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人类会突然在外星球发现大量未知元素吗?
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先说结论:人类很可能在外星球发现新的元素,但突然大量发现的可能性很小。
这是因为元素科学不仅仅对地球适用,对宇宙同样适用。
因为人类了解元素是根据宇宙元素形成的规律得来的,这样在其他星球上可能还存在未知新元素,但不可能发现大量新元素。这话本身就有一个矛盾,这个矛盾的潜台词就是人类发现的元素不能够代表宇宙。如果真的这样,那么在其他星球上就不会有与地球同等标准的事物了,怎么又可以发现大量地球上评价标准的“新元素”呢?
人类定义的所谓元素,就是具有相同核电荷数的一类原子的总称。元素是我们宇宙组成可见基本物质的基础,只要是由原子组成的物质,都是由元素组成。不同元素组成的物质,具有不同的性质,因此元素是保持物质基本性质的最小单元。
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原子与元素的区别。
原子与元素的不同之处,是原子是单一的,而元素是一类原子的集合体,包括了同位素。所谓同位素就是一类原子的质子数相同,因此这类原子的电荷是相同的,但中子数不一样,有的原子核里中子多些,有的少些,这样原子的质量就不一样了,会呈现出一些不同的特性,如质谱、放射性扩散速度和衰变速度会有变化,这种变化有时候非常大。
比如铋209与铋212,同样都是铋元素的同位素,它们的质子数电荷数都是相同的,为83,但由于不同同位素的中子数不一样,呈现出了不同特性。铋209核子里有126个中子,其半衰期长达1.9x10^19年,也就是100亿亿年;而铋212核子里有129个中子,半衰期就只有1小时。半衰期一般认为是元素的寿命,就是在一个时间周期,有一半原子会衰变成其他元素,从而使物质改变性质。
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元素周期表是人类对自然规律的伟大发现和发明。
元素周期表就是把元素按规律排列,可以从中看出元素的不同属性,而且还能够从中发现缺失的元素。元素周期表根据核电和从小到大的顺序进行排列,并且把特性相同的元素归在一族中,如碱金属元素、碱土金属、卤族元素、稀有气体等,形成元素分区,分为七主族七副族、Ⅷ族和0族,使原来杂乱无章的元素排列成一个结构合理,并能够预测各种元素特性及其关系的一个整体框架。
发现这个规律制定出第一张元素周期表的是俄国化学家门捷列夫,他于1869年发表的第一代元素周期表,是人类化学发展史上一个重要里程碑。当时发现的元素只有63个,原子序数标示的是原子质量,也就是包含中子数的核子量。但人们发现了原子结构的奥秘后,就开始按照原子里的质子数编排周期表,这样元素周期表的原子序数就成为原子电荷数序数了。原子序数就有了如下关系:
原子序数=质子数=核外电子数=电荷数
当时发现的元素只有63个,而且原子序数是不连贯的,中间有缺失,门捷列夫通过这个周期表,成功预测了尚未发现的21号元素钪、31号元素镓、32号元素锗的特性。这是因为根据这个周期表,可以查出中间缺失的元素,而且知道这些缺失的元素属于什么族,在哪一个纵列中,因为一个纵列的元素化学性质相近。
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现在人类早就填满了门捷列夫元素周期表中间的空缺,而且发现了118种元素。
这些元素中有92个元素是在大自然中存在的,其中人造元素达到26个。这26个元素不是大自然中没有,而是太稀有了,或者半衰期太短,很难在大自然中找到。
人们知道了元素原来是宇宙玩的加法渐渐出来的。
宇宙刚诞生的早期,只有轻元素氢和氦,还有及少量的锂,这几种元素在元素周期表里面排在1、2、3位。后来恒星核聚变的高温高压,使轻元素渐渐发生核融合,也就是通过核聚变,将一些轻核渐渐变重,就出现了越来越多的重元素,再经过超新星大爆发,极高温度和极高压力,更重的元素就出现了。
人类知道了元素生成的秘密,就开始自己制造大自然中找不到的缺失元素,采用的方法也是做加法的办法。就是利用现代设备,比如大型强子对撞机,用一个原子核作为“炮弹”轰击另一个靶原子核,这样让两个原子核融合成一个原子核,使一个过去较轻的原子核成为一个较重的原子核,新的元素就出现了。
如103号元素铹,就是1961年科学家们用原子序数为5的硼为“炮弹”,轰击原子序数为98的锎得到的,98加5等于103,不就正好吗。106号的钅喜元素,是科学家们1974年用原子序数为24的铬,轰击原子序数为82的铅得到的。
当然说说容易,做起来很难,需要昂贵精密的仪器设备,还要巨大的能量和高超的实验技术,而得到的只是看都看不到的原子级数量,即便如此,人们通过实验就得到了足以证实这种元素存在和性质的证据。而且这种实验是可以重复的,可以永久接受检验。
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现在整个宇宙丰度还是以氢和氦为主,重元素依然极少。
氢元素占据了整个可见宇宙质量的75%,氦元素占据了24%多,其余所有的116种元素加起来也不到1%。当然我们地球是个特例,太阳系只有地球、火星、金星、水星等四颗类地行星是由重元素组成的岩石行星,而这四颗行星的质量加起来也不到太阳系整个质量的0.001%。这就是我们能够在地球上找到宇宙中几乎所有元素的原因。
占据太阳系质量99.86%的太阳,主要还是由氢和氦元素组成,这两种元素占据太阳总质量的约99%,其余元素量极少。
人们还知道了不同的元素燃烧会发出不同的光谱,因此可以通过探测遥远恒星天体的光谱,分析出那里的元素含量。当发现有一种新元素光谱时,科学家们是不会放过的,一定会想方设法弄个明白。
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迄今为止,人类发射了许多空间探测器,也制造发射了各种类型高分辨率的太空望远镜,还有地面大型光学、射电、射线、红外望远镜等,时刻观测着宇宙深空,迄今并未发现有新元素光谱的迹象。
现在知道了宇宙元素是怎么来的,也知道了元素周期表的厉害,以及人类几百年科学进步的成果,大家不再怀疑人类对宇宙元素了解的广泛适用性了吧。
人类对宇宙元素的发现并没有穷尽,宇宙中或许还有更重的元素没有被发现,元素周期表后面的元素序数或许还会不断增加,但在某个星球上发现大量新元素的概率还是很小的。
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