Номер 3, страница 84, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. В каких природных процессах могут получаться тяжелые металлы?

Решение:

Тяжелые металлы, в астрофизическом понимании этого термина (то есть все химические элементы тяжелее водорода и гелия), образуются в ходе процессов ядерного синтеза (нуклеосинтеза), протекающих при экстремальных температурах и давлениях. Эти условия достигаются в недрах звезд и во время мощных космических катаклизмов. Основные природные процессы, приводящие к появлению тяжелых металлов, следующие:

1. Нуклеосинтез в массивных звездах.

В ядрах звезд, чья масса во много раз превышает массу Солнца, последовательно идут реакции термоядерного синтеза. Элементы образуются цепочкой: из водорода — гелий, из гелия — углерод, кислород, и так далее вплоть до элементов группы железа (в основном, изотоп $ ^{56}_{26}Fe $). На железе процесс звездного термоядерного синтеза останавливается, так как дальнейшие реакции слияния ядер требуют затрат энергии, а не ее выделения. Таким образом, в звездах образуются все элементы до железа включительно.

2. Медленный захват нейтронов (s-процесс).

Этот процесс происходит на поздних стадиях эволюции звезд средней и малой массы (в так называемых AGB-звездах — звездах асимптотической ветви гигантов). Внутри таких звезд в результате побочных ядерных реакций возникает относительно небольшой поток нейтронов. Ядра элементов группы железа медленно, поочередно, захватывают эти нейтроны. Если после захвата образуется нестабильный изотоп, он успевает претерпеть бета-распад ($ n \rightarrow p^+ + e^- + \bar{\nu}_e $) до того, как захватит следующий нейтрон. В ходе бета-раcпада нейтрон превращается в протон, и образуется ядро нового, более тяжелого элемента (с большим на единицу атомным номером). Таким образом «строятся» стабильные изотопы элементов вплоть до свинца ($Pb$) и висмута ($Bi$). S-процесс ответственен за образование примерно половины всех элементов тяжелее железа.

3. Быстрый захват нейтронов (r-процесс).

Этот процесс требует колоссальной концентрации свободных нейтронов и происходит во время самых мощных взрывных событий во Вселенной. Атомные ядра за очень короткое время (доли секунды) захватывают огромное количество нейтронов, не успевая распасться. В результате образуются крайне нестабильные, перегруженные нейтронами изотопы. Впоследствии эти изотопы через цепочку быстрых бета-распадов превращаются в стабильные ядра самых тяжелых элементов, включая золото ($Au$), платину ($Pt$), уран ($\text{U}$) и другие. Основными местами протекания r-процесса считаются:

- Взрывы сверхновых звезд: При коллапсе ядра массивной звезды и последующем взрыве создаются условия (высокая температура, давление и поток нейтронов) для r-процесса.

- Слияния нейтронных звезд: Когда две нейтронные звезды, вращающиеся друг вокруг друга, сталкиваются и сливаются, происходит мощнейший выброс вещества, чрезвычайно богатого нейтронами. Это событие (называемое килоновой) считается сегодня главным «заводом» по производству большинства самых тяжелых элементов во Вселенной.

Ответ: Тяжелые металлы образуются в результате нескольких основных природных процессов: 1) ядерного синтеза в недрах массивных звезд (синтезируются элементы вплоть до железа); 2) медленного захвата нейтронов (s-процесса) в звездах-гигантах (образуется около половины элементов тяжелее железа, до свинца и висмута); 3) быстрого захвата нейтронов (r-процесса), который происходит во время взрывов сверхновых и, в особенности, при слияниях нейтронных звезд (так образуются самые тяжелые элементы, такие как золото, платина и уран).