3第三章1宇宙化学

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1、第三章宇宙化学地球的形成与太阳系、宇宙有着不可分割的联系宇宙化学一、元素的宇宙丰度特征1.原子核类型按质子数（Z）和中子数（N）可分为四种类型：宇宙化学宇宙化学2.元素的宇宙化学分类：（1）挥发性元素：a最易挥发亲气元素：HCNFClBrISSeb挥发性亲石元素：Li(?)NaKRbCsc挥发性亲硫元素：ZnCdHgTlPbAsSbBiTeGaGeSnIn宇宙化学（2）非挥发性元素亲石元素：BeBMgAlSiPCaScTiSrYZrNbBaTRHfTaThU亲铁元素：FeCoNiCuAgAuMoSn(?)WRu(?)RhPdReOs(?)IrPt

2、宇宙化学宇宙化学3.元素的宇宙丰度特征（1）Z<45的元素随原子序数增大呈指数降低，Z>45的元素丰度曲线呈缓慢降低。（2）偶数>奇数。（3）H,He为丰度最高的元素。（4）Li,Be,B丰度过低，为亏损元素。（5）Fe为过剩元素，呈明显的峰。宇宙化学宇宙化学(6)质量数为4倍的元素具有较高丰度，如：A=4,16,20,28,32,36,40,48,56,80,84。如：He4,O16,Si28,Ca40。表：宇宙丰度（以氢丰度的对数为12的相对丰度）He4,11.21；He3,？O16,8.95；O17,5.52；O18,6.06Si28,7.46

3、；Si29,6.17；Si30,5.99Ca40,6.18；Ca42,4；Ca43,3.3；Ca44,4.53；Ca46,1.7；Ca48,3.44；宇宙化学(7)N=50,82,126的核过剩，呈双峰。以上特征的原因解释：核力和斥力a.质子/中子多：斥力增大b.偶数：核子自旋力矩相等方向相反c.核形成过程。宇宙化学二、元素起源名词概念回顾：a.衰变与粒子=He核b.衰变与粒子=+，-（正负电子）c.粒子=射线（波长10-8~10-10cm）d.：中微子（中性不带电）宇宙化学（一）大爆炸宇宙的核合成过程1.大爆炸诞生时只存在高密度的基

4、本粒子（质子，中子，电子等）和反粒子（反质子，反中子，反电子等），当温度降到1012K时,发生反应P+n=>D，随后：P+n=>D+2.随后发生下列反应：D+P=>3He+3He+3He=>4He+2P+23He+4He=>7Be+7Be+e-=>7Li+宇宙化学元素合成理论（假说）(1)氢燃烧过程：1H+1H=>2D++2D+1H=>3He+3He+3He=>4He+21H+质子-质子循环宇宙化学(2)氦燃烧过程（108K）：34He=>12C12C+4He=>16O16O+4He=>20Ne20Ne+4He=>24Mg24Mg+

5、4He=>28Si28Si+4He=>32S(36Ar,40Ca等)宇宙化学(3)碳和氧的“燃烧过程”（109K）：20Ne+12C+12C=>23Na+p23Mg+n28Si+16O+16O=>31P+p31S+n宇宙化学(4)硅燃烧过程（e过程，3.8109K）形成VCrMnFeCoNi等元素，如：52Fe+28Si+28Si=>55Co+p55Ni+n（平均结合能最高）宇宙化学(5)中子俘获过程（铁以后的元素）a.慢中子俘获（s过程）：一个原子的两次中子俘获之间有足够时间让生成核发生衰变（衰变），可合成元素至A=209。b.快中子俘获

6、（r过程）：两次俘获时间很短（衰变较少），还可合成A=209以后的元素。宇宙化学三、太阳星云的化学演化（一）太阳系的物质来源1太阳系物质的同源性地球、月球、陨石的135Ba/136Ba只在0.01%范围内变化。宇宙化学2.太阳系外物质的污染(1)16O过剩（12C+4He=>16O）(2)26Al,107Pd,129I过剩（短寿命放射性）26Al,半衰期16百万年；107Pd,83；129I，7.3(3)陨石中26Mg/24Mg异常高（26Al=>26Mg++）污染量<1/105宇宙化学(二)太阳星云的凝聚过程及物质分异太阳星云自转加速=>星云盘

7、+原太阳=>温度增高引起星云盘内的物质分馏。宇宙化学宇宙化学宇宙化学宇宙化学2.物质凝聚碰撞=>星子=>星胎=>行星+陨石等。宇宙化学（三）太阳星云的凝聚模型1.均一的太阳星云凝聚模型Cameron(1963)先均一，后分异2.非均一的太阳星云凝聚模型成分不均一，冷凝聚形成太阳系各天体。证据：原始同位素异常理论有待证明完善宇宙化学思考题：宇宙元素丰度随原子序数变化的规律原因：核合成需要怎样的温度条件，地球内部，如地核中会形成新的元素吗（地核内的温度约5000K）？太阳系中Sr和Ba，哪个元素丰度高？