[科技长廊•化学篇]化学元素是如何形成的?(图)

2013-09-25 03:20 桌面版 正體 0
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【看中国2013年09月25日讯】探索化学元素的起源和形成是一个既古老又新鲜的问题。关于化学元素起源的理论要能够说明现在宇宙中各种化学元素的丰度,也就是说,元素及其同位素的分布规律,不仅与原子结构有关,而且与元素的起源和演化相联。

早期的化学元素起源假说有平衡过程、中子俘获、聚中子裂变等,它们都试图用单一过程解释全部元素的形成原因,结果是顾此失彼,不能自圆其说。1957年,伯比奇夫妇、福勒和霍伊尔以宇宙的元素丰度为基础,推出了元素在恒星中合成的元素起源假说,简称B2FH(四位科学家姓名的英文字头)理论。这一理论认为,所有的化学元素并非通过单一过程一次形成,而是由氢通过与恒星不同演化阶段相应的4个通程逐步合成的,然后由恒星抛到宇宙空间,就是我们观测到的化学元素及其同位素。

化学元素

1.氢燃烧温度高于700万度条件下,每4个氢核聚变为1个氦核。

2.氦燃烧:在温度高于1000万度条件下,由氦核聚变为碳-12核和氧-16核等。

3.a过程:a粒子与氖-20相继反应生成镁、硅、硫、氩等。

4.平衡过程:温度高、密度高的条件下,生成钒、铬、锰、铁、钴、镍等。

5.慢中子俘获过程。

6.快中子俘获过程:5和6生成比铁系更重的元素。

7.质子俘获过程:生成一些低丰度、富质子同位素。

8.X过程:生成重氢、锂、铍、硼等低丰度轻元素。

B2FH理论不断得到原子核物理、天体物理和宇宙化学等方面新成果的补充和修正。主要是温度6000万至4亿度发生碳、氧和硅燃烧过程,解释氖至硅、硅至钙和铁等元素的丰度;大爆炸宇宙学认为,宇宙早期温度很高,生成大量氦,解释氦在许多天体上丰度大的原因;用宇宙粒子碰撞星际空间的碳-12、氮一14、氧-16、氖-20等原子,并使其碎裂,来说明锂、铍、硼等轻元素的丰度。

当今,大多数科学家都接受质子聚变(氢聚变成氦,再形成锂、硼等轻元素)和中子俘获(氦轰击轻原子产生中子,轻元素原子核俘获中形成较重元素)是宇宙形成化学元素的两个主要过程,直到今天,这两种过程仍在恒星内部继续合成各种化学元素。

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