Yhteisökasvatuksen tähtitieteen oppilaat kysyvät minulta usein, onko avaruudesta löydetty uusia elementtejä, joita maapallolla ei tunneta. Vastaus kysymykseen on ei – luonto käyttää samoja 98 luonnonelementtiä muovaamaan kaikkea tutuista tähdistä ja planeetoista kaukaisimpien näkemiemme galaksien galaksiin. Satunnaisen yhdisteen tai mineraalin ulkopuolella maapallo on paikka, josta löydät enemmän eksoottisia alkuaineita kuin missään muualla universumissa.
Alkuaine on puhdas aine, joka koostuu vain yhden tyyppisestä atomista. Se, mikä erottaa yhden elementin toisesta, on protonien lukumäärä sen atomien ytimissä. Mikä tahansa atomi, jossa on kuusi protonia, on aina hiiltä, 79 protonia kultaa, 94 protonia plutoniumia ja 1 protoni vetyä. Protoniluku on myös elementin numeroatominumeropäällä jaksollinen elementtien taulukko . Taulukon elementit on järjestetty niiden järjestysnumeron mukaan.
Atomit koostuvat protoneista, neutroneista ja kiertävistä elektroneista. Protonien lukumäärä atomin ytimessä tekee siitä ainutlaatuisen kaikista muista. Vety, yksinkertaisin alkuaine, on yksi; hiilellä on kuusi.
Kaksi yleisintä alkuainetta ovat vety ja helium, numerot 1 ja 2 jaksollisessa taulukossa; yhdessä ne muodostavat 98 % kaikesta maailmankaikkeuden näkyvästä aineesta. Loput 2 % sisältää kaiken muun kevyestä litium (numero 3) aina kalifornium (98), raskain luonnollinen alkuaine, joka löytyy maapallolta ja tähdistä. Kalifornium on epävakaa ja 'hajoaa' yksinkertaisemmiksi alkuaineiksi. Vaikka tiedemiehet tekevät sen laboratoriossa pommittamalla berkelium (97) neutronien kanssa, pieniä määriä tätä erittäin harvinaista alkuainetta löytyy luonnostaan rikkaista uraaniesiintymistä.
Kun olin lukiossa ja opiskelin kemiaa, alkuaineiden jaksollinen järjestelmä päättyi Lawrenciumiin (103). Tällä hetkellä elementtejä on 118, joista viimeisin on luotu laboratoriossa uninoctium (sinä-nah-NOC-tee-um). Itse asiassa kaikki alkuaineet 98:n jälkeen ovat keinotekoisia, herätetään henkiin ydinreaktoreissa tai hiukkaskiihdytinkokeissa. He elävät hyvin lyhyen elämän. Kun niin monet positiivisesti varautuneet protonit työntyvät toisiaan vastaan ytimissään, nämä elementit hajoavat nopeasti yksinkertaisemmiksi prosessissa ns. radioaktiivinen hajoaminen .
Taiteilijan käsitys maailmankaikkeuden ensimmäisistä tähdistä, jotka syttyvät noin 200 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Nämä ensimmäiset auringot tehtiin lähes puhtaasta vedystä ja heliumista. He ja myöhemmät sukupolvet valmistivat raskaampia alkuaineita, jotka myöhemmin sisällytettiin aurinkoon ja meihin. Kiitos: NASA/WMAP Science Team
Alkuräjähdyksen aikaan, kun maailmankaikkeus syntyi, vain yksinkertaisimmat alkuaineet – vety, helium ja vähäiset määrät litiumia – kypsytettiin. Et voi rakentaa planeettaa sellaisista pörröisistä asioista. Näistä perusrakennuspalikoista muodostuneiden tähtien ensimmäinen sukupolvi kesti syntetisoida monimutkaisempia elementtejä, kuten hiiltä, happea, rikkiä ja vastaavia ydinfuusion avulla niiden ytimissä.
Kun tähdet räjähtivät supernoveina, näitä upouusia elementtejä ei vain räjäytetty avaruuteen, vaan räjähdyksen aikana vallitseva valtava lämpö ja paine rakensivat vielä raskaampia elementtejä, kuten kultaa, kuparia, elohopeaa ja lyijyä. Kaikki liitettiin toisen sukupolven tähtiin. Ja kolmas.
Kaksi prosenttia tähtien muodostamista alkuaineista, joihin kuuluu muun muassa hiiltä, happea, typpeä ja piitä, käytettiin planeettojen rakentamiseen ja niistä tuli myöhemmin välttämättömiä elämälle. Olemme valmistettu pitkälle prosessoidusta materiaalista sinä ja minä. Olemuksemme atomit ovat olleet useiden sukupolvien tähtien ytimissä ja niistä ulos. Ajattele tätä hyvää ja kovaa ja saatat vain saada yhteyden omaan 'sisäiseen tähteeseesi'.
Tavallinen ruokasuola muodostuu tiukasti kiinni olevista natrium- ja klooriatomeista. Jokaisella elementillä on oma yksilöllinen luonteensa – toinen on syttyvä metalli (natrium), toinen vaarallinen kaasu. Yhdistä ne ja saat turvallisen, maukkaan mausteen. Luotto: Wikipedia
Muotoillaan uudelleen kysymys eksoottisista materiaaleista avaruudessa, joita ei ole maan päällä. Alkuaineiden sijasta, jos katsomme yhdisteitä, osumme roskakoriin. Yhdiste on myös puhdas aine, mutta se koostuu kahdesta tai useammasta kemiallisesta alkuaineesta, jotka liittyvät toisiinsa. Tuttuja yhdisteitä ovat vesi (kaksi vetyä yhdistettynä yhteen happeen) ja suola (yksi natrium ja yksi kloori).
Valikoima molekyylejä (kemiallisia yhdisteitä), mukaan lukien vesi, joka löytyy Herschel-avaruusteleskoopin havaitsemasta Orion-sumusta. Luotto: ESA, HEXOS ja HIFI Consortium E. Bergin
Tähtitieteilijät ovat löytäneet noin 220 yhdistettä tai molekyylejä ulkoavaruudessa, monilla niistä on sisaruksia maan päällä, mutta jotkut ovat ulkomaalaisia. Meidän ei tarvitse etsiä kaukaa löytääksemme niitä, koska muutama on toimitettu suoraan kotiovellemme kivisinä pakkauksina, joita kutsutaan meteoriiteiksi. Tässä on lyhyt luettelo uusia mineraaleja jotka muodostuivat asteroideissa (joista meteoriitit ovat peräisin) olosuhteissa, jotka ovat hyvin erilaisia kuin maan päällä:
* Barringeriitti – raudasta, nikkelistä ja fosforista valmistettu metalliyhdiste
* Oldhamite – ruskea mineraali, joka on valmistettu kalsiumista, magnesiumista ja rikistä
* Kosmokloori – vihreä mineraali, joka sisältää kalsiumia, kromia, piitä ja happea
Entä uusia asioita planeetoilla ja komeetoilla? Tähtitieteilijät ovat löytäneet jättiläisplaneettojen Jupiterin, Saturnuksen, Uranuksen ja Neptunuksen ilmakehistä yhdisteitä, kuten silaani (pii-vety), arsiini (arseeni-vety) ja fosfiini (fosfori-vety), joita ei ole luonnossa maan päällä. Ihmiset ovat luoneet kaikki kolme laboratoriossa ja käyttäneet niitä hyvin eri teollisuudenaloilla, mukaan lukien puolijohteiden valmistuksessa.
Ranskalainen tähtitieteilijä Pierre Janssen löysi ensimmäisen kerran auringon spektristä heliumin, joka leijuu ilmapalloillamme auringonpimennyksen aikana vuonna 1868. Lopulta tutkijat löysivät sen maapallolta vuonna 1895. Napsauta oppiaksesi heliumin tarinan. Luotto: Bob King
Ja sitten on Brownleeite , mangaanisilikidi, joka löydettiin vuonna 2003 komeetan 26P/Grigg-Skjellerupin levittämästä pölyhiukkasesta. Aurinkokunnan ulkopuolelle tähtitieteilijät näkevät avaruudessa epätavallisia pitkäketjuisia hiilimolekyylejä, jotka eivät voisi muodostua maan päälle, koska happi repii ne erilleen. Avaruus on heidän turvasatamansa.
Joten Maa on paikka universumissa, josta löydät enemmän eksoottisia alkuaineita kuin mistään muualta. Ihmisen toiminnan ja monimutkaisten molekyylien ansiosta, jotka kiertyvät yhteen muodostaen elämää, on Maan eksoottisin paikka universumissa.