简答题

比较太阳系、地球、地壳主要化学元素丰度特征的异同点,说明自然界元素丰度的基本特征和决定自然体系中元素丰度的最基本因素。

正确答案

1)特征的异同:太阳系:H>He>O>N>C>Si>Mg>S地球;Fe>O>Mg>Si>Ni>S>Ca>Al>Ca>Na地壳:O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>H硅酸盐在地球表层富集,较难熔的镁铁硅酸盐和金属铁下沉。
2)自然界元素丰度的基本特征:
1个元素丰度随原子序数的增大而呈指数下降;在Z>45之后丰度值又相近。
2原子序数为偶数的同位素丰度大于奇数者(中子数、质量数同)——奥多-哈根斯法则;
3四倍原则:如O(A=16),质子数为4的倍数
4Li、P、B丰度很低,为亏损元素(核子结合能低,形成后易分解)
5Fe和O过量(核子结合能最高,核子稳定)
6原子序数(质子数或中子数)是“幻数”的元素丰度高(氦、氧、钙等:2、8、14、20、2850、82、126)3)决定自然体系中元素丰度的最基本因素:
1与原子结构有关具有最稳定原子核的元素分布最广,当中子数和质子数比例适当时核最稳定。如在原子序数<20的轻核中,中子∕质子等于一是,核最稳定,由此可以说明O、Mg、Si、Ca的丰度较大的原因;随原子序数增大,核内质子间的斥力大于核力,核子的结合能降低,原子核就趋于不稳定,所以元素同位素的丰度就要降低;偶数元素或同位素的原子核内,核子倾向成对,他们自旋力矩相等,而方向相反,量力力学证明:这种核的稳定性最大,因而这种元素或同位素在自然界分布最广;中子数等于幻数的同位素,其原子核中的壳层为核子所充满,形成最为稳定的原子核,因而具有高的丰度。
2与元素起源、形成过程及元素形成后的化学分异有关。在恒星的高温条件下。可以发生有质子参加的热核反应,这使Li、Be、B迅速的转变为4He的同位素,因此,Li、Be、B丰度明显偏低就同他们在恒星热核反应过程中被消耗的历史有关;在内行星和陨石物质中气态元素(H、He等)的丰度极大的低于太阳系中各该元素的丰度,造成这种差别的原因为这些元素在行星和陨石母体形成或存在过程中逃逸到宇宙空间所致。

答案解析

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