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1700873983 前12种元素的同位素
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1700873985 本表列出了前12种元素的中子数的不同情况。表中也显示了哪些同位素稳定,哪些不稳定。
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1700873990 共价键
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1700873992 水(H2O)就是“共价键”化合物,说得直白一点,就叫“共享键”的化合物。由于氧原子外壳层只有6个电子,因此2个氢原子,每个都能给氧原子提供1个电子,把氧原子的外壳层填充完整。
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1700873994 原子是如何结合的?还记得原子的构成吗?小小的电子绕着硕大的原子核旋转,两者之间有很大的空间。电子绕原子核运动的轨迹,就跟一系列的3D走廊似的,也就是壳层。第一层容纳2个电子,第二、三层,每层容纳8个电子。具有完整壳层的元素是最稳定的。如果最外一层不满,电子就会从一个元素的壳层跳到另一个上去。化学反应就是电子的重新排列,这一过程就是原子核之间的化学键形成或断开的过程。化学是研究电子及其在化学键形成或断开过程中的相互作用的科学。
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1700873996 在化学反应中,原子以多种方式结合。有时,一个原子的电子也会绕着另一个原子核旋转,为相邻的原子共有。这种情况下,电子受到不止一个原子核的正电荷吸引,大体在两者之间活动。这类电磁结合力将多个原子结合在一起,叫作共价键。
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1700873998 有时,电子会从一个原子转移到另一个原子上。就拿食盐来说,含有11个电子的钠原子,最外一层的电子转移到一个氯原子上,而氯原子含有17个电子。这样一来,钠原子只剩10个电子,而氯原子则有18个电子——对两者来说,都有了完整的壳层。钠原子失去1个电子,带有了正电荷。而氯原子就带有了负电荷,所以二者相互吸引。这类化学键叫作离子键。
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1700874000 恒星的生命周期
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1700874002 恒星也有生命。虽然我们并不认为恒星像地球上的生物体那样有生命,但是我们仍然用“出生”和“死亡”等词来谈论恒星。
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1700874004 恒星的“生命”取决于最初形成它的物质云的大小。质量最小的恒星差不多是太阳质量的0.01倍,而最大的能达到200多倍。恒星质量越大,燃烧速度越快。质量最大的恒星仅能维持1.25万年左右,而最小的则能存在约16万亿年。
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1700874006 天文学家无法观察任何单一恒星的整个生命周期,因为天文学家活不了那么久。但天文学家可以观察很多恒星,每一颗都处于不同的发展阶段。有些是刚刚形成的“恒星宝宝”,有些则是中年恒星,比如太阳,有些年纪大了,行将灭亡,比如50亿年后的太阳。
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1700874008 恒星生命中的大部分时间都在稳定地燃烧氢,将其转化成氦。这个过程叫作核聚变。由于恒星中心的温度极高,4个氢原子中的质子结合起来(熔合),这样就形成了氦元素,氦核中有2个质子和2个中子。4个质子中的2个质子会释放出正电荷。根据爱因斯坦的著名方程,这样一来,质子的一小部分质量转化成大量的能量,这些能量以光子的形式进入空间。
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1700874010 随着恒星燃烧,会耗尽氢原子。向外的能量流一停止,引力就开始超过向外的力,接下来会发生什么,取决于恒星的大小。
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1700874012 如果恒星较小,核心会坍缩,外层散入空间。核心会变小,温度上升,成为白矮星,继续燃烧一段时间。慢慢地,白矮星的温度会降低,最终变成灰烬,成为黑矮星。这颗死亡的恒星会在宇宙空间飘荡。
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1700874014 如果恒星体积较大,核心坍缩时,外层温度会升高到足以继续发生核聚变,该恒星就会变成红巨星。核心的温度会上升到足以使氦原子聚合成铍,而铍只能存在不到一秒的时间,随后便与另外一个氦核聚合,形成碳。
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1700874016 氦耗尽后,恒星核心会再次发生坍缩。如果质量不足以继续,恒星就会爆炸,将碳原子散播到宇宙空间;如果质量足够,其核心温度就会上升到足以使碳原子融合成氧,然后融合成硅。在这个连续的核聚变过程中,每个后续阶段消耗的时间都会更短。
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1700874018 比方说,比太阳质量大很多的恒星,可能要用几百万年的时间耗尽氢,然后用50万年左右的时间聚合成氦,然后用600年的时间融合形成碳,6个月融合形成氧,仅用1天融合形成硅。
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1700874020 只要恒星有足够的质量,这个过程就会循环往复,温度也越来越高。最终,一颗有足够质量的恒星,不同的层会消耗不同的燃料,以难以想象的高温燃烧。温度达到约40亿摄氏度(约104亿华氏度)时,恒星开始制造出铁(原子序数26)。
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1700874025 大恒星内部新元素的形成
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1700874027 这幅图显示的是一颗古老的巨大恒星的多个层在发生核聚变。当恒星的核心开始产生铁时,恒星就会坍缩,而且如果质量足够,就会发生超新星爆发。
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1700874029 之后,恒星到达终点。铁是最稳定的元素,它的核不会聚合。因此,通过原子核的聚合(核聚变)产生新元素的过程也就到此为止了。随着燃料耗尽,不再有能量流来抵消引力。随之而来的快速坍缩会释放大量能量,行将死亡的恒星会发生剧烈爆炸,这种爆炸被称作“超新星爆发”。
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