Речовина у стані розсіювання

Великий інформаційний архів

Усі форми земного знаходження хімічних елементів: гірські породи і мінерали, рідкі чи напіврідкі магми, розсіювання, як і живе речовина, змінюються у зв'язку з різними геосферами і земними оболонками та його характеризують.

Я зупинюся ще раз на розсіянні хімічних елементів, тому що це форма їхнього знаходження, на яку зазвичай не звертають уваги.

Розсіяння хімічних елементів хоч і давно було відоме, але значення його недостатньо оцінене вченими досі. Його вивчення — майже незаймана сфера науки, і дуже ймовірно, що в майбутньому наші ідеї про цю форму знаходження атомів докорінно зміняться.

У земній корі є області, де розсіювання хімічних елементів панує, найбільш характерною формою знаходження їх атомів. У вертикальному розрізі планети до таких областей відносяться дві верхні геосфери: стратосфера, якої минулого року вперше досягла людина — бельгійський учений Піккар зі своїми помічниками, і вище за її іоносферу — область вільних атомів, іонів, електронів. Ці верстви надзвичайно розрідженої матерії — «променистої матерії» В. Крукса (1879) — є джерелами енергії, прояв якої з кожним роком видається нам дедалі значнішим.

У 1932 р. перед нами відкрився в цих геосферах, з їх розсіяною речовиною, у проявах випромінювань матеріальних, ще менших, ніж атоми, частинок, більшою принаймні частини неземного походження, - таке джерело енергії, оволодіння якою людиною мислимо, але про якому не можна було навіть мріяти кілька років тому.

Деякі окремі мислителі ХІХ ст., зокрема Д. І. Менделєєв, прозрівали значення цих високих областей планети,заповнених розсіяною матерією, фізичного вакууму, що займає ці простори. Ці мислителі, Менделєєв зокрема, очікували вивчення високих верств вільної атмосфери — «лабораторії погоди» — пояснення багатьох загадок у явищах нашої планети, оточуючих нас. Дійсність багаторазово і несподівано перевищувала найсміливіші їхні наукові мрії.

Все вказує на те, що в цьому розсіянні атомів, прикордонних з космічним вакуумом просторів планети, ми маємо в чистому вигляді той стан, який оточує нас на кожному кроці в біосфері, але який ми тільки пильним науковим вивченням в ній відкриваємо. Воно проникає земну матерію біосфери, як і воно проникає «порожній» простір газових мас стратосфери і вище.

Як глибоко усередину земної кори йдуть ці прояви?

У якому стані перебувають усі ці елементи, більше 50 елементів, які ми виявляємо в кожній краплі солоної води океану? 30 хімічних елементів, щонайменше, що знаходяться в кожній частинці білого каррарського мармуру, який нам здається хімічно чистим? 43 хімічні елементи, що відкриваються в шматку мансфельдського медистого сланцю в Німеччині? 50 хімічних елементів, що містяться у кожній краплі мінеральної води джерела Віші у Франції?

У якому вигляді знаходяться «сліди» — атоми — Bi , М n , С u , Zn , які можуть бути констатовані за допомогою явищ люмінесценції, як це довели П. Ленард та В. Клатт, у кожному сірчистому кальції, приготовленому з кальцію будь-яких мінералів і всіх гірських порід, що містять вапно, навіть якби це вапно, хімічно досліджене, уявлялося чистим? І гази атмосфери, коли, наприклад, кожен кубічний сантиметр повітря, що нас оточує, містить атом (трохи більше) важкого газу радону, що неухильно перетворюється на ще більше.дрібні частинки, більш легкі атоми? Який їхній стан?

Ми майже нічого про це не знаємо. І, однак, давно вже скупчуються подібні факти, і, навіть залишаючи осторонь явища верхніх шарів атмосфери, явища загадкові, що хвилюють нашу уяву, їхнє значення нам здається величезним, як ми побачимо нижче у викладі історії радіоактивних елементів.

Наприкінці XVIII ст. в Парижі Г. Руелль і Ж. Д'Арсе-старший довели розсіювання золота, передбачене старовиннішими хіміками, як, наприклад, шведом У. Йерне, «останнім скальдом», наприкінці XVII і на початку XVIII ст. Ця ідея зародилася під впливом наполегливої експериментальної роботи алхіміків. Г. Деві на початку ХІХ ст. вказав на загальне розсіювання натрію. Помічене, але незрозуміле Г. Тальботом, воно було остаточно встановлено, так само як розсіювання літію та кальцію (1859 р.) в результаті основних дослідів Г. Кірхгофа та Р. Бунзена.

Я вказував уже, що на той час було доведено, але не визнано розсіяння йоду Шатеном. Ряд аналогічних даних може бути знайдено в архіві науки, наприклад для платини.

У багатьох випадках таке розсіювання, безперечно, могло б бути пояснено присутністю домішок суто механічних. Але масштаб явища змушує визнати існування непомітного переходу між механічним пилом, що містить, наприклад, натрій, та його атомним розсіюванням. І. Форхгаммер у середині минулого століття відзначив ті самі явища для хімічних елементів морської води.

Після великих відкриттів ХІХ ст. — спектроскопії, «фосфорів, що світяться», іонів розріджених газів і особливо явищ радіоактивності — розсіювання елементів набуло в нашому столітті абсолютно несподіваного значення, не тільки стало звичайним явищем, але повинно вважатися характерною властивістю речовини нашої планети.

Неможливо залишати йогопоза увагою у геохімії, навіть якщо ми досі не можемо дати точного пояснення цих явищ. Ми знаємо, що вони справді існують.

У наших аналізах цей стан розсіювання атомів виявляється присутністю їх «у слідах», у дробових частках вагових відсотків. Для різних елементів ці дані коливаються між 10-1% (J, Li?) і 10-18% (радон у морській воді). Значення цих незначних концентрацій, проте, можна виразити у більш зрозумілою нашої уяви формі, причому малі числа — сліди — стають величезними кількостями.

Можна перекласти вагові відсоткові кількості — нікчемні дроби аналізів — до кількості атомів, що містяться в 1 см 3 . У такому випадку в 1 см 3 морської води, наприклад, знаходиться 2,8 10 7 атомів радію при вмісті в 10 -13 вагових відсотків цього елемента. В інших випадках число атомів елемента, що знаходиться в стані розсіювання, в 1 см 3 відомої речовини може досягати 10 20 -10 22 гексальйонів і більше індивідів - число, реально уявити яке через його значущість не може наша уява. Найменше розсіювання, яке ми міряємо (за винятком радону та його ізотопів), відповідає змісту мільйонів і десятків мільйонів атомів у кубічному сантиметрі земної матерії.

Враження про нікчемність розсіювання насправді зникає; воно замінюється зворотним: враженням грандіозності. Це яскравий приклад умовності понять великого малого.

У газоподібних і рідких середовищах ця велика кількість розсіяних атомів перебуває у безперервному русі зі швидкостями, і навіть перевищують нашу уяву.

Цей рух обумовлює вироблені ними ефекти, ту їхню «роботу», яка може виявлятися в геохімічних явищах, їхнє дієве значення.

Його ми бачимо в земній області, де їх заразцарство - на межі планети.

У газах та рідинах їх атоми рідко стикаються, і хімічна молекула їх не може виявлятися у тій формі, яка для нас звичайна. Їх ефект головним чином пов'язаний з електричними полями (в газах), що викликаються ними, і впливом на часткові, волосні і колоїдальні сили в природних рідких масах. Розсіяні атоми радону утворюють потужні електричні поля тропосфери над сушею.

У твердих тілах, кристалах і аморфних, вони не беруть участь у будові кристалічних ґрат (для аморфних - у будові міцел). За нашими сучасними уявленнями, вони, залишившись поза ґратами при кристалізації, перебувають у безладному русі і не можуть давати нам враження хімічних сполук, виявляти хімічні властивості, тому що не дають ні тих зіткнень, які дають газові та рідкі тіла, ні тих статичних систем, які відповідають твердим сполукам.

Для речовини земної кори питання ускладнюється тим, що незрозуміло, яка частина розсіяних атомів входить у просторові решітки твердого тіла.

Справа в тому, що тверді земні тіла - безсумнівно в біосфері і в стратисфері і з великою ймовірністю і глибше - охоплені суцільно незримою губчастою сіткою волосяних просторів, що проникають усю тверду речовину, заповнених водними розчинами. Цілком імовірно, що в цій волосинній водній губчастій масі, що охоплює всю тверду земну речовину, зосереджуються атоми розсіювання, не входячи в простір, зайнятий кристалічною решіткою. Ми зустрінемося ще нижче з цим явищем, коли я викладатиму розсіювання радіоактивних елементів.

Майбутнє має точно з'ясувати стан і рух атомів, що знаходяться в такому стані розсіювання. Очевидно, ми маємо тут справу з проявами вільних атомів, що рухаються, не з'єднаниху молекули, заряди яких змінюються і котрі іноді (чи завжди?) перебувають у стадіях зміни (у деяких випадках явного розпаду). Енергія елементів у стані розсіювання є атомна енергія.

Вернадський, В.І. Біосфера/В.І. Вернадський. - М.: Думка, 1967. - 374 с.