Самый распространённый элемент во вселенной
Безусловно, что в нашем понимании вселенная это нечто единое целое. Но имеющее свою структуру и состав. Сюда относятся все небесные тела и объекты, материя, энергия, газ, пыль и многое другое. Все это образовалось и существует, независимо от того, видим ли мы это или ощущаем.
Тёмная материя
Учёные давно рассматривают такие вопросы: Что же образовало такую вселенную? И какие элементы её наполняют?
Сегодня мы поговорим о том, какой элемент самый распространённый во вселенной.
Водород
Оказывается этот химический элемент самый лёгкий в мире. Кроме тго, его одноатомная форма составляет примерно 87% всего состава вселенной. Помимо того, он содержится в большинстве молекулярных соединений. Даже в воде, или, к примеру, он является частью органических веществ. Вдобавок водород выступает особенно важной составляющей частью кислотно-основных реакций.
Кроме того, элемент растворим в большинстве металлах. Что интересно, водород не обладает запахом, цветом и вкусом.
Водород
В процессе изучения, учёные называли водород горючим газом.
Как только не определяли его. В своё время он носил имя рождающий воду, а затем водотворное вещество.
Лишь в 1824 году ему присвоили название водород.
Во вселенной водород входит в состав 88,6% всех атомов. Остальное в большем количестве составляет гелий. И лишь малая часть это прочие элементы.
Следственно, звёзды и другие газы имеют в своём составе в основном водород.
Кстати, опять же он имеется и в звёздных температурах. Однако в виде плазмы. А в космическом пространстве он представлен в виде молекул, атомов и ионов. Интересно, что водород способен формировать молекулярные облака.
Молекулярное облако Ориона
Характеристика водорода
Водород уникальный элемент, так как не имеет нейтрон. Он содержит лишь один протон и электрон.
Как указывалось, это самый лёгкий газ. Важно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость. На это не влияет даже температура.
Теплопроводность водорода одна из высоких среди всех газов.
Помимо всего прочего, он хорошо растворим в металлах, что влияет на его способность диффундировать через них. Иногда процесс приводит к разрушению. К примеру, взаимодействие водорода и углерода. В этом случае происходит декарбонизация.
Появление водорода
Возник во вселенной после Большого взрыва. Как и все химические элементы. По теории, в первые микросекунды после взрыва температура вселенной была выше 100 млрд градусов. Что образовало связь трёх кварков. В свою очередь, эта взаимодействие создало протон. Таким образом, возникло ядро атома водорода. В процессе расширения температура упала, и кварки образовали протоны и нейтроны. Так, на самом деле, возник водород.
Связь трёх кварков
Гелий
В промежутке от 1 до 100 секунд после образования вселенной часть протонов и нейтронов соединилась. Тем самым образовав другой элемент-гелий.
В дальнейшем расширение пространства и как следствие снижение температуры приостановило соединительные реакции. Что важно, они вновь запустились внутри звёзд. Так образовались атомы других химических элементов.
В результате получается, что водород и гелий являются основными двигателями образования остальных элементов.
Гелий
Гелий вообще является вторым по распространённости элементом во вселенной. Его доля составляет 11,3% всего космического пространства.
Свойства гелия
Он, так же как и водород, не имеет запаха, цвета и вкуса. Вдобавок, это второй по лёгкости газ. Но его температура кипения самая низкая из всех известных.
Гелий — это инертный, нетоксичный и одноатомный газ. Теплопроводность его высокая. По этой характеристике он вновь стоит на втором месте после водорода.
Добыча гелия осуществляется методом разделения при низкой температуре.
Интересно, что раньше гелий считали металлом. Но в процессе изучения определили, что это газ. При том, основной в составе вселенной.
Применение гелия
Все элементы на Земле, за исключением водорода и гелия, породила миллиарды лет назад алхимия звезд, часть которых является ныне неприметными белыми карликами где-то на другой стороне Млечного Пути. Азот наших ДНК, кальций наших зубов, железо нашей крови, углерод наших яблочных пирогов созданы в недрах сжимающихся звезд.
Мы сотворены из звездного вещества.
Карл Саган
Применение элементов
Человечество научилось добывать и применять с пользой для себя химические элементы. Так водород и гелий применяют во многих сферах деятельности. Например в:
- пищевой промышленности;
- металлургии;
- химической промышленности;
- нефтепереработке;
- производстве электроники;
- косметической промышленности;
- геологии;
- даже в военной сфере и др.
Как видно, эти элементы играют важную роль в жизни вселенной. Очевидно, само наше существование напрямую зависит от них. Мы знаем, что ежеминутно происходит рост и движение вселенной. И несмотря на то, что они по отдельности небольшие, все вокруг основано из этих элементов.
Поистине, водород и гелий, также как другие химические элементы, уникальны и удивительны. Пожалуй с этим невозможно поспорить.
Источник
Какого металла больше всего во Вселенной
Самым распространенным химическим элементом на нашей планете является углерод. Но в масштабах Вселенной Земля — лишь песчинка среди бескрайнего моря звезд и галактик. И в связи с этим становится интересным, а из чего состоит наша Вселенная? Что является основой далеких планет и астероидов? Какой элемент периодической таблицы самый главный?
Самый распространенный химический элемент во Вселенной
Если говорить о том, какой элемент самый распространенный во Вселенной, то тут все будет очень просто. На первом месте идет водород, затем гелий, кислород, неон и замыкает пятерку лидеров железо. А теперь давайте подумаем, какой элемент выбивается из общей картины.
Правильно! Железо! Почему? Да потому, что все остальные представители таблицы Менделеева, кроме железа, являются газами. А железо — это металл. Таким образом железо — это самый распространенный металл во всей Вселенной. При этом он и один из самых важных, ведь если газы формируют в основном атмосферу небесных тел, то железо является основой планет. А значит можно сказать, что если бы не было железа, то не было бы и большинства объектов во Вселенной.
Как ученые определили, что железо — самый распространенный металл во Вселенной
По сообщению журнала The Astrophysical Journal, группа астрохимиков из США пришла к такому выводу, рассчитав спектр поглощения кластеров железа. То есть ученые провели спектральный анализ удаленных объектов. Если не вдаваться в подробности, то объяснить это можно следующим образом.
Когда мы что-либо видим, это означает, что от этого объекта отражается свет и мы улавливаем эти световые волны. Свет – это смесь электромагнитных колебаний, и каждое колебание имеет свою длину волны, и, соответственно, свой цвет. Есть 7 основных цветов, а также оттенков и переходов между ними. Когда проводится спектральный анализ, изучается именно то, как химические элементы поглащают или отражают свет. В итоге получается спектрограмма. На основе получившейся картины можно сделать вывод о характеристиках испустившего свет объекта. Простой пример — радуга после дождя. Капли дождя разделяют свет, исходящий от Солнца.
Где находится «космическое железо»
Большая часть железа Вселенной сконцентрирована внутри планет и в межзвездном газе. Кроме того, как показывает новое исследование, не мало железа находится в связи с углеродом, формируя особые молекулы, называемые полиинами. При этом ранее предполагалось, что эти самые полиины — это соединения углерода без примесей железа.
«Атомы железа объединяются в особые соединения с углеродом и основная проблема в том, что эти соединения имеют почти такой же спектр, что и чистые углеводороды. Поэтому ранее мы могли легко их проглядеть», — говорит ведущий автор исследования Фрэнк Тиммес
Хотите узнать что-то новое? Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят материалы, которых не найти на сайте.
Источник
Разнообразие химических элементов во Вселенной
Современная таблица Менделеева содержит 118 химических элементов. Согласно истории Вселенной, после Большого взрыва образовались только четыре элемента: водород, гелий и малое вкрапление лития и бериллия, а также один из изотопов водорода — дейтерий. Вселенной понадобилось почти 13,8 миллиарда лет, чтобы прийти к современному составу. Как получились более тяжëлые элементы?
Часть элементов образуется в процессе эволюции звёзд. Выделение энергии в звезде осуществляется за счёт протекания термоядерных реакций, при которых лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжëлые. Здесь есть зависимость от массы, например, в звезде средней массы (такой, как Солнце) на протяжении нескольких миллиардов лет будут идти реакции превращения водорода в гелий, после чего часть гелия идёт на синтез кислорода и углерода, но дальнейшие реакции происходить не будут. Более массивные звёзды способны образовать в своих недрах неон, магний, кремний, серу, никель, кремний, железо. Однако в звёздах невозможно образование элементов тяжелее железа, так как такие реакции требуют дополнительной энергии.
Существуют элементы с атомным номером больше 38, такие как вольфрам, ртуть, свинец, которые образовались в звёздах с массой до трёх масс Солнца. Однако это не термоядерные реакции, которые поддерживают тепловыделение. При высокой температуре внутри звезды ядро атома захватывает нейтрон. Затем в ядре происходит бета-распад, при этом образуется протон, и атомный номер ядра возрастает. Это так называемый s-процесс (от английского slow), который не основной в звезде, скорее протекает как побочный эффект звёздной эволюции.
Какие ещё высокоэнергетические процессы происходят во Вселенной? Например, взрыв сверхновой, при котором за несколько месяцев выделяется энергия, которая выделилась бы на Солнце за 30 миллиардов лет (если бы оно столько существовало). Взрыв сверхновой — это конец жизни звезды, и в его процессе в окружающее пространство выбрасываются элементы, которые синтезировались в звезде. Сверхновая I типа — это взрыв белого карлика, который входит в двойную систему, сверхновая II типа — это взрыв массивной звезды. В первом случае образуются элементы с атомным номером 14-30, а при взрыве сверхновой II-го типа образуется множество элементов, вплоть до циркония с атомным номером 40.
Более тяжёлые элементы образуются в процессе слияния двух нейтронных звёзд. Этот процесс называют «килоновой». При слиянии вещество нагревается до миллиардов градусов, и при этом образуются элементы вплоть до плутония. Каждое подобное событие рождает огромное количество золота и платины, примерно 200 и 500 масс Земли, а также других благородных и радиоактивных металлов. Да, ваши золотые украшения образовались при слиянии нейтронных звëзд.
Существуют ещё так называемые реакции скалывания, в которых образуется литий, бериллий и бор. Это расщепление более тяжёлых элементов (кислород, азот, углерод), которые подвергаются воздействию высокоэнергетических заряженных частиц, например, протонов. Когда частица сталкивается с тяжёлым ядром, она выбивает из него ядро лёгкого элемента. Такие реакции происходят во внешних частях звёзд на раннем этапе эволюции, в верхней атмосфере Земли и на её поверхности, а также в межзвёздной среде.
Все элементы тяжелее плутония синтезировал человек на ускорителях частиц. Они радиоактивны и нестабильны. Часть этих элементов открыли на российском ускорителе Объединенного института ядерных исследований.
Всего на данный момент только 2% изначального водорода и гелия трансформировались в более тяжёлые элементы.
Источник
10 самых маленьких частиц во Вселенной
Ответ на постоянный вопрос о самой маленькой вещи во Вселенной развился вместе с человечеством. Люди когда-то думали, что песчинки были строительными блоками того, что мы видим вокруг.
Затем был открыт атом. Концепция атомов была впервые предложена греками, которые полагали, что объекты могут быть бесконечно разделены на две части, пока не останется одна неделимая частичка материи. Эта невообразимо малая единица не могла быть разделена дальше и поэтому называлась «атомом», образованным от греческого слова A-tomos. Где «А» означает «нет» и «томос» – делить.
Он считался неделимым, пока он не раскололся, чтобы обнаружить протоны, нейтроны и электроны внутри. Они тоже казались фундаментальными частицами, прежде чем ученые обнаружили, что протоны и нейтроны состоят из трех кварков каждый.
Так какие же из частиц являются самыми маленькими во Вселенной?
10. Электрон
Электрон – отрицательно заряженная субатомная частица. Он может быть свободным (не привязанным к какому-либо атому) или связанным с ядром атома. Электроны в атомах существуют в сферических оболочках различного радиуса, представляющих энергетические уровни. Чем больше сферическая оболочка, тем выше энергия, содержащаяся в электроне электрических проводниках поток тока возникает в результате движения электронов от атома к атому в отдельности и от отрицательных к положительным электрическим полюсам в целом. В полупроводниковых материалах ток также возникает как движение электронов.
9. Позитрон
Позитроны – это античастицы электронов. Основным отличием от электронов является их положительный заряд. Позитроны образуются при распаде нуклидов, в ядре которых имеется избыток протонов по сравнению с числом нейронов, когда происходит распад, эти радионуклиды испускают позитрон и нейтрино.
В то время как нейтрино выходит без взаимодействия с окружающим веществом, позитрон взаимодействует с электроном. Во время этого процесса аннигиляции массы позитрона и электрона превращаются в два фотона, которые расходятся в почти противоположных направлениях.
8. Протон
Протонная стабильная субатомная частица с положительным зарядом, равным по величине единице заряда электрона и массой покоя 1,67262 × 10 -27 кг.
Около десяти лет назад казалось, что и спектроскопия, и эксперименты по рассеянию сходились на протонном радиусе 0,8768 фемтометров (миллионные доли миллионной доли миллиметра).
Но в 2010 году новый поворот в спектроскопии поставил под сомнение этот идиллический консенсус. Команда измерила протонный радиус 0,84184 фемтометров.
7. Нейтрон
Вы знаете, что нейтроны находятся в ядре атома. В нормальных условиях протоны и нейтроны слипаются в ядре. Во время радиоактивного распада они могут быть выбиты оттуда. Нейтронные числа способны изменять массу атомов, потому что они весят примерно столько же, сколько протон и электрон вместе.
Нейтроны можно найти практически во всех атомах вместе с протонами и электронами. Водород -1 является единственным исключением. Атомы с одинаковым количеством протонов, но с разным количеством нейтронов называются изотопами одного и того же элемента.
Количество нейтронов в атоме не влияет на его химические свойства. Однако это влияет на его период полураспада, меру его стабильности. Нестабильный изотоп имеет короткий период полураспада, при котором половина его распадается на более легкие элементы.
6. Фотон
Представьте себе луч желтого солнечного света, сияющего через окно. Согласно квантовой физике, этот луч состоит из миллиардов крошечных пакетов света, называемых фотонами, которые текут по воздуху. Но что такое фотон?
Фотон – это наименьшее дискретное количество или квант электромагнитного излучения. Это основная единица всего света.
Фотоны всегда находятся в движении и в вакууме движутся с постоянной скоростью всем наблюдателям 2,998 × 10 8 м/с. Обычно это называют скоростью света, обозначаемой буквой с.
Согласно квантовой теории света Эйнштейна, фотоны имеют энергию, равную частоте их колебаний, умноженной на постоянную Планка. Эйнштейн доказал, что свет – это поток фотонов, энергия этих фотонов – это высота частоты их колебаний, а интенсивность света соответствует количеству фотонов.
5. Кварк
Кварк – одна из фундаментальных частиц в физике. Они соединяются, чтобы сформировать адроны, такие как протоны и нейтроны, которые являются компонентами ядер атомов.
Кварк имеет ограничение, что означает, что кварки не наблюдаются независимо, но всегда в сочетании с другими кварками. Это делает невозможным непосредственное измерение свойств (массы, спина и четности); эти черты должны быть выведены из частиц, состоящих из них.
4. Глюон
Спустя миллионную долю секунды после Большого взрыва Вселенная была невероятно плотной плазмой, настолько горячей, что не могло существовать ни ядер, ни даже ядерных частиц.
Плазма состояла из кварков, частиц, которые составляют нуклоны и некоторые другие элементарные частицы, и глюонов, безмассовых частиц, которые «переносят» силу между кварками.
Глюоны – это обменные частицы для цветовой силы между кварками, аналогичные обмену фотонов в электромагнитной силе между двумя заряженными частицами. Глюон можно считать фундаментальной обменной частицей, лежащей в основе сильного взаимодействия между протонами и нейтронами в ядре.
3. Мюон
Мюоны имеют такой же отрицательный заряд, как и электроны, но в 200 раз больше массы. Они возникают, когда частицы высокой энергии, называемые космическими лучами, врезаются в атомы в атмосфере Земли.
Путешествуя со скоростью, близкой к скорости света, мюоны осыпают Землю со всех сторон. Каждая область планеты размером с руку поражена примерно одним мюоном в секунду, и частицы могут пройти через сотни метров твердого материала, прежде чем они будут поглощены.
По словам Кристины Карлогану, физика из Физической лаборатории Клермон-Феррана во Франции, их вездесущность и проникающая способность делают мюоны идеальными для визуализации больших плотных объектов без их повреждения.
2. Нейтрино
Нейтрино – это субатомная частица, которая очень похожа на электрон, но не имеет электрического заряда и очень маленькой массы, которая может даже быть нулевой.
Нейтрино являются одной из самых распространенных частиц во Вселенной. Однако, поскольку они очень мало взаимодействуют с материей, их невероятно сложно обнаружить.
Для обнаружения нейтрино требуются очень большие и очень чувствительные детекторы. Как правило, нейтрино с низкой энергией проходит через многие световые годы нормальной материи, прежде чем взаимодействовать с чем-либо.
Следовательно, все наземные нейтринные эксперименты основаны на измерении крошечной доли нейтрино, которые взаимодействуют в детекторах разумного размера.
1. Бозон Хиггса
Физике частиц обычно тяжело конкурировать с политикой и сплетнями знаменитостей за заголовки, но бозон Хиггса привлек серьезное внимание. Возможно, знаменитое и неоднозначное прозвище знаменитого бозона, «Частица Бога», заставляло гудеть средства массовой информации.
С другой стороны, интригующая возможность того, что бозон Хиггса отвечает за всю массу во Вселенной, захватывает воображение.
Бозон Хиггса является, если не сказать, самой дорогой частицей всех времен. Это немного несправедливое сравнение; например, для открытия электрона потребовалось немного больше, чем для вакуумной трубки и настоящего гения, а для поиска бозона Хиггса потребовалось создание экспериментальных энергий, которые раньше редко встречались на планете Земля.
Источник