在我們上初中化學(xué)課時(shí),,我們都會(huì)接觸元素周期表,,甚至很多人還能背下來前20號(hào)元素。實(shí)際上,,元素周期表在200多年前就已經(jīng)有了,,被譽(yù)為近代化學(xué)之父的拉瓦錫就曾經(jīng)寫出了他的元素周期表版本,,也是人類史上第一份元素周期表,。后來,又有一些人給出一些其他的版本,。比如:已經(jīng)非常接近元素周期標(biāo)的紐蘭茲的“元素八音律”周期表,。 后來,我們也知道門捷拉夫拿出了一個(gè)更好的版本,,這也是如今元素周期標(biāo)的原型之一,。但是問題來了,你有沒有想過,,元素周期表中的元素到底是咋來的,? 這篇文章我們就來嘮一嘮這個(gè)話題。實(shí)際上,,元素的起源和宇宙的起源,、演化以及各種天體的演化有關(guān),我們大致可以分為三段:宇宙大爆炸,,恒星演化,,超新星爆炸和中子星合并。 宇宙大爆炸 我們都知道,,元素周期表中,,氫元素和氦元素是排名最靠前的兩個(gè)元素,它們也是宇宙中含量最高的元素,。所有的氫元素和一部分的氦元素幾乎和宇宙同齡,。 根據(jù)目前的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),在138億年前,,發(fā)生了一場大爆炸,。這場爆炸是我們這個(gè)宇宙的起點(diǎn),時(shí)間,、空間,、能量、物質(zhì)就是從這場大爆炸中產(chǎn)生的,。 在宇宙大爆炸的早期,,溫度特別高,宇宙中主要是高能電磁波,,它們之間會(huì)互相碰撞和湮滅,,然后產(chǎn)生正反粒子,,比如:正反質(zhì)子,正負(fù)電子等等,。然后,,每10億對正反粒子還會(huì)發(fā)生湮滅,留下一個(gè)正物質(zhì)粒子,,這也是為什么如今的宇宙主要是正物質(zhì)所主導(dǎo)的原因,。 在這之后,宇宙中留下了大量的質(zhì)子,、中子和電子,,亂成了一鍋粥,這被稱為等離子態(tài),,各種粒子混在一起,,連光子都沒有能夠擺脫。由于中子的質(zhì)量比較大以及只有中子不穩(wěn)定,,因此,,形成的中子并沒有質(zhì)子那么多。 到了宇宙大爆炸之后38萬年,,宇宙的溫度降到了3000開爾文,,這時(shí)候光子開始在宇宙中傳播,除此之外,,原子結(jié)構(gòu)也得以形成,。一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子可以形成一個(gè)氫原子,而兩個(gè)質(zhì)子,、兩個(gè)個(gè)中子和兩個(gè)電子可以成一個(gè)氦原子,。科學(xué)家通過理論計(jì)算可以得到,,氫原子和氦原子的比例是3:1,。也就是說,此時(shí)宇宙中主要是氫元素和氦元素,。那比氦元素的原子敘說更高的元素是從哪里來的呢,? 恒星演化 我們都知道,太陽屬于恒星,,恒星是宇宙中的燈塔,,它們可以源源不斷地向外釋放能量。而它們的能量來源是熱核聚變反應(yīng),。就像上文說到的,,宇宙中主要是氫和氦。因此,,恒星的主要構(gòu)成物質(zhì)是氫和氦,。由于恒星的質(zhì)量特別大,,舉個(gè)例子,太陽的質(zhì)量就占據(jù)了整個(gè)太陽系總質(zhì)量的99.86%,,是太陽系絕對的霸主,。 因?yàn)楹阈堑馁|(zhì)量超級(jí)大,所以恒星的引力特別大,,在引力的作用下,,恒星的內(nèi)核會(huì)受到巨大的壓力,使得內(nèi)核呈現(xiàn)等離子態(tài),。在量子隧穿效應(yīng)和弱力的作用下,,氫原子核的熱核聚變反應(yīng)就可以發(fā)生,這個(gè)過程中4個(gè)氫原子核參與反應(yīng),,最終生成氦-4原子核。在整個(gè)過程中,,有兩條路徑分別稱為質(zhì)子-質(zhì)子反應(yīng)鏈和碳氮氧循環(huán),。(下圖中,圖一就是質(zhì)子-質(zhì)子反應(yīng)鏈,,圖二是碳氮氧循環(huán),。) 當(dāng)恒星內(nèi)核的氫原子核燒的差不多后,恒星的內(nèi)核會(huì)在引力的作用下極度坍縮,,只要質(zhì)量足夠大,,就有可能促發(fā)氦原子核的核聚變反應(yīng),生成碳元素和氧元素,。太陽就只能進(jìn)行到這一步最終成為一顆白矮星,,然后就會(huì)逐漸涼透。 但只要質(zhì)量足夠大,,核聚變反應(yīng)就可以一直進(jìn)行下去,,一直到鐵元素。這是因?yàn)殍F原子核是宇宙中最穩(wěn)定的原子核,,結(jié)合能最大,。說白了就是你要掰開鐵原子核是最難的。這也就使得要促發(fā)鐵原子核的核聚變反應(yīng)很難,。這個(gè)過程是一個(gè)吸能的過程,,也就是說,鐵原子核的核聚變反應(yīng)非但沒有產(chǎn)生大量能量,,相反需要輸入大量的能量,。 一般來說,很多恒星的核聚變反應(yīng)都會(huì)停在鐵元素之前,,尤其是質(zhì)量超級(jí)大的恒星,,在演化的末期,,幾乎每一層都會(huì)產(chǎn)生大量不同的元素。也就是說,,恒星制造了一部分的氦元素以及大量鐵元素以及比鐵元素原子序數(shù)小的元素,。因此,恒星也被稱為元素?zé)挼t,。那么問題來了,,比鐵元素元更大的元素是如何產(chǎn)生的呢? 超新星爆炸和中子星合并 雖然鐵原子核的核聚變反應(yīng)很難進(jìn)行,,但是在宇宙中還是存在一些恒星可以粗發(fā)鐵原子核的核聚變反應(yīng),。這些恒星的質(zhì)量一般都大于8倍太陽質(zhì)量,被稱為特大質(zhì)量恒星,。它們的引力巨大,,可以提供促發(fā)鐵原子核的核聚變反應(yīng)所需要的能量。但鐵原子核的核聚變反應(yīng)被促發(fā),,恒星就會(huì)發(fā)生超新星爆炸,。 在超新星爆炸過程中,就會(huì)產(chǎn)生一些原子序數(shù)高于鐵元素的元素,。但是并不是說所有的原子序數(shù)高于鐵元素的元素都是依靠超新星爆炸來產(chǎn)生,。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn),,超新星爆炸之后的恒星有可能會(huì)成為一顆中子星或者黑洞,。而中子星有極其偶然的機(jī)會(huì)發(fā)生合并,在合并的過程中,,也會(huì)產(chǎn)生許多原子序數(shù)特別大的元素,,比如:金和銀主要就是在中子星合并過程中產(chǎn)生的。 以上就是元素的主要來源,,我們來總結(jié)一下: 氫元素和一部分氦元素誕生于宇宙大爆炸的早期,; 原子序數(shù)小于等于鐵元素的元素主要是通過恒星內(nèi)核的核聚變反應(yīng)得到; 原子序數(shù)大于鐵元素的元素主要是依靠中子星合并得到,。 |
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