ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ ВСЕЛЕННАЯ

Закон Менделеева явился могучим помощником человека в познании природы. И в первую очередь он показал материальное единство вселенной.

Из каких химических элементов состоят различные окружающие нас тела – воздух, вода, земля, горные породы, растения и животные? Из чего состоят Солнце и звёзды?

Эти вопросы давно интересовали человека.

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

Более всего в составе земной коры (до глубины 16 километров) кислорода; он составляет около 50 процентов всего её вещества. Четвёртую часть коры земного шара занимает кремний. Около семи‑восьми процентов её вещества по весу падает на долю алюминия и около четырёх – на долю железа. Магний, кальций, калий и натрий, вместе взятые, составляют немного более 10 процентов от массы земной коры; и всего несколько процентов вещества земной коры состоит из остальных восьми десятков химических элементов. Некоторые из этих элементов, такие, как железо, олово, медь, хром, никель и другие, находятся в земле в виде рудных скоплений – рудных залежей.

Другие элементы рассеяны в земной коре.

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

«Редкими» такие элементы называют потому, что они рассеяны в земле и извлечение их из горных пород – очень трудоёмкое дело [2].

С глубиной процентное содержание химических элементов меняется. Увеличивается содержание железа и магния, уменьшается количество кислорода, натрия, калия, алюминия, кремния.

Изучением распространения и истории химических элементов в земной коре занимается особая наука – геохимия.

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

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

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

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

В прошлые века многие из учёных полагали, что тела живой и неживой природы – это несравнимые вещи. Одно дело, например, «мёртвый» камень и совсем другое – какой‑нибудь растительный или животный организм. Камень и любое другое тело неживой природы можно научиться создавать искусственным путём. Получать же искусственно вещества живой природы якобы невозможно, так как в их создании участвует особая «жизненная сила».

Такие взгляды особенно рьяно поддерживала церковь. Она видела в них подтверждение существования бестелесной, таинственной и неуловимой души.

Наука опровергла эти ненаучные взгляды. Около 130 лет назад была впервые искусственно получена мочевина – вещество, которое до того создавалось только живыми организмами.

А немного позже известный русский химик Н. Н. Зинин разработал получение из бензола основы красителей – анилина. Раньше анилин получали из природного красителя – индиго.

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

Материальное единство окружающего нас мира теперь доказано наукой. Все многочисленные тела как живой, так и неживой природы состоят из мельчайших материальных частичек – атомов различных химических элементов. Их взаимосвязь определяется великим законом природы – периодическим законом Д. И. Менделеева.

Но возникает ещё один интересный вопрос: из какого вещества, из каких элементов состоят небесные тела, звёзды и планеты? Справедлив ли закон Менделеева и для вселенной?

Современная наука даёт ответ и на этот вопрос. Да, справедлив.

Уже издавна люди наблюдали падение на землю «небесных камней» – метеоритов.

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

Многочисленные анализы метеоритов, как каменных, так и железных, показали, что вещество, попадающее к нам из глубин вселенной, состоит из тех же химических элементов, которые объединяет таблица Менделеева.

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

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

В середине прошлого века философ‑идеалист О. Конт, пытаясь доказать, что наше познание природы ограничено, приводил такой пример: человек никогда не узнает, из чего состоят звёзды и солнце, какова температура этих небесных тел и т. д. Ведь солнце и звёзды – это раскалённые небесные тела.

Рис. 3. Стеклянная призма разлагает белый свет на цветные лучи.

Если даже предположить, что в отдалённом будущем люди построят межпланетные летательные аппараты, они всё равно не смогут приблизиться к поверхности солнца и звёзд, так как температура этих небесных тел очень высока.

Наука опровергла ложные доводы этого философа.

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

Сущность этого способа, коротко говоря, состоит в следующем: белый свет, который мы наблюдаем в жизни, при определённых условиях разлагается на цветные лучи. В этом можно убедиться при помощи очень простого опыта.

Поставьте на пути луча света кусок стекла, имеющий вид клина, так называемую трёхгранную призму (рис. 3).

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

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

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

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

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

Открытие этой замечательной особенности – способности веществ давать свой, отличный от других спектр излучения, когда они находятся в состоянии раскалённых газов, и явилось основой необычайно чувствительного спектрального анализа[3]. С помощью этого способа исследования в первые же годы его применения было открыто несколько новых, ранее неизвестных химических элементов (в том числе упомянутый ранее галлий). Эти элементы встречаются только в рассеянном состоянии. Поэтому ранее они ускользали от внимания исследователя. Способ спектрального исследования тел природы позволил обнаруживать миллионные и миллиардные доли грамма вещества.

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

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

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

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

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

Спектры поглощения и помогли узнать состав небесных тел.

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

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

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

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

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

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