為什麼在自然界中最重的元素是鈾呢?其他行星有沒有比鈾重的元素

2021-01-09 李論科學

是的!鈾是元素周期表92號元素,是自然界中存在最重的天然元素。除了我們在實驗室中創造的那些更重的元素以外,我們還沒有在自然界中發現任何含有93個質子(錼)、94個質子(鈽)或更多質子元素的礦物。下圖是一個自然元素周期表:

那麼我們肯定會問:為什麼鈾是地球上最重的元素?原因有兩個:一個很明顯,另一個非常微妙。

元素衰變

很明顯的原因是,上圖淺灰色顯示的元素,43-Tc, 61-Pm,以及上面的所有元素,包括93-Np在內這些元素都不穩定。它們和其他元素一樣都在恆星和超新星中產生,但它們會經歷放射性衰變,成為其他穩定的元素(1-42號、44-60號和62-92號)。

但是92號元素鈾,它最穩定的同位素鈾238(92個質子+ 146個中子)的半衰期約為45億年,相當於地球的年齡。這就解釋了我們地球上為什麼還有這麼多鈾,目前只有大約50%的原子有足夠的衰變時間。可裂變類型的鈾235(比鈾238少3個中子),穩定性較差,半衰期為7億年,現在仍然存在。到目前為止,雖然鈾235的比例已經下降了98.8%。然而,元素的總量很大,對我們來說仍然有足夠的剩餘,地球上還有很多鈾235。

但是每一個比鉛重的元素(元素82號)都不穩定,並且最終會發生衰變!在地球上所有不穩定元素中,

奇怪的是為什麼在自然界中沒有發現比鈾重的鈽(94號)呢?鈽244有94個質子和150個中子,它的半衰期為8300萬年,這意味著在地球上應該還有少量的鈽。在自然界中,它比元素鏷(91號)和錒(89號)更穩定,半衰期更長。但只有一項研究聲稱發現了天然鈽,但其結果並未被普遍接受。那麼,現在讓我們來看一個更微妙的問題:為什麼地球上沒有鈽-244呢?

一開始超新星就沒有為我們提供比鈾更重的元素

我們知道只有在超新星中才能產生比鐵-56更重的元素,當巨大、垂死的恆星坍縮並爆炸時,重元素會被拋灑到星際介質重,並重新坍縮形成新的恆星和行星。這就是地球上所有元素的來源。

但是,產生我們的超新星一定沒有足夠的能量來製造大量的鈽!不然我們地球上肯定還有比鈾更重的鈽存在!

但是在宇宙中有比普通超新星強大100倍的超新星爆發,所以在宇宙中肯定有大量的鈽存在。下圖中的超新星可能就是一個很好的例子:

這顆超新星爆炸後形成的下一代恆星和行星中,它們最重的元素就不是鈾(92號元素)了,它們會把鈽(94號元素)看作是自然界中存在的最重元素,甚至可能把鋦-247(96號元素)看作是最重的元素!

但是,從更輕的角度來看,肯定會有一些行星上最重的元素比鈾還要輕,甚至可能比鉛還要輕!

但是,鈾是我們在地球上發現的最重的自然元素,也許還有更重的元素存在!只是我們沒有發現而已!

相關焦點

  • 為什麼自然界中最重的元素是鈾?宇宙中沒有比鈾更重的元素嗎?
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  • 科學家發現自然界最重元素 原子量超過292(圖)
    超重元素Unbibium原子量超過292  【搜狐科學消息】 據英國《新科學家》雜誌報導,比先前任何元素都要重的超重元素自然存在於地球巖石中嗎?一支物理學家小組表示他們已經在自然礦物精製的溶液中發現了少量特別重的原子。但其他科學家表示懷疑。
  • 組成我們身體的元素是從哪裡來的?
    在沒有燃料和熱量來造成膨脹的情況下,恆星開始冷卻並收縮。在恆星生命的最後階段,由於所有較重的元素都聚集在一個半徑只有10英裡的球體中,所以每立方英寸的恆星,其密度可以達到數百萬噸。然而,進一步的收縮會將恆星壓縮到變成一個密度無限大的點!但在塌縮成黑洞之前,它會以大約一百萬(10^27)枚原子彈的能量劇烈爆炸!
  • 宇宙中有沒有生成比鈾密度更大的元素?
    鈾英文名Uranium,得名於天王星的名字「Uranus」。1789年,由德國化學家克拉普羅特從瀝青鈾礦中分離出,就用1781年新發現的一個行星——天王星命名它為uranium,元素符號定為U。鈾通常被人們認為是一種稀有金屬,儘管鈾在地殼中的含量很高,比汞、鉍、銀要多得多,但由於提取鈾的難度較大,所以它註定了要比汞這些元素發現的晚得多。
  • 你從哪裡來,宇宙重元素
    重元素誕生於超新星爆發  大質量恆星核心核聚變產生了鐵及其之前的重元素之後,恆星會劇烈坍縮形成超新星爆發,恆星中的鐵元素在高溫高壓下,與自由中子、電子、質子等發生反應,產生鈾之前的所有重元素。此時恆星最外到最裡層依次是氫、氦、碳、矽、鐵。  但恆星的演化到了這步並沒有完全停止。由於恆星的高溫不足以「烹調」出鐵以後的元素,如銅、鎳、鋅、鈾等。要想促使這些重元素的誕生,就需要一個更大的熔爐,即超新星爆發。
  • 地球中的元素高達百多種,是否包含宇宙中所有元素,研究表明真相
    地球上有94種天然元素,包括氫1號到94號鈽,已知元素數已達118個,其餘24個元素均為人工合成,如果排除了人工元素,那麼宇宙中的其他行星可能確實含有地球上不存在的化學元素。然而其他行星上超鈾元素的豐度應該非常高,所含元素的類型與地球上的元素不會有太大的不同,至於原因,它涉及到宇宙元素的起源和行星的演化。
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    地球上有94種天然元素,包括1號氫到94號鈽,已知元素數已達118個,其餘24個元素均為人工合成,如果排除了人工元素,那麼宇宙中的其他行星可能確實含有地球上不存在的化學元素。然而其他行星上超鈾元素的豐富度應該非常高,所含元素的類型與地球上的元素不會有太大的不同,至於原因,它涉及到宇宙元素的起源和行星的演化。根據標準宇宙模型,宇宙起源於138億年前的無窮小奇點,在宇宙的開始,今天沒有已知的物質,也沒有空間。宇宙從大爆炸中誕生約10秒後,膨脹的宇宙逐漸冷卻,宇宙開始了長達10分鐘以上的原始核合成過程,在此期間質子和中子逐漸形成,質子和中子結合形成氦核。
  • [趣味化學]追蹤第94號元素
    文章認為,大部分鈾238的裂變能量即使不能直接利用,也可能間接利用。其原因在於用中子轟擊鈾,存在把部分鈾轉變為鈾後元素這種可能性。當鈾238的一個原子俘獲一粒中子後,就成為同位素鈾239。這種物質也可能裂變,但是無論鈾239裂變與否,它在能量上都是不穩定的,很可能由於放射出β粒子而衰變為幾種比鈾重的新元素,這些新元素中的一種或幾種可能由於慢中子產生裂變,這就使鈾238間接地得到利用。
  • 太陽和地球誕生在同一星雲下,為什麼地球上大部分是重元素?
    也許你會認為質量是唯一的區別,但是在細想一下,如果太陽(以及所有的恆星)主要由氫和氦組成,為什麼行星上的物質分布就不一樣呢?也就是說,行星上為什麼都是重元素?不僅行星上的物質分布不一樣,而且甚至相差甚遠。今天我們就說下巖石行星的元素比例為何和恆星不一樣?
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    什麼是超重元素,自然界中為什麼不存在超重元素?>什麼是超重元素,自然界中為什麼不存在超重元素?一般而言,原子序數越大,質量數也就越大,原子核也就越重。因此,在本文中,我們用重原子核這一說法來表示原子序數非常大的原子核。其中,原子序數104以上的原子核,稱為超重核。截止1925年,人類已經在自然界中發現並分離出了92號元素鈾及之前的全部元素,93號元素開始(即所謂的超鈾元素),都是通過人工合成方式發現和確認的。
  • 宇宙中的元素,從何而來,將有何變化?
    需要留心的是,這不僅僅是大量數量的原子,而且是大量種類的原子,這意味著原子的原子核內質子數量不同,正是這一點區分不同的元素。我們每個人體內都需要C、N、O、P、Ca和Fe這些元素。地球地殼則需要矽和大量其他重元素構成,然而為了不斷產生地核內的熱量,需要元素周期表內我們能在自然界中找到的最重的元素:釷、鐳、鈾,甚至是痕量的鈽。
  • 在元素周期表中,我們的太陽製造不出來的元素有哪些?
    圖註:元素周期表當內核達到足夠大的重元素濃度時,發生了一次災難性的超新星,產生了迅速的中子爆發,並散落到其他核中。很快,宇宙中存在的元素種類就在周期表上不斷攀升,創造出我們在自然界中所發現的一切,許多元素甚至比這個還要重。
  • 科學奇問:把元素周期表中所有元素都買1克,需要花多少錢呢?
    ,金屬和非金屬以及土壤,但這似乎不能完全表達元素的特性,這就是為什麼在近一個世紀以來,化學家 絞盡腦汁。但是,直到門捷列夫和德國化學家朱利葉斯·洛薩·邁耶(Julius Lothar Meyer)公布了各自的元素周期表之前,仍然沒有統一的劃分標準,但是兩位偉人發布的元素周期表顯示出元素的分類特徵,但門捷列夫在元素的分類中留了空白。
  • 鐵元素是坍縮恆星中產生的最後一種元素,為什麼?
    在恆星中,熱和壓力迫使像氦和氫這樣的輕元素熔合成較重的元素。隨著恆星年齡的增長,這些元素會融合成更重的元素等等,直到它們產生鐵和鎳(如果恆星足夠大的話)。當輕元素熔合成更重的元素時,恆星會經歷一系列可預測的聚變反應,這些元素在恆星核心聚集,直到達到足以融合成更重元素的密度,以此類推,直至鐵或恆星質量所能支持的任何輕元素。這是所有這些元素產生的主要方法,也是宇宙中最常見的元素包括氦、氧、氮和碳的原因,這些元素都是恆星聚變的早期副產品。
  • 把元素周期表中的所有元素都買1克,需要花費多少錢?
    目前人類共發現118種化學元素,其中1~94號元素在自然界均有發現,而95~118號元素全是人工合成的,人工合成元素的成本非常之高,有的元素是金錢也買不到的。
  • 那宇宙裡比鐵要重的元素是怎麼形成的?
    核聚變到鐵並未停止,只是能核聚變到鐵的恆星,離死就不遠了,隨著臨死前的一場爆炸,是可以聚變出所有自然元素的,這場爆炸稱為「超新星爆發」。自然界元素的由來首先大家要知道整個宇宙中幾乎99%的元素都是氫和氦。這兩種最簡單的元素充斥了整個宇宙空間。
  • 已知元素是大爆炸或恆星製造,但這三個特殊元素除外
    事實證明,從元素1(氫)到包括元素92(鈾)在內的大部分元素在地球上都是自然存在的,但有兩個例外:元素43(鎝)和元素61(鉕),因為這兩種重元素具有各種形式的放射性,半衰期比地球的年齡要短得多。從另一方面來說,鋰和硼對人類有生物作用,硼是所有植物細胞壁中所必需的元素!這三種元素的起源不同於元素周期表中的其他元素。宇宙中元素的起源,主要是氫和氦大爆炸初,宇宙中沒有元素,只是夸克、膠子、電子、中微子、輻射、不穩定粒子和反物質的熱混合物。
  • 為什麼滷族元素有這麼大的危害,人們卻依舊沒有放棄使用呢?
    自然界中的元素大家都知道自然界當中存在著各種各樣的物質,目前已經發現有100多種基本的物質存在。到2012年為止一共有118種元素被發現,在這其中有94種位於地球。在自然界當中,以理論能合成的最大原子序元素為98號鉲。當然隨著科技的不斷發展,更重的元素也相繼被合成,現在已經到了118號Og。總體來說化學元素就是具有相同核電荷數的一類原子的總稱。以哲學的眼光來看待元素,其實就是原子的質子數因量變而導致質變的一種結果。