Подумайте!, страница 88 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

Подумайте

Водород - наиболее распространенный элемент во Вселенной. Большая часть веществ на Земле имеет в составе водород. Солнце, как и другие звезды, состоит в основном из этого вещества, а в нижней части атмосферы нашей планеты его практически нет, т. е. присутствует слишком малое количество. Почему в нижней части атмосферы водород как простое вещество практически отсутствует?

Почему в нижней части атмосферы водород как простое вещество практически отсутствует?

Отсутствие водорода в виде простого вещества ($H_2$) в нижних слоях атмосферы Земли обусловлено совокупностью нескольких ключевых факторов:

1. Низкая плотность. Молекулярный водород ($H_2$) — самый легкий из всех известных газов. Его молярная масса составляет приблизительно $2.016 \text{ г/моль}$, в то время как средняя молярная масса воздуха, состоящего в основном из азота ($N_2$, $28 \text{ г/моль}$) и кислорода ($O_2$, $32 \text{ г/моль}$), равна примерно $29 \text{ г/моль}$. Вследствие такой большой разницы в плотности, любой свободный водород, оказавшийся в нижних слоях атмосферы, под действием выталкивающей силы (силы Архимеда) быстро устремляется вверх, перемещаясь в стратосферу и более высокие слои атмосферы.

2. Высокая химическая активность. Водород является химически активным элементом. В атмосфере, богатой кислородом, он способен вступать в реакцию с образованием воды: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$. Хотя для начала этой реакции требуется энергия активации (например, искра, высокая температура или ультрафиолетовое излучение), в масштабах планеты такие условия существуют постоянно (например, в виде разрядов молний). Поэтому большая часть свободного водорода, который мог бы образоваться (в результате вулканической деятельности, биологических процессов или фотолиза воды), быстро окисляется и связывается в молекулы воды.

3. Атмосферная диссипация (убегание из атмосферы). Земля, как и любая планета с атмосферой, постоянно теряет часть своих газов в космос. Этот процесс называется атмосферной диссипацией. Его скорость зависит от массы молекул газа и силы тяжести планеты. Молекулы водорода, будучи самыми легкими, имеют наибольшую среднюю скорость теплового движения при той же температуре по сравнению с другими газами. В верхних слоях атмосферы (экзосфере), где столкновения между частицами редки, наиболее быстрые молекулы водорода могут достичь и превысить вторую космическую скорость (скорость убегания) для Земли, которая составляет около $11.2 \text{ км/с}$. Преодолев земное притяжение, они навсегда улетают в космическое пространство. За миллиарды лет существования Земли этот процесс привел к почти полному исчезновению свободного водорода из ее атмосферы.

Ответ: Водород как простое вещество практически отсутствует в нижней части атмосферы по трем основным причинам: 1) из-за своей чрезвычайно низкой плотности он быстро поднимается в верхние слои атмосферы; 2) он обладает высокой химической активностью и быстро реагирует с кислородом, превращаясь в воду; 3) из верхних слоев атмосферы он постепенно улетучивается в космическое пространство, так как его легкие молекулы способны преодолеть гравитационное притяжение Земли.