Jak powstały pierwiastki
Jak powstały pierwiastki
Autor: Marta Walczuk Ib
Autor: Marta Walczuk Ib
Geneza powstania materii
Geneza powstania materii
Wielki Wybuch - eksplozja, która dała początek
materii i energii istniejącej we Wszechświecie,
poczÄ…tek czasu i przestrzeni.
Początkowo Wszechświat był niewyobrażalnie
gęsty i gorący, ale rozszerzając się, stygł. Wtedy
zaczęły się formować stabilne cząsteczki.
Przestrzeń wypełniła się protonami, neutronami,
elektronami, fotonami - kwantami światła oraz
neutrinami.
Obecnie znane sÄ… cztery
Obecnie znane sÄ… cztery
rodzaje procesów, dzięki
rodzaje procesów, dzięki
którym powstały pierwiastki:
którym powstały pierwiastki:
lð
Nukleogeneza zwiÄ…zana z Wielkim Wybuchem
Nukleogeneza zwiÄ…zana z Wielkim Wybuchem
lð
Nukleosynteza w procesach termojÄ…drowych w
Nukleosynteza w procesach termojÄ…drowych w
gwiazdach
gwiazdach
lð
Synteza ciężkich jąder w wybuchach
Synteza ciężkich jąder w wybuchach
supernowych
supernowych
lð
Spalacja w promieniowaniu kosmicznym
Spalacja w promieniowaniu kosmicznym
Nukleogeneza
Nukleogeneza
Nukleogeneza jest to zbiór procesów
doprowadzajÄ…cych do powstania
wszystkich istniejÄ…cych w przyrodzie
jąder atomowych - nuklidów.
Nukleogeneza
Nukleogeneza
Wszechświat rozszerzał się i stygł a protony
i neutrony, zderzajÄ…c siÄ™ ze sobÄ… w przestrzeni
wiązały się i tworzyły jądra lekkich pierwiastków,
takich jak deuter i tryt (izotopy wodoru), hel i lit
oraz ich izotopy. Pojedyncze protony, które
pozostały to jądra wodoru.
Wszechświat nieprzerwanie rozszerzał
się i stygł, gęstość materii malała, więc
zderzenia między protonami i neutronami
zachodziły coraz rzadziej. Około 250 tysięcy lat
po Wielkim Wybuchu Wszechświat ostygł
wystarczająco, aby dodatnie jądra mogły
związać ze sobą ujemnie naładowane
elektrony tworząc w ten sposób atomy.
Nukleosynteza
Nukleosynteza
Nukleosynteza jest to ogół reakcji jądrowych
prowadzÄ…cych do powstania nowych jÄ…der
atomowych.
Nukleosynteza wÄ…sko rozumiana to
powstawanie cięższych jąder w procesach
syntezy lżejszych jąder.
Nukleosynteza
Nukleosynteza
Cięższe pierwiastki powstają w gwiazdach.
Wszechświat wciąż rozszerzał się i stygł. Miliard
lat po Wielkim Wybuchu zaczęły się w nim tworzyć
skupiska materii  głównie wodoru  dając początek
galaktykom. Pod wpływem ciążenia grawitacyjnego
chmury wodoru zaczęły się zapadać i zagęszczać i w
wyniku tych procesów podgrzewać się. Gdy gęstość
materii w skupisku stawała się dostatecznie duża i jej
temperatura odpowiednio wzrosła następował zapłon,
czyli łańcuch reakcji termojądrowych, które oznaczają
narodziny gwiazdy.
W ciągu reakcji termojądrowych wodór
zamienia się w hel i wydziela się duża ilość energii.
Gdy większość wodoru się wypali, reakcje ustają i
gwiazda zaczyna się zapadać dalej zwiększając
swoją gęstość i temperaturę. Jeżeli masa gwiazdy
jest wystarczająco duża, to w wyniku tego procesu
temperatura wzrasta umożliwiając zapalenie się
helu. W cyklu reakcji termojÄ…drowych spalania helu
powstaje węgiel. Kiedy hel się wypali może dojść do
rozpoczęcia spalania węgla, wtedy powstaje tlen.
Cykl się powtarza tworząc coraz cięższe pierwiastki:
neon, krzem, siarkę, aż powstanie żelazo. Żelazo nie
ulega nukleosyntezie, ponieważ ma najsilniejsze
wiązania jądrowe i aby utworzyć cięższy pierwiastek
trzeba dołożyć energii.
Reakcja nukleosyntezy
Reakcja nukleosyntezy
Synteza ciężkich jąder w
Synteza ciężkich jąder w
wybuchach supernowych
wybuchach supernowych
Pierwiastki cięższe niż ołów mogą powstać
dopiero dzięki dostarczeniu odpowiedniej ilości
energii. Warunki sprzyjajÄ…ce ich powstaniu
zachodzÄ… w czasie wybuchu supernowej. Wybuch
taki jest możliwy tylko dla dużych gwiazd o dużej
masie (co najmniej 1.4 raza większej masie od
Słońca, czyli ważącej ok. 2.8x 1030 kg). Po
powstaniu w gwiez
dzie żelaza procesy
termojądrowe ustają i pod wpływem swojej masy
gwiazda zapada siÄ™ grawitacyjnie.
Gęstość w jej jądrze wzrasta, a więc zmniejsza
się odległość między protonami, które się odpychają.
Gdy odległości między protonami otaczającymi
neutronowe jądro stają się zbyt małe, gwiazda
odrzuca je w gwałtownym wybuchu. Z gwiazdy
wyrzucone zostajÄ… nagromadzone w wyniku
nukleosyntezy pierwiastki. Energia wybuchu pozwala
na utworzenie pierwiastków cięższych od żelaza (np.
kobaltu, miedzi, złota, ołowiu, itd.). Wyrzucona
materia może posłużyć do utworzenia nowej
generacji gwiazd i uformowania siÄ™ planet.
Supernowa Keplera
Pozostałości po supernowych
Spalacja
Spalacja
Spalacja jest to reakcja jÄ…drowa, w wyniku
której z jądra zostaje wyrzuconych wiele nukleonów
 protonów i neutronów lub lekkich jąder; zachodzi
w rezultacie bombardowania jÄ…dra czÄ…steczkami
lub innymi jądrami o dużej energii.
Spalacja
Spalacja
Cięższe pierwiastki wyrzucone w przestrzeń
kosmicznÄ… przez wybuchy supernowych
napotykajÄ… na swojej drodze promieniowanie
kosmiczne. Promieniowanie to  kruszy cięższe
jądra na mniejsze. W ten sposób powstają
głównie lekkie pierwiastki takie jak: lit, beryl i bor.
 Bombardowanie czÄ…stkÄ… Ä… oraz promieniowaniem Å‚
Powstawanie pierwiastków
Powstawanie pierwiastków
(Obrazek pochodzi z pracy: J. Geiss, and R. von Steiger 1977, "Production of Light Nuclei in the
Early Universe" in 'Fundamental Physics in Space', ESA-SP 420, pp. 99-106.)
Podsumowanie
Podsumowanie
Procesy przemian jednych pierwiastków w inne
zachodzą na Ziemi bezustannie. W sposób
naturalny wciąż powstają niektóre pierwiastki:
zarówno ciężki ołów jak i bardzo lekki hel.
KONIEC
KONIEC
Dziękuję za uwagę
Dziękuję za uwagę
y
ródła:
y
ródła:
lð
Encyklopedia Popularna PWN,
Encyklopedia Popularna PWN,
Warszawa 1985
Warszawa 1985
lð
Leksykon szkolny  Nauka i technika,
Leksykon szkolny  Nauka i technika,
Warszawa 2000
Warszawa 2000
lð
Encyklopedia szkolna PWN  Matematyka,
Encyklopedia szkolna PWN  Matematyka,
Fizyka, Chemia; Warszawa 2006
Fizyka, Chemia; Warszawa 2006
lð
www.ciekawostka.pl
www.ciekawostka.pl
lð
www.fuw.edu.pl
www.fuw.edu.pl