужно тщательно выбирать лазеры. Если у вас есть атом водорода в основном состоянии, оранжевый лазер ничего с ним не сделает. (1,89 эВ — это недостаточно энергии, чтобы совершить первый прыжок, поэтому ничего не происходит.) Если у вас есть атом водорода в первом возбужденном состоянии, фиолетовый лазер ионизирует его.

Прочтите о некоторых цветах, подобных тому, что водород может поглощать, в Википедии .

Лазерные лучи огромны

Представьте кошку, преследующую красную точку лазерной указки.Лазер кажется невероятно точным, крошечным пятнышком света. Но если вы подойдете к нему поближе, то увидите, что на самом деле это маленький кружок в несколько миллиметров в поперечнике, что означает, что он ударяется о многие миллионы атомов.

Более совершенные лазеры могут фокусировать свой свет в еще более узкие лучи, чем этот, но даже там есть предел. Из-за дифракции лучшее, на что вы можете надеяться сфокусировать лазер, — это примерно размер его длины волны. Наш ультрафиолетовый лазерный свет имеет длину волны около 120 нанометров, что означает, что даже с самым лучшим лазером, который только можно себе представить, он попадет в круг примерно такого размера.Это в 1000 раз больше атома водорода, поэтому нельзя поразить только один атом лазером.

Подробнее о дифракции в Википедии .

Настоящие цвета лазерного света

В игре вы используете два разных цвета лазеров: ультрафиолетовый свет с длиной волны ~ 120 нм и оранжевый свет с длиной волны ~ 650 нм. Как это соотносится с тем, что на самом деле есть в лабораториях ученых?

Сверхбыстрые лазеры, которые нужны исследователям CaSTL для их работы, как правило, представляют собой лазеры с титановым сапфиром.Они работают только на определенных длинах волн, обычно длиннее 500 нм, что означает, что вы можете излучать видимый и ближний инфракрасный свет.

Приговор? Эти ультрафиолетовые лазеры существуют только в игре, по крайней мере, на данный момент. Однако оранжевые лазеры существуют.

Некоторые из их лазеров с более длинными волнами используются не для электронного возбуждения электронов (путем их перехода на более высокий энергетический уровень), а для термического возбуждения молекул. Эти лазеры добавляют тепловую энергию почти так же, как ваш палец в игре; заставляя молекулы покачиваться и двигаться.

Узнайте больше о лазерах с титановым сапфиром, которые мы используем, в Википедии .

Жара идет

Один из способов манипулирования молекулами — это добавление тепловой энергии, что на самом деле означает просто повышение температуры. Когда мы говорим о крошечном мире частиц, более высокая температура означает более случайную, отражающуюся кинетическую энергию.

Как выглядит эта тепловая энергия в атомах и молекулах? Что ж, это может означать, что частицы просто перемещаются быстрее.А для атомов это единственное место, куда может пойти энергия.

Для молекулы возможностей больше. Помимо более быстрого движения, молекула также может вибрировать и вращаться. Вибрация означает, что два атома колеблются дальше друг от друга и ближе друг к другу. А вращение означает, что молекула вращается вокруг своего центра масс. В случае с h3 это все, что у нас есть. Для более крупных и сложных молекул может происходить еще больше различных типов покачивания и покачивания.

Точно так же, как вы можете растянуть резиновую ленту достаточно далеко друг от друга, чтобы она порвалась, если вы дадите молекулам достаточное количество этой тепловой энергии, вы можете даже разорвать атомы на части.

Посмотрите эти прекрасные рисунки вибрирующих молекул или прочтите более современный взгляд на эту тему из UC Davis .

Силы Ван-дер-Ваальса

Мы видели, как нейтральные атомы могут слипаться в молекулы, но оказалось, что нейтральные молекулы также могут притягиваться друг к другу.

Межмолекулярные силы между двумя нейтральными молекулами известны как силы Ван-дер-Ваальса и имеют тенденцию быть очень слабыми. В игре вы заметите, что молекулы h3 имеют тенденцию дрейфовать вместе.Это вызвано типом силы VdW, известной как лондонская рассеивающая сила.

Молекулы

h3 электрически нейтральны, поэтому на первый взгляд может показаться, что у электрической силы нет причин сбрасывать молекулы вместе. Но электроны в молекуле постоянно перемещаются, и иногда вы находите их с одной стороны, а иногда с другой. В любой момент вполне вероятно, что чистый электрический заряд в молекуле не будет полностью сбалансирован. Одна сторона будет более отрицательной, а другая — более положительной.

Это означает, что положительный конец одного h3 может начать притягиваться к отрицательному концу другого h3. Он чрезвычайно слаб не только потому, что асимметрия в любой данной молекуле незначительна, но и потому, что она постоянно меняется. Но в некоторых случаях даже этой слабой силы может быть достаточно, чтобы сблизить молекулы.

Отличное видео из Академии Хана, которое описывает различные типы сил Ван-дер-Ваальса .

Межмолекулярные силы, подобные жидкостям и гекконам

Силы Ван-дер-Ваальса притягивают молекулы вместе, но они настолько слабы, что их часто трудно заметить.Если вы приложите руку к стене, она там не будет. Но не все межмолекулярные силы одинаковы.

Возьмем, к примеру, воду. Молекулы воды удивительно склеиваются, существуя в виде жидкости при комнатной температуре. Это потому, что они притягиваются особенно сильной силой VdW, известной как водородная связь. (Примечание: это не похоже на другие связи, о которых мы говорили, это просто сила притяжения.) Молекулы воды чрезвычайно полярны, с отрицательной и положительной сторонами, что делает их межмолекулярную силу чрезвычайно сильной.

В других случаях дело не столько в силе каждой силы, сколько в количестве молекул, которые вы приближаетесь друг к другу. Гекконы могут взбираться по стенам, просто касаясь их руками. Почему они могут это сделать, а мы нет? Их пальцы не такие гладкие, как у нас, при ближайшем рассмотрении они замысловато растягиваются на все более мелкие, похожие на волосы «ветки», что дает их ногам чрезвычайно большую площадь поверхности. Имея больше молекул рядом с молекулами в стене, они могут подниматься, используя силу VdW.

Подробнее о силах Ван-дер-Ваальса в Википедии .

Мюоны

Оказывается, хотя электроны, протоны и нейтроны чрезвычайно распространены, они не единственные существующие типы частиц. Фактически, у электронов есть две одинаковые частицы — похожие во всех отношениях, но гораздо более массивные: мюон и тау. Мюон в 200 раз больше массы электрона, а тау-масса в 4000 раз больше массы электрона.

Мюон также довольно распространен.В этот самый момент на вас падает довольно много мюонов из космоса, например, созданных в результате столкновения частиц высокой энергии в верхних слоях атмосферы. Однако они, как правило, не длятся очень долго — около одной миллионной секунды. (Тау живет еще хуже, живя всего лишь около миллиардной доли секунды.)

Поскольку мюоны ведут себя точно так же, как электроны (за исключением их массы и короткого времени жизни), вы можете создать атом мюонного водорода нового типа из протона и мюона.В некотором смысле это было бы похоже на стандартный атом. Он был бы электрически нейтральным. Как и в случае с электроном, вы можете использовать лазеры для повышения уровня энергии мюона. Можно даже ионизировать атом, как раньше.

Но поскольку мюон настолько массивен, есть некоторые существенные изменения. Во-первых, мюон живет гораздо ближе к ядру, чем электрон. Размер атома частично определяется принципом неопределенности Гейзенберга, который связывает все, что мы можем знать о положении и импульсе.Поскольку мюон более массивен, он имеет больший импульс, чем столь же быстрый электрон. Это означает, что мы можем знать больше о положении быстрого мюона, чем быстрого электрона, и поэтому он может жить ближе к ядру.

Расстояние точно пропорционально массе — это означает, что мюон живет в 200 раз ближе к протону, чем электрон.

Узнайте о мюонах в Википедии, или о всевозможных интересных мюонных веществах из ChemistryWorld, или о том, как мюонный водород недавно был использован в некоторых передовых науках о размере протонов .

Мюонно-гелиевый трюк

Если атомы мюонного водорода действуют так по-другому, неудивительно, что замена мюона повлияет и на молекулы водорода. Поскольку мюоны живут в 200 раз ближе к протонам, молекулы мюонного h3 также имеют гораздо более близкую длину связи. На самом деле так близко, что есть большая вероятность, что два протона подойдут достаточно близко, чтобы слиться.

Синтез происходит, когда сильное взаимодействие способно объединить группы адронов (протоны или нейтроны) вместе.Это обычно происходит в звездах, которые превращают водород в гелий под экстремальным давлением, создаваемым гравитацией. Оказывается, просто добавление мюона в h3 может сделать то же самое, но без звезды!

К сожалению, это не шаг на пути к дешевой и безопасной энергии с помощью термоядерного синтеза. Для создания мюонов требуется изрядное количество энергии, и они существуют очень недолго. Тем не менее, это удивительный способ создать фьюжн!

Подробнее о мюонах, вызывающих синтез, можно найти в Википедии .

Плазмоника и наносферы

Наносферы? Плазмоника? Странные слова, настоящая наука.

Наносферы просто относятся к крошечным наноразмерным сферам металла. Обычно они имеют диаметр от 30 до 100 нм, что означает, что они всего в несколько сотен раз больше атома водорода. Они маленькие, они хорошие проводники, а главное, нужно два близко друг к другу.

Когда лазер попадает в две соседние наносферы, он создает петлю положительной обратной связи.Электромагнитные волны лазерного света заставляют электроны в наносферах перемещаться вперед и назад (термин «плазмоника» относится к этому колеблющемуся движению электронов). Эти ускоряющиеся электроны, в свою очередь, создают больше световых волн. Конечный эффект заключается в том, что вы получаете гораздо более сильный импульс света между наносферами.

Это может быть полезно, когда вы пытаетесь точно использовать лазерный свет. Напомним, что лазерные лучи огромны по сравнению с атомом. Даже с помощью идеального лазера вы не можете сфокусировать свет меньше дифракционного предела (примерно половина длины волны света, много тысяч атомов водорода в поперечнике).

Наносферы

позволяют обойти это ограничение. Больше не имеет значения, насколько широко распространяется лазерный свет, он будет фокусироваться и усиливаться в промежутке между двумя сферами. Это позволяет вам направлять лазерный луч гораздо точнее, чем вы могли бы в противном случае.

Узнайте больше о плазмонике на сайте Стэнфорда .

Маскировка под атом делает гелий похожим на водород

Кейт Макалпайн

Как подделать сверхтяжелый водород

Подвиг современной алхимии — атомщики обманули атомы водорода, приняв атом гелия за свой.Закамуфлированный атом химически ведет себя как водород, но имеет в четыре раза больше массы, чем обычный водород, что позволяет проверить, как атомная масса влияет на скорость реакции.

Атом гелия состоит из ядра, содержащего два положительно заряженных протона и два нейтрона, окруженных двумя вращающимися электронами, несущими отрицательный заряд. У атома водорода всего один протон и один электрон. Дональду Флемингу из Университета Британской Колумбии в Ванкувере, Канада, и его коллегам удалось замаскировать атом гелия под атом водорода, заменив один из его вращающихся электронов мюоном, который намного тяжелее электрона.

Поскольку мюон очень тяжелый, он находится в 200 раз ближе к ядру гелия, чем заменяемый им электрон, и нейтрализует один из положительных зарядов ядра. Оставшийся электрон тогда ведет себя так, как если бы он вращался вокруг ядра с одним положительным зарядом, точно так же, как электрон в атоме водорода. Разница в том, что ядро ​​в 4,1 раза тяжелее обычного.

Флеминг и его коллеги использовали этот «сверхтяжелый водород», чтобы проверить влияние массы на скорость химических реакций.Одинокий атом водорода может образовать новую молекулу водорода, похитив один из двух атомов у уже существующей молекулы водорода, но для этого должно быть достаточно энергии, доступной для разрыва связи, удерживающей существующую молекулу вместе.

Квантовые туннели

Согласно квантовой механике, не всегда необходимо преодолевать этот энергетический барьер & двоеточие; вместо этого частицы могут «туннелировать» через него. Но чем тяжелее частицы, тем труднее туннелировать, и тем реже происходит реакция обмена партнерами.

Два изотопа водорода, содержащие один или два нейтрона и в два или три раза превышающие массу обычного водорода, могут быть использованы для проверки этого. Еще более тяжелый изотоп с тремя нейтронами существует, но распадается слишком быстро. Мюонный гелий, который имеет ту же массу, что и этот изотоп, длится достаточно долго, чтобы вступить в реакцию с молекулой водорода.

Команда Флеминга перестреляла мюоны, полученные на ускорителе TRIUMF в Ванкувере, в облако гелия, молекулярного водорода и аммиака. Атомы гелия захватили мюоны, затем оторвали атомы водорода от молекулярного водорода и соединились с ними.

Команда сравнила, сколько времени это заняло, со скоростью той же реакции с использованием нормального водорода и со скоростью реакции, зарегистрированной в 1987 году, когда использовался сверхлегкий водород, называемый мюонием. Химики создали его, заменив протон в атоме водорода антимюоном, положительно заряженным партнером мюона из антивещества.

«Очень сексуальный»

Как и ожидалось, реакция с замаскированным гелием была самой медленной, за ней шел нормальный водород, затем легкий водород.Показатели идеально соответствовали предсказаниям квантово-механических расчетов, проведенных товарищем по команде Флеминга Дональдом Труларом из Миннесотского университета в Миннеаполисе.

То, как любая физическая система изменяется со временем, теоретически можно предсказать на основе квантовых состояний ее частиц. В большинстве реакций участвует слишком много частиц, чтобы это было возможно, но Трулар говорит, что водородная реакция была достаточно простой.

Миллард Александр из Мэрилендского университета в Колледж-Парке называет это «очень сексуальной ядерной химией».

Справка журнала & двоеточие; Наука , DOI & двоеточие; 10.1126 / science.1199421

Какая молекула содержит наименьшее количество атомов водорода? — Реабилитацияrobotics.net

Какая молекула содержит наименьшее количество атомов водорода?

Al (OH) 3

Сколько атомов в молекуле водорода?

два

Сколько атомов в литии?

Например, атомы лития содержат 3 протона.Атомный номер лития равен 3. Любой атом, имеющий 3 протона, должен быть атомом лития….

название	литий
символ	Li
протонов	3
Z	3

Сколько всего атомов в молекуле глюкозы?

1 молекула глюкозы содержит 6 атомов C, 12 атомов H и 6 атомов O • 1 моль глюкозы содержит 6 моль атомов C, 12 моль атомов H и 6 моль атомов O.10 моль глюкозы содержат 60 моль C, 120 моль H и 60 моль атомов O.

Сколько атомов в Al OH 3?

Процентный состав по элементам

Элемент	Символ	Количество атомов
Алюминий	Al	1
Водород	H	3
Кислород	O	3

Сколько всего атомов в C6h22O6?

В одной молекуле C6 h22 06 24 атома.Это химическое соединение имеет 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода.

Сколько атомов в h302?

h3O2 содержит 2 атома водорода и 2 атома кислорода. Таким образом, одна молекула перекиси водорода весит 34,02 ед. Таблица Менделеева предоставляет вам отдельные атомные массы.

Сколько атомов в fe2o3?

Fe2O3 — это химическая формула оксида железа (III), который имеет три атома кислорода, два атома железа.

Почему у водорода только 1 электрон?

Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона.Поскольку водород имеет один протон, его атомный номер равен единице. Это единственный элемент, в атомах которого нет нейтронов. Гелий имеет атомный номер два; гелий имеет два протона, два нейтрона и два электрона.

Может ли атом водорода потерять электрон?

Водород может потерять электрон с образованием протона, получить электрон с образованием иона гидрида или образовать ковалентную связь или полярную ковалентную связь пары электронов.