ब्रह्माण्ड में सोने तथा अन्य भारी तत्वों की उत्पत्ति। ब्रह्माण्ड में रासायनिक तत्वों की उत्पत्ति किन प्रक्रियाओं के फलस्वरूप रासायनिक तत्वों का निर्माण होता है

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रासायनिक तत्वों का उद्भव

1. ब्रह्माण्ड का उद्भव

अधिकांश ब्रह्मांड विज्ञानियों का मानना ​​है कि ब्रह्मांड पदार्थ और ऊर्जा के एक घने समूह के रूप में उभरा, जिसका विस्तार लगभग 18 अरब साल पहले शुरू हुआ। तत्वों का निर्माण बिग बैंग से होता है। बिग बैंग के परिणामस्वरूप तत्वों के उद्भव की पुष्टि सबसे पहले 1946 में गामो द्वारा की गई थी (गामोव, 1946)।

गैमो के अनुसार, ब्रह्मांड के निर्माण के प्रारंभिक चरण में तापमान और दबाव बेहद अधिक थे, जबकि प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो संतुलन में थे। जब ब्रह्मांड का विस्तार शुरू हुआ, तो तापमान गिर गया और संतुलन की स्थिति बाधित हो गई। गामो का मानना ​​था कि क्षय और न्यूट्रॉन ग्रहण की प्रक्रियाओं की क्रमिक पुनरावृत्ति के कारण भारी तत्वों का निर्माण हुआ। इसमें केवल लगभग 20 मिनट लगे। वर्तमान में मौजूद सभी तत्वों की उत्पत्ति के लिए, लेकिन अब यह माना जाता है कि बिग बैंग ने प्रकाश तत्वों का उत्पादन किया, जिसने तारों के भीतर परमाणु प्रतिक्रियाओं के माध्यम से, परमाणु संख्या 6 और उससे अधिक वाले तत्वों को जन्म दिया (ओज़िमा, 1990)।

मूलतः अधिकांश पदार्थ ऊर्जा के रूप में विद्यमान थे। ठंडा होते ही पदार्थ आकार लेने लगा। तत्वों की घटना का सामान्य चित्र निम्नलिखित चित्र द्वारा व्यक्त किया जा सकता है।

हाइड्रोजन का "दहन"। परमाणु संलयन में, हाइड्रोजन परमाणु एक साथ मिलकर हीलियम परमाणु बनाते हैं और ऊर्जा छोड़ते हैं। हीलियम बनाने वाले कणों का द्रव्यमान है: 2 प्रोटॉन (1.0076 प्रत्येक) और 2 न्यूट्रॉन (1.0089 प्रत्येक) = 2 1.0076 + 2 1.0089 = 4.033। हीलियम परमाणु के नाभिक का द्रव्यमान 4.0028 है। द्रव्यमान की 0.0302 इकाइयों की कमी को द्रव्यमान दोष कहा जाता है, जो आइंस्टीन के समीकरण E = mc2 के अनुसार 4.512 J परमाणु-1 के बराबर है। इस प्रक्रिया के लिए 107 - 108 K तापमान की आवश्यकता होती है:

हीलियम का "जलना" 108 K से अधिक तापमान और 105 ग्राम सेमी2 के दबाव पर होता है।

2. तारा निर्माण

हाइड्रोजन और अन्य प्रकाश तत्व पूरे ब्रह्मांड में बिखरे हुए हैं और तारों का निर्माण करने के लिए एक साथ समूहित हुए हैं। अपने स्वयं के गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में, तारे धीरे-धीरे सिकुड़ने लगे, जिससे तापमान में वृद्धि हुई। जब प्रत्येक तारे के केंद्र का तापमान कई मिलियन डिग्री तक पहुंच गया, तो हाइड्रोजन परमाणुओं ने मिलकर हीलियम परमाणु बनाए, यानी। नाभिक की "जलने" वाली प्रतिक्रिया हुई। फिर C तथा अन्य भारी तत्वों के परमाणु उत्पन्न हुए।

इस प्रकार, ब्रह्मांड की मौलिक संरचना तारों में परमाणु प्रक्रियाओं द्वारा निर्धारित होती है। इस प्रकार, हमारे सूर्य के द्रव्यमान के बराबर द्रव्यमान वाले तारे के अंदर 108 K का तापमान संभव है। सूर्य के अंदर परमाणु परिवर्तनों की एक सतत प्रक्रिया चलती रहती है:

चावल। 1. हमारे सूर्य का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व

यह देखा जा सकता है कि इन प्रतिक्रियाओं को एक ऑटोकैटलिटिक चक्र के रूप में दर्शाया जा सकता है जिसे बेथ-वॉन वीज़सैकर कार्बन चक्र (चित्र 2) के रूप में जाना जाता है।

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चावल। 2. बेथे कार्बन चक्र - वॉन वीज़सैकर

बड़े द्रव्यमान वाले तारों में तापमान अधिक होता है और वहां भारी तत्वों के संश्लेषण की प्रक्रिया होती है। सूर्य से दोगुने भारी तारों में (चित्र 3):

चावल। 3. तारे दो बार (ए), तीन गुना (बी) सूर्य से भारी और सुपरनोवा विस्फोट से पहले एक तारा (सी)।

20 सौर द्रव्यमान वाले तारे (चित्र 3) लोहे सहित सभी तत्वों को संश्लेषित करने में सक्षम हैं। लेकिन नाभिक की "जलने" वाली प्रतिक्रियाएँ Fe नाभिक के निर्माण से आगे विकसित नहीं हो सकती हैं। इसके बाद, ऐसी प्रतिक्रिया से नाभिक की ऊर्जा अस्थिरता पैदा होती है। Fe नाभिक को थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं (आर-प्रक्रियाओं) का पूरा होना माना जा सकता है। आयरन (नंबर 26) में सबसे स्थिर कोर है। हीलियम से लोहे तक परमाणु संलयन के प्रत्येक चरण से ऊर्जा निकलती है और एक अधिक स्थिर नाभिक बनता है (चित्र 4)। समय बीतने के साथ ब्रह्माण्ड में हाइड्रोजन और हीलियम की मात्रा कम होती जाती है और भारी तत्वों की मात्रा बढ़ती जाती है। ब्रह्माण्ड में तत्वों की सापेक्ष प्रचुरता चित्र में दिखाई गई है। 5.

चावल। 4. रासायनिक तत्वों के नाभिकों की स्थिरता

लोहे के बाद सभी तत्वों के नाभिक मूल सामग्री की तुलना में कम स्थिर होते हैं और उनका उपयोग तारकीय ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए नहीं किया जा सकता है। तत्व संख्या 27 (एमजी) से संख्या 92 (यू) तब बनते हैं जब कोई तारा अपना परमाणु ईंधन समाप्त कर लेता है, ढह जाता है और सुपरनोवा के रूप में विस्फोट हो जाता है। सुपरनोवा विस्फोट से निकलने वाली शॉक वेव लोहे से भारी तत्वों को फ्यूज करने के लिए आवश्यक अतिरिक्त ऊर्जा पैदा करती है।

चावल। 5. ब्रह्माण्ड में तत्वों की सापेक्ष प्रचुरता।

हे के "जलने" के दौरान तारों में न्यूट्रॉन दिखाई देते हैं। चूँकि उनमें कोई आवेश नहीं होता, वे अपेक्षाकृत आसानी से नाभिक में समाहित हो जाते हैं। न्यूट्रॉन को अवशोषित करने और क्षय प्रतिक्रियाओं से गुजरने से, नाभिक धीरे-धीरे "भारी" हो जाते हैं। इस प्रतिक्रिया को एस-प्रक्रिया कहा जाता है। ऐसा माना जाता है कि Bi, s-प्रक्रिया का अंतिम उत्पाद है। बनने वाले कुछ तत्व अस्थिर होते हैं और स्वतः ही अधिक स्थिर पदार्थों में टूट जाते हैं। यह प्रक्रिया, परमाणु क्षय, ऊर्जा की रिहाई के साथ होती है।

3. पर्यावरण रसायन विज्ञान की कार्रवाई के क्षेत्र का इतिहास

सौर मंडल का उद्भव

यह अब आम तौर पर स्वीकार कर लिया गया है कि जो तत्व अब सौर मंडल और हमारी पृथ्वी का निर्माण करते हैं, वे बड़े पैमाने पर तारों में परमाणु प्रतिक्रियाओं द्वारा निर्मित हुए थे। अपवाद हैं H (माना जाता है कि ब्रह्मांड के निर्माण के बाद से अस्तित्व में है), He और कई प्रकाश तत्व (D, Li, Be, B), जो बिग बैंग (ओज़िमा, 1990) के दौरान H से बने थे।

चूंकि अधिकांश भारी तत्वों की क्षय दर सर्वविदित है, इसलिए लंबे समय तक जीवित रहने वाले आइसोटोप वाले पदार्थों की सटीक आयु की गणना की जा सकती है। क्या इसी तरह हमारे सौर मंडल की आयु निर्धारित की गई? 5 अरब वर्ष. चूँकि सूर्य का द्रव्यमान भारी तत्वों के निर्माण के लिए पर्याप्त नहीं है, इसलिए यह माना जाना चाहिए कि सौर मंडल का निर्माण सुपरनोवा विस्फोट के स्थल पर हुआ था। गुरुत्वाकर्षण बलों ने बिखरे हुए पदार्थ को एकत्रित किया। इसका अधिकांश भाग सूर्य के रूप में केंद्रित था, जो परमाणु संलयन की प्रक्रिया शुरू करने के लिए पर्याप्त गर्म था।

सौर मंडल के ग्रह स्पष्ट रूप से गर्म गैसों के एक डिस्क के आकार के बादल से बने थे, जो एक सुपरनोवा विस्फोट के अवशेष थे। संघनित वाष्प ने ठोस कणों का निर्माण किया जो छोटे पिंडों (ग्रहों) में मिल गए, जिसके संलयन के परिणामस्वरूप घने आंतरिक ग्रह उभरे (बुध से मंगल तक)। बड़े बाहरी ग्रह, सूर्य से अधिक दूर होने के कारण, कम घनत्व वाली गैसों से बने होते हैं, जिनका संघनन बहुत कम तापमान पर होता है।

हमारे सिस्टम के लगभग सभी परमाणु सूर्य में केंद्रित हैं, जहां सिस्टम के सभी पदार्थों का 99.9% से अधिक द्रव्यमान केंद्रित है। समग्र रूप से सौर मंडल की रासायनिक संरचना के संदर्भ में, पृथ्वी में मुख्य रूप से ऑक्सीजन और गैर-वाष्पशील तत्व (जैसे Fe, Mg, Si) शामिल हैं, जिनमें बाद का अनुपात भी शामिल है।<< 0,1 % от общего числа атомов Солнечной системы (Озима, 1990).

अधिकांश तत्व सौर मंडल के गठन से पहले सुपरनोवा विस्फोट के दौरान बने थे, लेकिन कुछ रेडियोधर्मी आइसोटोप के क्षय के बाद दिखाई दिए। उदाहरण के लिए, यह स्थापित किया गया है कि लगभग सभी (99% से अधिक) आर्गन, जो पृथ्वी के वायुमंडल का लगभग 1% बनाता है, इसके गठन के बाद पृथ्वी के आंत्र में 40K 40Ar की क्षय प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुआ। और बाद में वाष्पित हो गया। रेडियोजेनिक को छोड़कर अन्य सभी तत्व। रेडियोजेनिक तत्व वे तत्व हैं जो परमाणु क्षय प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुए। सौर मंडल के उद्भव से पहले ही अस्तित्व में थे।

पृथ्वी की उत्पत्ति और इतिहास

पृथ्वी शिक्षा

पृथ्वी का निर्माण सौर गैस पदार्थ के संचय से जुड़ा था। संचय की विधि के संबंध में कोई सहमति नहीं है। वर्तमान में, तीन मुख्य परिकल्पनाएँ हैं (वोइटकेविच, 1988)।

सजातीय संचय. पृथ्वी की आधुनिक शैल संरचना प्रारंभिक सजातीय स्थलीय पदार्थ के गर्म होने, आंशिक रूप से पिघलने और विभेदन के दौरान ही उत्पन्न हुई।

विषम संचय. सबसे पहले, एक धात्विक कोर उत्पन्न हुआ, फिर बाद में सिलिकेट के रूप में संघनित होकर उस पर जम गया, जिससे एक मोटा आवरण बन गया।

आंशिक रूप से विषम संचय. संरचना में सबसे बड़ा अंतर केवल ग्रह के केंद्रीय भागों और इसकी सतह परतों के बीच मौजूद था। प्रारंभ में, कोर और मेंटल के बीच कोई तीक्ष्ण सीमाएँ नहीं थीं, जिन्हें बाद में स्थापित किया गया।

अधिकांश ग्रहीय पदार्थ 4.56-4.7 अरब वर्ष पहले समूहीकृत किये गये थे। ग्रह का द्रव्यमान लगातार बढ़ता गया और कुछ समय बाद (4.4 अरब वर्ष पहले) वातावरण बनाए रखने के लिए पर्याप्त हो गया।

पृथ्वी पर सबसे पुरानी चट्टानें पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया की जिक्रोन हैं, जो लगभग 4.1-4.3 अरब वर्ष पुरानी हैं। पहले अभिवृद्धि और फिर रेडियोधर्मी क्षय द्वारा जारी गर्मी ने ग्रह के कोर को पिघला दिया और भूतापीय चक्र शुरू कर दिया। इससे तत्वों में विभेदन हुआ, सबसे पहले इसकी व्याख्या वी. एम. गोल्डस्चिड्ट ने की।

तत्वों का प्राथमिक विभेदन लोहे के प्रति उनकी रासायनिक आत्मीयता के अनुसार किया गया, जो स्वाभाविक है, क्योंकि लोहा पृथ्वी के द्रव्यमान का 35% बनाता है।

वी.एम. गोल्डस्मिड्ट ने तत्वों को 4 समूहों में विभाजित किया:

साइडरोफाइल - लोहे से कम;

लिथोफाइल - लोहे से कम नहीं होते हैं और ऑक्साइड के निर्माण के लिए प्रवण होते हैं;

चाल्कोफाइल ऐसे तत्व हैं जो लोहे से कम नहीं होते हैं और सल्फाइड बनाते हैं;

एटमोफाइल वे तत्व हैं जो वायुमंडल में भाग गए हैं।

परमाणु आयतन वक्र पर मिनिमा पर कब्जा करने वाले तत्व लोहे के साथ मिश्र धातु देते हैं; विभेदन के दौरान उन्होंने पृथ्वी के कोर (साइडरोफाइल तत्व) का निर्माण किया। साइडरोफाइल आयन (11 तत्व) में 8-18 इलेक्ट्रॉनों का एक कोश होता है। उनकी रेडॉक्स क्षमता लोहे के बराबर या उससे अधिक है। Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Mo, W, Re, Au, Ge, Sn बहुधात्विक अयस्कों का निर्माण करते हैं। वे तत्वों के साथ निकटता से वैकल्पिक होते हैं, जो सल्फर, आर्सेनिक, साथ ही फॉस्फोरस, कार्बन और नाइट्रोजन के लिए बढ़ी हुई आत्मीयता दिखाते हैं।

वक्र पर मैक्सिमा पर कब्जा करने वाले और इसके अवरोही भागों पर स्थित तत्व ऑक्सीजन (54 तत्वों) के लिए आकर्षण रखते हैं; उन्होंने पृथ्वी की पपड़ी और ऊपरी मेंटल (लिथोफाइल तत्व) का निर्माण किया। वे 8-इलेक्ट्रॉन शेल के साथ आयन बनाते हैं। ली, ना, के, आरबी, सीएस, बीई, एमजी, सीए, सीनियर, बा, बी, अल, एससी, वाई, दुर्लभ पृथ्वी तत्व, सी, टीआई, जेडआर, एचएफ, थ, पी, वी, एनबी, टा, सीआर, यू, एफ. सीएल, बीआर, आई, एमएन इस समूह में "वैकल्पिक" लिथोफाइल तत्व भी शामिल हैं: सी, पी, डब्ल्यू, एच, टीएल, गा, जीई, फे। वे सिलिकेट और एलुमिनोसिलिकेट चट्टानों का हिस्सा हैं और सल्फेट, कार्बोनेट, फॉस्फेट, बोरेट और हैलाइड खनिज बनाते हैं।

वक्र के आरोही भागों पर कब्जा करने वाले तत्वों में सल्फर, सेलेनियम, टेल्यूरियम (19 तत्व) के लिए आकर्षण होता है; वे निचले मेंटल (चॉकोफाइल तत्व) में केंद्रित होते हैं। उनके पास 18 इलेक्ट्रॉनों का एक कोश है। Cu, Ag, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl, Bp, As, Sb, Bi, S, Se, Te Fe, Mo, Ca - "वैकल्पिक" चाल्कोफाइल। सल्फाइड और टेलुराइड खनिजों का एक बड़ा समूह बनाते हैं। वे मूल राज्य में पाए जा सकते हैं।

अक्रिय गैसें (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) वायुमंडलीय समूह से संबंधित हैं। उनके परमाणुओं (He को छोड़कर) में 8-इलेक्ट्रॉन कोश होता है।

वर्तमान में, बायोफाइल्स की भी पहचान की गई है। बायोफिलिक तत्व जीवन के तथाकथित तत्व हैं। उन्हें मैक्रोबायोजेनिक (एच, सी, एन, ओ, सीएल, बीआर, एस, पी, ना, के, एमजी, सीए) और माइक्रोबायोजेनिक (वी, एमएन, फे, सीओ, सीयू, जेएन, बी, सी, मो) में विभाजित किया गया है। , एफ)।

तत्वों का आधुनिक जैव-भू-रासायनिक वर्गीकरण तालिका 1 में दिया गया है।

तालिका 1 तत्वों का जैव-भू-रासायनिक वर्गीकरण

गैमो यूनिवर्स बायोजियोकेमिकल थर्मोन्यूक्लियर

मेंटल विभेदन और भूमंडल निर्माण

ग्रह के निर्माण के दौरान, पिघलने योग्य लेकिन भारी घटक (लौह-सल्फर द्रव्यमान) पिघल गए, केंद्र में डूब गए और कोर का निर्माण हुआ। उसी समय, सिडरो- और च्लोकोफाइल तत्वों को प्राथमिक मेंटल से कोर तक ले जाया गया। उसी समय, कम गलने योग्य सिलिकेट द्रव्यमान से बेसाल्टिक मैग्मा और फिर समुद्री प्रकार की बेसाल्टिक परत का निर्माण हुआ। इस प्रक्रिया में मुख्य रूप से लिथो- और वायुमंडलीय तत्व शामिल थे।

ऊपरी मेंटल के पिघलने और नष्ट होने के दौरान, बेसाल्टिक मैग्मा पानी और उसमें घुली गैसों को लेकर पृथ्वी की सतह पर आया। पृथ्वी का प्राथमिक वायुमंडल और प्राथमिक जलमंडल दोनों ही मेंटल के क्षरण के कारण उत्पन्न हुए। मेंटल सामग्री के वाष्पों से, एक अम्लीय, अत्यधिक खनिजयुक्त जलमंडल उत्पन्न हुआ, जो शुरू में F-, Cl-, Br-, I- आयनों से समृद्ध था। प्राकृतिक आसवन के परिणामस्वरूप ताजे पानी का निर्माण हुआ। इसी समय, एक घटते प्राथमिक वातावरण का निर्माण हुआ।

वातावरण का विकास

वायुमंडल पृथ्वी के चारों ओर मौजूद गैसों से बना है और ग्रह के निर्माण के बाद से इसकी संरचना में काफी बदलाव आया है। लंबे समय तक, प्रचलित दृष्टिकोण यह था कि पृथ्वी के प्राथमिक वातावरण में मुख्य रूप से अमोनिया और मीथेन शामिल थे।

पृथ्वी का पहला वायुमंडल अभिवृद्धि के बाद पहले मिलियन वर्षों में अंतरिक्ष में खो गया था। इस वायुमंडल में पृथ्वी का निर्माण करने वाले ग्रहों के भीतर फंसी गैसें शामिल थीं। इसमें कार्बन डाइऑक्साइड और नाइट्रोजन के साथ मीथेन, अमोनिया, सल्फर डाइऑक्साइड और हाइड्रोक्लोरिक एसिड की थोड़ी मात्रा शामिल थी। वहां ऑक्सीजन नहीं थी.

माना जाता है कि पृथ्वी के दूसरे वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन और पानी था। जैसे ही ग्रह की सतह ठंडी हुई, महासागरों का निर्माण हुआ और जल विज्ञान चक्र और अपक्षय प्रक्रियाएँ शुरू हुईं। इसके अलावा, महासागरों ने कार्बन डाइऑक्साइड को तीव्रता से अवशोषित करना शुरू कर दिया। उस समय ग्रह की सतह पर मौजूद स्थितियाँ काफी हद तक अज्ञात हैं, क्योंकि सौर विकिरण की तीव्रता आज की तुलना में 30% कम थी, और वायुमंडल की सटीक संरचना स्पष्ट नहीं है।

जीवाणु प्रकाश संश्लेषण 3.5-4 अरब साल पहले शुरू हुआ था, लेकिन लगभग सारी ऑक्सीजन समुद्र (मुख्य रूप से लौह आयन) द्वारा अवशोषित कर ली गई थी। दो अरब साल पहले, वायुमंडल में ऑक्सीजन का प्रवेश शुरू हुआ और वायुमंडल की वर्तमान संरचना लगभग 1.5 अरब साल पहले बनी। वायुमंडल में, पराबैंगनी विकिरण के प्रभाव में ऑक्सीजन ने ओजोन का निर्माण किया। ओजोन ने कठोर सौर विकिरण के लिए एक फिल्टर के रूप में काम किया, जिससे जीवन को समुद्र से जमीन पर उभरने की अनुमति मिली।

जीवन का उद्भव

जीवमंडल का उद्भव ग्रह के विकास के शुरुआती दौर से होता है। जीवित जीवों के पहले ज्ञात जीवाश्म अवशेष (आयु - 3.55 अरब वर्ष) विलियम शॉफ द्वारा पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया में खोजे गए थे। वे संरचना में आधुनिक साइनोबैक्टीरिया (अन्यथा नीले-हरे शैवाल कहा जाता है) के समान हैं, जो काफी उच्च विकसित प्रकाश संश्लेषण हैं। भू-रासायनिक डेटा से संकेत मिलता है कि 4 अरब साल पहले ग्रह पर फोटोऑटोट्रॉफ़िक जीवन मौजूद था। जैविक दृष्टिकोण से, इसे विषमपोषी जीवन से पहले होना चाहिए था। लेकिन, यह कैसे और, सबसे महत्वपूर्ण बात, कब उत्पन्न हुई?

निर्जीव वस्तुओं से जीवित वस्तुओं के उद्भव की असंभवता को साबित करने के लिए सदियों से चला आ रहा संघर्ष एल. पाश्चर के विजयी प्रयोगों के साथ समाप्त हुआ, जिसने इस विवाद को समाप्त कर दिया। लेकिन फिर यह स्पष्ट हो गया कि जीवन केवल ईश्वर द्वारा ही बनाया जा सकता है। बीसवीं सदी का भौतिकवादी विज्ञान इससे सहमत नहीं हो सका। 1924 में ए. आई. ओपेरिन और फिर 1929 में जे. हाल्डेन ने जैवजनन की परिकल्पनाएँ सामने रखीं - पृथ्वी पर जीवन की सहज उत्पत्ति की संभावना (देखें ओपेरिन, 1960; बर्नाल, 1969)। सामान्यतया, जीवन की उत्पत्ति के लिए कई परिकल्पनाएँ बनाई गई हैं, जिनका प्रायोगिक आधार मुख्य रूप से प्राचीन पृथ्वी की परिस्थितियों में सबसे सरल कार्बनिक यौगिकों को संश्लेषित करने की संभावना थी, जैसा कि हम अब उनकी कल्पना करते हैं। इसके लिए प्रेरणा अकार्बनिक अग्रदूतों से अमीनो एसिड के निर्माण में आसानी की मिलर की खोज थी (मिलर, 1953)। जैसा कि एल. मार्गेलिस लिखते हैं (1983, पृ. 76): "शुद्धतावादियों ने निंदा की कि यह कथित रूप से बेकार प्रयोगात्मक कार्बनिक रसायन विज्ञान हेडियन ईऑन के समान वातावरण बनाने में शामिल है। हेडियन ईऑन, जो तब शुरू हुआ जब पृथ्वी एक ठोस ठोस शरीर में बदल गई ., वे अकार्बनिक अभिकर्मकों को जोड़ते हैं और ऊर्जा की आपूर्ति करते हैं, और फिर प्रतिक्रिया उत्पादों के बीच वे अणुओं की तलाश करते हैं जो आधुनिक जीवन के लिए महत्वपूर्ण हैं। इस दृष्टिकोण ने कई कार्यों को जन्म दिया जो प्राचीन पृथ्वी की परिस्थितियों में काफी जटिल कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करने की संभावना को साबित करते हैं (उदाहरण के लिए, होरोविट्ज़ (1962), पोन्नमपेरुमा (1968), फॉक्स (1975), निबंध के कार्य देखें एन. एल. डोब्रेत्सोव (2005) और कई अन्य)। साथ ही, "उल्कापिंडों, क्षुद्रग्रहों और धूमकेतुओं के ब्रह्मांड रसायन विज्ञान के डेटा से संकेत मिलता है कि सौर मंडल में इसके विकास के शुरुआती चरणों में कार्बनिक यौगिकों का निर्माण एक विशिष्ट और व्यापक घटना थी" (वोइटकेविच, 1988, पृष्ठ 105) .

कोई भी व्यक्ति जो जीव विज्ञान को कम से कम प्रारंभिक पाठ्यक्रम की सीमा के भीतर जानता है, कल्पना करता है कि जीवन के उद्भव के लिए निम्नलिखित आवश्यक थे:

छोटे अणुओं का विकास;

उनसे पॉलिमर का निर्माण;

उनमें उत्प्रेरक कार्यों का उद्भव;

अणुओं का स्व-संयोजन;

झिल्लियों का उद्भव और प्रीसेलुलर संगठन का निर्माण;

आनुवंशिकता के एक तंत्र का उद्भव;

कोशिका निर्माण.

यदि हम एस. लेम की ओर रुख करें, जो एक वैज्ञानिक से अधिक विज्ञान कथा लेखक के रूप में जाने जाते हैं, तो वह भी लिखते हैं: “प्राइम सेल की उपस्थिति के मार्ग पर प्रत्येक विशिष्ट चरण के कार्यान्वयन की एक निश्चित संभावना थी। उदाहरण के लिए, विद्युत निर्वहन के प्रभाव में आदिम महासागर में अमीनो एसिड का उद्भव काफी संभावित था, उनसे पेप्टाइड्स का निर्माण थोड़ा कम था, लेकिन काफी संभव भी था; लेकिन एंजाइमों का सहज संश्लेषण, इस दृष्टिकोण से, एक अति-असामान्य घटना है” (लेम, 2002, पृष्ठ 48)। और, आगे: "थर्मोडायनामिक्स अभी भी अमीनो एसिड के घोल में प्रोटीन की यादृच्छिक उपस्थिति को "निगल" सकता है, लेकिन एंजाइमों की सहज पीढ़ी अब नहीं होती है... संभावित एंजाइमों की संख्या सितारों की संख्या से अधिक है सम्पूर्ण ब्रह्मांड। यदि आदिम महासागर में प्रोटीन को एंजाइमों के सहज उद्भव के लिए इंतजार करना पड़ता, तो यह सफलतापूर्वक अनंत काल तक चल सकता था” (लेम, 2002, पृष्ठ 49)। परिणामस्वरूप, जीवन की उत्पत्ति केवल "इस साधारण तथ्य से सिद्ध होती है कि हमारा अस्तित्व है और इसलिए, हम स्वयं जैवजनन के पक्ष में एक अप्रत्यक्ष तर्क हैं" (लेम, 2002, पृष्ठ 50)।

इसी निष्कर्ष पर कोई विज्ञान कथा लेखक नहीं, बल्कि नोबेल पुरस्कार विजेता, आधुनिक आण्विक जीव विज्ञान के संस्थापकों में से एक, डीएनए की खोज के सह-लेखक - "जीवन का अणु", एफ. क्रिक, पहुंचे हैं, जो, विशेष रूप से जीवन की सहज उत्पत्ति की नगण्य संभावना पर ध्यान केंद्रित करते हुए, आगे लिखते हैं: "वह स्वयं तथ्य यह है कि हम यहां हैं इसका मतलब यह है कि जीवन वास्तव में शुरू हुआ" (क्रिक, 2002, पृष्ठ 77)।

में और। वर्नाडस्की आम तौर पर मानते हैं कि "पृथ्वी पर जीवन की शुरुआत के बारे में सभी प्रश्न, यदि कोई था, बिना विचार किए रहना चाहिए... ये प्रश्न विज्ञान में बाहर से आए, इसके बाहर उठे - मानव जाति की धार्मिक या दार्शनिक खोजों में।" हमें ज्ञात सभी, सटीक रूप से स्थापित तथ्यों में से कुछ भी नहीं बदलेगा, भले ही इन सभी समस्याओं का नकारात्मक समाधान हो, यानी, अगर हम मानते हैं कि जीवन हमेशा अस्तित्व में था और इसकी कोई शुरुआत नहीं थी, तो जीवित चीजें - एक जीवित जीव - कभी उत्पन्न नहीं हुई थी अक्रिय पदार्थ से कहीं भी और पृथ्वी के इतिहास में आम तौर पर जीवन से रहित कोई भी भूवैज्ञानिक युग नहीं है” (वर्नाडस्की, 2004, पृष्ठ 53)।

वायुमंडल में ऑक्सीजन का गंभीर स्तर

एल. बर्कनर और एल. मार्शल (1966, पेरेलमैन, 1973 में उद्धृत) के अनुसार, एबोजेनिक युग में ऑक्सीजन की मात्रा आधुनिक स्तर के 0.1% से अधिक नहीं थी। जल के प्रकाश पृथक्करण से ऑक्सीजन का निर्माण हुआ। ऐसी परिस्थितियों में जीवन केवल 12 मीटर से अधिक गहरे जलाशयों में ही विकसित हो सकता है। जब ऑक्सीजन की मात्रा वर्तमान स्तर के 1% तक पहुंच गई, तो पराबैंगनी अवशोषण की संभावना पैदा हुई। जीवन के क्षेत्र में काफी विस्तार हुआ, क्योंकि 30 सेमी पानी पराबैंगनी विकिरण को बनाए रखने के लिए पर्याप्त हो गया। यह स्तर पैलियोज़ोइक युग की शुरुआत में (लगभग 600 मिलियन वर्ष पहले) पहुँच गया था। केवल 20 मिलियन वर्षों में, कई नई प्रजातियाँ उत्पन्न हुई हैं, और वायुमंडल में ऑक्सीजन का संचय तेज हो गया है। पहले से ही 200 मिलियन वर्ष (सिलुरियन के अंत, 400-420 मिलियन वर्ष पहले) के बाद, ऑक्सीजन सामग्री आधुनिक स्तर के 10% तक पहुंच गई। ओजोन कवच इतना शक्तिशाली हो गया कि जीवन भूमि तक पहुँचने में सक्षम हो गया। इससे विकास का एक नया विस्फोट हुआ।

जीवमंडल विकास के चरण

स्तनधारियों और एंजियोस्पर्मों का साम्राज्य 60 मिलियन वर्ष पहले शुरू हुआ, यानी, जीवमंडल ने आधुनिक के करीब एक उपस्थिति हासिल कर ली। 6 मिलियन वर्ष पहले, प्राइमेट्स का एक समूह उत्पन्न हुआ जो आधुनिक मनुष्यों - होमिनिड्स के प्रत्यक्ष और तत्काल पूर्वज हैं। 600 हजार साल पहले, होमो सेपियन्स प्रकट हुए, लगभग 60 हजार साल पहले उन्होंने आग पर महारत हासिल की और इस तरह, प्रकृति से तेजी से अलग हो गए। आधुनिक सभ्यता का उद्भव लगभग 6 हजार साल पहले की अवधि से माना जा सकता है, और उत्पादन की आधुनिक पद्धति का उद्भव और आधुनिक समय की शुरुआत हुई।

6 शताब्दी पहले. पर्यावरण पर मानवजनित प्रभाव संभवतः बीसवीं सदी के मध्य तक वैश्विक स्तर पर पहुंच गया।

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प्रस्तुति, 10/01/2014 को जोड़ा गया


आवर्त सारणी में अनेक तत्वों की खोज से संबंधित रोचक तथ्यों का वर्णन। रासायनिक तत्वों के गुण, उनके नामों की उत्पत्ति। खोज का इतिहास, कुछ मामलों में तत्वों का उत्पादन, राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था में उनका महत्व, आवेदन का दायरा, सुरक्षा।

सार, 11/10/2009 जोड़ा गया


गोल्डस्मिथ के अनुसार रासायनिक तत्वों का भू-रासायनिक वर्गीकरण: साइडरोफाइल, क्लोकोफाइल, लिथोफाइल और एटमोफाइल। रासायनिक तत्वों के प्रवास के बाहरी और आंतरिक कारक। प्राकृतिक और मानव निर्मित भू-रासायनिक बाधाएँ और उनकी किस्में।

परीक्षण, 01/28/2011 जोड़ा गया


रासायनिक तत्वों और सरल पिंडों की अवधारणा, रासायनिक तत्वों के गुण। तत्वों द्वारा निर्मित यौगिकों के रासायनिक और भौतिक गुण। तत्वों के परमाणु भार और प्रणाली में उनके स्थान को व्यक्त करने वाली संख्याओं के बीच सटीक पत्राचार ढूँढना।

सार, 10/29/2009 जोड़ा गया


रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी की संरचना: इतिहास और आधुनिकता। कक्षीय क्वांटम संख्या और इलेक्ट्रॉन उपकोश के तल में इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों का संरचनात्मक संगठन। नूर्लीबाएव के सिद्धांत के उद्भव के लिए ऐतिहासिक पृष्ठभूमि।

कोर्स वर्क, 01/22/2015 जोड़ा गया


खोज का इतिहास और रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी में स्थान डी.आई. मेंडेलीव हैलोजन: फ्लोरीन, क्लोरीन, ब्रोमीन, आयोडीन और एस्टैटिन। तत्वों के रासायनिक और भौतिक गुण, उनका अनुप्रयोग। तत्वों की व्यापकता एवं सरल पदार्थों का उत्पादन।

प्रस्तुतिकरण, 03/13/2014 को जोड़ा गया


रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी. परमाणुओं और अणुओं की संरचना. समन्वय सिद्धांत के मूल प्रावधान। हैलोजन के भौतिक और रासायनिक गुण। हाइड्रोजन यौगिकों के गुणों की तुलना। पी-, एस- और डी-तत्व यौगिकों के गुणों की समीक्षा।

व्याख्यान, 06/06/2014 जोड़ा गया


आवर्त सारणी के एस-ब्लॉक के तत्वों के रासायनिक गुण। समूह IA और IIA के तत्वों के अवक्षेपण के निर्माण के तंत्र। कोशिका झिल्ली पर संभावित अंतर की उपस्थिति। सोडियम, पोटेशियम, कैल्शियम, मैग्नीशियम की इलेक्ट्रॉनिक संरचना और जैविक विरोध।

कार्ल सागन का प्रसिद्ध उद्धरण है कि हम सभी स्टारडस्ट से बने हैं। यह कथन सामान्यतः सत्य के करीब है। बिग बैंग के तुरंत बाद, ब्रह्मांड में हाइड्रोजन, हीलियम और थोड़ी मात्रा में लिथियम शामिल था। हालाँकि, ये तत्व चट्टानी ग्रहों के निर्माण के लिए उपयुक्त नहीं हैं। ब्रह्माण्ड में केवल हाइड्रोजन और हीलियम से पृथ्वी का जन्म कभी नहीं हुआ होगा।

सौभाग्य से हमारे लिए, तारों का आंतरिक भाग एक वास्तविक रासायनिक गढ़ है। संश्लेषण प्रतिक्रियाओं के दौरान इनके अंदर लौह तक के तत्व बन सकते हैं। जब कोई तारा एक लाल दानव में बदल जाता है और फिर अपने वायुमंडल की बाहरी परतों (ग्रहीय निहारिका चरण) को छोड़ देता है, तो इसकी गहराई में संश्लेषित तत्व पूरी आकाशगंगा में बिखर जाते हैं और अंततः गैस और धूल के बादलों का हिस्सा बन जाते हैं, जिससे अगली पीढ़ी के तारे बनते हैं। और ग्रहों का जन्म होता है.

लोहे से भारी कोई भी चीज़ आमतौर पर सुपरनोवा विस्फोटों या न्यूट्रॉन सितारों की टक्कर के परिणामस्वरूप संश्लेषित होती है। यह उत्तरार्द्ध है जो सोने और प्लैटिनम जैसे तत्वों की उपस्थिति का मुख्य स्रोत है।

सुपरनोवा अवशेष कैसिओपिया ए की संरचना

नीचे दिया गया इन्फोग्राफिक चंद्रा एक्स-रे टेलीस्कोप टीम द्वारा तैयार किया गया था। यह सौर मंडल में रासायनिक तत्वों की उत्पत्ति को दर्शाता है। नारंगी बड़े सितारों के विस्फोट के दौरान निर्मित तत्वों को दर्शाता है, पीला - हमारे सूर्य जैसे कम द्रव्यमान वाले सितारों की गहराई में, हरा - बिग बैंग के दौरान, नीला - सफेद बौनों (प्रकार Ia सुपरनोवा) के विस्फोट के दौरान, बैंगनी - के दौरान न्यूट्रॉन सितारों का विलय, गुलाबी - ब्रह्मांडीय किरणों के लिए, सफेद - प्रयोगशालाओं में संश्लेषित।

जहाँ तक मानव शरीर की बात है, इसका 65% द्रव्यमान ऑक्सीजन के लिए उपयोग किया जाता है। सौर मंडल में सारी ऑक्सीजन टाइप II सुपरनोवा से उत्पन्न होती है। यही बात लगभग 50% कैल्शियम और 40% आयरन पर भी लागू होती है। इसलिए, हमारे शरीर में लगभग तीन-चौथाई तत्व विशाल तारों के विस्फोट के दौरान पैदा हुए थे। 16.5% लाल दानवों द्वारा उत्सर्जित सामग्री से आता है, 1% प्रकार Ia सुपरनोवा से आता है। इस प्रकार, सागन का कथन लगभग 90% सत्य है। यह हमारे शरीर का वह भाग है जो तारकीय विकास का उत्पाद है।

भू-रसायन विज्ञान को प्रकृति में तत्वों की उत्पत्ति और वितरण से संबंधित कई प्रश्नों का उत्तर देना होगा। निम्नलिखित वर्तमान में ज्ञात है।

सबसे पहले, व्यापकता को परमाणु नाभिक की संरचना द्वारा समझाया गया है: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की छोटी और समान संख्या वाले तत्व व्यापक हैं।

दूसरे, तत्वों की स्थिरता उनके गठन की अवधि के दौरान निर्धारित की गई थी, जब पृथ्वी के पदार्थ ने विकास के तारकीय पथ को "पार" किया था। अत्यधिक उच्च तापमान (लाखों डिग्री) पर पदार्थ का अस्तित्व केवल मुक्त परमाणु कणों (पी और एन) के साथ प्लाज्मा के रूप में संभव है। परमाणु प्रतिक्रियाओं से सबसे स्थिर तत्वों का निर्माण हुआ, अर्थात्। प्रोटॉन और (या) न्यूट्रॉन की सम संख्या से मिलकर।

डी.आई. तालिका के पहले तत्वों का छोटा (कम) प्रसार मेंडेलीव ने संभवतः पृथ्वी के विकास की तारकीय अवस्था भी निर्धारित की थी। एक सिद्धांत के अनुसार, तत्वों का निर्माण तारों के विकास के साथ जुड़ा हुआ है, अर्थात। तत्वों का निर्माण कुछ ब्रह्मांडीय पिंडों - विशाल तारों - में हुआ। सभी तत्वों के निर्माण के लिए प्रारंभिक सामग्री हाइड्रोजन थी - तत्वों के प्राकृतिक संश्लेषण की परिकल्पना (बीथे चक्र)। H, He, N और C (नाइट्रोजन-कार्बन चक्र) से युक्त थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं की संभावित प्रक्रिया

इस चक्र में कार्बन और नाइट्रोजन नाभिक उत्प्रेरक हैं। इस प्रक्रिया के दौरान निकलने वाली ऊर्जा संभवतः सूर्य सहित सितारों द्वारा जारी ऊर्जा से मेल खाती है।

इसके बाद, हीलियम इस चक्र में शामिल होता है: 0 16 और Ne 20 बनते हैं; फिर, α-कणों ("α-प्रक्रिया") की भागीदारी के साथ उच्च तापमान पर, Ne 20 नाभिक से Mg 24 - Si 28 - S 32 - Cl 36 - Ca 40 - Sc 44 - Ti 48 क्रमिक रूप से बनते हैं।

ऐसी थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं सफेद बौनों पर होने की संभावना है।

"α-प्रक्रिया" के बाद, तारे का कोर फिर से सिकुड़ता है, तापमान बढ़ता है, और स्थैतिक संतुलन के वातावरण में थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं होती हैं। नाभिक Fe 56 - लौह अधिकतम - V 50 - Cr 52 - Mn 54 - Fe 56 - Co 56 - Ni 58 के आसपास समूहित होकर बनते हैं। यह एक "ई-प्रक्रिया" है जिसमें नाभिक से कणों का निष्कासन और उनका जुड़ाव दोनों लगातार होता रहता है।

60 से अधिक द्रव्यमान संख्या वाले तत्वों के संश्लेषण के लिए बहुत उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, जो तारकीय परिस्थितियों में असंभव है। भारी तत्व अलग तरीके से बनते हैं: न्यूट्रॉन के साथ साधारण बमबारी से, जो आसानी से नाभिक द्वारा पकड़ लिए जाते हैं। धीमी न्यूट्रॉन के साथ बमबारी - "एस-प्रक्रिया" - धीमी न्यूट्रॉन पर कब्जा। इस प्रकार (s-प्रक्रिया) से तत्वों का निर्माण केवल Bi 209 तक ही हो सकता है।

Bi 209 के बाद आने वाले भारी तत्व अस्थिर होते हैं और उनका संश्लेषण केवल तीव्र न्यूट्रॉन - "आर-प्रक्रिया" के साथ नाभिक पर बमबारी करके संभव है। U, Th, Np, Pu और Lr तक के तत्व बनते हैं।

अगली संभावित "पी-प्रक्रिया", जिसका प्रभाव प्रोटॉन को जोड़ना है: न्यूट्रॉन (सुपरनोवा विस्फोटों में) के कब्जे के साथ एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, दुर्लभ भारी आइसोटोप बनते हैं।

और अंत में, "एक्स-प्रक्रिया" - ड्यूटेरियम नाभिक (एच 2) ली, बीई, बी का गठन होता है।

यह ध्यान दिया गया है कि न्यूट्रॉन उत्पादन प्रक्रियाएँ लाल विशाल तारों में होती हैं।

सामान्य तौर पर, तारों को पदार्थ की एक इलेक्ट्रॉन-परमाणु अवस्था की विशेषता होती है, लेकिन पदार्थ के परमाणु घनत्व (पल्सर) के साथ एक न्यूट्रॉन अवस्था भी सैद्धांतिक रूप से संभव है। विशाल तापमान पर, प्राथमिक कणों का एक दूसरे में सामान्य परिवर्तन संभव है।

सूर्य और तारों पर मुख्य रूप से तत्वों का संश्लेषण होता है, ग्रहों पर (और पृथ्वी पर) - मुख्य रूप से क्षय होता है। ब्रह्मांड के अलग-अलग हिस्सों के बीच परमाणुओं और परिणामस्वरूप, ऊर्जा का निरंतर आदान-प्रदान होता है। ब्रह्मांड के अलग-अलग हिस्सों के बीच परमाणुओं के निरंतर पुनर्वितरण के बावजूद, सामान्य तौर पर, प्रत्येक व्यक्तिगत क्षेत्र (पृथ्वी, भूमंडल, आदि) में तत्वों का मात्रात्मक अनुपात तुलनीय रहता है।

तत्वों के क्लार्क भूवैज्ञानिक रूप से स्थिर नहीं हैं: मुख्य विशेषताएं (अर्थात, पृथ्वी की पपड़ी, चट्टानों, समुद्र में रासायनिक तत्वों की औसत सामग्री) नहीं बदली है, लेकिन व्यक्तिगत तत्वों के क्लार्क अभी भी बदलते हैं। इस प्रकार, रेडियोधर्मी क्षय के दौरान, पृथ्वी की पपड़ी में रेडियोधर्मी (यू, थ, आदि) और रेडियोजेनिक (पीबी, एआर, आदि) तत्वों की मात्रा समय के साथ बदलती रहती है। वायुमंडल में, ब्रह्मांडीय किरणों के प्रभाव में, तत्व (13 सी, 3 एच, 14 सी और अन्य रेडियोधर्मी आइसोटोप) बनते हैं। कुछ तत्व (Fe, Mg, S, आदि) उल्कापिंडों के हिस्से के रूप में पृथ्वी में प्रवेश करते हैं, विशेष रूप से पृथ्वी के जीवन के प्रारंभिक भूवैज्ञानिक काल में। लेकिन अंतरिक्ष आंशिक रूप से कुछ तत्वों H, Ne, He को भी अपने साथ ले जाता है, जो अंतर्ग्रहीय अंतरिक्ष में वाष्पित (विघटित) हो जाते हैं।

इस प्रकार, पृथ्वी के इतिहास के कई अरब वर्षों में, अलग-अलग भूमंडलों की रासायनिक संरचना बदल गई है और, जैसा कि वी.आई. ने नोट किया है। वर्नाडस्की के अनुसार, "पृथ्वी की पपड़ी दो अरब साल पहले और आधुनिक युग में रासायनिक रूप से भिन्न पिंड हैं।" यह चट्टानों के बीच के संबंध से भी प्रमाणित होता है: पृथ्वी के निर्माण के शुरुआती चरणों में, प्रमुख भूमिका प्रवाहकीय चट्टानों की थी, मुख्य रूप से मूल संरचना की, लेकिन वर्तमान में महाद्वीपों की सतह पर तलछटी चट्टानें प्रबल हैं, ग्रैनिटोइड्स कम भूमिका निभाते हैं भूमिका और बहुत कम बुनियादी प्रभाव।

ग्रहों और तारों की गति की यांत्रिकी को स्पष्ट किया गया। इस मील के पत्थर के पीछे छूट जाने के बाद, सूर्य और तारों की ऊर्जा की उत्पत्ति की मिथक-निर्माण अवधारणाओं को अब गंभीरता से नहीं लिया जा सकता है, और यह अच्छा भी लगेगा, लेकिन खगोलविदों द्वारा अध्ययन किया गया आकाश अचानक प्रश्न चिन्हों से ढक गया। अंग्रेजी खगोलशास्त्री आर्थर स्टेनली एडिंगटन (1882-1944) के शब्दों में, तारों की गहराई में जाने के लिए वैज्ञानिकों के पास केवल एक ही उपकरण था - उनके अपने मस्तिष्क की "विश्लेषणात्मक ड्रिलिंग मशीन"।

वह हीलियम और हाइड्रोजन (1920) के संलयन की थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के माध्यम से तारकीय द्रव्यमान को ऊर्जा में "पंप" करने की संभावना के विचार को सामने रखने वाले पहले व्यक्ति थे। उन्होंने लिखा: “किसी तारे के आंतरिक क्षेत्र परमाणुओं, इलेक्ट्रॉनों और ईथर तरंगों (जैसा कि वैज्ञानिक विद्युत चुम्बकीय तरंगें कहते हैं) का मिश्रण हैं। हमें इस अराजकता के नियमों को समझने में मदद के लिए परमाणु भौतिकी की नवीनतम उपलब्धियों का आह्वान करना चाहिए। हमने तारे की आंतरिक संरचना का पता लगाना शुरू किया; हमने जल्द ही खुद को परमाणु की आंतरिक संरचना की खोज में पाया। और आगे: "... परमाणु नाभिक (तत्वों का परिवर्तन) में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों की पुनर्व्यवस्था के दौरान आवश्यक ऊर्जा जारी की जा सकती है और उनके विनाश के दौरान बहुत अधिक ऊर्जा जारी की जा सकती है... सौर ताप उत्पन्न करने के लिए एक या किसी अन्य प्रक्रिया का उपयोग किया जा सकता है। ..”

आधुनिक विज्ञान तारा जीवनियों के किन चरणों के बारे में बता सकता है?

आइए तुरंत आरक्षण करें: सितारों की उत्पत्ति और विकास के बारे में मौजूदा विचारों ने, व्यापक मान्यता के बावजूद, अभी तक एक अटल सिद्धांत का अधिकार हासिल नहीं किया है। कई कठिन प्रश्न अभी भी उत्तर की प्रतीक्षा में हैं। हालाँकि, ये विचार तारकीय विकास की रूपरेखा को काफी हद तक सही ढंग से रेखांकित करते प्रतीत होते हैं। किसी तारे का अस्तित्व गैस के एक विशाल, ठंडे बादल से शुरू होता है, जिसमें मुख्य रूप से हाइड्रोजन होता है। गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में, यह धीरे-धीरे सिकुड़ता है। गैस कणों की संभावित गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा गतिज ऊर्जा में बदल जाती है, अर्थात। थर्मल, जिसका लगभग आधा हिस्सा विकिरण पर खर्च होता है। बाकी का उपयोग केंद्र - कोर में बने घने थक्के को गर्म करने के लिए किया जाता है। जब कोर में तापमान और दबाव इतना बढ़ जाता है कि थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाएं संभव हो जाती हैं, तो तारे के विकास का सबसे लंबा चरण शुरू होता है - थर्मोन्यूक्लियर। हाइड्रोजन से हीलियम के संश्लेषण के दौरान इसके मूल में जारी ऊर्जा का एक हिस्सा सभी-मर्मज्ञ न्यूट्रिनो द्वारा बाहरी अंतरिक्ष में ले जाया जाता है, और मुख्य हिस्सा γ-क्वांटा और अत्यधिक आयनित गैस के कणों द्वारा तारे की सतह पर स्थानांतरित किया जाता है। केंद्र से बहने वाली ऊर्जा का यह प्रवाह बाहरी परतों के दबाव का प्रतिरोध करता है और आगे संपीड़न को रोकता है। सूर्य से दोगुने द्रव्यमान वाले तारे की यह संतुलन अवस्था लगभग 10 अरब वर्ष तक रहती है।

कोर में अधिकांश हाइड्रोजन के जलने के बाद, संतुलन बनाए रखने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं रह गई है। तारे का "थर्मोन्यूक्लियर रिएक्टर" धीरे-धीरे एक नए मोड में बदल रहा है। तारा सिकुड़ता है, उसके केंद्र में दबाव और तापमान बढ़ता है, और लगभग 100 मिलियन डिग्री पर, हीलियम नाभिक प्रोटॉन के साथ प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करता है। भारी तत्वों को संश्लेषित किया जाता है - कार्बन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, और तारे के केंद्र से सतह तक, एक फेंके गए पत्थर से पानी में बिखरे हुए वृत्तों में से एक की तरह, एक परत चलती है जिसमें हाइड्रोजन जलता रहता है।

समय के साथ, हीलियम संसाधन भी समाप्त हो जाते हैं। तारा और भी अधिक सिकुड़ता है, इसके केंद्र में तापमान 600 मिलियन डिग्री तक बढ़ जाता है। अब प्रतिक्रियाओं में नाभिक शामिल है जेड>2. और जलती हुई हीलियम की एक परत परिधि की ओर बढ़ती है।

कदम दर कदम, नाभिक में पदार्थ आवर्त सारणी में अधिक से अधिक नई कोशिकाओं पर कब्जा कर लेता है और 4 बिलियन डिग्री पर यह अंततः परमाणु द्रव्यमान के संदर्भ में लोहे और उसके करीब के तत्वों को "प्राप्त" करता है। इन तत्वों में अधिकतम द्रव्यमान दोष होता है, अर्थात। नाभिक में बंधन ऊर्जा सबसे अधिक है, और वे "थर्मोन्यूक्लियर तारकीय रिएक्टरों" के "स्लैग" का प्रतिनिधित्व करते हैं: कोई भी परमाणु प्रतिक्रिया अब उनसे ऊर्जा निकालने में सक्षम नहीं है। और यदि ऐसा है, तो संलयन प्रतिक्रियाओं के कारण ऊर्जा का और अधिक विमोचन असंभव है - तारे की थर्मोन्यूक्लियर अवधि समाप्त हो गई है। विकास का आगे का मार्ग फिर से तारे को संपीड़ित करने वाली गुरुत्वाकर्षण शक्तियों द्वारा निर्धारित होता है। उसकी मृत्यु शुरू हो जाती है।

कोई तारा वास्तव में कैसे मरेगा यह उसके द्रव्यमान पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, दो सौर द्रव्यमान से अधिक द्रव्यमान वाले तारों का सबसे नाटकीय अंत होता है। गुरुत्वाकर्षण बल इतने शक्तिशाली हो जाते हैं कि कुचले हुए परमाणुओं के टुकड़े - इलेक्ट्रॉन और नाभिक - एक दूसरे में घुली हुई दो गैसों - इलेक्ट्रॉनिक और परमाणु - का निर्माण करते हैं। यद्यपि प्रकाश तत्वों के जलने के बाद के चरणों में ऐसे तारों के विकास के क्रम को सटीक रूप से स्थापित नहीं माना जा सकता है, फिर भी, मौजूदा सिद्धांत को अधिकांश खगोल भौतिकीविदों द्वारा स्वीकार किया जाता है। इस सिद्धांत की सफलता का श्रेय मुख्य रूप से इस तथ्य को जाता है कि रासायनिक तत्वों के निर्माण के लिए इसका प्रस्तावित तंत्र और ब्रह्मांड में तत्वों की अनुमानित प्रचुरता अवलोकन संबंधी डेटा के साथ अच्छी तरह मेल खाती है।

तो, विशाल तारे ने परमाणु ईंधन के अपने सभी भंडार समाप्त कर दिए हैं। लगातार कई अरब डिग्री तक गर्म होने पर, इसने पदार्थ के बड़े हिस्से को परमाणु राख में बदल दिया - लौह समूह के तत्व जिनका परमाणु द्रव्यमान 50 से 65 (वैनेडियम से जस्ता तक) है। तारे के और अधिक संपीड़न से गठित नाभिक की स्थिरता में व्यवधान होता है, जो ढहने लगता है। उनके टुकड़े - अल्फा कण, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन - लौह समूह के नाभिक के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और उनके साथ जुड़ते हैं। भारी तत्व बनते हैं, जो प्रतिक्रिया भी करते हैं और आवर्त सारणी की निम्नलिखित कोशिकाएँ भर जाती हैं। अत्यधिक उच्च तापमान के कारण, ये प्रक्रियाएँ बहुत तेज़ी से होती हैं - कई सहस्राब्दियों तक।

आवर्त सारणी का "भारी" क्षेत्र

लौह समूह के नाभिकों के विखंडन के दौरान, साथ ही उनके साथ नाभिकों और हल्के नाभिकों के संलयन के दौरान (आवर्त सारणी के "भारी" क्षेत्र को भरने के लिए संलयन प्रतिक्रियाओं में), ऊर्जा जारी नहीं होती है, लेकिन, इसके विपरीत, अवशोषित हो जाता है। परिणामस्वरूप, तारे का संपीड़न तेज हो रहा है। इलेक्ट्रॉन गैस अब परमाणु गैस का दबाव झेलने में सक्षम नहीं है। पतन शुरू हो जाता है - कुछ ही सेकंड के भीतर तारे का कोर एक भयावह संपीड़न से गुजरता है: तारे का खोल ढह जाता है, "अंदर की ओर विस्फोट होता है"। पदार्थ का घनत्व इतना बढ़ जाता है कि न्यूट्रिनो भी तारे से बच नहीं पाता। हालाँकि, एक शक्तिशाली न्यूट्रिनो स्ट्रीम की "कैद", जो ढहते तारे के कोर की अधिकांश ऊर्जा को अपने साथ ले जाती है, लंबे समय तक नहीं रहती है। देर-सबेर, "लॉक" न्यूट्रिनो का संवेग शेल में संचारित हो जाता है, और इसे बाहर निकाल दिया जाता है, जिससे तारे की चमक अरबों गुना बढ़ जाती है।

खगोल वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि इसी तरह सुपरनोवा विस्फोट होता है। इन घटनाओं के साथ होने वाले विशाल विस्फोट तारे के पदार्थ के एक महत्वपूर्ण हिस्से को अंतरतारकीय अंतरिक्ष में फेंक देते हैं: उसके द्रव्यमान का 90% तक।

उदाहरण के लिए, क्रैब नेबुला, सबसे चमकीले सुपरनोवा में से एक का विस्फोट और विस्तार करने वाला खोल है। इसकी चमक 1054 में हुई, जैसा कि चीनी और जापानी खगोलविदों के तारकीय इतिहास से पता चलता है, और असामान्य रूप से उज्ज्वल था: तारा 23 दिनों तक दिन के दौरान भी देखा गया था। क्रैब नेबुला की विस्तार दर के मापन से पता चला कि नौ शताब्दियों में यह अपने वर्तमान आकार तक पहुंच सकता था, यानी, उन्होंने इसके जन्म की तारीख की पुष्टि की। हालाँकि, प्रस्तुत मॉडल की शुद्धता और उस पर आधारित न्यूट्रिनो फ्लक्स की शक्ति की सैद्धांतिक भविष्यवाणियों का अधिक महत्वपूर्ण प्रमाण 23 फरवरी, 1987 को प्राप्त हुआ था। तब खगोल भौतिकीविदों ने एक न्यूट्रिनो पल्स दर्ज किया जो एक सुपरनोवा के जन्म के साथ था बड़ा मैगेलैनिक बादल.

उनमें भारी तत्वों की रेखाएँ पाई गईं, जिनके आधार पर जर्मन खगोलशास्त्री वाल्टर बाडे (1893-1960) इस निष्कर्ष पर पहुँचे कि सूर्य और अधिकांश तारे कम से कम तारकीय आबादी की दूसरी पीढ़ी का प्रतिनिधित्व करते हैं। इस दूसरी पीढ़ी के लिए सामग्री अंतरतारकीय गैस और ब्रह्मांडीय धूल थी, जिसमें उनके विस्फोटों से बिखरी पिछली पीढ़ी के सुपरनोवा की सामग्री बदल गई।

क्या तारकीय विस्फोटों में अतिभारी तत्वों के नाभिक पैदा हो सकते हैं? कई सिद्धांतकार इस संभावना को स्वीकार करते हैं।

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14.1 तत्वों के संश्लेषण के चरण

प्रकृति में विभिन्न रासायनिक तत्वों और उनके समस्थानिकों की व्यापकता को समझाने के लिए, गामो ने 1948 में हॉट यूनिवर्स मॉडल का प्रस्ताव रखा। इस मॉडल के अनुसार, सभी रासायनिक तत्वों का निर्माण बिग बैंग के समय हुआ था। हालाँकि, बाद में इस दावे का खंडन किया गया। यह सिद्ध हो चुका है कि बिग बैंग के समय केवल हल्के तत्व ही बन सकते थे और न्यूक्लियोसिंथेसिस की प्रक्रिया में भारी तत्व उत्पन्न हुए। ये प्रावधान बिग बैंग मॉडल में तैयार किए गए हैं (पैराग्राफ 15 देखें)।
बिग बैंग मॉडल के अनुसार, रासायनिक तत्वों का निर्माण ब्रह्मांड के 10 9 तापमान पर बिग बैंग के 100 सेकंड बाद प्रकाश तत्वों (एच, डी, 3 हे, 4 हे, 7 ली) के प्रारंभिक परमाणु संलयन के साथ शुरू हुआ। क।
मॉडल का प्रायोगिक आधार रेडशिफ्ट, तत्वों के प्रारंभिक संश्लेषण और ब्रह्मांडीय पृष्ठभूमि विकिरण के आधार पर देखे गए ब्रह्मांड का विस्तार है।
बिग बैंग मॉडल का सबसे बड़ा लाभ डी, हे और ली की प्रचुरता की भविष्यवाणी है, जो परिमाण के कई क्रमों में एक दूसरे से भिन्न होते हैं।
हमारी आकाशगंगा में तत्वों की प्रचुरता पर प्रायोगिक डेटा से पता चला है कि 92% हाइड्रोजन परमाणु, 8% हीलियम परमाणु और 1000 भारी नाभिकों में 1 परमाणु है, जो बिग बैंग मॉडल की भविष्यवाणियों के अनुरूप है।

14.2 परमाणु संलयन - प्रारंभिक ब्रह्मांड में प्रकाश तत्वों (एच, डी, 3 हे, 4 हे, 7 ली) का संश्लेषण।

• ब्रह्मांड के द्रव्यमान में 4 He की प्रचुरता या इसका सापेक्ष हिस्सा Y = 0.23 ± 0.02 है। बिग बैंग द्वारा उत्पादित हीलियम का कम से कम आधा हिस्सा अंतरिक्ष अंतरिक्ष में निहित है।
• मूल ड्यूटेरियम केवल तारों के अंदर मौजूद होता है और जल्दी ही 3 He में बदल जाता है।
  अवलोकन संबंधी आंकड़ों से, हाइड्रोजन के सापेक्ष ड्यूटेरियम और He की प्रचुरता पर निम्नलिखित प्रतिबंध प्राप्त होते हैं:

10 -5 ≤ डी/एच ≤ 2·10 -4 और
1.2·10 -5 ≤ 3 हे/एच ≤ 1.5·10 -4 ,

और देखा गया डी/एच अनुपात मूल मान का केवल एक अंश है: डी/एच = फू (डी/एच) प्रारंभिक। चूँकि ड्यूटेरियम जल्दी से 3 He में परिवर्तित हो जाता है, प्रचुरता के लिए निम्नलिखित अनुमान प्राप्त होता है:

[(डी + 3 हे)/एच] प्रारंभिक ≤ 10 -4।

• 7 ली की प्रचुरता को मापना कठिन है, लेकिन तारकीय वायुमंडल के अध्ययन और प्रभावी तापमान पर 7 ली की प्रचुरता की निर्भरता के डेटा का उपयोग किया जाता है। यह पता चला है कि, 5.5·10 3 K के तापमान से शुरू होकर, 7 ली की मात्रा स्थिर रहती है। 7 ली की औसत प्रचुरता का सर्वोत्तम अनुमान है:

7 ली/एच = (1.6±0.1)·10 -10।

• 9 बीई, 10 बी और 11 बी जैसे भारी तत्वों की प्रचुरता परिमाण के कई क्रमों से कम है। इस प्रकार, 9 Be/H की व्यापकता< 2.5·10 -12 .

14.3 टी पर मुख्य अनुक्रम सितारों में नाभिक संश्लेषण< 108 K

पीपी और सीएन चक्रों में मुख्य अनुक्रम सितारों में हीलियम का संश्लेषण तापमान T ~ 10 7 ÷7·10 7 K पर होता है। हाइड्रोजन को हीलियम में संसाधित किया जाता है। प्रकाश तत्वों के नाभिक दिखाई देते हैं: 2 एच, 3 हे, 7 ली, 7 बीई, 8 बीई, लेकिन उनमें से कुछ इस तथ्य के कारण हैं कि वे बाद में परमाणु प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करते हैं, और 8 बीई नाभिक इसके कारण लगभग तुरंत क्षय हो जाता है लघु जीवनकाल (~10 -16 सेकंड)

8 Be → 4 He + 4 He.

ऐसा लग रहा था कि संश्लेषण प्रक्रिया रुक गई है, लेकिनप्रकृति ने एक समाधान ढूंढ लिया है।
जब T > 7 10 7 K, हीलियम "जलता है", कार्बन नाभिक में बदल रहा है। एक ट्रिपल हीलियम प्रतिक्रिया होती है - "हीलियम फ्लैश" - 3α → 12 C, लेकिन इसका क्रॉस सेक्शन बहुत छोटा है और 12 C के गठन की प्रक्रिया दो चरणों में होती है।
8 Be और 4 He नाभिक की संलयन प्रतिक्रिया उत्तेजित अवस्था में कार्बन नाभिक 12 C* के निर्माण के साथ होती है, जो कार्बन नाभिक में 7.68 MeV के स्तर की उपस्थिति के कारण संभव है, अर्थात। प्रतिक्रिया होती है:

8 बीई + 4 हे → 12 सी* → 12 सी + γ।

12 सी परमाणु ऊर्जा स्तर (7.68 एमईवी) का अस्तित्व 8 बीई के छोटे जीवनकाल को बायपास करने में मदद करता है। 12C नाभिक में इस स्तर की उपस्थिति के कारण, ब्रेइट-विग्नर प्रतिध्वनि. 12C नाभिक ऊर्जा ΔW = ΔМ + ε के साथ उत्तेजित स्तर पर चला जाता है,
जहां εM = (M 8Be - M 4He) - M 12C = 7.4 MeV, और ε की भरपाई गतिज ऊर्जा द्वारा की जाती है।
इस प्रतिक्रिया की भविष्यवाणी खगोलभौतिकीविद् हॉयल ने की थी और फिर प्रयोगशाला में इसे पुन: प्रस्तुत किया गया। फिर प्रतिक्रियाएँ शुरू होती हैं:

12 सी + 4 हे → 16 0 + γ
16 0 + 4 हे → 20 ने + γ और इसी तरह ए ~ 20 तक।

12 सी कोर के आवश्यक स्तर ने तत्वों के थर्मोन्यूक्लियर संलयन में बाधा से गुजरना संभव बना दिया।
16O नाभिक में ऐसे ऊर्जा स्तर नहीं होते हैं और 16O बनाने की प्रतिक्रिया बहुत धीमी गति से होती है

12 सी + 4 हे → 16 0 + γ.

प्रतिक्रियाओं की इन विशेषताओं ने सबसे महत्वपूर्ण परिणामों को जन्म दिया: उनके लिए धन्यवाद, नाभिक 12 सी और 16 0 की संख्या बराबर थी, जिसने कार्बनिक अणुओं के गठन के लिए अनुकूल परिस्थितियों का निर्माण किया, अर्थात। ज़िंदगी।
12 सी के स्तर में 5% परिवर्तन से तबाही होगी - तत्वों का आगे संश्लेषण बंद हो जाएगा। लेकिन चूँकि ऐसा नहीं हुआ, इसलिए A श्रेणी वाले नाभिक बनते हैं

ए = 25÷32

इससे A का मान प्राप्त होता है

सभी Fe, Co, Cr नाभिक थर्मोन्यूक्लियर संलयन के कारण बनते हैं।

इन प्रक्रियाओं के अस्तित्व के आधार पर ब्रह्मांड में नाभिकों की प्रचुरता की गणना करना संभव है।
प्रकृति में तत्वों की प्रचुरता की जानकारी सूर्य और तारों के साथ-साथ कॉस्मिक किरणों के वर्णक्रमीय विश्लेषण से प्राप्त होती है। चित्र में. चित्र 99 ए के विभिन्न मूल्यों पर नाभिक की तीव्रता को दर्शाता है।

चावल। 99: ब्रह्माण्ड में तत्वों की प्रचुरता।

हाइड्रोजन एच ब्रह्मांड में सबसे आम तत्व है। लिथियम ली, बेरिलियम बीई और बोरान बी पड़ोसी नाभिक से परिमाण के 4 क्रम छोटे हैं और एच और हे से परिमाण के 8 क्रम छोटे हैं।
ली, बीई, बी अच्छे ईंधन हैं; वे पहले से ही टी ~ 10 7 के पर तेजी से जलते हैं।
यह समझाना अधिक कठिन है कि वे अभी भी क्यों मौजूद हैं - सबसे अधिक संभावना प्रोटोस्टार चरण में भारी नाभिक के विखंडन की प्रक्रिया के कारण है।
कॉस्मिक किरणों में कई अधिक ली, बीई और बी नाभिक होते हैं, जो अंतरतारकीय माध्यम के साथ उनकी बातचीत के दौरान भारी नाभिक के विखंडन की प्रक्रियाओं का भी परिणाम है।
12 C÷ 16 O हीलियम फ्लैश का परिणाम है और 12 C में एक गुंजयमान स्तर का अस्तित्व और 16 O में एक की अनुपस्थिति है, जिसका नाभिक भी दोगुना जादुई है। 12 सी - अर्ध-जादुई कोर।
इस प्रकार, लौह नाभिक की अधिकतम प्रचुरता 56 Fe है, और फिर इसमें तीव्र गिरावट आती है।
ए > 60 के लिए, संश्लेषण ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल है।

14.5 लोहे से भारी नाभिकों का निर्माण

A > 90 के साथ नाभिक का अंश छोटा है - हाइड्रोजन नाभिक से 10 -10। परमाणु निर्माण की प्रक्रियाएँ तारों में होने वाली पार्श्व प्रतिक्रियाओं से जुड़ी होती हैं। ऐसी दो ज्ञात प्रक्रियाएँ हैं:
एस (धीमी) - धीमी प्रक्रिया,
जी (तेज़) - तेज़ प्रक्रिया।
ये दोनों प्रक्रियाएँ जुड़ी हुई हैं न्यूट्रॉन पर कब्जावे। यह आवश्यक है कि ऐसी स्थितियाँ उत्पन्न हों जिनके तहत कई न्यूट्रॉन उत्पन्न हों। सभी दहन अभिक्रियाओं में न्यूट्रॉन उत्पन्न होते हैं।

13 सी + 4 हे → 16 0 + एन - हीलियम दहन,
12 सी + 12 सी → 23 एमजी + एन - कार्बन फ्लेयर,
16 ओ + 16 ओ → 31 एस + एन - ऑक्सीजन फ्लैश,
21 Ne + 4 He → 24 Mg + n - α-कणों के साथ प्रतिक्रिया।

परिणामस्वरूप, एक न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि जमा हो जाती है और एस- और आर-प्रक्रियाएं-न्यूट्रॉन कैप्चर-हो सकती हैं। जब न्यूट्रॉन को पकड़ लिया जाता है, तो न्यूट्रॉन-समृद्ध नाभिक बनते हैं, और फिर β क्षय होता है। यह उन्हें भारी नाभिकों में बदल देता है।