元素最初是怎么形成的?还会有新元素诞生吗?元素周期表有最终的极限吗?,我来为大家科普一下关于宇宙三大定律的奥秘?下面希望有你要的答案,我们一起来看看吧!

宇宙三大定律的奥秘(元素周期表的极限是137还是173)

宇宙三大定律的奥秘

元素最初是怎么形成的?还会有新元素诞生吗?元素周期表有最终的极限吗?

最近日本科学家用线性加速器人工合成了第113号元素并获得命名权,他们决定根据“日本”的日文念法“nihon”发音,将新元素命名为“nihonium”,符号为“Nh”。这里有个小小的插曲,研究团队负责人称本来想命名为“Japonium”的,而前期大众也普遍猜想会以这个单词命名,但最终还是被放弃,因为它容易让人联想到日本的蔑称“Jap”。看来日本人的民族自豪感也不低,不过笔者还第一次听说Jap是蔑称,查了一下,原来是在二战后才逐渐变成贬义词的,大约相当于汉语中的的“小日本”和“日本鬼子”。

闲话少说。目前元素周期表上共有118个已被证实的元素,其中99号锿以后的元素都是人工合成的。在自然存在的98个元素中,有14个只存在于原生元素的衰变链中,也就是说,自然界的所有物质都是由84个元素组成的,那么这些元素究竟是怎么产生的呢?

无可例外,所有的一切都必须追溯到宇宙的开始。在大爆炸后37.9万年,宇宙温度降低到1万度以下,电子开始与原子核结合形成原子,此时宇宙中主要是氢和氦两种元素。由于宇宙在微观尺度上并不是完全均匀的,这种不均匀性经重力效应放大后,物质迅速向密度高的地方聚集形成星系及恒星。在引力的作用下,恒星开始慢慢收缩,温度升高,在核心引发了持续的核聚变。根据恒星的质量不同,聚变反应会逐步生成氦、碳、氧等一直到周期表中的26号铁元素。

由于铁原子核拥有最大的核子结合能,核聚变已不再是放热反应,无法阻止恒星的重力坍缩,许多电子被迫与原子核内的质子结合形成中子,并被压缩至简并状态,形成超新星爆发,释放出极高的能量,在极高的中子密度下,大部分比铁重的元素得以产生,并通过超新星爆发散布到宇宙中。

在某些中子密度较低和温度中等条件下的恒星内部,也会进行一种叫S-过程的慢中子捕获过程,衰变产生一些重元素;此外,高能的宇宙射线也可以和星际物质发生作用产生如锂、铍、硼等元素。

以上就是宇宙中各种元素的大致生成过程,当然这是一个非常复杂的过程,有的元素在第一代恒星中不会生成,有的会在第二代甚至第三代恒星中才生成。之后这些物质会逐渐聚集起来,形成围绕新恒星运行的行星,我们这样的碳基生命才得以在旧恒星的废墟上诞生,开始思考宇宙的过去和未来。

那么在118号元素后还会有新的元素诞生吗?科学家们一直在努力,不过自2013年后,就没有新的元素再被合成。随着原子序数增大,核内质子数的增加,核电荷也随之增大,原子内层轨道电子的运动速度就会加快,以维持系统的稳定。当质子数变得很大时,原子核将不能形成,即使只在瞬间存在也变得不可能。根据波尔模型计算的结果,原子序号大于137时,1s电子壳层中的电子速度将超过光速,而相对论性的狄拉克方程式,在原子序号大于137时也会瓦解。

所以科学家们认为,如果原子核为点粒子,元素周期表的极限是在137号元素;如果考虑原子核的体积,最后一个元素的原子序数应该为172或173。