化學元素是怎麼來的 化學元素是哪裏來的
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化學元素週期表我們小時候都進行了一段時間的背誦,雖然知道一些關於元素的屬性的數據,而且知道是一位俄國的科學家制作的元素週期表,但是我們對於元素是怎麼來的,這個問題大家都不是很清楚,下面給大家分享詳細的解答。
衆所周知:這個世界是由物質構成的,組成物質的基本元素共有102種,其中地球上天然存在92種(現已刷新爲118種,94種)。
先來總體看一下,我們再熟悉不過的化學元素週期表—當然這不是普通版本,而是標註了最關鍵內容:每個元素都是從哪兒來的。
也就是說,這是一張化學元素出身表!
下面分段說說這張化學元素出身表:
大爆炸核合成
Big Bang Fusion
製造元素:氫、氦
(標記爲藍色塊)
宇宙大爆炸開始的最初三分鐘,少數幸運的質子搶先與中子搞在一起,結合成氦核,大多數質子因爲沒有那麼多中子可以結合,只能生成氫核。
由此,氫氦兩大輕元素,佔據了宇宙基本元素的統治地位,幾乎是100%。整個宇宙中,氫元素佔75%,氦元素佔25%,其他重元素(除兩大輕元素以外)僅僅只佔0.0000001%!
宇宙射線裂變
Cosmic Ray Fission
製造元素:鋰、鈹、硼
(標記爲紅色塊)
也稱爲宇宙射線散裂,宇宙射線是來自外太空的帶電高能粒子,如質子、α粒子、電子,當宇宙射線與星際物質碰撞時,就會裂變成較輕的元素——鋰、鈹、硼原子核。
低質量恆星垂死掙扎
Dying Low-mass Stars
製造元素:原子序數2~71
(標記爲綠色塊)
所謂低質量恆星,就是質量小於8倍太陽質量的原初恆星,當然包括我們太陽在內。
以太陽爲例,等到演化末期,垂死掙扎階段,即氫燃料耗盡,熱核反應行將OVER之時,身體虛胖,已經膨脹成一顆碩大的紅巨星,以至於吞噬掉水星、金星、地球……
與此同時,太陽內核溫度無法持續升高,聚變出來的碳、氧等元素只好堆積起來,越來越多,密度越來越大,變成一個實心內核,這就是白矮星。
而外部虛胖到了極限的稀薄氣體,隨着內核冷卻,溫度逐漸下降,慢慢散開,擴散到宇宙空間中,這就是我們看到的行星狀星雲——
絕美的宇宙符號,宣告一代恆星的死亡。
行星狀星雲向宇宙輸送的基本元素主要有:碳、鈉、鍶、鋯、汞、鉛、鎢……
大質量恆星超新星爆發
Exploding Massive Stars
製造元素:原子序數6~37
(標記爲黃色塊)
所謂大質量恆星,就是原初恆星質量至少是8倍太陽質量以上的。如果再細分下去,可以簡單歸結爲:
①原恆星8~40倍太陽質量,在恆星演化末期,發生爆炸,即超新星爆發,內核變成中子星,同時,新生成一些重元素——鈉、鎂、硫、硅、磷等,隨着超新星爆發向宇宙空間輸送。
②原恆星25~40倍太陽質量,在超新星爆發時,會噴射非常多的重元素,比如鎵、鍺、砷、硒、氪……
③原恆星40倍太陽質量以上,在恆星演化末期,會塌縮成黑洞,宇宙元素基本上又被沒收了。
著名的蟹狀星雲M1就是一個超新星爆發殘骸。
請記住關鍵四點:
A》超新星爆發是從氧一直到鋯元素的主要來源;
B》我們太陽系就是從一場超新星爆發演化而來的;
C》超新星爆發生成的重元素,最終使得地球演化出了地球生命,當然包括我們人類;
D》我們本身也是從宇宙星塵演化而來,我們就是宇宙的一部分。儘管極其微小。
中子星合併
Merging Neutron Stars
製造元素:原子序數41~94
(標記爲紫色塊)
重金屬元素的來源一直是宇宙的奧祕之一。
剛宣佈不久的中子星合併事件——NGC4993星系中兩個中子星,不僅探測到了首例由中子星合併生成的引力波,更重要的是,測定出了大量重金屬向宇宙空間噴射,之前我曾寫過:這次合併產生相當於100個地球質量的金、500個地球質量的鉑、50個地球質量的銀!
這再次印證了重金屬元素來自於中子星的激情大合併。
當然,中子星合併生成不止有金、鉑、銀,還有很多,直到原子序數92鈾、94鈈。
白矮星爆發
Exploding White Dwarfs
製造元素:原子序數12~30
(標記爲銀色塊)
剛纔說了,白矮星是低質量恆星演化的終點,但並不是自身的終點。
一顆白矮星其實就是一顆超金屬星球,它自身能夠支撐的最大質量是1.4倍太陽質量,也就是錢德拉塞卡極限。如果這時候,能夠從身邊的伴星吸積質量的話,內核逐漸達到碳融合的點火溫度,從而引發碳引爆——白矮星爆發,成爲一顆Ia超新星。
這一爆發過程,又會釋放出來一些重元素——鉀、鈣、鈦、釩、鉻、錳……
需要說明一點,這張化學元素出身表,只羅列到第94鈈,這是因爲截止到2012年,總共有118種元素被發現,其中在地球自然界有94種。
原子數大於94的元素,多爲人工核反應合成。隨着技術發展,會發現/製造更多的新元素。
知道了基本元素都是從哪兒來的,再來看看,根據科學測定的宇宙、太陽系、人體基本元素的構成比例。
整個宇宙——氫元素佔75%,氦元素佔25%,其他重元素,如碳硅氧鈉金銀銅鐵……僅僅只佔0.0000001%!!!
整個太陽系——氫元素佔70.80710%,氦元素佔27.31131%,氧元素佔0.97107%,碳元素佔0.30346%,氖佔0.15173%,鐵佔0.12745%,氮佔0.10975%,硅佔0.07081%,鎂佔0.06676%,其他元素只佔0.08052%。
我們人體——氧元素佔65%,碳佔18%,氫佔10%,氮佔3%,鈣佔1.4%,磷佔1.1%,鉀佔0.25%,硫佔0.25%,氯佔0.15%,鈉佔0.15%,其他佔0.7%。
事實上,我們人體構成元素跟地球相同,只是比例稍有不同。碳、氧、氫、磷組成了我們的DNA,鈣則是我們生命的支撐。除了氫之外,這些元素全都誕生於恆星各種演化之中。
所以,我們人類其實就是星塵!
正因爲探索宇宙,才讓我們知曉——宇宙大爆炸誕生了一切,宇宙演化、恆星演化製造了宇宙的基本元素,一切物質的最初源頭。
這就是說,我們也是宇宙的產物,不是最初也不是最終的產物,人類文明不過是宇宙萬億年演化中的一個量子漲落而已。
讀懂了宇宙,就讀懂了人生。
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