Химические преобразования вещества 2 страница

В чистом виде перечисленные типы связей проявляются редко. В большинстве соединений имеет место наложение разных типов связей. При этом любая химическая связь образуется только тогда, когда сближение атомов приводит к уменьшению полной энергии системы.

Среди способов, которыми соединяются атомы друг с другом, стоит подробнее рассмотреть ковалентную связь, т.е. образование общих электронных пар между атомами различных химических элементов, причем здесь главную роль играют валентные электроны, расположенные на внешней оболочке и связанные с ядром атома. Если у атома на внешней оболочке восемь электронов, она называется завершенной. Атомы, имеющие такое строение, обладают большой устойчивостью например, атомы инертных газов Ne, Ar и др.). Внешние оболочки атомов других элементов являются незавершенным и; они завершаются в процессе химических реакций.

Выделяют неполярную и полярную ковалентные связи. H e -полярная ковалентная связь существует в самой простой молекуле - молекуле водорода Н₂, состоящей всего из двух атомов водорода. В образовании молекулы участвуют два атома водорода, в каждом из которых на внешней оболочке вращается один электрон. При сближении атомов перекрываются электронные орбитали (рис.7.2, а) и образуется общая пара электронов

H∙+∙H → H∙ ∙H

Каждый из атомов водорода завершает свой внешний уровень (оболочку), образуя при этом устойчивый дуплет электронов. Общая пара электронов, в равной степени принадлежащая каждому из атомов водорода, и есть химическая связь между атомами; поскольку она одна, валентность атома водорода равна единице:

Н—Н

При образовании молекулы азота также происходит возникновение общих электронных пар между атомами элементов. У атома азота на внешнем уровне (оболочке) содержатся пять электронов. Два электрона образуют пару, а три не имеют пары и стремятся ее приобрести. При сближении двух атомов азота образуются три общие электронные пары, следовательно, атом азота трехвалентен:

Теперь каждый из атомов азота имеет по восемь электронов на внешнем уровне (оболочке), т.е. оболочка завершена и устойчива.

Примером полярной ковалентной связи служит связь в молекуле воды t^O. Если при образовании молекул водорода и азота атомы в молекулах одинаковы и общая электронная пара в равной степени принадлежит каждому из атомов, то в ситуациях, когда атомы неметаллов различны, общая электронная пара будет оттянута к атому того элемента, который сильнее притягивает и удерживает электроны. Так, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

 

На внешнем уровне (оболочке) атома водорода содержится один электрон, а у атома кислорода - шесть электронов. При сближении атомов кислорода и водорода образуется устойчивая оболочка из восьми электронов у атома кислорода (два не имеющих пары электрона приобретают ее у атома водорода):

На внешнем уровне у атома водорода не остается электронов. До образования молекулы воды электронные облака внешнего слоя (оболочки) атома кислорода находились под углом 90°; в молекуле воды из-за взаимного отталкивания атомов водорода угол связи увеличивается до 104,5° (рис. 7.2, б).

В молекуле аммиака NH₃ атом азота имеет пять электронов, из которых два составляют пару; остальные три электрона образуют пары с тремя электронами водорода (рис. 7.2, в):

Атом углерода особенно приспособлен к образованию молекул. Так, в молекуле метана СН₄ четыре электрона атома углерода, не имеющих пары, находят недостающие электроны у атома водорода. Атом углерода приобретает устойчивое состояние из восьми электронов. В пространстве электронные облака внешнего слоя (оболочки) атома углерода располагаются под углом 109° и образуют тетраэдр, в вершинах которого размещаются атомы водорода (рис. 7.2, г):

В молекуле диоксида углерода СО₂ четыре валентных электрона углерода попарно связаны с двумя атомами кислорода. В результате формируется вытянутая структура из одного атома углерода и двух атомов кислорода по бокам:

С=O=С

Атом углерода со своими четырьмя валентными электронами может давать нескончаемый ряд молекул (рис. 7.3). Поэтому на Земле широко распространены соединения углерода - метан, этан, пропан, бутан, октан и др. В этих молекулах, начиная с этана, кроме связи углерод-водород появляется связь углерод-углерод:

Углеводородные структуры могут иметь любую длину, причем короткие молекулы присущи газам, более длинные - жидкостям и очень длинные — твердым веществам. Углеводороды служат горючим в виде газа, нефти или парафина. Оканчивающиеся карбоксильной группой (рис. 7.4, а) углеводородные цепи называются жирными кислотами; они входят в состав животных жиров. Другие характерные углеводородные структуры - молекулы спиртов (рис. 7.4, б).

Еще одна важная группа молекул с длинными цепями - молекулы углеводов. Их цепи подобны углеводородным, но к каждому звену цепи присоединен кислород. Простейший углевод - глюкоза, один из видов Сахаров (рис. 7.4, в). Такой углевод, как целлюлоза, имеет очень длинную цепь; она присутствует в больших количествах в древесине и других растительных структурах.

Почти вся живая материя построена из аминокислот. На рис. 7.4, г-е показан общий принцип построения таких структур. В скелет этих молекул входит углерод с четырьмя валентными электронами. На одном конце молекулы — карбоксильная группа, на другом - аминогруппа NH₂, а между ними - множество других групп; свойства аминокислот определяются именно ими. На рис. 7.4, г, д показаны молекулы двух простейших аминокислот (глицина и аланина), на рис. 7.4, е - в общем виде строение более сложных аминокислот.

 

Концевые группы аминокислот обладают весьма характерным свойством - они легко соединяются. Аминогруппа и карбоксильная группа связываются друг с другом, и аминокислоты образуют длинные цепи (одна аминокислота как бы цепляется за другую). Такие цепи называются белками и играют важную роль в жизни живых организмов.

 

§ 7.4. Химические процессы

Сущность химического процесса

Учение о химическом процессе характеризуется взаимодействием физики, химии и биологии и базируется на идеях химической термодинамики и кинетики, которые обычно рассматриваются в физической химии.

Химический процесс всегда был в центре внимания химиков. Однако понимание его сущности стало возможным лишь в конце XIX в., а современное представление о том, что такое химический процесс, сложилось в 1950-х гг.

Условия среды на Земле таковы, что молекулы непрерывно разрушаются и снова образуются. Если бы температура Земли была значительно выше, например как температура поверхности Солнца, то многие молекулы никогда бы не образовались из-за слишком сильного теплового возбуждения (атомы не могли бы оставаться друг возле друга), а если бы температура Земли была гораздо ниже, молекулы, соединяясь, образовали бы твердые тела и кристаллы и никакие изменения не происходили. Температура на Земле такова, что энергии достаточно для разрушения некоторых молекул, однако количество энергии не слишком велико, благодаря чему большинство соединений может существовать в течение какого-то времени. Создание и разрушение молекул сообщают постоянные изменения окружающей среде и создают тем самым возможность жизни.

Одно из важнейших следствий образования молекул состоит в высвобождении энергии [2]. Этот процесс особенно нагляден при сжигании угля или других веществ. Горение любого типа связано с образованием новых молекул и, следовательно, с выделением тепловой энергии. Рассмотрим подробнее, как и почему высвобождается энергия при соединении атомов в молекулы. Понятно, что для разрыва химической связи требуется некоторое количество энергии и такое же ее количество высвобождается при образовании связи. Таким образом, нужно затратить энергию, чтобы разделить молекулу на атомы, и энергия выделяется, когда атомы образуют молекулу. Эта энергия проявляется в различных формах, например в виде колебаний. Когда атомы соединяются, образующаяся молекула начинает колебаться в результате сильного столкновения атомов. Вообще, когда атомы образуют молекулу, энергия высвобождается и обычно проявляется в форме движения, что эквивалентно теплоте. В некоторых особых случаях энергия связи не превращается в теплоту: химические реакции присоединения происходят таким образом, что энергия, выигранная при образовании молекул, передается молекулам другого рода, т.е. энергия образования молекулы запасается в другой молекуле, а не растрачивается в виде теплоты. Этот случай важен для поддержания жизни.

Обратимся к такому хорошо известному химическому процессу, как процесс горения угля. Углерод угля и кислород воздуха образуют углекислый газ - диоксид углерода. Кусок угля - это совокупность атомов углерода, расположенных в правильном порядке, т.е. кристалл углерода. Кислород воздуха состоит из молекул кислорода. Поэтому химическая реакция горения угля имеет вид

С + О₂=СО₂.

Эта реакция происходит в два этапа: сначала разрывается связь в молекуле О₂, а затем два атома кислорода присоединяются к углероду. Первый этап требует затрат энергии. При обычных температурах тепловой энергии недостаточно для расщепления молекулы кислорода на два атома, как в тех случаях, когда уголь соприкасается с воздухом без горения. Но если подвести теплоту от зажженной спички или горящей щепки, то реакция начнется. На втором ее этапе при образовании СО₂ выделяется больше энергии, чем требуется для расщепления О₂ (рис. 7.5, а). Поэтому энергия, необходимая для дальнейшего расщепления О₂, поставляется самим процессом горения. Таким образом, при горении угля большая часть энергии выделяется в виде теплоты, а часть энергии, высвобождаемой на втором этапе, идет на инициирование дальнейших реакций. Полезная теплота равна избытку энергии, выделяющейся на втором этапе, над энергией, потребной для первого этапа.

Начавшись, образование диоксида углерода продолжается до тех пор, пока не израсходуется весь углерод. При этом выделяется большое количество теплоты. Нагревание столь сильно, что атомы и молекулы начинают испускать свет. Пламя, которое мы видим при горении угля, состоит из молекул СO₂ и атомов углерода, выброшенных в результате сильного нагрева и испускающих излучение. Таким образом, пламя не вид вещества (флогистон), как некогда полагали. Это накаленная материя, полученная в химической реакции, в которой выделяется очень много энергии.

Горение угля - простейшая форма выделения химической энергии. Аналогичный процесс происходит при горении метана и других углеводородов. Здесь требуется начальная теплота, чтобы расщепить и молекулы О₂, и молекулы углеводорода. После этого углерод соединяется с кислородом, образуя диоксид углерода, а водород соединяется с кислородом, образуя воду. Химическая реакция горения метана СН₄ показана на рис. 7.5 б.

Так как в молекулах СН₄ и О₂ связи существенно слабее, чем в молекулах СО₂ и Н₂О, чистый выигрыш энергии в данной реакции очень велик. Поэтому метан и другие углеводороды дают сильное пламя и много теплоты. Однако в отличие от горения угля в пламени углеводородов вместе с раскаленным СО₂ содержится водяной пар. Если подержать холодное стекло в пламени свечи или горящего дерева, то на стекле образуется конденсированный водяной пар, который не получается в пламени чистого угля.

Таким же образом любая молекула, состоящая из углерода, водорода и кислорода, может гореть, т.е. превращаться в углекислый газ и водяной пар, соединяясь с кислородом воздуха. Но для горения молекул спирта или сахара нужно меньшее количество кислорода, поскольку они сами содержат О₂.

Химические реакции, производящие энергию, всегда начинаются с превращения молекул со слабыми связями в молекулы с прочными связями; при этом высвобождается разница в энергиях сильной и слабой связи. Молекулы СО₂ и воды имеют прочные связи; то же можно сказать о большинстве молекул, в которых атомы связаны с кислородом. Молекулы, содержащие углерод и водород, связаны слабо, они легко разрушаются и рекомбинируют, могут образовывать длинные цепи и способны объединяться в сложные структуры. Если их слабые связи превращаются в сильные связи с кислородом в результате какого-либо сложного процесса, то выделяется энергия. Благодаря этим свойствам они играют важную роль в живой материи.

 

 

Принципы управления химическим процессом

Основная проблема в учении о химических процессах связана с тем, что многие химические реакции были и остаются трудноуправляемыми. Одни из них пока не удается осуществить, хотя в принципе они выполнимы. Другие сложно остановить, например реакцию горения и взрывы. Трудности управления третьими обусловлены тем, что в их процессе самопроизвольно создается множество непредвиденных ответвлений с образованием побочных продуктов [15, 16].

Суть проблемы заключается в следующем. Каждая химическая реакция обратима и представляет собой перераспределение химических связей. Обратимость служит основанием равновесия между прямой и обратной реакциями. Однако на практике равновесие смещается в ту или иную сторону в зависимости от природы реагентов и условий процесса. Реакции, в которых равновесие смещено «вправо» - в сторону образования целевых продуктов, обычно не требуют особых средств управления. Таковы реакции кислотно-основного взаимодействия, или нейтрализации, а также реакции, сопровождающиеся удалением готовых продуктов в виде газов или осадков.

Однако немало реакций происходит со смещением равновесия «влево». Для их осуществления требуется особое термодинамическое управление. Такова, в частности, реакция синтеза аммиака:

N₂ + 3Н₂ ↔ NH₃.

Эта реакция очень проста с точки зрения состава и структуры исходных веществ. Но на протяжении XIX в. попытки ее осуществления приводили к неудачам. В настоящее время решение проблемы управления химическими процессами продвинулось далеко вперед. Среди основных методов управления ими выделяют термодинамические и кинетические (в первую очередь каталитические).

Основы теории термодинамических методов управления химическими процессами были заложены в конце XIX в. в рамках химической термодинамики, которая изучает химические превращения на основе представления о термодинамическом равновесии в макроскопических системах. Химическая термодинамика включает учения о химическом равновесии, растворах, фазовых переходах и процессах на границе раздела фаз. В их основу положены идеи нидерландского ученого Я.Х. Вант-Гоффа, установившего зависимость направления химической реакции от изменения температуры и теплового эффекта реакции, а также принцип подвижного равновесия французского исследователя А.Л. Ле Шателье, согласно которому каждая реакция обратима, но равновесие смещается в зависимости от природы реагентов и условий процесса. Таким образом, основными рычагами управления реакцией служат температура, давление и концентрации реагирующих веществ.

В настоящее время термодинамические соотношения широко применяют для определения максимально возможного (при данных температуре, давлении и т.п.) выхода продуктов химических реакций и прочих параметров технологических процессов в химической, металлургической и других отраслях промышленности. Использование понятий и методов термодинамики неравновесных процессов позволяет оценивать потоки теплоты и вещества для открытых систем с учетом скоростей химических превращений, но влиять только на направленность.

Кинетические (в первую очередь каталитические) методы дают возможность влиять и на скорость химических процессов. Эти методы активно развиваются в рамках химической кинетики - учения о скоростях и механизмах химических реакций, надежной основы создания новых и совершенствования существующих процессов химической технологии: горения, гетерогенного катализа, электрохимических процессов и др. Методы химической кинетики используются в биологии и других областях естествознания. С их помощью удается добиться изменения хода процессов при изменении структурно-кинетических факторов: строения исходных реагентов, их концентрации, наличия в реакторе катализаторов (веществ, ускоряющих химические реакции), ингибиторов (веществ, замедляющих реакции) и других добавок, способов смешения реагентов, материала и конструкции реакторов и т.д.

К наиболее важным кинетическим методам относится ускорение химической реакции в присутствии катализаторов — катализ (от греч. katalysis — разрушение). Катализаторы (синтетические алюмосиликаты, металлы платиновой группы, серебро, никель и др.) взаимодействуют с реагентами, но в реакции не расходуются и не входят в состав продуктов. Катализ был открыт в 1812 г. российским ученым К.Г.С. Кирхгофом, который получил сахар с помощью катализатора (серной кислоты) из крахмала. Различают гомогенный катализ, когда исходные реагенты и катализатор находятся в одной фазе (газовой или жидкой), и гетерогенный, когда газообразные или жидкие реагенты взаимодействуют на поверхности твердого катализатора. Катализ обусловливает высокие скорости реакций при небольших температурах. Каталитические реакции являются основой многих химико-технологических процессов (например, производства серной кислоты, некоторых полимеров, аммиака). Большинство процессов, происходящих в живых организмах, также являются каталитическими (или ферментативными, так как биологические катализаторы называются ферментами).

На современном уровне знания суть катализа может быть охарактеризована следующим образом. Во-первых, катализ представляет собой способ проведения химических реакций, особенность которого состоит в активизации молекул и ослаблении химических связей реагента при их контакте с катализатором. Во-вторых, в общем случае любую каталитическую реакцию можно представить проходящей через промежуточный комплекс, в котором происходит перераспределение ослабленных (неполновалентных) химических связей. В-третьих, в большинстве случаев в качестве катализаторов выступают соединения, молекулы которых содержат широкий набор энергетических неоднородных связей или даже свободные атомы на поверхности. В-четвертых, следствием взаимодействия молекул реагента с катализатором является не только ослабление исходных связей, а еще четыре эффекта: 1) химическая ориентация в заданном направлении, при котором катализатор выбирает из нескольких возможных направлений какое-либо одно; 2) матричная ориентация реакций, проявляющаяся в том, что изменение структуры молекул реагента определяется особенностями геометрического строения катализатора или особенностями структуры каталитического комплекса; 3) увеличение количества встреч реагирующих молекул при переводе реакции из объема на поверхность катализатора; 4) захват твердым телом катализатора некоторой части энергии реакции, т.е. превращение катализатора в «энергетическую ловушку» для энергетической подпитки новых актов реакции.

 

§ 7.5. Химическая эволюция

Этапы химической эволюции

Химическая эволюция — процесс необратимых изменений, приводящий к появлению новых химических соединений - продуктов, более сложных и высокоорганизованных по сравнению с исходными веществами. Эти процессы стали активно и целенаправленно исследовать в 1970-е гг. в связи с изучением проблемы постоянно усложняющихся химических процессов до уровня, способствовавшего возникновению живого вещества на Земле. Интерес к этим процессам восходит к давним попыткам понять, как из неорганической материи возникает органическая, а далее и жизнь. Первым осознал высокую упорядоченность и эффективность химических процессов в живых организмах основатель органической химии Й.Я. Берцелиус (конец XVIII - начало XIX в.). Он установил, что основой лаборатории живого организма является биокатализ. Большое значение каталитическому опыту живой природы придавалось и в XX в. Так, академик H.H. Семенов рассматривал химические процессы, протекающие в тканях растений и животных, как своеобразное «химическое производство» живой природы.

Кратко рассмотрим этапы химической эволюции [5, 23]. Вероятно, следует признать, что она началась с появлением простейшего носителя - атома. Согласно концепции Большого взрыва, существующие сейчас химические элементы возникли в процессе эволюции Вселенной от сверхплотного и сверхгорячего состояния до современного мира звезд и галактик. Предполагается, что первыми образовались простейшие атомы (вернее, их ядра) водорода. Приблизительно через 1 с после Большого взрыва плотность материи уменьшилась до 1 т/см³, температура - до 100 млрд К, а диаметр вырос до 1500 млрд км. Вещество находилось в состоянии полностью ионизированной плазмы, состоящей из нуклонов (протонов и нейтронов) и электронов. Еще через 10 с, когда температура понизилась до 10 млрд К, появились условия для протекания ядерной реакции образования дейтронов — ядер дейтерия (тяжелого водорода).

Однако при этой температуре равновесие данной реакции сильно сдвинуто влево (оно сдвигается вправо только при температуре 1млрд К - примерно через 100 с после Большого взрыва), и дейтроны не могли накапливаться, так как они при этих условиях превращаются в ядра гелия (эта схема вполне удовлетворительно объясняет количество гелия в нашей Вселенной). На дозвездной стадии развития материи ядра других химических элементов не образуются, поскольку плотность и температура расширяющейся Вселенной быстро падают. При этом процесс образования ⁴Не (цифра слева вверху - относительная атомная масса, т.е. масса атома, выраженная в атомных единицах массы, которая составляет 1/12 массы изотопа углерода с массовым числом 12 — 1,6605655(86)10^-27 кг), начавшись приблизительно через 2 мин после Большого взрыва, прекращается уже к концу 4-й минуты. При остывании Вселенной до температуры 3500 К (приблизительно через 1 млн лет) происходит рекомбинация ядер гелия и оставшихся ядер водорода с электронами: образуются атомы гелия и водорода — исходный материал для межзвездного газа и звездных систем.

Дальнейший синтез химических элементов продолжается, в недрах звезд при повышении температуры. В процессе конденсации в протозвезду межзвездного газа, состоящего из водорода и гелия, в результате гравитационного сжатия температура повышается и снова становится возможной реакция образования гелия из водорода. Этот этап характеризуется температурами, не превышающими 20 10⁶ К.

После ядер гелия ⁴Не наиболее устойчивыми являются ядра ¹²С и О. Термоядерная эпоха образования таких ядер (Т ≈ 100 млн К) наступает после того, как на первом этапе истощается, «выгорает» водород. В эту эпоху в плотных выгоревших ядрах звезд-гигантов возможно непосредственное образование углерода и кислорода (не атомов, а ядер). Дальнейшее слияние ядер гелия приводит к образованию ²⁰Ne, ²⁴Mg и т.п. Более поздняя ядерная эпоха, когда обеспечивается температура до 1 млрд К, характеризуется «горением» углерода. При этом образуются ядра вплоть до ²⁷А1 и ²⁸Si. Выше 30 млрд К в реакцию вступают более тяжелые ядра, начиная с кремния ³²Si В условиях складывающегося при этом термодинамического равновесия синтезируются элементы вплоть до железа и атомы близких ему элементов, ядра которых являются самыми стабильными ядрами. При этом достигается минимум энергии всей системы, и более тяжелые ядра не синтезируются. Получение элементов с большими атомными номерами осуществляется по другому механизму — последовательный захват ядрами нейтронов и последующий β-распад. В подобных процессах в качестве самого тяжелого может получиться нуклид ¹⁸¹Bi. Ядра, более тяжелые, чем ¹⁸¹Bi, синтезируются во время взрывов новых и сверхновых звезд в условиях огромной плотности нейтронных потоков, когда возможен захват ядрами нейтронов не по одному, а группами.

Можно с большой долей вероятности предположить, что в Солнечной системе сменилось несколько этапов ядерного синтеза. Сравнение химического состава Солнца и химического состава звездного вещества позволяет заключить, что все описанные выше процессы синтеза ядер имели место в Солнечной системе, причем первоначальная масса образовавшейся в нашем участке Галактики звезды превышала критическую (равную 1,44 массы Солнца), и она оказалась неустойчивой. Под действием гравитационного притяжения протозвезда сжималась, ее температура повышалась, обеспечивая первые этапы ядерного синтеза. Выделяющаяся при этом энергия оказалась слишком велика, вследствие чего через некоторое время происходил взрыв и образовывались ядра самых тяжелых элементов. Масса звезды уменьшалась за счет выброса вещества. Этот процесс повторялся неоднократно до тех пор, пока масса центральной массивной звезды не стала ниже критического предела. Такой механизм обеспечивает интервал времени, достаточный для химической, геолого-географической и биологической эволюции.

В настоящее время многие исследователи полагают, что планеты Солнечной системы образовались из солнечной материи, выброшенной из Солнца, когда оно становилось сверхновой звездой. Охлаждение образовавшейся вокруг Солнца дискообразной газовой туманности дало возможность для соединения атомов в молекулы, т.е. началась собственно химическая эволюция.

Молекулы не могли образоваться при звездных температурах, когда большинство атомов существует в виде многозарядных ионов (например, в солнечной короне при 1 млн К атомы железа являются ионами Fe¹³⁴). Двухатомные молекулы обнаружены в спектрах лишь наиболее холодных звезд с температурой поверхности 2000-3000 К (оксиды AI, Mg, Ti, Zr, C, Si и некоторые другие двухатомные молекулы с наиболее прочной химической связью). При этом в межзвездном пространстве присутствует большое количество молекул, в том числе достаточно сложных (табл. 7.1). Предполагается, что состав указанных молекул соответствует составу первых молекул, образовавшихся в результате охлаждения звездного вещества. Найдены и другие молекулы, но в значительно меньших количествах.

Таблица 7.1. Молекулы, обнаруженные в межзвездном пространстве [5, 23]

 

Наименование молекулы	Химическая формула	Наименование молекулы	Химическая формула
Метилидин-радикал	СН	Муравьиная кислота	НСООН
Циан-радикал	CN	Сероводород	H3S
Гидроксид-ион	ОН-	Оксид серы (II)	SO
Аммиак	NH3	Этанол	С2Н5ОН
Вода	Н2О	Диметиловый эфир	(СН3)2O
Метилацетилен	СН3ССН	Оксид серы (IV)	SO2
Изоциановая кислота	HNCO	Сульфид кремния (II)	SiS
Тиоформальдегид	H2CS	Цианоацетилен	HCCCN
Оксид кремния (II)	SiO	Формамид	HC(O)NH2
Уксусный альдегид	СН3СНО	Сульфид углерода (II)	CS
Формальдегид	НСНО	Ацетонитрил	CH3CN
Водород	Н2	Этинил-радикал	HC≡C
Оксид углерода (II)	СО	Метиламин	CH3NH2
Циановодород	HCN	Акрилонитрил	H2C=CHCN
Метанол	СН3ОН	Метилформиат	НСООСН3

 

Когда температура протопланетной туманности понизилась до 1000-1800 К, начали конденсироваться, т.е. становиться жидкими и твердыми, самые тугоплавкие вещества, в частности образовались капельки железа, а впоследствии и силикатов (солей кремниевых кислот).

При температурах 400-1000 К конденсировались другие металлы и их соединения с серой и кислородом. Застывшие капли силикатного материала в виде хондр (маленьких сферических тел) образовали, по-видимому, при последующем сгущении множество астероидов - первичных тел хондритовых метеоритов. Можно предположить, что в результате дифференциации первичного газа под действием солнечного ветра (истечения плазмы солнечной короны в межпланетное пространство) и градиента температур атомы наиболее легких элементов были отброшены на периферию Солнечной системы и расположенные ближе к Солнцу планеты земного типа возникли путем сгущения наиболее высокотемпературной фракции с повышенным содержанием железа.