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为什么铁是最稳定的金属(难道排在之后的金银不比它更稳定吗)

2022-07-26 03:00:30来源:
导读 想必现在有很多小伙伴对于为什么铁是最稳定的金属 难道排在之后的金银不比它更稳定吗方面的知识都比较想要了解,那么今天小好小编就为大...

想必现在有很多小伙伴对于为什么铁是最稳定的金属 难道排在之后的金银不比它更稳定吗方面的知识都比较想要了解,那么今天小好小编就为大家收集了一些关于为什么铁是最稳定的金属 难道排在之后的金银不比它更稳定吗方面的知识分享给大家,希望大家会喜欢哦。

关于铁是不是最稳定的金属,其实这里有歧义的,稳定也分很多种。铁最稳定的缘故是在于结合能上面,是原子核层面的问题。而铁和金银相互比较,其实是在化学反应层面,这个层面的本质是核外电子排布导致的化学性质的差异,金银的稳定就来源于此。所以两者也很大的不同。

我们可以详细的描述一下:

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铁是宇宙中第六丰富的元素,之所以会这样,是原因的。这是因为铁是很多恒星的终点,说得难听一点,铁其实是很多恒星迈不过的坎。为什么会这么说呢?恒星为什么会和铁产生关系。

这其实要从恒星的特点说起,如果非要用一句话概括恒星和元素之间的关系,那一定是:恒星是元素的炼丹炉。在宇宙当中,氢原子占比达到了全宇宙元素总量的70%以上,剩下的大部分是氦,然后只有不到1%是其他元素。(这里说的是已知的物质,没有带上暗物质和暗能量)

如果仔细看元素周期表,氢和氦是前两位,也就是质子数最少的两位。氢核干脆可以说就是质子。

那为什么说恒星是元素的炼丹炉呢?

其实这和恒星的燃烧有关系,恒星的燃烧依靠的是核聚变反应,类似于氢弹那种。

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核聚变反应其实和普通的化学反应是不一样的,你也可以理解成和一般的爆炸是两码事。一般的爆炸是发生在原子层面的。而核聚变是发生在原子核层面的。

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所以恒星的燃烧是原子核在聚合,主要有两种方式一种叫做:质子-质子反应。

另外一种叫做碳氮氧循环,其实都是氢聚合成氦-4,也就是4个氢核聚合成一个氦-4,放出大量能量。碳氮氧循环的过程中,碳氮氧只是起到催化作用。

所以,恒星是在燃烧氢原子,氢原子烧完了,会剩下一堆氮原子,然后在引力的作用下,会继续往聚合出元素周期表更高顺位的元素进行,质量不同的恒星会停留在不同的地方。而绝大多数最后会卡在铁原子之前。

之所以会这样,是因为要让铁发生核聚变反应需要大量的能量,而铁发生核聚变后产生的能量要小于核聚变反应所需要的能量,说白了就是入不敷出了。我们也可以说铁的结合能比较大。只有质量达到一定程度的恒星,在超强引力作用下,才可以使得铁发生聚变,产生超新星爆炸。

所以,我们说铁很稳定,就稳定在这里,是原子核层面的稳定。

我们这里以金为例。铁和金比起来,有些人肯定会觉得金更稳定,实际上这里的更稳定是指化学性质更稳定,也就是不容易发生化学反应。而化学反应一般来说指的和化学键的断裂和形成有关。化学反应不会改变原子核,只是原子核外电子云的相互作用,所以核反应和化学反应无关,也就是和上面我们说到的铁的稳定是无关的。

那么在化学性质上,为什么金原子比铁原子更稳定呢?

这里主要和黄金的原子序数很高有关,这使得它不仅要受到量子力学的约束,同时还要体现出相对论的相应来。

要理解这个问题,我们可以像从初高中的化学说起,我们都知道原子周围有很朵电子,它们会按照能量的高低分层排布,这会收到泡利不相容原理的限制。而最外层的电子决定了原子的大部分物理性质和化学性质。

我们这里要说到的金原子,原子核外有六层电子,最里面的那一层电子有极高的能量,是以65%的光速飞驰。这时候相对论的效应就不能被忽略,电子会变重,轨道会缩小,所以也导致最外层电子的轨道也缩小。这就使得金要发生化学反应,不仅要失去最外层的电子,还要失去次外层的电子。要失去这部分电子,就需要吸收大量的能量。这就会让金原子显得格外稳定。

这因为这个原因,才使得金大多数时候总是以单质的形式而存在,而极少发生化学反应。

反观铁原子,原子序数是26,它就没有金这样的化学性质,铁就很容易与氧和水反应。游离态的铁基本上只能在陨石当中找到,在地球上,铁一般都以化合物的形式存在,也就是各种铁矿石。

最后,我们来总结一下,铁的稳定其实是体现在不易发生核聚变反应。而金比铁稳定主要是体现在化学性质上,是由核外电子排布决定的。

本文到此结束,希望对大家有所帮助。

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