Распространенность химических элементов для вселенной

Распространенность химических элементов для вселенной

Значения распространенностей наиболее обильных элементов приведены на рисунке и в таблице, в к-рой дополнительно указаны их концентрации по массе, т.е. массы элементов (в г) в 1 г космич. вещества. Для практич. целей кончентрации по массе водорода, гелия и всех остальных более тяжелых элементов, обозначаемые обычно как X, Y и Z, можно принять раными соответственно 0,77, 0,21 и 0,12.

Космическая распространенность наиболее обильных элементов (по А. Камерону, 1982)

Теоретич. истолкование Р.э. — одна из важнейших задач ядерной астрофизики. Преобладание в масштабах Вселенной водорода свидетельствует о том, что он — исходный элемент для ядерных процессов синтеза более тяжелых элементов. Р.э. от C до Ca, ядра к-рых могут быть составлены из целого числа ядер гелия (-частиц), весьма высока. Эти элементы образовались в результате термоядерных реакций (см. Ядерные реакции ) в недрах звезд-гигантов, а также при термоядерных взрывах звезд. Максимум для железа — результат т.н. e-процесса, предшествующего вспышкам сверхновых звезд (см. также Гравитационный коллапс ). Р.э., более тяжелых, чем железо, объясняется процессами захвата атмоными ядрами нейтронов (см. Нейтронный захват ). Эти процессы захвата, протекающие в звездах, могут быть медленными (s-процессы) и быстрыми (r-процессы). Двойные максимумы вблизи магич. чисел служат убедительным доказательством существования в природе двух указанных процессов нейтронного захвата.

Резкое уменьшение Р.э. с ростом атомной массы объясняется ограниченной мощностью источников нейтронов. Ядра дейтерия D (тяжелого водорода H), Li, Be, B, а также обойденные ядра, вероятнее всего, представляют собой продукт как холодных ядерных реакций в неравновесной космич. плазме, так и взаимодействия нейтрино со звездным веществом. Особенно низкая Р.э. Li, Be и B связана с легким разрушением их при термоядерных реакциях. Как с точки зрения наблюдений, так и и с точки зрения теории не вполне ясны вопросы Р.э. гелия и дейтерияю Проблема гелия связана с общей космологией, т.к. согласно модели горячей Вселенной 20-30% первичного водорода (по массе) должно было превратиться в гелий еще в начальной стадии космологич. расширения Вселенной.

Лит.:
Тейлер Р.Дж., Происхождение химических элементов, пер. с англ., М., 1975; Новиков И.Д., эволюция Вселенной, М., 1979; Ядерная астрофизика, пер. с англ., М., 1985.

(Д.А. Франк-Каменецкий, Д.К. Надежин)

Источник

Топ-10: самые распространенные химические элементы во всей Вселенной

Все мы знаем, что водород наполняет нашу Вселенную на 75%. Но знаете ли вы, какие еще есть химические элементы, не менее важные для нашего существования и играющие значительную роль для жизни людей, животных, растений и всей нашей Земли? Элементы из этого рейтинга формируют всю нашу Вселенную!

10. Сера (распространенность относительно кремния – 0.38)

Этот химический элемент в таблице Менделеева значится под символом S и характеризуется атомным номером 16. Сера очень распространена в природе.

9. Железо (распространенность относительно кремния – 0.6)

Обозначается символом Fe, атомный номер – 26. Железо очень часто встречается в природе, особенно важную роль оно играет в формировании внутренней и внешней оболочки ядра Земли.

8. Магний (распространенность относительно кремния – 0.91)

В таблице Менделеева магний можно найти под символом Mg, и его атомный номер – 12. Что самое удивительное в этом химическом элементе, так это то, что он чаще всего выделяется при взрыве звезд в процессе их преобразования в сверхновые тела.

7. Кремний (распространенность относительно кремния – 1)

Обозначается как Si. Атомный номер кремния – 14. Этот серо-голубой металлоид очень редко встречается в земной коре в чистом виде, но довольно распространен в составе других веществ. Например, его можно обнаружить даже в растениях.

6. Углерод (распространенность относительно кремния – 3.5)

Углерод в таблице химических элементов Менделеева значится под символом С, его атомный номер – 6. Самой знаменитой аллотропной модификацией углерода являются одни из самых желанных драгоценных камней в мире – алмазы. Углерод активно применяют и в других в промышленных целях более будничного назначения.

5. Азот (распространенность относительно кремния – 6.6)

Символ N, атомный номер 7. Впервые открытый шотландским врачом Дэниелом Рутерфордом (Daniel Rutherford), азот чаще всего встречается в форме азотной кислоты и нитратов.

4. Неон (распространенность относительно кремния – 8.6)

Обозначается символом Ne, атомный номер — 10. Не секрет, что именно этот химический элемент ассоциируется с красивым свечением.

3. Кислород (распространенность относительно кремния – 22)

Химический элемент под символом О и с атомным номером 8, кислород незаменим для нашего существования! Но это не значит, что он присутствует только на Земле и служит только для человеческих легких. Вселенная полна сюрпризов.

2. Гелий (распространенность относительно кремния – 3.100)

Символ гелия – He, атомный номер – 2. Он бесцветен, не имеет запаха и вкуса, не ядовит, и его точка кипения – самая низкая среди всех химических элементов. А еще благодаря ему шарики взмывают ввысь!

1. Водород (распространенность относительно кремния – 40.000)

Истинный номер один в нашем списке, водород находится в таблице Менделеева под символом Н и обладает атомным номером 1. Это самый легкий химический элемент периодической таблицы и самый распространенный элемент во всей изученной человеком Вселенной.

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

Распространенность химических элементов для вселенной

Из химических элементов наиболее распространены в Земной коре Кислород и Кремний .

Эти элементы вместе с Алюминием, Железом, Кальцием, Натрием, Калием, Магнием, Водородом и Титаном составляют более 99% массы всей земной оболочки.

Так что на остальные элементы приходится чуть менее 1%.

В морской воде которая занимает более 2/3 суши, помимо Кислорода и Водорода — составных частей самой воды, высокое содержание имеют такие элементы, как Хлор, Натрий, Магний, Сера, Калий, Бром и Углерод.

В атмосфере земли так же содержится большое количество химических элементов — но об этом мы поговорим в одной из следующих статей.

Массовое содержание определённого элемента в земной коре называется кларковым числом или (Кларком Элемента).

Содержание элементов в коре Земли отличается от содержания элементов в Земле, взятой как целое, поскольку хим составы коры, мантии и ядра Земли различны. При этом залегание скоплений элементов преимущественно расположено слоями.

Так, ядро земли состоит в основном из железа и никеля, благодаря чему у нашей планеты есть магнитное поле без которого не возможно было бы зарождение жизни на планете.

В свою очередь, содержания элементов в нашей Солнечной системе и в целом во Вселенной также отличаются от земных.

Наиболее распространённым элементом во Вселенной является Водород , за ним идёт Гелий.

Исследования распространённостей химических элементов и их изотопов в космосе является важным источником информации о процессах нуклеосинтеза и об эволюции Солнечной системы и небесных тел таких как звёзды и планеты.

Большинство химических элементов (94 из известных 118) были найдены в природе в земле, а точнее в земной коре, хотя некоторые из них были изначально получены искусственно например: технеций Tc (порядковый номер 43), прометий Pm (61), астат At (85), а также трансурановые нептуний Np (93) и плутоний Pu (94).

Эти пять элементов после их искусственного создания были в исчезающе малых количествах обнаружены и в земной коре.

Они возникают как промежуточные ядра при радиоактивном распаде Урана и Тория , а также при захвате Ураном нейтронов и последующем бета распаде.

Таким образом, в Земной коре наличествуют (в очень разных концентрациях) все первые 94 элемента таблицы Менделеева.

(Таблицу Менделеева в школе наверно все изучали?!)

Среди этих 94 химических элементов, обнаруженных в земной коре, большинство а точнее 83, является первичными, или примордиальными. Они возникли при нуклеосинтезе в Галактике до образования Солнечной системы, и у этих элементов есть изотопы, которые являются либо стабильными, либо достаточно долгоживущими, чтобы не распасться за прошедшие с этого момента 4,5 млрд лет.

Остальные 11 природных элементов ( Технеций, Прометий, Полоний, Астат, Радон, Франций, Радий, Актиний, Протактиний, Нептуний и Плутоний ) являются радиогенными — они не имеют настолько долгоживущих изотопов, поэтому все существующие в земной коре природные атомы этих элементов возникли при радиоактивном распаде других химических элементов.

Все химические элементы, следующие после Плутония Pu в периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева, в земной коре полностью отсутствуют, хотя некоторые из них могут образовываться в космосе во время взрывов сверхновых и в месте с метеоритами попадать на землю.

Периоды полураспада всех известных изотопов этих элементов малы по сравнению с временем существования Земли. Многолетние поиски гипотетических природных сверхтяжёлых элементов пока не дали никаких результатов.

Большинство химических элементов, кроме нескольких самых лёгких, возникли во Вселенной главным образом в ходе звёздного нуклеосинтеза (элементы до Железа — в результате термоядерного синтеза, более тяжёлые элементы — при последовательном захвате нейтронов ядрами атомов и последующем бета распаде, а также в ряде других ядерных реакций).

Легчайшие элементы Водород и Гелий — почти полностью, Литий, Бериллий и Бор — частично образовались в первые три минуты после Большого взрыва (первичный нуклеосинтез), когда всё только началось.

Одним из главных источников особо тяжёлых элементов во Вселенной должны быть, согласно расчётам учёных, слияния нейтронных звёзд, с выбросом значительных количеств этих элементов, которые впоследствии участвуют в образовании новых звёзд, галактик и их планет.

А в нашей повседневной жизни все эти элементы присутствуют постоянно и помогают нам комфортно жить, из них сделана наша одежда и обувь, наши машины и дома, наша пища и что уж говорить и Мы сами состоим полностью из химических элементов.

Источник