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物 理 化 学 篇 元素来 自哪里 世界万物,大至恒星宇宙,小到原子分子,尽管色彩斑斓,形 态各异,然而追根寻源,却都是 由一百余种的元素构成 的,正是 它们之间的种种排列组合,形成了大 自然 中 600 多万种的化合 物种类 。俗话说“万变不离其宗”,在物质世 界里,此“宗”就是 元素。 1923 年, 国际原子量委 员会作 出决定:化学元素是根据原 子核 电荷的多少对原子进行分类 的一种方法,把核 电荷相 同的 一类原子称为一种元素。 那么,元素究竟从何而来 ? 它又是如何演化的呢 ? 自从本世纪 40 年代 以来,科学家 已经提出了不少关于元素 演化的学说,其中有代表性的有四种 :平衡过程假说, 中子俘获 假说,聚中子裂变假说 以及在恒星中生成元素假说。由于前三 1 种假说都不能比较全面地说 明元素的宇宙丰度, 因此科学家较 青睐第四种假说。 所谓“元素的宇宙丰度”就是在宇宙中元素的相对含量 。在 恒星中生成元素假说又称为“BBF H 理论”,它是于 1957 年 由布 尔毕基夫妇,佛乐和霍意耳四个科学家共 同提出的,BBF H 就是 由四人姓名的第一个字母组成 的。这一理论认为 :大部分元素 是在恒星演化过程所发生的核反应中生成的,恒 星演化是元素 诞生的“摇篮”。 当以氢元素为主要成分的星际物质,依靠 引力收缩形成原 始恒星时一旦它的中心温度达到 700 万度至 1000 万度,恒星 内 部就发生了核反应———氢燃烧,此时 的恒 星处于年富力强 的中 年时期 ;氢燃烧所形成的“灰”,便是氦元素,当温度高达一亿度 时,这种“氦灰”将继续燃烧,这时,恒 星便迈入了老态龙钟 的晚 年时期 ;以后,只要恒 星的质量足够大,还会 出现碳燃烧,氧燃 烧,硅燃烧等等,直至产生较重的铁元素,至此,恒星 内部就不再 发生核反应,它也到了风烛残年。 早在 1956 年,两位美国科学家聚斯和尤里就发现 :在人类 迄今为止所观测到的这部分宇宙 中,氢元素最 多,氦其次,再次 为碳、氮、氧……元素越重,含量越少 ;可是,在铁 附近 的元素含 量突然增多,形成一座高高矗立的“铁峰”。这个“铁峰”是如何 形成的呢 ? “BBF H 理论”揭开 了它 的奥秘 。原来,铁元素是恒 星中部核反应的“终点站”,它附近的元素在 图表上“异峰突起”, 也就在所必然了。 2 当“回光返照”的恒 星发生惊心动魄 的超新星爆发 时,它释 放的巨大能量在几分钟 内就会 由铁元素生成一系列重元素,如 铀、钍等等。不过“超铀元素”和“超重元素”是不是在超新星爆 发时产生的,至今还是一个谜,有待科学家作进一步的探索。有 的科学家在超新星的光谱 中找到 了超铀元素锎,这成 了超铀元 素在超新星爆发时生成的重要物证 。 随着超新星的爆发,原先孕育在恒星 内部 的各种元素被抛 向了茫茫星际空间,使原先仅含有较轻元素 的星 际物质受到了 较重元素的“污染”;当它们再一次由引力收缩形成新 的原始恒 星时,其中就含有较重的元素了,并在此基础上再现它波澜壮阔 的一生。元素就是在这一代接一代的恒星中演化着 。 科学家们发现,有些元素如氦、铅等在源源不断地产生,也 有些元素如铀、镭、钍等在悄然无声地消亡,还有些元素如锝、 砹、钫等则可能 由于寿命太短而在地球上销声匿迹, 不复存在 了,然而它们又在宇宙别 的天体中被发现 了,这究竟是为什么 ? 恒星最初形成时的氢元素又来 自何方 ? 重元素果真是在超新星 爆发中产生的吗 ? 这一切仍然是个谜。 元素放射性之谜何时揭开 元素的放射性现象是法国物理学家 亨利,贝克勒尔在 1896 年 3 月 1 日发现的。 当时,贝克勒尔和其他许多物理学家一样,都想弄清楚荧光 物质与 X 射线 的关系。他用一种 强荧光物质———硫酸双氧铀 3 钾进行实验 。实验的结果使他大为惊讶 :这种铀化物 并不产生 X 射线,而是产