Химический состав планеты Земля

Во Вселенной господствуют два самых лёгких элемента: около 75 % массы космического вещества — водород, около 23 % — гелий. Солнце больше чем наполовину состоит из водорода. А вот Земля «собрана» совсем иначе: на ней найдено около 90 химических элементов, остальные элементы Периодической системы получены только искусственно. Масса Земли — около 6·10²¹ т. Где какие элементы находятся?

Ядро и мантия

В центре планеты — ядро. Внутреннее ядро твёрдое и состоит из железа и никеля. Температура в центре Земли по современным оценкам около 5000–6000 °C (в учебнике — 4000–5000 °C), но огромное давление не даёт металлу расплавиться. Внешнее ядро жидкое, в основном это железо.

Ядро окружает мантия — на неё приходится основная масса Земли. По современным данным, вещество мантии образовано в основном кислородом, кремнием, магнием и железом (в учебнике названы кислород, кремний и алюминий). Мантия почти вся твёрдая, но там, где давление меньше, вещество плавится и образует магму. Застывая, магма даёт магматические горные породы: излившаяся на поверхность — базальт, застывшая в глубине — гранит (в учебнике обе породы названы вулканическими).

Земная кора и литосфера

Наружная твёрдая оболочка — земная кора. Её средняя толщина около 35 км, под океанами всего 5–10 км, под горами — больше. Кора вместе с верхним слоем мантии образует литосферу.

Литосфера на 82 % по массе состоит из трёх элементов: кислорода, кремния и алюминия. Ещё около 16 % дают пять элементов: железо, кальций, натрий, калий и магний. На остальные примерно восемьдесят элементов остаётся около 2 %.

Горные породы, минералы, руды

• Минерал — однородное по составу и свойствам природное тело. Кварц — это в основном \(\mathrm{SiO_2}\) (мелкий кварц — обычный песок), галит, или каменная соль, — \(\mathrm{NaCl}\). Сейчас описано более 6000 минералов (в учебнике — около 3000), и каждый год находят новые.
• Горная порода — сочетание нескольких минералов. В граните под лупой видны зёрна полевого шпата, полупрозрачный кварц и блестящие чешуйки слюды.
• Руда — минерал или порода, из которых в промышленности получают металлы: куприт \(\mathrm{Cu_2O}\) — медная руда, магнетит \(\mathrm{Fe_3O_4}\) и гематит \(\mathrm{Fe_2O_3}\) — железные.
• Полезные ископаемые — минералы и горные породы, которые служат сырьём для промышленности.

Магматические породы образуются из магмы. Осадочные — на поверхности: ветер, вода и солнце разрушают породы, и получаются песок, галька, глина. Из остатков растений и животных образуются каменный уголь, торф, нефть, горючие сланцы, мел и известняк.

Гидросфера

Гидросфера — водная оболочка, главная её часть — Мировой океан. В морской воде растворены почти все природные элементы, даже золото. По массе в гидросфере больше всего кислорода и водорода (это сама вода), затем хлора и натрия. Средняя солёность океана — около 35 г солей в 1 л. Около 78 % солей — хлорид натрия, он даёт солёный вкус; горечь дают соединения магния.

Атмосфера

Атмосфера состоит из неметаллов. Постоянные компоненты — азот \(\mathrm{N_2}\) (около 78 % по объёму), кислород \(\mathrm{O_2}\) (около 21 %) и благородные газы (в основном аргон, около 1 %). Переменные — углекислый газ \(\mathrm{CO_2}\), водяной пар, угарный газ \(\mathrm{CO}\), оксиды азота и серы. В верхних слоях кислород есть и в виде озона \(\mathrm{O_3}\). Соединения металлов попадают в воздух только случайно — с пылью и промышленными выбросами.

Как решать задачи

1. Массовая доля элемента в минерале: \(w(\text{Э}) = \dfrac{x \cdot A_r(\text{Э})}{M_r}\cdot 100\%\), где \(x\) — число атомов элемента в формуле.
2. Массовая доля соли в растворе: \(w = \dfrac{m(\text{соли})}{m(\text{соли}) + m(\text{воды})}\). Масса 1 л воды — 1000 г.
3. Формула минерала по массовым долям: возьмите 100 г вещества, разделите массу каждого элемента на его атомную массу, найдите отношение, сведите к целым числам. Проверьте, что сумма зарядов равна нулю.
4. Масса металла из руды: масса чистого минерала \(\rightarrow n = m/M \rightarrow\) количество атомов металла по формуле \(\rightarrow m = nM\).