為什麼地球上有元素周期表中幾乎所有的元素而沒有斷層?
在元素周期表中,除了不穩定的或者人工合成的排在後面的元素以外,地球上有著表前面幾乎所有的元素,元素之間為什麼沒有斷層?
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另外,在其它任意的星球上是否也能找到幾乎所有的元素?
這是否意味著即便存在外星人,他們也和我們有著一樣的元素周期表,是否當初旅行者金唱片上面應該印上元素周期表?
Tc鍀,原子序數43,沒有穩定同位素,長期失蹤的元素。
1930年代人工合成,1960年代在天然鈾的衰變產物中發現。
除了Tc以外,Pm鉕也是一個斷層,前後都有穩定同位素的。
另外一個沒有穩定同位素的是想不到的W鎢,不過180W的半衰期是1.8E+18 a,地球上的180W不是衰變產物,和題主要求不符。
每一個爆掉的超新星,都能炸出一張元素周期表
...爬樹、種田、冶礦...人類在地球上折騰了這麼久,那些題主提到的 「 地球上有元素周期表中幾乎(除了不穩定的或者人工合成的...以外)所有的元素 」,無非是在地殼和地幔的礦物質里找出來的。
那這些化學元素來自哪裡呢,它們一路上會發生變化么:
最初出現在宇宙中的,是來自於大爆炸後形成的輕元素,它們後來形成了最早的恆星。如果拿著現在的元素周期表,這時你會發現別說斷層了,除了氫、氦和鋰,其它元素都找不到
不過可喜的是,那些最早的恆星在其生命的整個周期里,經過本身的一些物理過程,使得更重的元素得以生成;恆星們雖然會漸漸死去,但其中一部分產物被釋放到宇宙空間中——成為星雲;新的恆星又在星雲中產生;在這些恆星中又生成了更重、更多的元素,然後再釋放、再產生...(洗腦循環...說成洗元素循環更好)...如果拿著現在的元素周期表,這時你會發現表上有的,這時星雲和恆星中都有,但是那些參與了」恆星-星雲「循環過程的元素們在物理作用下也一直發生著改變,總體看來,這種改變只是引起了元素丰度的變化
約50億年前,太陽、地球、火星、木星... ...它們形成於同一塊星雲,所以都各自繼承了一部分元素;但元素們(包括重元素們)大多是在太陽上,地球總質量只有太陽的0.0003%,太陽自己還可以合成重元素,而像地球這樣的行星是不行的。但是,即便在數量上差異很大,對於地球人來說,一丁點的比例也就足夠了,並且在元素的組成上,種類都是一樣的——所以,人類在地球上為找尋那一丁點比例而挖來挖去,也能把周期表上的元素都挖出來(除非不穩定,在我們開挖的時候早已衰變殆盡)!
元素無斷層,只要肯挖掘,太陽系甚至別的恆星系統中的行星也是如此,只是不同行星上元素丰度是不一樣的,導致挖掘的難易程度不同。所以外星人要是發現了元素的周期律,那周期表就是差不多的吧,反倒是旅行者金唱片印上我們的裸體嘛...萬一遇到外星吃貨怎麼辦( 咦,那倆傢伙是什麼,可以吃么 ) !當然了,也不能說「任意的」星球上都是這樣,宇宙中什麼奇怪的玩意兒都有,物質總的構成因球而異。
問題到這其實就回答完了,如果你不厭其煩,還可以看一下這個:
----------------------------------分隔線以下是原先的回答,基於上面的思路橫向發展------------------------------
大爆炸冷卻後,宇宙里有了氫氦和少量的鋰,然後這些基本的元素長成恆星,恆星通過內部核合成(以下簡稱「燒」)和爆炸產生大量別的元素,這些元素順著星風、爆發或噴發吹到星際介質中,那些星際介質經過一些反應又產生元素變化,然後它們又形成新的恆星和行星,周而復始,有了太陽和地球,又分別有了你我,而我們終將一起,在未來變成新的星星
以下簡單介紹下,由於恆星結構同質量有關,質量不一樣的恆星能燒到什麼程度是不一定的:
一般來說質量大的燒的越旺,對於一顆普通大質量恆星(8-25個太陽質量)來說,它會逐步核燃燒合成質子數不超過28的元素,也就是到Fe Co Ni為止,且大多為56價,除此外還產生了大量中子,然後,那些燒出來的玩意兒可以發生衰變產生比自己輕的元素,並且鐵元素還能夠通過慢(俘獲中子比衰變慢)中子俘獲過程產生更重的元素;後來,這種大質量恆星在死亡(簡單地說就是燃料告罄,不可以再抵擋引力了)時發生爆發,這種爆發炸(「炸」指的是引力能的釋放)出來的是其緻密核周圍的物質,剩下的緻密鐵核(保守估計不超過3個太陽質量)一旦冷靜下來會成為中子星,這個過程會有快中子俘獲反應,本著更高更快更強的精神使鐵元素成長為更重的元素;另外,一些在高溫高密環境下不穩定(易裂)的元素如Li、Be、B也不會太多,但可以在星際空間中通過宇宙線擊打重元素核發生裂變產生它們;對於超大質量(一般來說25個太陽質量以上)恆星來說,由於它在死亡時大多數情況下會成為黑洞(直接塌成黑洞或者先炸後吸但還是黑洞),所以其自身的物質變化就不在這裡多說(也有一部分超大質量黑洞在一定條件(質量、重元素(比He重)丰度)下成為中子星或者全部炸掉)
中等質量恆星(一般來說3-8個太陽質量)一般燒到Mg(按質量和重元素丰度比不等,燒到或Si、Ca吧,反正燒不到Fe)就停了——因為溫度等條件不夠。它死亡時也爆發,只是不如上面那位來的壯觀,描述成「噴發」更好一些,噴發形成行星狀星雲,它噴發剩下的核少於1.44個太陽質量,成為一顆(碳氧)白矮星;但是,如果它可以吸伴星的物質逐漸接近一個質量上限約1.44太陽質量的話,它就會馬上把一切都給炸(這裡炸不同於上面,這是核反應能量的釋放)到空間中什麼也不剩,這個過程燒到Mg最多到S就爆了,研究表明爆炸初期會產生大量的Ni同位素並衰變為Fe,但不知更重的元素會不會產生太多;
實在是沒多少機會爆的那些普通恆星(像太陽這樣的)可以通過星風以及其生命的後期通過脈動(簡單地說就是熱脹冷縮)和星風把一些燃燒的產品噴出來,但它們壽命比較長(百億年,死了後也是白矮星)所以貢獻出元素主要通過星風
而更低質量的恆星,它們壽命雖然老長老長了,但也可以通過有效的對流作用把燒出來的玩意兒帶到恆星表面,然後通過星風吹到星際空間的物質中去,這些星星數量龐大,但是它們本身燒的不旺,只能簡單地進行質子-質子鏈式反應,產生He,頂多牛B到O;
其他高能天體現象的中子、質子俘獲過程,以及高能宇宙線轟擊、元素衰變也將會導致元素的改變
通過以上在恆星演化中的各個過程,香噴噴熱乎乎種類繁多的元素們就出鍋啦!
那些包含了很多元素的星際介質,以分子氣體、原子氣體、塵埃、電離氣體的形式存在,分子氣體是原子在一定密度和適當的溫度(太熱了不行)下形成的,比原子氣體要密一些。這個時候除了上面說的宇宙線和衰變這些物理作用外,還會產生一些化學變化,使得普通分子甚至大分子被合成出來。比如,在一定溫度和氣體密度下塵埃的表面可以聚攏一些元素的原子,經過塵埃(碳顆粒或硅酸鹽顆粒(這裡「顆粒」指0.1微米以下的尺度))的催化合成分子,然後那些分子在一定條件下(比如新的恆星形成發光)被蒸發出來,連同塵埃和少量原子氣體一起,形成很多分子雲,大多是氫氣,其次是一氧化碳,還有水呀、氨呀、乙醇(其實最香醇的美酒是在宇宙中自己產生的)等等等等,甚至氨基也有喔!而且大多數分子地球上是沒有的(當然這說到的是分子,題主問的元素很多在地球還是有的)。
小的分子雲在引力和動力的作用下聚攏,成為巨大的分子雲,巨分子雲裡面會形成緻密的雲核,不用說,它們都憋著一肚子勁兒不會穩定太久(千萬年左右),一旦時機成熟受到激發巨雲會發生塌縮和分裂,逐漸形成原恆星和原行星盤,年輕恆星甫一產生——在達到核反應所需溫度(原恆星:我被點燃了)後便開始恣意地發出光芒,那些光逐漸變強,使得周圍氣體被吹散(ps:恆星形成和行星形成這個過程十分好玩,又是吸又是噴的,但是細節上我還弄不太明白就簡介一下大概)
行星是在原行星盤中形成的,至於怎麼到地球這樣的岩石類行星,還查的不是很清楚,反正現在行星形成的說法是在氣盤上形成星子,然後星子聚攏,然後在各種力主要是引力作用、碰撞以及恆星的作用下形成不一樣的行星,像地球火星這樣的就老老實實做岩石類行星,像木星那樣的跟太陽搶氫氣又搶不過的就只好當個巨無霸氣態行星了,還有一些小個子,就只好做彗星或衛星了,不過為什麼會這樣呢?鑒於恆星盤形成原行星及後來的遷徙過程極富多樣性,很多文章里說的都不一樣,只好等看到這個問題的相關專業人員來解釋下它們的共同特點了,一想起這個便覺得肯定極好玩
另外,元素周期表中也有地球上本沒有的元素,所以題主你說的「斷層」還是有的,不過強大的實驗室可以造一些
所以在我們目前存在的宇宙,不管咱去哪裡這個表都是一樣的,只是在不同的地方丰度不一樣~我們的望遠鏡可以看到宇宙在一些地方以前的樣子,也就是我們能觀測宇宙的過去,那時的元素丰度也不一樣
但是,回答你的第二個問題,你並不能在任意的星球里找到所有元素,比如上面說的中子星,你在一顆孤孤單單(就是沒有伴星供他吸物質)的中子星上面只能找到大量的「磁鐵」(回答評論中對此的疑問:中子星表面是由鐵元素構成的,只不過這時原子核外電子都處於簡併狀態——就是大家太擠了爭著搶位置;表面再往下更擠了,電子和質子會結合成中子,也就不存在元素一說了;再往下還有別的結構......)
更爽的是你在一顆孤孤單單的白矮星上,雖然沒有鐵,但是整個星球是個大「鑽石」(C,比地球上的鑽石還要硬),表面也有可能有氮氧
即使在行星上面,如前所述,像木星這樣的大氣球,大多也是氫和氦,其他重元素少得可憐,而且一般也會因為重力的緣故在核裡面
宇宙比較大,好多地方正在香醇清風雨落下,借用一部百看不厭的電影里說的:如果就只有我們生活在這裡,豈不太浪費了么
以上是搜羅總結的,參考為:各種百科+問很多人+評論( @越滾越遠 )+一些書——考慮到只是為了了解大概的過程,就不一一列舉了,肯定會有一些疏漏,或許有些地方還有些錯,所以希望知友們補充和提出問題
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另外,@senyan guo又接著題主提到了一個問題「 人類怎樣發現並且確認元素的?」
翻開原子物理或量子物理的基礎教材,都會發現其教材架構的順序差不多遵從的是實驗和理論的歷史,在這些歷史中人們發現一些現象後提出疑問以及解釋乃至預言,從元素的認證、到現代物理學和天文學的產生髮展,都是一脈相承的,並且它們都源於人們對光的好奇心:
初,牛頓在1666年(康熙小皇帝剛剛到青春期),通過觀察三稜鏡把太陽光折射成 紅橙黃綠藍靛紫 的現象,這也是「光譜」的概念,並推斷出光(一切人們見到的光,那個時候還沒發現見不到的光)是由以上不同顏色的光(所謂「單色光」)組合而成的;並且牛頓支持前人提出的光是微粒的說法,但認為光是波的也大有人在,這個問題吵了兩百多年無解
一百多年後,天文學家威廉赫歇爾在1800年做不同顏色的光的熱量的實驗的時候,發現在太陽光譜紅光以外的地方竟然有種看不見的光,那便是人的肉眼看不見的紅外光;受此啟發,另一個人威廉里特把氯化銀溶液放在太陽光譜紫光以外的地方,竟然有銀被析出,這下紫外光也發現了;往後又會有很多肉眼看不見但通過別的辦法去「看見」的光的發現,使得人類「視野」中的光譜被拓寬
那光譜同元素又有啥關係呢:
1804年,威廉沃拉斯頓發現了太陽光譜線,然後約瑟夫夫琅禾費也在1811年觀察到了,說來也有意思,他們的方法同牛頓稍有不同,因為他們使用了狹縫:如果我讓白光全部照射在一個稜鏡上,一端的紅光會疊加在另一端的藍光上,這樣就看不到清晰的光譜(只能粗略的分辨顏色);反之,如果先讓白光通過一個狹縫,那麼光束在通過稜鏡後就展開了,在屏幕上能看到連續不斷的、不同顏色的狹縫像;如果白光中失去了一種顏色,那麼在屏幕上就會顯示一個呈現狹縫狀的空隙(選自《天文學物理新視野》chap3)
那些線狀的狹縫像,便被稱為譜線,夫琅禾費系統的標註了那些譜線,但他也不知道為什麼會出現這個東西(夫琅禾費:「 why?」)(更生動的演繹參看紀錄片「宇宙時空之旅」NO.5)
解決了這個問題的人是基爾霍夫和本生,他倆在1859年及以後的試驗中發現,不同種類、不同密度、不同溫度的氣體在不同強度的白光光源(即「背景光源」)通過狹縫照射下,屏幕上會出現暗黑(吸收線)的或明亮(發射線)的線條
而這個時候的人們,早已有「元素」的概念,只是沒有發現元素的周期律而已(1869年門捷列夫提出了他的研究成果,才有了元素周期表一說),可以說人們發現了不同類型譜線代表了不同的元素在不同狀態下的性質,這種性質只跟「元素」本身有關。所以,光譜分析給了我們確認元素的一種好方法,並且沿用至今,至於@senyan guo問的「 人類怎樣發現並且確認元素的?」中的「發現」,這個我真的無能為力,不過元素概念的科學發現想必是個純化學問題,sorry~
歷史再往後就是人們解釋元素譜線的起因了,也就是回答「為什麼有元素這種區分」,大家想肯定跟微觀結構有關,那這個微觀結構又是啥,它是怎樣使白光失去(或增加)某一種顏色的呢?那便是原子結構的研究史(再往後,發現也同其它結構有關),不同元素區別在於不同的原子核質子數,同位素的區別在於核內中子數,這些耳熟能詳的介紹在普通化學或物理教材中也就都有了...
謝邀,樓上都說的差不多了,我來補點圖吧。
太陽系中元素丰度圖,Fe-56具有所有核素中最低的核子結合能,是最穩定的核素,因此丰度比周圍的元素要高很多。
元素周期表中各元素在宇宙中的來源,碳到硫可能是在較小的恆星中由alpha過程形成的(alpha process). 鐵之前的元素可能是在較大的恆星中由中子捕獲形成 (s-process, planetary nebulae). 比鐵更重的元素則可能是在超新星爆炸中形成(r-process).
太陽系是由更早的超新星爆炸形成的,絕大多數都是以氫氦為主的輕元素,形成了太陽。其他重一些的元素形成了地球等行星,所以地球上有幾乎所有的元素。
非專業人士,可能有不準確的地方,參見 @Procyon 的評論,謝謝。
參考資料:
1. Nucleosynthesis
2. 太陽系的形成與演化
3. Iron-56
首先,地球上的大部分元素本身也不是自己產生的,是宇宙形成時逐漸產生的,我們只是繼承了這些元素,然後進行了各種排列組合。當然某些元素在漫長的歷史裡也發生了改變,可以自行參考「衰變」。
其次,人類是有能(xian)動(de)性(huang)的,許多自然界不存在的元素被通過各種核反應製造出來。這裡要注意的是,最常用的元素周期表從1-112都是連續的,並不是因為地球上存在這些連續的元素,而是空缺被人造元素填補了,在112以後,元素就不再是連續出現了,有許多聲稱發現/合成新元素的報道但很多是不可信的。以及,這些重原子也很少會有應用價值了。可以參考「穩定島理論」。
宇宙中的元素可以通過光譜方法來發現,最經典的是太陽光譜中氫譜線的發現。不可否認的是各種元素的丰度分布是和我們地球的條件相關的,在其他星球上也許會存在其他形式例如硅基生命?用元素周期表來溝通不失為一種好方法—當然我們也不禁要考慮:那個星球的發展水平是否足以認識「元素」,又或者其水平已經遠遠超越地球,或者在那裡以量子力學為基礎的原子模型都已經被推翻?關於宇宙的一切,我們這些愚蠢的凡人還是要保持謙虛吶!
超大恆星滅亡時溫度極高,通過核聚變可以形成所有元素,然後恆星爆炸將各種物質拋撒出去
太陽是第二代甚至是第三代恆星,第一代恆星只有元素周期表前幾位的元素,超新星爆發後就產生了元素周期表後面幾乎所有的元素,這麼多元素在一起才能產生生命,於是就有你來這兒提這個問題咯。
最直接的原因是誕生太陽系的原始星雲擁有這些元素。而這些元素(除了宇宙誕生之初形成的H)絕大部分都是由太陽之前的幾代恆星「燃燒」、超新星爆發以及放射性元素衰變所形成的。
不論鈾之後的元素,即使鈾之前的元素也不連續啊,43號Tc,61號Pm都沒有
big bang啊,恆星的爆炸啦,你可以看成是在做一盤東北亂燉,什麼元素都有。
而各種星星嘛,這些都是亂燉g後產生的亂七八糟一堆東西聚在一起形成的,當然就什麼都有了。
不同星球的區別就是各種元素量多量少的不同而已超新星一爆炸,什麼元素都一下全生產出來了,包括那些壽命極短地球上找不到的同位素和排在周期表後面的元素
你想啊,質子自由組合形成各種元素,既然自由組合,當然是連續的啦,,然後,大到一定程度,無法有效約束就是不穩定元素,,呵呵..簡單理解是這樣!
好問題,今天剛看到一個名為「宇宙的奇蹟星塵」的紀錄片,裡面說地球上有宇宙中所有的元素!建議答主去觀看,這是一個系列哦!
我想說的是,人類怎樣發現並且確認元素的?
在土衛六上?
這個,是不是應該先有元素,後有周期表的吧?
Shuying Yang的回答很精彩,但是他有一個說法似乎需要修正,Tc和Pm在自然界還是存在的。鍀和http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%92%B7
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