为什么铁是最稳定的金属？排在之后的金难道不比铁更稳定吗？
物理、化学不分家由于初高中对于物理化学进行分开 ， 所以很多人自然而然地认为 ， 化学元素周期表是化学的事 。 但事实上 ， 这个看法稍微有点问题的 。
文章图片
我们就来大名鼎鼎的物理学家卢瑟福来说 ， 他做过一个著名的α粒子散射实验 ， 提出了原子的行星原子结构模型 。 他带出过10多个诺贝尔奖获得者 ， 一生都以物理学家自居 。
文章图片
可是诺奖委员会偏偏颁给他一个诺贝尔化学奖 ， 他得知这个事的时候就很尴尬 。 还有我们知道的著名科学家居里夫人 ， 实际上居里夫人天天是和一群物理学家混在一起的 ， 他们属于一个圈子的人 ， 可是居里夫人就拿过诺贝尔化学奖 。 而如今的化学家 ， 最基本的素质就是要掌握足够多量子物理的相关知识 。 所以 ， 你看 ， 物理和化学某种程度上是不分家 。 这个更体现在元素上 ， 我们知道元素周期表 ， 但实际上元素周期表中元素的起源其实是被物理学家搞清楚的 。 而这里就涉及到了铁元素的起源 ， 以及金、银等元素的起源 。
铁元素 ， 或者严格来说铁原子核其实是最稳定的原子核 ， 而金、银等元素本质上是化学性质更稳定的存在 。 所以 ， 当我们要比较两者之间的差别时 ， 首先还是要弄清楚到底在比较什么？
铁原子核为什么最稳定?我们都知道 ， 恒星燃烧是依靠核聚变反应的 ， 而且主要都是氢原子核核聚变反应 。 这是因为宇宙中氢元素和氦元素是最多的 ， 占据了99%以上 。 其中氢元素要远比氦元素要多的 ， 达到了70%左右 。
恒星依靠自身的引力 ， 引发氢原子核的核聚变反应 ， 这时候四个氢原子核会通过质子-质子反应链或者碳氮氧循环反应生成氦-4核 。
文章图片
文章图片
所以 ， 我们仔细观察 ， 就会发现 ， 原子序数上升了一位 ， 轻一点的核变成了更重一点的核 。 而如果恒星的质量足够大 ， 就可以再继续引发氦-4原子核的核聚变反应 ， 生成碳原子核或者氧原子核 。
文章图片
如果恒星的质量还足够大 ， 就还可以继续反应下去 ， 一直到铁原子核 。 铁原子核是一个里程碑 ， 大多数恒星是跨不过去的 。
文章图片
为什么这么说呢？
这是因为铁原子核的比结合能最大 ， 你可以粗暴地理解成 ， 要把铁原子核掰开所需要的能量是最大的 。 要掰开铁原子核后面的金原子核和银原子核所需要的能量都小于掰开铁原子核的 。
文章图片
所以 ， 要让铁原子核继续反应 ， 就需要输入巨大的能量 ， 我们知道核聚变可以产生大量的能量 。 可是铁原子核的核聚变反应这是亏本买卖 ， 非但不能释放大量的能量 ， 相反会吸收大量的能量 。 因此 ， 在铁元素之前的元素原子核都有聚合的趋势 ， 而在铁元素之后的元素原子核都有裂变的趋势 ， 我们常用的核裂变反应 ， 就是用到的铁之后的大号元素铀 。
文章图片
所以说 ， 铁原子核是最稳定的原子核 。
金和银为什么稳定？金和银的稳定是化学性质的稳定 。 我们都知道 ， 原子是由原子核和核外电子的构成的 。 而在化学反应过程中 ， 是会保持原子结构的 ， 换句话说 ， 就是整个过程不会发生原子种类的变化 。 而化学反应的过程当中 ， 本质上是化学键发生变化 ， 而化学键又和原子核外的电子排布有关 。 因此 ， 这个问题 ， 我们要从原子核外的电子排布说起 。
文章图片
在上世纪有一位著名的物理学家 ， 他叫做泡利 ， 他有个绰号叫做上帝之鞭 。 意思是说 ， 他逮到谁都怼 ， 连爱因斯坦看到他都怕 。 但是我们要知道的是 ， 他怼其实都是在学术上怼 ， 常常把对方怼到哑口无言 ， 所以泡利其实是水平超强的物理学家 。 他提出过一个著名的理论叫做泡利不相容原理 。
【为什么铁是最稳定的金属？排在之后的金难道不比铁更稳定吗？】
文章图片
原子核外的电子 ， 实际上会按照能量的高低进行排布 ， 但是它们其实要遵循泡利不相容原理 ， 意思是说一种能量状态只能由一个电子占据 。 但是金元素其实很独特 ， 原子核外有六层电子层 。
文章图片
最内侧的电子能量最大 ， 其速度可以接近65%的光速 。 我们都知道 ， 爱因斯坦有一个著名的方程E=mc^2 ， 这个理论其实叫做质能等价 。 根据质能等价和狭义相对论 ， 我们知道 ， 电子在高速运动时 ， 速度越快 ， 质量就会变得大 。
文章图片
于是 ， 电子的轨道就会缩小 ， 这也就会引起连锁反应 ， 每一层电子的轨道都都缩小 。 如果要让金原子发生反应 ， 不仅要让金原子失去最外层的电子 ， 而且还需要让它失去次外层的电子 ， 这无形当中增加了反应的困难程度 ， 也就是说 ， 想要让金原子发生化学反应就需要更大的能量 。 因此 ， 金元素的化学性质才非常稳定 ， 几乎不和任何物质发生化学反应 ， 在自然界中几乎以单质的形式存在 。 反观铁元素 ， 就很容易外界发生反应 ， 铁生锈就是最常见的一种铁元素的化学反应 。 因此 ， 和金元素比起来 ， 铁元素的化学性质并不稳定 。
推荐阅读
- 美铁杆盟友抢先动手，大批导弹飞向邻国首都，挑衅美俄土三大国
- 辟谣！风湿病为什么叫“风湿”？是受风受潮湿造成的吗？
- 为什么工作场所是工厂，发工资却是中介，这有什么区别？
- 为什么刘备在世时，蜀国人才济济，刘备死后，蜀国人才凋零？
- “独眼龙”夏侯惇有多厉害？为什么能两次打败巅峰时期的赵云？
- 新华网国内首条海底高铁隧道完成海上钻探工作
- 高原迫击炮班配备三代猛士，机动不再只靠铁脚板，快打快撤真灵活
- 负利率危险！鲍威尔最新访谈：为什么美联储对负利率说不
- 马云马云的妻子张瑛有多优秀？为什么她不像刘强东妻子章泽天那样经常出现？
- 买卖铁律，只用60日均线，逢买就涨