铀是元素周期表92号元素,是自然界中存在最重的天然元素。除了我们在实验室中创造的哪些更重的元素以外,我们还没有在自然界中发现任何含有93个质子(镎)、94个质子(钚)或更多质子元素的矿物。下图是一个自然元素周期表:
那么我们肯定会问:为什么铀是地球上最重的元素?原因有两个:一个很明显,另一个非常微妙。
元素衰变
很明显的原因是,上图浅灰色显示的元素,43-Tc, 61-Pm,以及上面的所有元素,包括93-Np在内这些元素都不稳定。它们和其他元素一样都在恒星和超新星中产生,但它们会经历放射性衰变,成为其他稳定的元素(1-42号、44-60号和62-92号)。
但是92号元素铀,它最稳定的同位素铀238(92个质子+ 146个中子)的半衰期约为45亿年,相当于地球的年龄。这就解释了我们地球上为什么还有这么多铀,目前只有大约50%的原子有足够的衰变时间。可裂变类型的铀235(比铀238少3个中子),稳定性较差,半衰期为7亿年,现在仍然存在。到目前为止,虽然铀235的比例已经下降了98.8%。然而,元素的总量很大,对我们来说仍然有足够的剩余,地球上还有很多铀235。
但是每一个比铅重的元素(元素82号)都不稳定,并且最终会发生衰变!在地球上所有不稳定元素中,
奇怪的是为什么在自然界中没有发现比铀重的钚(94号)呢?钚244有94个质子和150个中子,它的半衰期为8300万年,这意味着在地球上应该还有少量的钚。在自然界中,它比元素镤(91号)和锕(89号)更稳定,半衰期更长。但只有一项研究声称发现了天然钚,但其结果并未被普遍接受。那么,现在让我们来看一个更微妙的问题:为什么地球上没有钚-244呢?
一开始超新星就没有为我们提供比铀更重的元素
我们知道只有在超新星中才能产生比铁-56更重的元素,当巨大、垂死的恒星坍缩并爆炸时,重元素会被抛洒到星际介质重,并重新坍缩形成新的恒星和行星。这就是地球上所有元素的来源。
但是,产生我们的超新星一定没有足够的能量来制造大量的钚!不然我们地球上肯定还有比铀更重的钚存在!
但是在宇宙中有比普通超新星强大100倍的超新星爆发,所以在宇宙中肯定有大量的钚存在。下图中的超新星可能就是一个很好的例子:
这颗超新星爆炸后形成的下一代恒星和行星中,它们最重的元素就不是铀(92号元素)了,它们会把钚(94号元素)看作是自然界中存在的最重元素,甚至可能把锔-247(96号元素)看作是最重的元素!
但是,从更轻的角度来看,肯定会有一些行星上最重的元素比铀还要轻,甚至可能比铅还要轻!
但是,铀是我们在地球上发现的最重的自然元素,也许还有更重的元素存在!只是我们没有发现而已!
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