3第三章1宇宙化学.ppt

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：H C N F Cl Br I S Se b挥发性亲石元素：Li(?) Na K Rb Cs c挥发性亲硫元素： Zn Cd Hg Tl Pb As Sb Bi Te Ga Ge Sn In,宇宙化学,（2）非挥发性元素 亲石元素： Be B Mg Al Si P Ca Sc Ti Sr Y Zr Nb Ba TR Hf Ta Th U 亲铁元素： Fe

2、 Co Ni Cu Ag Au Mo Sn(?) W Ru(?) Rh Pd Re Os(?) Ir Pt,宇宙化学,宇宙化学,3.元素的宇宙丰度特征 （1）Z45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； He

3、3,？ O16, 8.95；O17,5.52； O18,6.06 Si28, 7.46；Si29,6.17； Si30,5.99 Ca40 ,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10-810-10cm） d.

4、 ：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 + 2 P +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

5、环,宇宙化学,(2)氦燃烧过程（108K）： 34He = 12C 12C + 4He = 16O 16O + 4He = 20Ne 20Ne + 4He = 24Mg 24Mg + 4He = 28Si 28Si + 4He = 32S (36Ar, 40Ca等),宇宙化学,(3)碳和氧的“燃烧过程”（109K）： 20Ne + 12C + 12C = 23Na + p 23Mg + n 28Si + 16O + 16O = 31P + p 31S + n,宇宙化学,(4)硅燃烧过程（e过程，3.8109K） 形成V Cr Mn Fe Co Ni 等元素，如： 52Fe + 28Si + 2

6、8Si = 55Co + p 55Ni + 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（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+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