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我們上初高中時(shí)，都會被要求背誦元素周期表的一部分,，初中可能要求背前20個,，到了高中則被要求得更多一些。至今很多人畢業(yè)許多年之后,，依然對元素周期的一部分滾瓜爛熟,。不知道你有沒有想過一個問題，那就是這些元素到底是咋來的,？  關(guān)于這個問題,，實(shí)際上,，如今科學(xué)家應(yīng)該搞明白了許多。今天,，我們就來聊聊,，元素都是咋來的？ 宇宙大爆炸上世紀(jì)30年代左右,，當(dāng)時(shí)宇宙大爆炸的理論開始在學(xué)術(shù)圈逐漸傳播,，但是并沒有得到很多科學(xué)家們的認(rèn)可。后來,，有一批粒子物理學(xué)家加入到了完善宇宙大爆炸理論的研究當(dāng)中,。 當(dāng)時(shí)，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn),，宇宙大爆炸早期,，空間中充滿了能量以及夸克，中微子,。后來,，隨著溫度的逐漸降低,，一對高能光子碰撞可以產(chǎn)生一對正反的物質(zhì)粒子，比如：電子和它的反粒子正電子,。  所以,，早期的宇宙有過一段“創(chuàng)造物質(zhì)粒子”的時(shí)光,。我們都知道，如今化學(xué)反應(yīng)的最小單位是原子,，而原子是由電子和原子核構(gòu)成的,，而原子核又是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的。  隨著宇宙歷史的發(fā)展，先是形成了原子核,，接著到了宇宙38萬歲時(shí),，又形成了原子結(jié)構(gòu)。而我們都知道,，氫原子核當(dāng)中只有一個質(zhì)子,，而氦原子核只有2個質(zhì)子和2個中子，因此,，早期宇宙形成的原子其實(shí)都是元素周期表靠前的元素原子,，主要就是氫原子和氦原子。  恒星：元素?zé)挼t到了宇宙2億歲時(shí)，宇宙中出現(xiàn)了恒星,。按照目前主流的觀點(diǎn),，恒星是由于分子云的引力塌縮形成的。我們的太陽也是這樣,，不過太陽是到了距今46億年前才形成,。  按照上文所說的,，實(shí)際上恒星的主要構(gòu)成是氫原子和氦原子。由于恒星自身質(zhì)量巨大,，導(dǎo)致內(nèi)核的溫度和壓強(qiáng)特別高,，還拿太陽舉例子,，太陽內(nèi)核就達(dá)到了1500萬度以及200多萬個大氣壓,。  這就使得恒星呈現(xiàn)等離子態(tài),，意思是,，當(dāng)中的原子核，電子,，光子到處亂串,，并不能形成穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)。  因此，太陽內(nèi)核就像一鍋粒子粥一樣,。而我們也知道,，太陽內(nèi)核在發(fā)生核聚變反應(yīng)。我們把太陽（恒星）理解成一個元素的煉丹爐,。燃料是氫原子核,，而爐渣是氦原子核。原子序數(shù)增加了一位,。整個過程有2條路徑,，分別叫做質(zhì)子-質(zhì)子反應(yīng)鏈和碳氮氧循環(huán)。無論是哪種,，結(jié)果都是氫原子核核聚變生成氦原子核,。   那氫原子核燒完了呢,？即使如果恒星的質(zhì)量足夠大,，還會繼續(xù)引發(fā)核聚變反應(yīng)，而此時(shí)燒的就是氦原子核,，爐渣是碳原子核和氧原子核,。你會發(fā)現(xiàn)，這個時(shí)候形成的原子核所對應(yīng)的的元素的原子序數(shù)又增加了,。  而我們的太陽一般來說就會停在這里,，這是因?yàn)橘|(zhì)量不夠,，引力不足以引發(fā)碳原子核的核聚變反應(yīng)。而質(zhì)量更大的恒星還能繼續(xù)引發(fā)碳原子核的核聚變反應(yīng),。 如果質(zhì)量達(dá)到8倍太陽質(zhì)量（也有說是10倍太陽質(zhì)量）的恒星,，內(nèi)核的核聚變反應(yīng)可以一直持續(xù)下去,，一直到鐵原子核。由于內(nèi)核溫度特別高,，導(dǎo)致外層的溫度也跟著升高,，最后這一類的恒星整個都在恒聚變反應(yīng)，每一層都是不同的原子核在核聚變反應(yīng),，就像洋蔥頭一樣,。  其實(shí)最外層是氫原子核的核聚變反應(yīng),，而最內(nèi)核其實(shí)是生成鐵原子核的核聚變反應(yīng)。 可能你要問了，為什么會一直到鐵,？而不是一直持續(xù)下去,？ 如果我們從原子核的層面來看，鐵原子核是最為穩(wěn)定的原子核,。我們也把這種情況叫做比結(jié)合能最大,。 原子序數(shù)比鐵元素小的元素原子核發(fā)生核聚變都能釋放能量,，都有聚變的趨勢； 而原子序數(shù)比鐵元素小的元素原子核發(fā)生核裂變都會釋放能量，都有裂變的趨勢,。 而鐵原子核是個奇葩,，如果你要讓它核聚變,，就需要輸入大量的能量，但反應(yīng)后所釋放的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸入的能量,，也就是說,，入不敷出的，簡直就是一個賠本的買賣,。但是,，超大質(zhì)量的恒星由于自身引力足夠強(qiáng)大，能夠提供足夠多的能量。于是,，這個時(shí)候,，在恒星內(nèi)核當(dāng)中，光子就會進(jìn)入鐵原子核,，把原子擊穿，釋放出大量的質(zhì)子和中子,，質(zhì)子和電子會發(fā)生反應(yīng)生成中微子和中子,。最后，內(nèi)核在引力的作用下收縮,，形成一顆中子星,，當(dāng)然也可能會是一個黑洞。 伴隨著中子星的形成，還會發(fā)生超新星爆炸,，在這個過程的當(dāng)中,，會生成大量的原子序數(shù)比鐵元素還要大的元素原子。 （這里補(bǔ)充一點(diǎn)，其實(shí)在恒星未形成中子星時(shí),，恒星內(nèi)核也有極其少量的原子序數(shù)大于鐵元素的元素原子核,，比如：鋅原子核。） 中子星合并不過,，并不是說這就結(jié)束了,，實(shí)際上，像金元素和銀元素這些原子序數(shù)要高得多的元素只有少量來自于超新星爆炸,。那其他的呢,？ 我們上文也提到，超大質(zhì)量恒星演化過程中有可能形成一個中子星,，而宇宙中還有一種很罕見的現(xiàn)象,，那就是中子星和中子星狹路相逢，然后兩者發(fā)生合并,。 而引力波探測器LIGO也確實(shí)捕捉到過中子星合并時(shí)所產(chǎn)生的引力波,。 按照最近的研究發(fā)現(xiàn)，像金原子,、銀原子等原子序數(shù)在這個級別的元素原子其實(shí)大部分都是依靠中子星合并來形成的,。不過，特大質(zhì)量恒星在眾多恒星中占比是極其小的,，而中子星合并也是很少見的,。因此，才會使得這些元素的含量極其低,。物以稀為貴,，金這么值錢并不是沒有道理。 以上,，就是元素周期表中絕大多數(shù)元素的由來,，我們來總結(jié)一下：
關(guān)于,，元素周期表中的元素的起源，我們就說到這里,。 |
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