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1 # 軍機處留級生
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2 # 科普軍
宇宙中所有的化學元素在地球上都能找到。宇宙的成長,就是重元素的增加。所有的元素都是恆星用氫元素製造出來的。
電影流浪地球就是講的太陽氦閃。太陽的引力使得氫元素被聚變為氦元素,這個過程有7‰的質量轉化為能量,太陽才發出光和熱。當氫元素被消耗殆盡時,太陽的引力將引發比氫元素更重的氦元素的聚變,形成碳元素,這就是氦閃。這就等於在太陽中心又出現了一個新的小太陽,這個小太陽會把外面的太陽頂出去。太陽變成了紅巨星。它的半徑會迅速增大,將水星,金星,地球,火星統統吃到肚子裡。一個垂死的太陽熱度不但不會降低,相反還會把幾億公里的範圍變成火海!
但是我們的太陽質量不夠大,並不足以引發碳聚變,所以最後的太陽在燃燒完氦元素時,只能忍受引力的塌縮,安靜的變成一顆白矮星。太陽也會死!
恆星按死亡方式分兩種,一種是小於太陽8倍質量的恆星,另一種是不小於太陽8倍質量的恆星。前一種質量不夠,不足以使核聚變一往無前,只能能製造十來種元素,然後和太陽一樣忍受引力的塌縮,安靜的變成白矮星。後一種能夠讓核聚變一往無前,就像洋蔥一樣,一層層的聚變出新的元素,當聚變到鐵元素時就無法在釋放能量,恆星因為失去核心能量的支撐而瞬間崩塌,在這塌縮的瞬間擠壓中,宇宙裡所有的元素都被合成了,然後恆星以粉碎式的大爆炸將所有的元素拋灑出去,這就是超新星爆發。
在以後得歲月,超新星爆發的物質元素慢慢聚合,只要條件滿足,就會重新演化出新的恆星和合適的重元素行星。我們就是這樣出現的。
元素的合成也是一個能量質量轉化的過程。鐵之前的元素,它們在聚變時,會放出能量。鐵之後的元素,在聚變時不僅不會放出能量,還會吸收能量,通常這種放出或吸收的能量十分巨大,只能靠超新星爆發的擠壓瞬間來提供!我們人類還沒有能力提供如此之大的能量。而鐵元素也是分界線元素,它的聚變不會釋放能量。所以輕元素釋放能量靠聚變,典型的應用就是氫彈。重元素釋放能量靠裂變,典型的應用就是原子彈。
元素的號碼越大,代表它的原子核核內質子數越多。而質子都是帶正電的,把這些原本相互排斥的質子牢固束縛在一起靠的是原子核的強力。強力是宇宙四種基本力中最可怕最強大的力量,可惜它的作用半徑太小了,只有原子核半徑那麼大。這就不難理解為什麼號碼越大的元素越不穩定了,核內質子數量越多,質子間的電磁排斥力就越強,強力就相較變得越弱。當強力不足以克服質子間的電磁排斥力時,原子就四分五裂了。所以,元素的號碼不可能無限增大,越大號碼的元素也越不穩定。
至於強力是怎麼形成的?目前較為公認的假說是核內膠子的纏繞,是快速運動的膠子把質子捆綁在一起的。不過當前的科技還遠沒有達到能夠理解強力之謎的程度。
我們的地球就是宇宙的縮影,宇宙中的一切元素,我們都能在地球上找到或製造出來,因為元素本身就是以核內質子數來定義的。
雖然,宇宙之大已經到了“一切皆有可能”的地步,但是宇宙製造重元素的邏輯是沒有問題的。儘管在諸如黑洞這類詭異的特殊天體中,我們還不知道它的事件視界之內到底有什麼,是什麼?但是即便是有什麼,也不是元素的概念了。
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3 # Arnold007
氫和氦從宇宙大爆炸開始就存在了,鐵之前的元素都是恆星透過核聚變產生的,鐵以後的元素則是透過更暴力的方式例如中子星的碰撞爆炸之類的產生的,我也是在科普節目上了解的,如果有不對的地方多多批評
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4 # 農民做力所能及的事
謝謝邀請,宇宙中除了元素,就是元素的氧化灰,然後通氧化物結合其它物質變成水,水泡灰為泥土,然後透過灰髮後煙霧下沉吸收入泥土,由元素之靈氣一經發孝轉化為植物的種子,植物透過地震,埋在地制換,硫,磷,硫黃,煤,石油等元素,火山運動,地殼運動形成岩漿冷卻後形成岩層,各種氣體的裂變,形成了元素含量,產生的過程也有變化,含量雜亂,都為自然現象,開個玩笑,大千萬別介意。
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5 # 宇宙譜
自然界中所有的化學元素同位素都是由電子組合而成,由於電子的創生環境不同,空間平衡點位不同,創生出的電子自旋半徑也就不同,自旋光速動態量也不同,自然界中就沒有兩粒絕對相同的電子,電子的光速自旋產生於強勢負壓能量運動區域,創生出的正反自旋電子會以正反間位構成六方夸克緊固態,這些緊固態在不同天體能量運動狀態下,演化組合成不同自然動態平衡幾何造型狀態體,因電子的自旋內徑內落與環境的動態負壓處於相對穩定`的平衡度規狀態裡,成為各種幾何結構體,不同的幾何結構造型成為相對穩定的元素。
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6 # 陳昌海12
化學元素的產生實是電子個數的組合而完成的,多種生命體的發展也離不開電子組合,問題是環境不同而形態不同。宇宙中的電子在創造一切物質中確實起到了很大的效應作用。
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7 # 果果246910384
這也太難了吧。
比鐵輕的由恆星聚變反應產生,到鐵為止。
比鐵重的,由於超新星爆炸產生,恆星由宇宙中最簡單、最輕的元素氫構成,由於巨大的引力,氫被壓縮並激發橫行的核聚變,這一過程會釋放能量,令其發光。幾百萬年來,核聚變將氫元素轉化成一些更重的元素,如氦碳氧,並支援它們快速燃燒,最終變為鐵,然而當核聚變不再釋放能量時,核中的壓力也會逐漸降低,外層因此破裂崩塌向心墜入。恆星從被突然注入的能量恢復之後,爆炸形成超新星,炸裂的恆星的氣壓非常大,使得質子和電子被貼在一起,使得質子和電子被貼在一起。在核中形成中子,中子不帶電荷,所以它們很容易被鐵元素吸引,很多中子促進了更重的元素的形成,使得在一般情況下的恆星。不能從銀變金,鉛和鈾,有氫到氦的形成大概要幾百萬年,然而超新星中最重的元素的形成。只需要僅僅幾秒鐘,那麼爆炸後的結果是什麼呢?
不斷擴充套件的超新星衝擊波用它的星際間介質。推進它的殘骸,使其帶動周圍的氣體和塵埃旋轉,最後又凝縮成心的恆星和行星。地球上的比鐵重的元素很可能就是這麼形成的。
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8 # 鍾銘聊科學
地球無法產生新元素
我們地球上的元素都是先於地球形成之前就存在的。地球的核心溫度只有6000度,這個溫度不足以促發核聚變來產生新元素。因此,從某種角度上看,地球上元素的年紀都要比地球大得多。
那元素到底是咋來的呢?
這其實一個非常複雜的問題,我們需要一步步來說。
氫和氦的起源我們現在知道,宇宙起源於138億年前的一場大爆炸。
大爆炸之後,宇宙中主要以光和熱的形式存在,起初的溫度非常非常高,還沒有實物粒子的存在。而光子自身的反粒子就是光子,在極其高溫(這裡是幾十億度,甚至是上百億度,這個溫度也被稱為閾值溫度)的環境下,高能的光子對撞就會產生實物粒子,比如:一對正負電子等。
在宇宙的早期,粒子逐漸形成,一直到宇宙大爆炸之後的38萬年,宇宙的溫度降到3000度,原子結構得以形成。這時候主要的原子就是氫原子和氦原子,這兩個正好就是元素週期表最靠前的兩個元素,也相對容易形成。可能你要問了,為什麼沒有更高順位的元素?
其實並不是沒有,而是因為更高順位的不夠穩定,最後又裂變成了更穩定的氦元素。
所以,我們的宇宙最多的元素是氫,其次是氦,它們佔據了99%以上。而且它們也是年紀最大的元素,都達到了138億歲。
鐵之前的元素後來,宇宙逐漸出現了恆星。恆星被稱為元素的煉丹爐。我們都知道恆星之所以會發光,是因為核聚變反應,會釋放出大量的光和熱。
就像上文說到的,宇宙最豐富的元素就是氫元素和氦元素。因此,恆星基本上都是這兩種元素構成的。有些天體可以成為恆星,而有些不能,他們的本質在於質量。能夠成為恆星的最低門檻是太陽質量的7%~8%左右。只要邁過這個門檻,恆星就可以點亮自己,發生核聚變反應,我們可以把恆星看成是一個爐子,最開始的原料是氫原子核,爐渣就是氦原子核。也就是說,氫原子核透過核聚變反應生成了氦原子核。
當氫原子核被燒得差不多後,只要恆星的質量足夠大,就可以點燃氦原子核的核聚變反應,這時候的原料就是氦原子核,爐渣就是氧原子核和碳原子核。
而當氦原子核也被燒完後,只要恆星的質量足夠大,還可以繼續引發碳原子核和氧原子核的核聚變反應。
所以,你看這其實是沿著元素週期表從原子序數低,往原子序數高的方向發生核聚變。這會一直到核心生成鐵原子核。鐵原子核是最穩定的原子核,也是一個分界線。在鐵元素之前的元素基本上是依靠恆星的核聚變反應,而鐵元素之後,情況就會完全不一樣的。
鐵之後的元素想要讓鐵原子核發生核聚變反應需要大量的能量,這個反應是一個賠本的反應,輸入的能量要遠遠大於輸出的能量。但是一些大質量的天體還是可以做到這一點,在這個過程中,就發生超新星爆炸,超新星爆炸的過程就會產生大量的比鐵元素高的元素。
但是這種方式只是產生一部分鐵元素之後的元素。在超新星爆炸的同時,恆星有可能會演化成中子星或者黑洞。
而科學家最近發現,許多原子序數大於鐵元素的元素,是依靠中子星的合併而生成的。其中,我們熟悉的金元素和銀元素,主要就是依靠這個方法制造出來的。
而我們知道,其實形成中子星非常不容易,更不要說,發生中子星的合併了,這也解釋了為什麼金和銀的含量非常少。
總結以上,就是各種元素的起源的主要內容。
地球上之所以會有這些元素,主要是因為,在地球形成之前,在太陽系附近曾經有上一代的恆星,這個恆星發生了超新星爆炸,引發了太陽系附近長達2光年的分子云發生引力坍縮,形成了太陽,其他的邊角碎料形成如今的太陽系各個天體。而在形成地球的過程中,這些元素在引力的作用下聚合到了一起,這才使得地球上有非常豐富的元素。
事實上,科學家如今發現了100多種元素。但是在自然界中,人類目前只發現了92號元素,而剩餘的元素則是科學家利用各種方法進行合成的。因此,元素週期表的元素中,還有一部分實際上是人類合成出來的。
回覆列表
大爆炸創造宇宙初期,僅有的豐富元素是氫和氦。這些元素不是均勻分佈在整個空間,在重力的影響下,它們開始“聚集”形成更集中的體積。這種不均勻分佈的證據可以在90年代早期由COBE衛星在宇宙背景輻射(CMB)中探測到的各向異性中找到。這些團塊最終將形成星系和恆星,並透過恆星“發光”的內部過程在恆星內部形成更高質量的元素。當一顆恆星(新星或超新星)死亡時,這些高質量元素,連同新星或超新星期間產生的更大質量的原子核,被拋入太空,最終融入另一顆恆星或天體。
恆星內部允許形成較高質量元素的條件可能與重力和恆星釋放的能量之間的推動匹配有關。重力產生的力會導致恆星收縮和坍塌,但恆星內部核反應釋放的能量會向外流動,併產生與重力相反的熱壓。當這兩個力平衡時,恆星保持特定的大小。但是當存在某種不平衡時,恆星(或它的某一部分)會膨脹或收縮,以響應兩種力量中更強的力量。
當宇宙第一次被創造時,基本上所有的物質都是兩種元素的形式——氫和氦。它們的相對丰度(按重量計)是75%氫和25%氦。(這意味著每一個氦核都有12個氫核/質子)它們並不是均勻分佈在整個空間。這是至關重要的,因為這種不均勻的分佈允許重力作用於濃度較高的區域,從而引發物質的“聚集”。如果一切都均勻分佈,什麼也不會發生,因為每個原子都會被從各個方向均勻吸引,並且會相對於相鄰的原子保持不變。由於物質分佈上的微小差異,重力能夠引發大量氫和氦坍塌成更集中的氣體區域。這些區域最終會進化形成星系。在這些區域內,氫和氦有第二層更集中的聚集,形成恆星,在那裡會產生更高質量的元素。
在這些更集中的區域,當氫和氦的雲(稱為星雲)坍塌時,原子由於重力被拉向中心而加速。這導致了兩件事的發生。首先,原子速度的增加導致材料溫度的升高。在某個時候,溫度變得足夠高,材料開始發光。其次,原子變得更加緊密,增加了密度和原子間碰撞的頻率。當這發生時,氫和氦的質量變得更加球形。在這個階段,氫和氦的質量被稱為原恆星。
恆星內部的溫度不均勻。中心區域(稱為核心)是最熱的,當你向恆星表面移動時,溫度會下降。在某個時候,原恆星核心的溫度變得足夠高,形成了一個叫做a的物質相血漿。在a血漿,電子從原子核中分離出來,所以你有一個原子核和電子的“海洋”,而不是單個原子。這使得原子核相互作用,如果每個原子都有自己的電子雲,這種情況就不會發生。
溫度和密度持續上升,直到達到所謂的“閃點”直到此刻,原子核之間的所有碰撞就像彈珠相互彈開一樣。每個帶正電荷的原子核,在被兩個原子核之間的靜電排斥推開之前,只會離另一個原子核太近。一旦條件達到閃點,其中一些碰撞的發生方式(具有足夠的速度和幾何形狀)允許原子核足夠靠近以相互作用。這使得強大的核力量(強力)將這些較小的原子核結合在一起,形成一個更大的原子核。這個過程被稱為融合。在將原子核融合在一起的過程中,會釋放出大量的能量,這種能量是恆星“發光”的原因閃點的條件因核融合的型別而異。原子核越輕(因此電荷越小),閃點溫度和密度就越低,因為使原子核足夠靠近以使強大的力將它們結合起來所需的能量就越少(這將在以後變得更加重要)。因此,對於氫和氦的最初混合物,首先達到的閃點是氫。當氫經歷聚變時,整個過程涉及四個氫原子核(質子)聚集在一起形成一個氦原子核、兩個正電子和兩個中微子,並釋放能量。這種能量以伽馬射線和產品動能的形式存在。(產生的正電子迅速與周圍的電子湮滅,釋放出更多的伽馬射線。)無論是哪種形式,能量都會進入加熱核心。(這可以稱為“氫燃燒”,但它與我們在地球上談論的“燃燒”完全不同。)
氫融合有許多可能的途徑,但主要的反應機制被認為是質子-質子鏈 (p-p鏈),或碳-氮-氧迴圈 (CNO迴圈)。使用哪種機制取決於特定恆星核心的條件。質子-質子鏈發生在比碳-氮-氧迴圈更溫和的條件下(更低的溫度和壓力)。
不管發生哪一個過程,一旦氫在恆星的核心開始融合,所發生的就是氫被轉化為氫,這伴隨著能量的釋放。在恆星生命的大部分時間裡,這是驅動恆星的主要聚變反應。向外釋放的能量(熱壓)平衡了重力的崩潰,這穩定了恆星的大小。
隨著時間的推移,融合過程會導致氦在核心中積累。氦核數量的增加開始干擾氫核碰撞,並導致氫聚變速率的降低(有時稱為“氦中毒”)。這降低了熱壓,恆星將開始收縮。
越大的氦核被重力吸引到核心的中心。隨著氦核向核中心移動,該區域的溫度和密度增加。隨著中央氦核的形成,氫聚變繼續進行。這發生在氦核周圍的一層,氦濃度較低。這一層被稱為“外殼”氫燃燒的速度由於氦核溫度的升高而加快。
氦核在重力的影響下繼續收縮,並在氫殼中吸入氦。如果溫度達到100,000,000 K(這取決於原恆星的初始質量),他就可以開始燃燒。這是氦核能夠融合的地方。這導致碳核透過一系列被稱為三阿爾法過程。能量透過三α過程結合氫外殼產生的增加的能量,將核心的熱壓提升到克服重力的程度,整個恆星的大小也隨之增加。表面積的增加速度快於釋放能量的增加速度,所以即使恆星釋放出更多的能量,表面實際上也會冷卻。這導致恆星發出紅光,這顆恆星被稱為紅巨星。(只是給你一個大小的概念,當我們的太陽到達紅巨星階段時,它將幾乎延伸到地球所在的地方,已經蒸發了水星和金星。)
在這一點上,恆星有一箇中心核心,氦被融合成碳,被一個殼包圍,氫被轉化成氦。隨著碳核的產生,它們被拉向中心,就像氦核更早的時候一樣,一個碳核產生了。對於一顆中等大小的恆星來說,這是因為恆星的質量。恆星中沒有足夠的重力(由於缺乏質量)來允許溫度和密度達到碳原子核能融合成更重原子核的水平。
然而,如果一顆恆星有足夠的質量,最終會積累足夠的碳,使得溫度和密度達到一個點,在這個點上,碳核可以融合成氖核。這個燃燒碳的核心將被兩個外殼包圍,最裡面的燃燒氦和最外面的燃燒氫。這種中心核心塌陷和溫度升高的模式一直持續到下一輪聚變發生和更多的外殼形成。最終形成多少殼取決於坍塌星雲的初始質量。這是因為產生適合聚變條件的主要力量是重力,而恆星的質量決定了重力。如果有足夠的質量聚集在一個成形的核心中,重力將能夠產生足夠的力來將溫度和密度提高到下一系列聚變反應能夠發生的水平。因此,原恆星的質量越大,它在恆星壽命期間形成更多外殼的能力就越強。這也將縮短恆星的壽命,因為溫度的升高也會增加核心和周圍外殼的聚變率,從而更快地耗盡燃料。進一步的核/殼包括氖轉化成氧,氧熔化成矽,最後矽轉化成鎳(這種產品具有放射性,衰變形成鐵)。達到這個階段的恆星被稱為紅色超級巨星。這是恆星所能做的極限(原因將在後面提到)。在一顆完全發育的恆星中,外殼會是這樣的:
隨著聚變過程的繼續,恆星核心中鐵的濃度增加,核心收縮,溫度再次升高。當溫度達到鐵可以進行核反應的程度時,所產生的反應不同於以前發生的反應。鐵原子核是所有原子核中最穩定的。因此,當它們經歷核反應時,它們不會釋放能量,而是吸收能量。因此,沒有能量釋放來平衡重力。事實上,隨著重力的作用,內部壓力實際上有所降低,從而使地核的坍塌更加劇烈。在這次坍塌中,核心中心部分的鐵原子核被分解成α粒子、質子和中子,並被進一步壓縮。然而,它們不能被無限壓縮。最終,外層材料從壓縮的核心反彈並向外丟擲。這種情況可以比作地面上被錘子擊打的橡膠球。最初,錘子會因為它的力量而壓縮橡膠球,但最終它會因為橡膠球的密度和壓力達到極限而停止,並被彈回的橡膠球猛烈地彈回,因為這種彈回,橡膠球本身會從表面彈回。在恆星中,核心的外層像錘子,核心是橡膠球。核心崩潰後,恆星的外層被拉向中心。這為反衝核心層和塌陷的最外層之間的巨大碰撞創造了條件。在這種碰撞的極端條件下,會發生兩件事,導致最重元素的形成。首先,溫度達到了即使是最大質量的恆星也無法達到的水平。這給原子核提供了很大的動能,使它們非常活潑。第二,由於中心核心的鐵核分裂,超新星爆發時從核心噴射出高濃度的中子(稱為中子通量)。這些中子被周圍的原子核捕獲,然後透過發射電子和反中子衰變為質子。每個俘獲的中子在衰變時都會導致原子核的原子序數增加一。
超新星爆發時產生大量中子通量,這種中子俘獲/衰變序列可以重複多次,加入質子形成越來越大的原子核。這些條件只存在很短的時間,但足夠長的時間形成最高質量的原子核。
由於這種“反彈爆炸”,富含高質量原子核的恆星外層都被吹向太空,這種物質隨後將進入其他星雲,並融入其他恆星(在那裡,相同的事件迴圈將會重複)。每個週期消耗了早期宇宙中更多的氫和氦,並創造了更多更高質量的元素。