Геохимия, как наука

Сентябрь 9, 2022

Главная
Химия
Геохимия, как наука

Содержание

2. Учебные пособия Основные: Козлов В.Д. Введение в геохимию. Издательство ИрГТУ, 2005, 2013. Для дополнительного изучения: Сауков
3. Цели и задачи курса Дать представление:
4. Геохимия как наука В переводе с греческого термин геохимия означает науку о химии Земли. Впервые этот
5. Предпосылки возникновения Открытие периодического закона Д.И.Менделеевым; Синтез минералов и моделирование природных условий минералообразования (В.И.Вернандский, В.М.Гольдшмидт); Создание
6. Основоположники геохимии Кларк Франк Уиглсуорт (1847-1931) Американский ученый-химик, заведующий химической лаборатории геологической службы США. Первым начал
7. Основоположники геохимии Вернадский Владимир Иванович (1863-1945) Выдающийся русский ученый. Создал генетическую минералогию. Создал геохимию как науку,
8. Основоположники геохимии Ферсман Александр Евгеньевич (1883-1945) Выдающийся советский ученый. Выделил главные факторы контролирующие поведение химических элементов
9. Основоположники геохимии Гольдшмидт Виктор Мориц (1888-1947) Выдающийся норвежский ученый. Основоположник кристаллохимического и физико-химического направления в геохимии.
10. цели и задачи геохимии «…Главная задача геохимии – изучение количественного состава планеты…». Кларк Ф.У. «…Важная задача
11. Определение состава геологических оболочек Земли и слагающих ее геологических объектов. Изучение причин и закономерностей миграции атомов
12. Разделы геохимии Для изучения различных оболочек Земли и протекающих в них процессах выделяются: Атмогеохимия – изучает
13. Образование и распространенность химических элементов «…Геохимия изучает историю химических элементов – атомов в земной коре и
14. Гипотеза большого взрыва Согласно гипотезе, зарождение всей Вселенной было связано с Большим Взрывом (БВ), 12,5-14 миллиардов
15. Пылево-газовая туманность Потенциальные источники вещества для образования звездных систем
16. Вселенная Вселенная состоит из множества галактик, триллионов отдельных звезд. Первоначальный радиус Вселенной оценивается в 15 млн.
17. Строение атомных ядер Согласно современным представлениям квантовой физики атом имеет «гелиоцентрическое» строение. В центре атома расположено
18. Открытие Г. Мозли В 1913г. английский физик Г. Мозли ввел термин атомный номер химического элемента. Заряды
19. Изотопы В ядре атома протоны и нейтроны связаны соотношением: A = Z + N А –
20. Изотопы Следовательно, изотопы одного элемента, обладая одинаковыми зарядом ядра, различаются их атомными весами. 15О - 8
21. Происхождение химических элементов Во время большого взрыва были образованы только атомы водорода и гелия. Остальные элементы
22. Возможные ядерные реакции в зависимости от массы звезды (М = Звезда/Солнце) Масса звезды определяет величину гравитационных
23. Синтез дейтерия – начало термоядерных реакций Протозвезда (Т = 100 000 К) Дейтерий – изотоп водорода
24. Горение водорода Звезда (Т = 1 000 000О К) 12C+1H → 13N → 13C + e+
25. Дефект массы Реальная масса изотопов всегда несколько меньше, чем если их составлять из атомов водорода. Эта
26. Горение гелия Звезда (Т = 100 000 000О К) 34He → 12C; 12C + 4He →
27. Термоядерные реакции ответственные за образование атомов элементов
29. Скачать презентацию

Слайд 2

Учебные пособия
Основные:
Козлов В.Д. Введение в геохимию. Издательство ИрГТУ, 2005, 2013.
Для дополнительного

изучения:
Сауков А.А. Геохимия. Москва, Наука, 1975.
Барабанов В.Ф. Геохимия. Ленинград, Недра, 1985.
Перельман А.И. Геохимия. Москва, Высшая школа, 1989.
Бранлоу А.Х. Геохимия, Москва, Недра, 1984.

Слайд 3

Цели и задачи курса
Дать представление:

Слайд 4

Геохимия как наука
В переводе с греческого термин геохимия означает науку

о химии Земли. Впервые этот термин был предложен Швейцарским химиком Х.Шенбергом в 1842г.
Геохимия – наука на стыке химии и геологии. Она изучает геологические процессы на атомарном уровне. Это самостоятельная наука со своими задачами и методами исследования.
Геохимия «выросла» из генетической минералогии и как самостоятельная наука оформилась в 1 десятилетие 20-го века. Годы рождения геохимии как самостоятельной науки 1908-1911. Место рождения – кафедра минералогии Московского государственного университета.
Первый курс геохимии был прочитан А.Е. Ферсманом в 1912г для студентов народного университета им. А.Л. Шанявского.

Слайд 5

Предпосылки возникновения
Открытие периодического закона Д.И.Менделеевым;
Синтез минералов и моделирование природных

условий минералообразования (В.И.Вернандский, В.М.Гольдшмидт);
Создание генетической минералогии (В.И.Вернандский);
Открытие явления радиоактивности (супруги Кюри);
Установление химического состава земной коры (Ф.У.Кларк);
Открытие законов квантовой механики объясняющей:
строение атомов,
природу химической связи,
структуру периодической системы элементов,
свойств элементарных частиц составляющих атомы (Г.Мозли и др.);
Разработка и внедрение первых аналитических методов исследования земного вещества (В.И.Вернандский и др.).

Слайд 6

Основоположники геохимии
Кларк Франк Уиглсуорт
(1847-1931)
Американский ученый-химик, заведующий химической лаборатории геологической

службы США.
Первым начал систематическое изучение химического состава горных пород и рассчитал средний состав земной коры.
Средние концентрации элементов в земной коре названы по его имени кларками.

Слайд 7

Основоположники геохимии
Вернадский Владимир Иванович
(1863-1945)
Выдающийся русский ученый.
Создал генетическую минералогию.
Создал геохимию как

науку, сформулировал цели, задачи, определил объекты и методы исследования.
Ввел понятие о всеобщем рассеянии элементов.
Указал важный вклад биологических процессов в историю химических элементов, создал новую науку – биогеохимию.

Слайд 8

Основоположники геохимии
Ферсман Александр Евгеньевич
(1883-1945)
Выдающийся советский ученый.
Выделил главные факторы контролирующие поведение

химических элементов в природе.
Выполнил классификацию геохимических процессов.
Показал зависимость миграционной способности элементов от энергетической характеристики атомов и кристаллов.
Создал науку о геохимических методах поисков полезных ископаемых.

Слайд 9

Основоположники геохимии
Гольдшмидт Виктор Мориц
(1888-1947)
Выдающийся норвежский ученый.
Основоположник кристаллохимического и физико-химического направления

в геохимии.
Создал геохимию эндогенных процессов.
Показал значение радиусов ионов и атомов при образовании кристаллических структур.
Заложил основы геохимии минералов и сформулировал первый закон кристаллохимии.
Сформулировал правила изоморфизма.

Слайд 10

цели и задачи геохимии
«…Главная задача геохимии – изучение количественного состава планеты…».

Кларк Ф.У.
«…Важная задача геохимии – объяснить распределение химических элементов между различными минералами и горными породами исходя из кристаллохимических особенностей решеток минералов…».
Гольдшмидт В.М.
«…Геохимия научно изучает химические элементы, т.е. атомы земной коры и, насколько возможно, всей планеты. Она изучает их историю, их распределение в пространстве – времени, их генетические соотношения…»
Вернадский В.И.
«…Геохимия изучает историю химических элементов – атомов в земной коре и их поведение при различных термодинамических и физико-химических условиях природы…»
Ферсман А.Е.

Слайд 11

Определение состава геологических оболочек Земли и слагающих ее геологических объектов.
Изучение причин

и закономерностей миграции атомов в оболочках Земли.

Два главных направления в геохимии

Слайд 12

Разделы геохимии
Для изучения различных оболочек Земли и протекающих в них процессах

выделяются:
Атмогеохимия – изучает геохимию атмосферы;
Гидрогеохимия – изучает геохимию природных вод;
Лиогеохимия – изучает геохимию кристаллических оболочек Земли;
Биогеохимия – изучает геохимический эффект растений и организмов.
В свою очередь каждый из этих таксонов может быть подразделен на более мелкие такие как: геохимия океанов, геохимия подземных вод; геохимия мантии Земли; геохимия полезных ископаемых и.т.д.
В отдельную группу может быть выделена геохимия эндогенных и экзогенных процессов изучающая поведение химических элементов в различных условиях Земли, либо геохимия отдельных элементов и их групп: геохимия изотопов; геохимия галогенов; геохимия бария и.т.д.

Слайд 13

Образование и распространенность химических элементов
«…Геохимия изучает историю химических элементов –

атомов в земной коре и их поведение при различных термодинамических и физико-химических условиях природы…»
А.Е. Ферсман
«…Понять историю атомов в земной коре (и вообще на Земле и в Космосе) можно, лишь изучив свойства этих атомов, так как различные природные процессы, связанные с распределением и миграцией химических элементов в пространстве и времени являются функцией, в первую очередь, этих свойств…».
А.Е. Ферсман

Слайд 14

Гипотеза большого взрыва
Согласно гипотезе, зарождение всей Вселенной было связано с

Большим Взрывом (БВ), 12,5-14 миллиардов лет назад. Взрыв произошел в результате гравитационной концентрации всей материи Вселенной в очень небольшом объеме и ее переуплотнения до бесконечно большой плотности.
Во время большого взрыва был сгенерирован весь водород и небольшая часть гелия, которые и пошли на строительство вселенной.
Считается, что неравномерное, очаговое охлаждение расширяющейся области БВ, заполненной плазмой водорода и гелия, приводило к образованию огромных сгустков вещества, давших начало галактикам, ранним протозвездно-планетным системам и ранним звездам.

Слайд 15

Пылево-газовая туманность
Потенциальные источники вещества для образования звездных систем

Слайд 16

Вселенная
Вселенная состоит из множества галактик, триллионов отдельных звезд.
Первоначальный радиус Вселенной оценивается

в 15 млн. световых лет.
В настоящее время самые удаленные галактики находятся на расстоянии в 10 млрд. световых лет.

Слайд 17

Строение атомных ядер
Согласно современным представлениям квантовой физики атом имеет «гелиоцентрическое» строение.

В центре атома расположено положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны. Размер атома в среднем составляет 10-8 см, а размер ядра от 2 до 9*10-13 см.
Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Вместе эти элементарные частицы называются нуклонами.
Протон имеет положительный заряд. Число протонов в ядре определяет число орбитальных электронов в нейтральном атоме.
Заряд нейтрона равен нулю.
Атомные веса протона и нейтрона равны единице.

Слайд 18

Открытие Г. Мозли
В 1913г. английский физик Г. Мозли ввел термин
атомный номер

химического элемента.
Заряды ядер элементов изменяются в соответствии с их порядковым номером в периодической системе таблицы Менделеева, и атомный номер химического элемента соответствует количеству протонов (заряду) в ядре его атома.
Таким образом номер элемента в таблице Менделеева отвечает количеству протонов в ядре, величине положительного заряда ядра и количеству электронов вращающихся на его орбитах.

Слайд 19

Изотопы
В ядре атома протоны и нейтроны связаны соотношением:
A = Z

+ N
А – главное массовое число (сумма протонов и нейтронов в ядре атома).
Z – количество протонов в ядре (заряд ядра, порядковый номер элемента в таблице Менделеева).
N – количество нейтронов в ядре.
Если количество протонов (заряд ядра) для данного элемента постоянно, то количество нейтронов в ядрах одного элемента может меняться: ядра (разновидности) одного и того же элемента, различающиеся количеством нейтронов, называются изотопами.

Слайд 20

Изотопы
Следовательно, изотопы одного элемента, обладая одинаковыми зарядом ядра, различаются их атомными

весами.
15О - 8 протонов, 7 нейронов.
16О - 8 протонов, 8 нейронов.
18О - 8 протонов, 10 нейронов.
204Pb - 82 протона, 122 нейрона.
206Pb - 82 протона, 124 нейрона.
207Pb - 82 протона, 125 нейрона.
208Pb - 82 протона, 126 нейрона.
Всего в системе таблицы Менделеева известно 340 естественных изотопов, из которых 273 стабильных, а остальные – радиоактивны.

Слайд 21

Происхождение химических элементов
Во время большого взрыва были образованы только атомы

водорода и гелия. Остальные элементы таблицы Менделеева были сгенерированы из атомов водорода в результате термоядерных реакций при образовании и эволюции звезд.

Слайд 22

Возможные ядерные реакции в зависимости от массы звезды (М = Звезда/Солнце)
Масса

звезды определяет величину гравитационных сил сжатия, что определяет максимально достижимую температуру и плотность в центре звезды. Поэтому полная последовательность ядерных реакций синтеза возможна лишь в массивных звездах.

Слайд 23

Синтез дейтерия – начало термоядерных реакций
Протозвезда (Т = 100 000

К)
Дейтерий – изотоп водорода с атомной массой 2
1H + n → 2H (D) + υ
2H + 2H → 3He + n + υ (3,26 МэВ)

Слайд 24

Горение водорода
Звезда (Т = 1 000 000О К)
12C+1H → 13N →

13C + e+ + υ;
13C+1H → 14N;
14N+1H → 15O → 15N + e+ + υ;
15N+1H → 12C +4He;
41H →4He + υ

Слайд 25

Дефект массы
Реальная масса изотопов всегда несколько меньше, чем если их

составлять из атомов водорода. Эта разница носит название дефекта масс и имеет очень важное значение для объяснения устойчивости атомов и связанной с ней распространенности элементов. Устойчивость ядра связана с дефектом массы.
41H →4He + υ,
ДМ (He) = 4,0316 – 4,0026 = 0,02928. E = mc2 = 6,19*1011 ккал
ДМ – дефект массы – энергия синтеза ядра 4He из 1H, или энергия связи атомного ядра 4He.
Чем больше дефект массы при образовании атома элемента, тем устойчивее сам элемент.

Слайд 26

Горение гелия
Звезда (Т = 100 000 000О К)
34He → 12C;
12C +

4He → 16O;
16O + 4He → 20Ne
Захват 4He атомами 16O и 20Ne → 24Mg, 28Si, 32S, 36Ar, 40Ca.
Горение C, O, Si с образованием элементов вплоть до Fe.

Слайд 27

Геохимия, как наука

Содержание

Учебные пособияОсновные:Козлов В.Д. Введение в геохимию. Издательство ИрГТУ, 2005, 2013.Для дополнительного

Цели и задачи курсаДать представление:

Геохимия как наука В переводе с греческого термин геохимия означает науку

Предпосылки возникновения Открытие периодического закона Д.И.Менделеевым; Синтез минералов и моделирование природных

Основоположники геохимии Кларк Франк Уиглсуорт (1847-1931)Американский ученый-химик, заведующий химической лаборатории геологической

Основоположники геохимии Вернадский Владимир Иванович(1863-1945)Выдающийся русский ученый.Создал генетическую минералогию.Создал геохимию как

Основоположники геохимии Ферсман Александр Евгеньевич(1883-1945)Выдающийся советский ученый.Выделил главные факторы контролирующие поведение

Основоположники геохимии Гольдшмидт Виктор Мориц(1888-1947)Выдающийся норвежский ученый.Основоположник кристаллохимического и физико-химического направления

цели и задачи геохимии«…Главная задача геохимии – изучение количественного состава планеты…».

Определение состава геологических оболочек Земли и слагающих ее геологических объектов.Изучение причин

Разделы геохимииДля изучения различных оболочек Земли и протекающих в них процессах

Образование и распространенность химических элементов «…Геохимия изучает историю химических элементов –

Гипотеза большого взрыва Согласно гипотезе, зарождение всей Вселенной было связано с

Пылево-газовая туманностьПотенциальные источники вещества для образования звездных систем

ВселеннаяВселенная состоит из множества галактик, триллионов отдельных звезд.Первоначальный радиус Вселенной оценивается

Строение атомных ядерСогласно современным представлениям квантовой физики атом имеет «гелиоцентрическое» строение.

Открытие Г. МозлиВ 1913г. английский физик Г. Мозли ввел терминатомный номер

ИзотопыВ ядре атома протоны и нейтроны связаны соотношением: A = Z

ИзотопыСледовательно, изотопы одного элемента, обладая одинаковыми зарядом ядра, различаются их атомными

Происхождение химических элементов Во время большого взрыва были образованы только атомы

Возможные ядерные реакции в зависимости от массы звезды (М = Звезда/Солнце)Масса

Синтез дейтерия – начало термоядерных реакций Протозвезда (Т = 100 000

Горение водородаЗвезда (Т = 1 000 000О К)12C+1H → 13N →

Дефект массы Реальная масса изотопов всегда несколько меньше, чем если их

Горение гелияЗвезда (Т = 100 000 000О К)34He → 12C;12C +

Термоядерные реакции ответственные за образование атомов элементов

Похожие презентации