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元素的来源是什么?为什么说恒星是元素的“炼丹炉”?

关于世界中的物质,大到恒星,小到地球上的一粒沙子,都是由元素组成的,跟着人们不断的寻觅和制作新的元素,现在,人类累计发现了94种天然元素,加上人工组成的元素一共有118种。元素是怎样诞生的?首要咱们要…

关于世界中的物质,大到恒星,小到地球上的一粒沙子,都是由元素组成的,跟着人们不断的寻觅和制作新的元素,现在,人类累计发现了94种天然元素,加上人工组成的元素一共有118种。

元素是怎样诞生的?

首要咱们要从世界大爆破说起。世界诞生于138亿年前,世界构成的前期,氢元素和氦元素占有了99%以上,它们是最根底也是最简略的一种元素。

咱们都知道,世界中一切的元素都是由质子、中子以及电子等基本粒子构成的,其间的原子核内质子数就决议了元素的品种,当原子核内只需一个质子,那么便是氢,当有两个质子的时分,也便是氦,然后以此类推,所以只需不停地把这些基本粒子堆积起来,就得到了各种元素。

那么新元素是怎样构成的呢?

在前期的世界空间中充满许许多多的基本粒子,咱们都知道氢的原子核只需一个质子,所以氢元素就很简略构成,跟着世界温度的缓慢下降,这个时分世界里充满了许多的氢原子。

因为质子都带正电,那要把它们聚合起来的话,是适当困难的,这时就需求恒星来发挥作用了。

大约世界诞生后的2亿年左右,分子云因为引力的崩塌构成恒星,氢原子和氦原子也成为恒星的首要组成成分。

每一颗恒星的质量到达必定的程度,其间心的温度和压力就能够到达核聚变的条件。

最开端是氢核聚变,氢原子核反响的差不多了,压力和温度满足的话,还能够再次点着氦核聚变生成碳原子核,咱们要聚变出更重的元素,那就需求更更高的温度以及更更强的压力,而太阳最高就只能聚变出碳和氢。

而核聚变反响会使得原子失掉部分质量,由爱因斯坦的质能方程,这部分质量会以能量的方式开释出来。

恒星的质量一般都非常大,而特大质量的恒星内核里边触发的核聚变反响所需求的温度是非常高的,导致了外层的温度也刚好到达了氢核聚变的反响条件,所以恒星外层也开端发生核聚变反响,然后一层一层的进行着不同的核聚变反响。

恒星的质量满足大,恒星内部的反响就能够一向进行下去,从氢核聚变到氦核聚变,再到碳,一向到铁原子核。所以铁元素之前的元素便是经过恒星内部发生核聚变才构成了世界中的许多元素,说恒星是元素的“炼丹炉”也很恰当。

那么为什么恒星核聚变到铁元素就中止了?

铁这个原子很特别,在化学中有个概念叫比结合能,大约意思便是因为原子核中的质子和质子间有很强的电磁斥力,而比斥力更强的强彼此作用力核力将核子结合在一起让它不至于涣散,因而将一个原子核中的核子分隔所需求的能量便是比结合能。偏偏铁核便是比结合能最高的原子核。

所以说铁原子核是最安稳的。

铁原子核聚变和前面元素的不同之处还有,铁之前的元素核聚变都会开释能量,而铁原子核聚变进行反响之前需求吸收的能量却远远大于反响后开释的能量。而恒星一般都没有这么多的能量,所以核聚变到铁元素就中止了。

尽管以上这些都说了恒星聚变到铁就中止了,可是这些都不意味着铁后边的元素无法制作出来,只不过这个进程发生在难以想象的高压与数百万摄氏度的高温下。

铁之后的元素是怎样来的呢?

首要需求一个超大质量的恒星,当恒星内部的核聚变进行到铁元素的时分,铁原子核与氦核能够再次组成钴元素和镍元素,可是因为铁核聚变需求吸热,所以只能持续很短的一段时间。之后因为铁核聚变许多吸热,使得恒星内部的压力忽然失掉反抗本身重力的力气,这样会使得恒星的外部物质向内崩塌,发生超新星爆破。最终构成中子星或是黑洞。

简略来说便是,聚变铁元素的时分不只不会持续开释能量,反而会吸收恒星的能量。而当恒星内的核聚变到铁元素中止,那么恒星聚变到铁元素之后就离逝世不远了!

在世界中,要想制作出比铁重的元素其实首要是经过一种“中子抓获”和“β衰变“的核反响而发生的

中子抓获,原理便是指原子核与中子奇形怪状结合,然后构成重核的一个进程。

一般发生在当恒星发生大爆破的时分,这个进程中会发生许多的中子,铁原子核正是经过抓获这些中子才构成了铁元素之后的元素。爆破完毕之后这些重元素也随之洒落在世界中。

中子抓获又分“快”、“慢”两种,其间的慢中子抓获是发生在恒星内部,不过发生的概率是很低的,反响时间也很慢。咱们中子抓获反响速率远低于β衰变速率,称为慢速中子抓获进程,反之便是快速中子抓获反响。铁之后的元素便是经过这种进程被制作出来的。

世界中还有一种现象叫做中子星兼并也能够组成重元素。

咱们知道,中子星是密度仅次于黑洞的天体,当两个中子星相遇发生奇形怪状,也是一种非常剧烈的进程。在这个进程中,中子星会被强壮的引力撕裂,原子短时间内与中子发生反响,然后发生更重的原子核。咱们常见的金,银铂等金属都只能经过这个进程发生。

总结

世界中的元素起源于世界大爆破,但其时世界中简直只需氢元素和氦元素。跟着恒星的呈现,氢元素和氦元素在恒星内部经过核聚变生成了铁元素之前的一切元素。所以说恒星是元素的“炼丹炉”。

而恒星内部的核聚变只能进行到铁元素是因为,铁的比结合能最大,并且铁核聚变吸热反响,所以当大质量恒星核聚变到铁时,就中止了。

铁之后的元素是经过超星系爆破和中子星兼并的进程构成的,这两种剧烈的进程,能够发生巨大的能量,重元素也就被创造出来了。

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