2.1.4. Літосфера

Літосфера в системі біосфери (поряд з атмосферою та гідросферою) є третьою сферою, її твердю, «домівкою» живих організмів, з якої вони беруть «елементи життя», народжуючись, і на яку перетворюються, вмираючи й повертаючи все, що було взято. Отже, доречно коротко розглянути саме «елементи життя», первинні «цеглинки», що являють собою відомі нам хімічні елементи. Якщо енергія — це рушійна сила організмів, то хімічні елементи — це матеріальна субстанція, незмінна основа їх будови, дихання, харчування й продуктів обміну. Абіотичне середовище організмів сформовано з різноманітних сполук хімічних елементів, що й визначає його фізичні, хімічні та інші властивості.

Зрозуміло, чому людину завжди цікавило саме те, що є «цеглинками» життя. Цікаві здогадки щодо цього знаходимо ще у стародавніх грецьких філософів: «У цьому світі немає нічого, крім атомів» (Демокріт). Минуло понад дві тисячі років, поки ця думка знайшла наукове підтвердження.

Спинімося на історії пізнання хімічних елементів, на їхньому походженні й поширенні як у біосфері, так і за її межами. Стосовно цього наш співвітчизник, видатний учений М. О. Умов стверджував, що великої мети пізнання природи не можна досягти без розуміння Всесвіту.

Хімічні елементи — матеріальна субстанція Всесвіту й живих організмів.

У передмові до своєї книжки «Виникнення світів» [8, 11] професор Вищої школи у Стокгольмі Сванте Арреніус на початку минулого сторіччя писав: «Проблема розвитку світу … завжди збуджувала особливий інтерес у мислячої частини людства». Споді­ваємося, що, вивчаючи наш предмет, ми підтверджуємо його думку.

Отже, від думки стародавніх філософів, наведеної вище, до сучасної системи елементів наука у принципі не змінила поглядів на атом як на першооснову матеріального світу, але в його пізнанні тільки в останні триста років сталися колосальні зміни. 1784 р. відомий французький хімік Антуан Лоран Лавуазьє всі відомі речовини вперше поділив на два класи: елементарні (речовини, що не розкладаються на якісь простіші) і складні, утворені з елементарних речовин. Пізніше, на початку ХХ ст., після доведення, що атом побудовано як систему з ядра (протонів і нейтронів) і електронів, справедливість такого визначення елементарних речовин і сполук стала очевидною.

Речовини, що складаються з атомів, ядра котрих мають однаковий (позитивний) заряд, називають елементами.

Носіями заряду ядра є протони . Отже елемент — це сукуп­ність усіх ізотопів з однаковою кількістю протонів ядра. Нагадаємо, що конкретний елемент, атоми якого мають тільки певну кіль­кість протонів ядра, може мати різну кількість нейтронів, з
яких кожний за масою дорівнює масі протону, але є нейтральним. Такі атоми одного елемента звуться ізотопами. Наприклад, водень , дейтерій , тритій  — це той самий елемент — водень, ядро якого містить тільки один протон, але дейтерій і тритій містять в ядрі поряд з протоном відповідно ще один і два нейтрони. Інші приклади ізотопів, це, як ми вже вказували, ізотопи вуглецю  урану  тощо. Кількість нейтронів у ядрі легко визначити, віднявши від числа, що позначає суму протонів і електронів (угорі), кількість протонів (унизу), що дорівнює номеру елемента у періодичній системі. Наприклад, в урані  кількість нейтронів дорівнює 235 – 92 = 143.

Сучасному уявленню про систему елементів, відому сьогодні як Періодичний закон, передувала ціла епоха наукових здогадок і гіпотез. Наведемо деякі з них, оскільки тривалий час у вітчизняних підручниках історія цього наукового пошуку плеяди світових учених викладалася не достатньо коректно.

Першим звернув увагу на кореляцію атомних мас (у ті часи користувалися терміном «атомна вага») із властивостями елементів німецький хімік Іоганн Вольфганг Деберейнер ще 1817 р., майже за півстоліття до перших спроб побудови періодичної системи елементів. У 1829 р. він виклав свої спостереження, відомі під назвою тріади Деберейнера [163, Т. 2, 8]. Суть цих спостережень полягала в тому, що елементи в тріадах, розміщені в порядку підвищення атомної маси, мали схожі фізичні й хімічні властивості, атомна маса середнього елемента була близькою до півсуми двох крайніх (табл. 22).

Вочевидь, ця ідея прислужилася його послідовникам, серед них і Д. І. Менделєєву, коли він залишав вільне місце в таблиці своєї періодичної системи для ще невідомих на той час елементів.

З 1850 року було зроблено кілька спроб згрупувати всі відомі елементи у тріади та знайти числові співвідношення між їхньою атомною вагою.

Таблиця 22

ТРІАДИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ДЕБЕРЕЙНЕРА (1829)

1864 р. англійський хімік Джон Ньюлендс звернув увагу на те, що кожний восьмий елемент, починаючи від довільно вибраного в ряду елементів, розміщених у порядку збільшення атомної ваги, за своїми властивостями подібний до першого, як восьма нота у музичній октаві. Справді, несподівана й цікава аналогія!

Ньюлендс назвав цю закономірність законом октав. У 1865 р. він розмістив елементи в таблиці в порядку збільшення «атомних номерів», тобто атомної ваги (табл. 23).

Таблиця 23

ОКТАВИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НЬЮЛЕНДСА (1864 р.)

Зверніть увагу на ідею побудови таблиці Ньюлендса та її сучасний вигляд: та сама октава — вісім груп, і навіть перший елемент — водень, як і в таблиці Ньюлендса.

Але подальші намагання вдосконалити систему за «законом октав» не мали успіху оскільки розміщення в одній групі (по вертикалі) фосфору й марганцю, сірки й заліза не узгоджувалося з принципом подібності їхніх хімічних властивостей. Цього було достатньо, щоб амбіційні вчені засідання Лондонського хімічного товариства відкинули навіть саму ідею побудови такої таблиці, саркастично запитуючи його, чи не спробував би він розмістити елементи в алфавітному порядку? На жаль, такі випадки в історії розвитку науки не поодинокі. Може, так сталося ще й тому, що Джон Ньюлендс був молодою людиною та займав дрібну посаду звичайного хіміка-аналітика на цукровому заводі.

Саме висвітленню такої проблеми — холістичного вивчення предмету посібника — присвячено цей розділ. Концептуально холістичний підхід базується на ідеях взаємовпливу природних і технологічних систем промислової економіки, започаткованих нашими співвітчизниками Андрієм Подолинським, Володимиром Вернадським і розвинених сучасним видатним американським екологом Юдженом Одумом.

Усвідомлюючи можливі утруднення сприйняття деяких термінів і понять, вважаю за доцільне викладати їхню суть (дефініції) надалі в контексті предмета, що буде розглядатися.

Літосфера в системі біосфери (поряд з атмосферою та гідросферою) є третьою сферою, її твердю, «домівкою» живих організмів, з якої вони беруть «елементи життя», народжуючись, і на яку перетворюються, вмираючи й повертаючи все, що було взято. Отже, доречно коротко розглянути саме «елементи життя», первинні «цеглинки», що являють собою відомі нам хімічні елементи. Якщо енергія — це рушійна сила організмів, то хімічні елементи — це матеріальна субстанція, незмінна основа їх будови, дихання, харчування й продуктів обміну. Абіотичне середовище організмів сформовано з різноманітних сполук хімічних елементів, що й визначає його фізичні, хімічні та інші властивості.

Зрозуміло, чому людину завжди цікавило саме те, що є «цеглинками» життя. Цікаві здогадки щодо цього знаходимо ще у стародавніх грецьких філософів: «У цьому світі немає нічого, крім атомів» (Демокріт). Минуло понад дві тисячі років, поки ця думка знайшла наукове підтвердження.

Спинімося на історії пізнання хімічних елементів, на їхньому походженні й поширенні як у біосфері, так і за її межами. Стосовно цього наш співвітчизник, видатний учений М. О. Умов стверджував, що великої мети пізнання природи не можна досягти без розуміння Всесвіту.

Хімічні елементи — матеріальна субстанція Всесвіту й живих організмів.

У передмові до своєї книжки «Виникнення світів» [8, 11] професор Вищої школи у Стокгольмі Сванте Арреніус на початку минулого сторіччя писав: «Проблема розвитку світу … завжди збуджувала особливий інтерес у мислячої частини людства». Споді­ваємося, що, вивчаючи наш предмет, ми підтверджуємо його думку.

Отже, від думки стародавніх філософів, наведеної вище, до сучасної системи елементів наука у принципі не змінила поглядів на атом як на першооснову матеріального світу, але в його пізнанні тільки в останні триста років сталися колосальні зміни. 1784 р. відомий французький хімік Антуан Лоран Лавуазьє всі відомі речовини вперше поділив на два класи: елементарні (речовини, що не розкладаються на якісь простіші) і складні, утворені з елементарних речовин. Пізніше, на початку ХХ ст., після доведення, що атом побудовано як систему з ядра (протонів і нейтронів) і електронів, справедливість такого визначення елементарних речовин і сполук стала очевидною.

Речовини, що складаються з атомів, ядра котрих мають однаковий (позитивний) заряд, називають елементами.

Носіями заряду ядра є протони . Отже елемент — це сукуп­ність усіх ізотопів з однаковою кількістю протонів ядра. Нагадаємо, що конкретний елемент, атоми якого мають тільки певну кіль­кість протонів ядра, може мати різну кількість нейтронів, з
яких кожний за масою дорівнює масі протону, але є нейтральним. Такі атоми одного елемента звуться ізотопами. Наприклад, водень , дейтерій , тритій  — це той самий елемент — водень, ядро якого містить тільки один протон, але дейтерій і тритій містять в ядрі поряд з протоном відповідно ще один і два нейтрони. Інші приклади ізотопів, це, як ми вже вказували, ізотопи вуглецю  урану  тощо. Кількість нейтронів у ядрі легко визначити, віднявши від числа, що позначає суму протонів і електронів (угорі), кількість протонів (унизу), що дорівнює номеру елемента у періодичній системі. Наприклад, в урані  кількість нейтронів дорівнює 235 – 92 = 143.

Сучасному уявленню про систему елементів, відому сьогодні як Періодичний закон, передувала ціла епоха наукових здогадок і гіпотез. Наведемо деякі з них, оскільки тривалий час у вітчизняних підручниках історія цього наукового пошуку плеяди світових учених викладалася не достатньо коректно.

Першим звернув увагу на кореляцію атомних мас (у ті часи користувалися терміном «атомна вага») із властивостями елементів німецький хімік Іоганн Вольфганг Деберейнер ще 1817 р., майже за півстоліття до перших спроб побудови періодичної системи елементів. У 1829 р. він виклав свої спостереження, відомі під назвою тріади Деберейнера [163, Т. 2, 8]. Суть цих спостережень полягала в тому, що елементи в тріадах, розміщені в порядку підвищення атомної маси, мали схожі фізичні й хімічні властивості, атомна маса середнього елемента була близькою до півсуми двох крайніх (табл. 22).

Вочевидь, ця ідея прислужилася його послідовникам, серед них і Д. І. Менделєєву, коли він залишав вільне місце в таблиці своєї періодичної системи для ще невідомих на той час елементів.

З 1850 року було зроблено кілька спроб згрупувати всі відомі елементи у тріади та знайти числові співвідношення між їхньою атомною вагою.

Таблиця 22

ТРІАДИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ДЕБЕРЕЙНЕРА (1829)

1864 р. англійський хімік Джон Ньюлендс звернув увагу на те, що кожний восьмий елемент, починаючи від довільно вибраного в ряду елементів, розміщених у порядку збільшення атомної ваги, за своїми властивостями подібний до першого, як восьма нота у музичній октаві. Справді, несподівана й цікава аналогія!

Ньюлендс назвав цю закономірність законом октав. У 1865 р. він розмістив елементи в таблиці в порядку збільшення «атомних номерів», тобто атомної ваги (табл. 23).

Таблиця 23

ОКТАВИ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НЬЮЛЕНДСА (1864 р.)

Зверніть увагу на ідею побудови таблиці Ньюлендса та її сучасний вигляд: та сама октава — вісім груп, і навіть перший елемент — водень, як і в таблиці Ньюлендса.

Але подальші намагання вдосконалити систему за «законом октав» не мали успіху оскільки розміщення в одній групі (по вертикалі) фосфору й марганцю, сірки й заліза не узгоджувалося з принципом подібності їхніх хімічних властивостей. Цього було достатньо, щоб амбіційні вчені засідання Лондонського хімічного товариства відкинули навіть саму ідею побудови такої таблиці, саркастично запитуючи його, чи не спробував би він розмістити елементи в алфавітному порядку? На жаль, такі випадки в історії розвитку науки не поодинокі. Може, так сталося ще й тому, що Джон Ньюлендс був молодою людиною та займав дрібну посаду звичайного хіміка-аналітика на цукровому заводі.

Саме висвітленню такої проблеми — холістичного вивчення предмету посібника — присвячено цей розділ. Концептуально холістичний підхід базується на ідеях взаємовпливу природних і технологічних систем промислової економіки, започаткованих нашими співвітчизниками Андрієм Подолинським, Володимиром Вернадським і розвинених сучасним видатним американським екологом Юдженом Одумом.

Усвідомлюючи можливі утруднення сприйняття деяких термінів і понять, вважаю за доцільне викладати їхню суть (дефініції) надалі в контексті предмета, що буде розглядатися.