Материя в състояние на дисперсия
Голям информационен архив
Вещество в състояние на дисперсия
Всички форми на земно поява на химически елементи: скали и минерали, течни или полутечни магми, дисперсии, както и жива материя, се променят във връзка с различни геосфери и земни черупки и ги характеризират.
Ще се спра още веднъж на дисперсията на химичните елементи, тъй като това е форма на тяхното възникване, на която обикновено не се обръща внимание.
Въпреки че разсейването на химичните елементи е известно отдавна, значението му все още не е адекватно оценено от учените. Неговото изследване е почти девствена област на науката и е много вероятно в близко бъдеще представите ни за тази форма на намиране на атоми да се променят радикално.
В земната кора има области, където дисперсията на химичните елементи е доминиращата, най-характерната форма на присъствие на техните атоми. Във вертикалния разрез на планетата тези области включват двете горни геосфери: стратосферата, до която за първи път достигна миналата година човек - белгийският учен Пикар със своите помощници, и разположената над нея йоносфера - областта на свободните атоми, йони, електрони. Тези слоеве от изключително разредена материя - "лъчиста материя" от W. Crookes (1879) - са източници на енергия, чието проявлениеcвсяка година ни изглежда все по-значимо.
През 1932 г. в тези геосфери, с тяхната разпръсната материя, в проявите на излъчване на материални частици, дори по-малки от атоми, в по-голямата си част поне от неземен произход, пред нас се разкри източник на енергия, чието овладяване от човека е мислимо, но за което не можеше дори да се мечтае преди няколко години.
Малко отделни мислители от 19-ти век, включително Д. И. Менделеев, виждат значението на тези високи региони на планетата,изпълнен с разпръсната материя, физическият вакуум, който заема тези пространства. Тези мислители, в частност Менделеев, очакват от изследването на високите слоеве на свободната атмосфера - "метеорологичната лаборатория" - обяснение на много загадки в явленията на нашата планета, които ни заобикалят. Реалността многократно и неочаквано надхвърли и най-смелите им научни мечти.
Всичко сочи, че в това разпръскване на атоми, граничещо с космическия вакуум на просторите на планетата, ние имаме в техния чист вид онова състояние, което ни заобикаля на всяка крачка в биосферата, но което откриваме едва при внимателно научно изследване в нея. Той прониква в земната материя на биосферата, точно както прониква в "празното" пространство на газовите маси на стратосферата и отгоре.
Колко дълбоко в земната кора навлизат тези прояви?
Какво е състоянието на всички тези елементи, повече от 50 елемента, които намираме във всяка капка океанска солена вода? 30 химични елемента, открити поне във всяка частица бял мрамор от Карара, която ни изглежда химически чиста? 43 химични елемента, открити в парче медни шисти от Мансфелд в Германия? 50 химически елемента се съдържат във всяка капка изворна минерална вода Vichy във Франция?
В каква форма са "следите" - атоми - Bi, Mn, C u, Zn, които могат да бъдат установени с помощта на луминесцентни явления, както доказаха P. Lenard и W. Klatt, във всеки калциев сулфид, получен от калций от всякакви минерали и всички скали, съдържащи вар, дори ако тази вар, химически изследвана, изглеждаше чиста? И газовете на атмосферата, когато например всеки кубичен сантиметър въздух около нас съдържа атом (малко повече) тежък газ радон, който постепенно се превръща в още повечемалки частици в по-леки атоми? Какво е състоянието им?
Не знаем почти нищо за това. И все пак такива факти се натрупват от дълго време и дори да оставим настрана явленията на горните слоеве на атмосферата, мистериозните явления, които вълнуват нашето въображение, тяхното значение ни се струва огромно, както ще видим по-долу в представянето на историята на радиоактивните елементи.
В края на XVIIIв. в Париж G. Ruelle и J. D'Arsay старши доказаха дисперсията на златото, предвидена от по-стари химици, като шведа W. Jerne, "последният скалд", в края на 17-ти и началото на 18-ти век. Тази идея се роди под влиянието на упоритата експериментална работа на алхимиците. Г. Дейви в началото на 19 век. посочи общата дисперсия на натрий. Забелязано, но неразбрано от Г. Талбот, то окончателно е установено, точно както разсейването на литий и калций (през 1859 г.), в резултат на основните експерименти на Г. Кирхоф и Р. Бунзен.
Вече посочих, че по това време дисперсията на йод от Шатин е била доказана, но не е призната. Редица подобни данни вече могат да бъдат намерени в архивите на науката, например за платината.
В много случаи такова разсейване несъмнено може да се обясни с наличието на чисто механични примеси. Но мащабът на явлението ни принуждава да признаем съществуването на незабележим преход между механичен прах, съдържащ например натрий, и неговото атомно разсейване. И. Форххамер в средата на миналия век отбеляза същите явления за химичните елементи на морската вода.
След големите открития на XIX век. - спектроскопия, светлинен фосфор, йони на разредени газове и особено явлението радиоактивност - разсейването на елементите придоби напълно неочаквано значение през нашия век, не само беше често срещано явление, но трябва да се счита за характерно свойство на материята на нашата планета.
Не мога да го оставябез внимание в геохимията, дори ако все още не можем да дадем точно обяснение на тези явления. Ние знаем, че те съществуват.
В нашите анализи това състояние на разсейване на атомите се разкрива чрез тяхното присъствие „в следи“, в дробни части от тегловния процент. За различни елементи тези данни варират между 10 -1% (J, Li?) и 10 -18% (радон в морска вода). Значението на тези незначителни концентрации обаче може да се изрази в по-разбираема за нашето въображение форма и малките числа - следи - се превръщат в огромни количества.
Можете да преобразувате тегловни проценти - незначителни части от анализите - в броя на атомите, съдържащи се в 1 cm 3. В този случай в 1 cm 3 морска вода например има 2,8 × 10 7 атома радий със съдържание 10 -13 тегловни процента от този елемент. В други случаи броят на атомите на един елемент в състояние на дисперсия в 1 cm 3 от известно вещество може да достигне 10 20 -10 22 хексалона и повече индивида - брой, който нашето въображение не може да си представи реалистично поради неговата значимост. Най-малкото разсейване, което измерваме (с изключение на радона и неговите изотопи), съответства на съдържанието на милиони и десетки милиони атоми в кубичен сантиметър земна материя.
Изчезва впечатлението за незначителността на разпиляването в реалността; то се заменя с противоположното: впечатление за грандиозност. Това е ярък пример за условността на понятията голямо и малко.
В газообразни и течни среди този огромен брой разпръснати атоми е в непрекъснато движение със скорости, които също надхвърлят нашето въображение.
Това движение определя ефектите, произведени от тях, тяхната „работа“, която може да се прояви в геохимични явления, тяхното ефективно значение.
Виждаме го в земния регион, където те са сегакралството е на границата на планетата.
В газовете и течностите техните атоми рядко се сблъскват и тяхната химическа молекула не може да се появи в обичайната за нас форма. Техният ефект се свързва главно с електрическите полета, които причиняват (в газовете) и ефекта върху частични, космени и колоидни сили в естествени течни маси. Разпръснатите радонови атоми създават мощни електрически полета в тропосферата над сушата.
В твърди вещества, кристали и аморфни те не участват в структурата на кристалната решетка (за аморфни - в структурата на мицелите). Според съвременните ни представи те, оставайки извън решетката по време на кристализация, са в произволно движение и не могат да ни създадат впечатление за химични съединения, да проявяват химични свойства, тъй като не ни дават нито онези сблъсъци, които дават газообразни и течни тела, нито онези статични системи, които съответстват на твърди съединения.
Що се отнася до материята на земната кора, въпросът се усложнява допълнително от факта, че не е ясно каква част от разпръснатите атоми влизат в пространствените решетки на твърдото тяло.
Факт е, че твърдите земни тела - несъмнено в биосферата и в стратисферата, а с голяма вероятност и по-дълбоко - са изцяло покрити от невидима гъбеста мрежа от космати пространства, проникващи в цялата твърда материя, изпълнена с водни разтвори. Много е вероятно разсейващите се атоми да са концентрирани в тази гъбеста водниста космата маса, обхващаща цялата твърда земна материя, без да навлизат в пространството, заето от кристалната решетка. Ще се срещнем с това явление още по-надолу, когато представям разсейването на радиоактивни елементи.
Бъдещето ще трябва да открие точно състоянието и движението на атомите в такова състояние на дисперсия. Очевидно тук имаме работа с прояви на свободно движещи се атоми, които не са свързанив молекули, чиито заряди се променят и които понякога (или винаги?) са в етапи на промяна (в някои случаи привиден разпад). Енергията на елементите в състояние на дисперсия е атомна енергия.
Вернадски, В.И. Биосфера / V.I. Вернадски. - М .: Мисъл, 1967. - 374 с.