요소는 어디에서 왔습니까?

물질의 모양

화학 요소의 기원을 발견하려는이 시도는 우리를 시작으로 되돌아갑니다.

빅뱅 직후, 우주는 밀집된 물질과 에너지 수프였습니다. 온도는 약 1032 켈빈이었다. 우주는 팽창하고 동시에 냉각되기 시작했다 (여전히 켈빈의 수조 였지만). 기본 입자 (쿼크 및 전자)가 존재하기 시작했습니다.

양성자 및 방지의 외관

우주가 0.0001 초 미만이었을 때, 새로운 형태의 교란을 경험하기 시작했습니다. 고 에너지 방사선으로 매달려 있던 우주 에너지는 서로 충돌하기 시작했습니다.

이러한 충돌은 쌍 형성 라는 과정에서 입자 (양성자) 및 항 입자 (항-프로톤)를 생성합니다. .

우주는 계속 해서이 쌍을 계속 휘젓었다. 다른 한편으로,이 양성자와 프로 톤 쌍은 서로를 소멸시키고 광자와 방사선으로 다시 변형했습니다.

쌍 생산 및 소멸

이제 0.0001 초의 나이에 우주는 약간 더 시원했고 광자는 새 쌍을 형성하는 것을 멈추었지만 이미 형성된 반대 쌍은 계속 서로를 소멸 시켰습니다.

결국에는 양성자가 없을 것이라고 생각할 것입니다. 더 많은 양성자를 향한 경향이 있습니다 (우리는 여전히 이유를 모른다). 모든 과정이 중단 된 후, 우주는 주로 광자로 남겨졌으며, 양성자의 가벼운 뿌리와 함께.

중성자의 모양

빠르게 팽창하는 우주는 일부 양성자가 전자에 부딪쳐 중성자를 낳았다 (7 개의 양성자마다 1 개의 중성자가있다). 이 시점에서 우주는 몇 초 더 오래되었고 훨씬 추웠습니다 (10 억 킬빈)

양성자와 중성자는 제 1 요소 수소 (H)의 핵/이온을 형성하기 위해 모여서, 다른 수소 핵이 추가로 융합하여 헬륨 (HE) 핵을 형성했다. 빅뱅 후 3 분 후, 비율은 현재 75% H 이온과 25% 이온 (매우 무시할만한 양의 리오 이온)입니다. 우주는 여전히 매우 뜨겁기 때문에 요소는 이온 형태입니다.

빅뱅 이후 약 380,000 년은 재조합의 시대였습니다. 수년간의 확장 및 냉각 후 우주는 마침내 핵이 전자를 포착 할 준비가되었습니다. H와 HE의 이온은 전자로 재결합하고 첫 번째 안정적인 원자를 형성하고 (이 시점에서 화학 클래스가 얼마나 쉬운 지 상상해보십시오!) 우리에게 첫 번째 빛의 형태를 제공하고 화학 진화를 효과적으로 시작합니다.

그러나 재조합 시대 이후 우주는 다시 어두워졌습니다.

빅뱅 이후 우주의 진화 (사진 크레디트 :Designua/Shutterstock)

핵 운동과 별의 삶

시간이 지남에 따라 우주는 더 냉각되었고, 짙은 가스 구름이 중력으로 인해 함께 모여서 첫 번째 별 형성 지역을 만들었습니다. 구름이 함께 부서지면서 그들은 더 큰 것을 얻고 싶지 않은 뜨겁고 무거운 코어를 형성하기 시작했습니다. 뜨거운 코어는 더 많은 구름이 뭉치지 않도록 스스로 타기 시작했습니다. 따라서 축합 코어에서 중력의 강도와 연소 압력 사이의 경쟁이 시작되었습니다. 이 두 세력이 평형에 이르는 지점은 별이 태어날 때입니다!

수 천년에 걸쳐 많은 은하들이 형성되었으며, 각각은 크고 작은 수백만 개의 반짝이는 별이 있습니다. 그리고 무엇이 그들을 밝게 유지합니까? 그들의 불타는 코어.

코어가 중력 아래 붕괴되는 것을 막기 위해서는 별들이 일정한 에너지 공급원을 활용해야했습니다. 이 에너지는 결합 에너지의 방출에 의해 간절히 제공되었습니다.

4 개의 수소 원자가 합의 핵심에 모이 든다고 상상해보십시오. 핵에서 나온 두 양성자는 남아 있고, 다른 두 개는 양자 터널링의 도움으로 중성자 (N)로 변합니다.

일단 융합되면 헬륨 핵을 형성합니다. 형성된 헬륨은 총 2N 및 2p의 총 질량보다 약간 작다. 누락 된 질량은 결합 에너지로 전환되는 것이며 궁극적으로 별을 연료로합니다. 그러한 반응 중 하나는 26.71 Megaelectron 볼트의 에너지를 방출합니다. 이제 블라인드 속도에서 발생하는 수백만의 상호 작용을 상상해보십시오!

별에서 수소 연소 (사진 크레딧 :Fouad A. Saad/Shutterstock)

별의 수명 내내, 그것은 붕괴되는 것을 막기 위해 연료 연료의 다른 단계를 겪습니다. 이 과정은 수소 연소 또는 융합으로 시작하는 뉴 클레오스 합성의 별 현상을 일으킨다. 스타는 수소 융합 수소의 90%를 헬륨으로 소비합니다. 수소가 고갈 된 후, 헬륨을 더 높은 원소로 융합시키기 시작합니다. 원소 융합의 새로운 단계마다 코어가 더 밀도가 높아지고 별의 외부 층이 팽창하기 시작하여 점차 빨간 거인으로 변합니다.

별의 수명주기 (사진 크레디트 :Designua/Shutterstock)

우리의 태양의 질량 (또는 가벼운)과 거의 동등한 별은 붉은 거인으로 변신 후에 만 ​​헬륨 위의 요소를 생성 할 수 있습니다 (코어는 충분히 뜨겁지 않기 때문에 죽을 것입니다). 그러나, 높은 대량 별의 코어는 에너지를 생성하기 위해 헬륨보다 무거운 핵의 융합을위한 완벽한 가마솥을 만듭니다. 이 기사 에서이 기사에서 우리는 거대한 별을보고있을 것입니다.

두 개의 헬륨 원자가 탄소를 제공하기 위해 융합 한 다음 다른 헬륨과 융합하여 산소를 생성하는데, 이는 별에서 형성되지는 않지만 대신 우주 핵분열에 의해 형성되는 붕소와 베릴륨을 제외하고주기적인 테이블의 모든 요소를 ​​실리콘까지 만들기 위해 계속됩니다.

안정적인 항성 진화의 마지막 랩은 실리콘 연소가 시작될 때입니다. 코어가 실리콘을 철분으로 융합시키기 시작하면 별의 날은 진정으로 번호가 매겨집니다. 곧 핵심은 중력에 대한“승리”에 대한 더 이상 원자력 반응이 없을 것입니다. 철은 우주에서 가장 안정적인 핵을 가지고 있으며 에너지를 방출하지는 않지만 실제로 외부 에너지가 필요합니다. 이것은 거대한 별의 삶의 끝이 시작됩니다.

붕괴 전에 별의 핵심에서 볼 ​​수있는 다른 퓨전 껍질 (사진 크레디트 :FT2/Wikimedia Commons)

코어에 철 (및 흔적의 니켈) 만 있으면 너무 조밀 해져서 그 자체로 무너지기 시작합니다. 지난 몇 분 동안, 별은 양파처럼 겹쳐 보입니다. 마지막 몇 초 동안, 코어가 계속 무너지면서 모든 원자가 서로에 대해 압박되어 거대한 양의 에너지와 압력을 만듭니다. 이것은 다른 껍질을 가로 질러 충격파의 에너지를 보냅니다.

이 시점에서 별은 초신성 로 간다 , 그것이 끝없는 공간에 생성 된 모든 요소를 ​​뿌립니다!

철보다 무거운 요소의 형성

지난 몇 초와 방금 언급 한 충격파를 기억하십니까? 별이 죽어 가고 초신성으로 폭발함에 따라, 그것은 엄청난 양의 에너지 (온도가 수십억 개의 켈빈으로 상승 함)와 매우 조밀 한 중성자 구름을 방출합니다.

R- 프로세스

이 중성자는 이미 형성된 요소의 원자와 상호 작용합니다. 그들은 우라늄까지의 원소와 Curium, Californium 및 Fermium과 같은 몇 가지 트랜 uranic 요소를 형성하기 위해 일련의 융합 및 핵분열을 겪습니다. 빠른 중성자 캡처 또는 R-process 의이 전체 과정 1 초 이내에 발생합니다. 금, 백금 및은과 같은 요소는 죽어가는 별을 만들기 위해 죽어가는 별이 필요하기 때문에 너무 희귀하고 비싸다!

주기율표에서 요소의 원점 (사진 크레디트 :Creative Commons/Wikimedia Commons)

S- 프로세스

또 다른 일반적인 경로 . 이것은 별의 상이한 융합 층 또는 충분한 중성자와 캡처에 적합한 조건을 갖는 중성자 별 내에서 일어날 수있다. S와 R- 프로세스의 메커니즘은 동일합니다.

P- 프로세스

요소의 핵은 중성자를 포착하고 동위 원소로 변화합니다. 형성된 동위 원소가 안정적이지 않으면 핵은 베타 붕괴를 겪고 다음 안정적인 요소를 형성합니다. 따라서, 우리가 위의 철분과 우라늄까지 알고있는 모든 요소는이 연속적인 과정에 의해 생성되었습니다. 핵 성장의 또 다른 형태는 양성자 캡처 또는 p-process 입니다. . 자세한 내용은 여기를 클릭하십시오.

이것은 기술과 프로 메티움을 제외한 모든 요소에 해당되는데, 여기서 우리가 여기서 찾을 수있을 정도로 오래 지속될 수있는 안정적인 동위 원소가 없습니다. 우라늄 이후의 모든 요소는 반감기가 짧은 인공 및 방사성입니다.

이것은 또 다른 질문으로 이어집니다 ... 폭발적인 별이 만든 요소가 어떻게 지구상에서 끝났습니까?

지구로의 전달

우주는 가건 투안 재활용 쓰레기통입니다. 그것은 한때 화학적 농축이라는 프로세스에 의해 만들어진 모든 물질을 재활용하고 재사용합니다. 수백만의 은하, 별 및 행성이 형성되었으며 빅뱅 이후 남은 동일한 원시 물질을 사용하여 계속 형성 될 것입니다.

젊은 우주는 ¾ 수소와 ¼ 헬륨이었고 나머지 물질은 무시할 수있었습니다. 그러나 수십억 년 동안 불타고 폭발 한 후, 우주는 이제 다른 요소의 (드럼 롤 제발) 2% 구성을 가지고 있습니다! 이것은 인상적인 것처럼 보일지 모르지만 우주 규모로 충분합니다!

태양계의 풍부한 요소 (사진 크레디트 :MHZ`AS/Wikimedia Commons)

별이 죽은 후에는 요소가 우주로 추방된다. 중력으로 인해 일부 죽은 별 물건은 차세대 별의 일부가됩니다.

그 별이 죽은 후에는 문제가 다시 우주로 돌아갑니다. 이주기는 Eons와 Denennia의 계속해서 계속됩니다. 우리 자신의 태양계가 형성 될 때 비슷한 일이 일어났습니다. 그것의 많은 부분이 결국 우리의 사랑하는 큰 불의 불의 태양을 만들었습니다. 그러나 남은 스타 더스트는 태양을 공전하는데 결국 집을 포함하여 소행성과 행성을 형성하기 위해 뭉쳐졌습니다.

결론

믿거 나 말거나, 우리 몸의 모든 원자는 태양계 자체보다 오래되었습니다! 그들은 138 억 년 전에 시작한 한 행사에 이어 일련의 행사에서 만들어졌습니다. 보석의 금과 배터리의 아연은 별의 삶의 마지막 순간에 만들어졌습니다. 우리 소다의 산소와 탄소, 혈액의 철, 치아의 칼슘은 별의 연기가있는 심장에서 단조되었습니다. 우주는 진정으로 우리 모두 안에 있습니다.