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!