03.07 為什麼鐵是最穩定的金屬?難道排在之後的金銀不比它更穩定嗎?

流水若有情


定義不清晰害死人啊,題主!

鐵元素最穩定

從宇宙學的角度來看,在原子核自發聚變的過程來看,題主的觀點是正確無誤的。

舉個例子,在宇宙中存量最大,最容易觀測到的恆星內部,無時無刻不再進行的,就是核聚變反應。恆星通過核聚變反應,抵抗自身的引力坍縮效應,並持續的發光發熱。原子核從氫氦開始慢慢變重,最終只能到鐵,到達鐵之後的聚變反應,就不能通過損失質量釋放能量,而必須損失額外的能量,才能持續反應下去。

所以,從這個角度來看,在宇宙形成的最初階段,鐵元素是最穩定的元素。

但為什麼在鐵元素之後,仍舊有大量的重金屬元素存在呢?它們都是在恆星死亡的大爆炸過程中誕生的。

也從這個側面可以說明一個事實,如果太陽不是外來的星體,地球和太陽是同源的話,太陽一定是二代以上的恆星。

宇宙大爆炸之後,直接形成的恆星我們稱為第一代恆星;它們死亡後形成的塵埃再度由於引力的作用,形成的恆星稱為二代恆星,當然三代四代也都有可能存在。

太陽系中金屬丰度充分說明了太陽是二代或者以上這一點。

地球上化學性質最穩定的金屬——銥

太陽死亡的大爆炸創生了更多的元素,而在這些元素中,作為金屬而言,化學性質最穩定的,我們一般認為是鉑系元素中的銥。

銥:原子序數77,原子量192.22,元素名來源於拉丁文,原意是“彩虹”。它是1803年由英國化學家坦南特、法國化學家德斯科蒂等人發現的。

金屬化學性質穩定的典型特徵,就是讓酸拿它沒辦法。銥不僅僅不會讓普通的酸傷到它分毫,就連號稱什麼都可以酸蝕掉的酸中之王——王水,也基本拿它沒轍。只有海綿狀的銥才會緩慢地溶於熱王水。

如果把銥直接加熱到1000攝氏度,它的表面會發出橙色的光,但依然保持著金屬特有的光澤;甚至在空氣中直接加熱到2000攝氏度,也不會被氧化掉。等它冷卻後,稍稍擦拭一下,就又恢復如初,閃著金屬光澤。

含10%的銥和與90%的鉑的鉑銥合金,因膨脹係數極小,我們常用來製造國際標準米尺,世界上的千克原器就曾經是由鉑銥合金製作的。當然,現在我們使用最多的是用來製作鋼筆的筆尖,銥金筆可是一隻鋼筆身份的象徵哦。

結語

概念定義在科學的語境中,真的很重要。希望同學們使用好,不要混淆。


貓先生內涵科普


為什麼鐵是最穩定的金屬?難道排在之後的金銀不比它更穩定嗎?

我們一般所說的金屬穩定性它的化學穩定性,比如金極不容易氧化,在大氣中甚至泥土中都非常穩定,從古墓裡發掘出了的黃金甚至從野外發現的“狗頭金”表面顏色大都還是金黃色,或者簡單擦拭即露出了黃金的本來面目!

儘管在地下埋藏了千百萬年,儘管顏色上稍稍有些暗淡,但依然是黃金的本來面目!

一、金屬的化學穩定性:

簡單的說就是金屬原子的外層電子排列方式不容易失去,金原子核外電子排布關係是5d106s1,它擁有6個電子層,最外層只有一個電子!按理來說這一個電子應該是非常容易使失去才是!但其實部分元素的穩定性不僅是最外層,甚至倒數三層電子都有很大的影響!因此這些也是價電子(價電子指原子核外電子中能與其他原子相互作用形成化學鍵的電子)!因此要讓金原子的化學特性發生變化,不僅是第六層甚至第五層上價電子也要發生變化才是!但要讓金原子的第五層電子發生變化的話,需要吸收很大的能量才能達到條件!在絕大部分的自然條件下並不能達到這個條件,因此金元素非常穩定!

金元素在強酸或強鹼環境條件下,並不容易失去電子!但能溶於混合酸比如王水(濃鹽酸(HCl)和濃硝酸(HNO₃)按體積比為3:1組成的混合物)!

二、金屬的原子穩定性

這個指的是發生原子核在一定條件下發生聚變和裂變的條件!各位都很清楚,決定元素種類的是質子數,而不同的中子將成為同一種元素的同位素!從氕氘氚開始,質子是不變的,唯一在變化的是中子,但它們都是氫元素!質子與質子結合是強作用,作用範圍極小,在10^-15米內!因此實現核聚變就是讓原子核在足夠近的距離內互相吸引!而結合的原子核質子數會發生變化,那即元素性質發生了改變,而中子數同樣也會改變!

當然,只要能量足夠,這個反應將一路下去!但卻不是無限制的,但原子核中的質子卻不是無限增加的,因為質子數增加,強力會累加,但卻不能一直累加,因為質子之間的還存在強大的斥力(電磁力)(當質子數比較少時強作用力可以碾壓電磁力),但質子數大量增加後,比如超出了其作用力遠超10^-15米的範圍時,那麼此時的斥力就會逐漸佔據上風,原子核就開始不穩定了!從最出的氫原子開始到自然界最重的鈾原子為止,穩定性走的是猶如一條拋物線,而鐵原子則位於拋物線的頂端!

因此在元素鐵的原子穩定性就是這麼來的!元素金的化學穩定性也就是這個原因而已!


星辰大海路上的種花家


太陽死亡的大爆炸創生了更多的元素,而在這些元素中,作為金屬而言,化學性質最穩定的,我們一般認為是鉑系元素中的銥。

銥:原子序數77,原子量192.22,元素名來源於拉丁文,原意是“彩虹”。它是1803年由英國化學家坦南特、法國化學家德斯科蒂等人發現的。

金屬化學性質穩定的典型特徵,就是讓酸拿它沒辦法。銥不僅僅不會讓普通的酸傷到它分毫,就連號稱什麼都可以酸蝕掉的酸中之王——王水,也基本拿它沒轍。只有海綿狀的銥才會緩慢地溶於熱王水。

簡單的說就是金屬原子的外層電子排列方式不容易失去,金原子核外電子排布關係是5d106s1,它擁有6個電子層,最外層只有一個電子!按理來說這一個電子應該是非常容易使失去才是!但其實部分元素的穩定性不僅是最外層,甚至倒數三層電子都有很大的影響!因此這些也是價電子(價電子指原子核外電子中能與其他原子相互作用形成化學鍵的電子)!因此要讓金原子的化學特性發生變化,不僅是第六層甚至第五層上價電子也要發生變化才是!但要讓金原子的第五層電子發生變化的話,需要吸收很大的能量才能達到條件!在絕大部分的自然條件下並不能達到這個條件,因此金元素非常穩定!

但鐵元素的化學性質雖然不穩定,但它的原子核卻非常的穩定,這是因為在我們這個自然界當中,鐵的主要存在方式是鐵56,而鐵56的中子數量和質子數量都為偶數。

另外鐵元素的中子數量為30個,質子數為26個,這個比值接近於一比一,所以這兩種原因都使得鐵原子核趨於穩定,

然後還有一點,我們都知道比鐵輕的元素,在聚變的時候會釋放出能量,而比鐵重的元素,在裂變的時候會釋放出能量,而鐵不管是聚變還是裂變,都需要吸收能量才行,所以鐵56是最穩當的.....

鐵是宇宙中第六豐富的元素,之所以會這樣,是原因的。這是因為鐵是很多恆星的終點,說得難聽一點,鐵其實是很多恆星邁不過的坎。為什麼會這麼說呢?恆星為什麼會和鐵產生關係。

這其實要從恆星的特點說起,如果非要用一句話概括恆星和元素之間的關係,那一定是:恆星是元素的煉丹爐。在宇宙當中,氫原子佔比達到了全宇宙元素總量的70%以上,剩下的大部分是氦,然後只有不到1%是其他元素。(這裡說的是已知的物質,沒有帶上暗物質和暗能量)

鐵原子核無論核裂變和核聚變都要吸收能量,因為鐵原子核是最穩定的原子核。原子核結構的穩定是由兩種力決定的,即核力(強相互作用引力)和庫侖力(電磁力)決定。在原子核中,質子由於帶著相同的電荷,所以庫侖力會讓質子相互排斥.但由於質子與中子之間存在核力,核力像膠水一樣把質子和中子牢牢粘合在一起避免了質子相互排斥分離,從而導致原子核瓦解,這就是為什麼構成重的原子核一定要有中子存在。

雖然鐵的外層電子排布使得鐵更容易失去電子,和各種物質形成化合物。但是,不論鐵怎麼反應,它還是鐵元素,這點沒有變。而且,鐵的原子核比金小,剛好處於核聚變反應吸熱的開端,核內的電磁力、強力、弱力處於最為穩定的平衡狀態。所以,鐵的原子核很難發生核裂變。但是,金由於原子序數的增大,這三種力的相互平衡被打破,變得電磁力越來越大,故而穩定性也越來越小,半衰期比鐵小很多。所以說,單從元素穩定性來看,金不如鐵。

從來沒有人說過鐵穩定,更加談不上“最穩定”。通常認為化學性質最穩定的金屬是銥。金是常見金屬裡最穩定的。

關於鐵,在核聚變的時候鐵之前的元素,聚變是放出能量的。鐵及鐵之後的元素聚變不但不釋放能量反而吸收能量。這導致宇宙中鐵的含量比較大。鐵只能算是分界點,與穩定無關。


第一美女


從化學性質的角度來說,金和銀確實要比鐵更穩定,例如我們都知道元素的性質,和它外層的電子數有很大的關係,而鐵元素的最外層的電子數只有2個。

那麼我們的科學研究告訴我們,所有的金屬元素的外層電子,只要少於4個就容易失去電子,所以鐵的化學性質非常的活潑。

而金元素則不同,金元素外部電子排列為5d106s1,但雖然金元素的外層電子數只有1個。

但金元素的化學性質不僅和最外層的電子數有關係,還和次外層以及次次外層的電子數都有關係,所以如果金元素要改變它的化學性質,就需失去最外層以及次外層甚至是次次外層的電子。

但就一般的條件下,金元素很難失去這些電子,除非是一些比較極端的條件,否則金元素的化學性質極為的穩定,

但鐵元素的化學性質雖然不穩定,但它的原子核卻非常的穩定,這是因為在我們這個自然界當中,鐵的主要存在方式是鐵56,而鐵56的中子數量和質子數量都為偶數。

另外鐵元素的中子數量為30個,質子數為26個,這個比值接近於一比一,所以這兩種原因都使得鐵原子核趨於穩定,

然後還有一點,我們都知道比鐵輕的元素,在聚變的時候會釋放出能量,而比鐵重的元素,在裂變的時候會釋放出能量,而鐵不管是聚變還是裂變,都需要吸收能量才行,所以鐵56是最穩當的.....


種植恆星


金比鐵穩定,說的是金的化學性質穩定,不容易和其它物質發生化學反應。而鐵是最穩定金屬,說的是元素的穩定性,意思是鐵原子核的穩定性是所有金屬中最強的,最不容易發生裂變分解的,原子核的比結合能最大。


一般我們學習到的都是金屬的化學穩定性,該性質和金屬外層的電子排布密切相關。金屬於銅副族,這組元素隨著原子序數的增大,原子核的半徑增大的並不明顯,但是電荷數增大卻十分明顯。所以說,金對外層的電子吸引力是十分強的,失去外層電子需要很大的能量。因此,金的化學穩定性很強。


雖然鐵的外層電子排布使得鐵更容易失去電子,和各種物質形成化合物。但是,不論鐵怎麼反應,它還是鐵元素,這點沒有變。而且,鐵的原子核比金小,剛好處於核聚變反應吸熱的開端,核內的電磁力、強力、弱力處於最為穩定的平衡狀態。所以,鐵的原子核很難發生核裂變。但是,金由於原子序數的增大,這三種力的相互平衡被打破,變得電磁力越來越大,故而穩定性也越來越小,半衰期比鐵小很多。所以說,單從元素穩定性來看,金不如鐵。

假如時間足夠長,可能需要宇宙毀滅那麼長時間,我們會發現,同樣原子數目的金和銅經歷這麼長時間後,金的原子數目會明顯比鐵少。


科學探秘頻道


金比鐵穩定指的是化學性質。原子核是由質子中子組成,靠強核力束縛在原子核中,強核力是一種短程力,只能存在原子核這麼小的距離內才能起作用,所以小的原子核可以就可以聚變成大的原子核,比如氫聚變成氦,然後往上可以聚變成碳氧,由於強核力是短程力,當原子序數很大的元素時,它的原子核也會變大,這樣就使得強核力束縛作用變小,元素就會在某些條件下放出一些質子,這就是衰變,人們利用鈾製造原子彈的原理就是鈾原子序數很大,稍微使用一箇中子轟擊它它就會分裂成2個小的原子核放出能量,這就是裂變反應。之所以說鐵穩定是因為比鐵小的元素聚變能產生能量,比鐵大的元素聚變需要吸收能量,而反過來比鐵大的元素裂變能產生能量,比鐵小的裂變會吸收能量,所以鐵正好就是一個平衡點。恆星利用氫聚變產生能量來抵抗自身的引力,質量很大的恆星在氫聚變完後還能利用氦繼續聚變,一直到生成鐵為止,再繼續聚變就無法產生能量恆星就死亡了,而鐵是一個穩定的點,比鐵大的元素在無限長的時間後都會趨於衰變成鐵


Leozdf


答:鐵是所有元素中最穩定的,說的是鐵原子核的穩定性,並非化學性質。


物質的化學性質,由原子的核外電子數決定;而原子核的穩定性,由原子核中質子和中子的數量決定,本質上是電磁力與強力相互制衡的結果。

我們知道,原子核由中子和質子組成(氕核只有一個質子),質子帶正電荷,於是質子之間會因為電磁力而相互排斥。

質子之間的排斥力是非常大的,我們假設2克純質子組成的物質,分成相等的1克質子物質後相距一米,那麼兩塊質子物質之間的電磁力,將和地球-月球之間的萬有引力相當。


所以要把質子緊緊束縛在一起,必須得有一種比電磁力更強的力——強相互作用,強相互作用的強度是電磁力的100倍,但是作用範圍小於10^-15米,與原子核尺度相當。

原子核中的中子起著“緩和劑”作用,能讓原子核更加穩定,於是在原子核中,質子之間的電磁力和強力存在制衡:

(1)當原子序數較小時,質子數量不多,原子核半徑小,強力起主導作用,而且強力在短距離內能疊加。

(2)隨著原子序數的增加,質子數量增加,原子核半徑增大,由於電磁力是長程力,所以質子間的排斥力會無限疊加。

(3)當質子數量較多時,原子核半徑非常大,強力的疊加距離受限,較遠質子之間排斥力終有超過強力的時候,此時原子核將不再穩定。

於是,隨著原子序數的增加,原子核穩定性先增加再降低,轉折點正是鐵元素,所以鐵-56的原子核是最穩定的;一般地,比鐵輕的原子,聚變會釋放能量,比鐵重的原子,裂變會釋放能量。

這和質能方程有關,鐵最穩定意味著鐵原子中攜帶的能量最低,也就是核子的平均質量最小;所以在恆星內部,從氫元素和氦元素開始聚變,一旦聚變到鐵元素就停止了。


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艾伯史密斯


金比鐵穩定,說的是金的化學性質穩定,不容易和其它物質發生化學反應。而鐵是最穩定金屬,說的是元素的穩定性,意思是鐵原子核的穩定性是所有金屬中最強的,最不容易發生裂變分解的,原子核的比結合能最大。

一般我們學習到的都是金屬的化學穩定性,該性質和金屬外層的電子排布密切相關。金屬於銅副族,這組元素隨著原子序數的增大,原子核的半徑增大的並不明顯,但是電荷數增大卻十分明顯。所以說,金對外層的電子吸引力是十分強的,失去外層電子需要很大的能量。因此,金的化學穩定性很強。

雖然鐵的外層電子排布使得鐵更容易失去電子,和各種物質形成化合物。但是,不論鐵怎麼反應,它還是鐵元素,這點沒有變。而且,鐵的原子核比金小,剛好處於核聚變反應吸熱的開端,核內的電磁力、強力、弱力處於最為穩定的平衡狀態。所以,鐵的原子核很難發生核裂變。但是,金由於原子序數的增大,這三種力的相互平衡被打破,變得電磁力越來越大,故而穩定性也越來越小,半衰期比鐵小很多。所以說,單從元素穩定性來看,金不如鐵。

假如時間足夠長,可能需要宇宙毀滅那麼長時間,我們會發現,同樣原子數目的金和銅經歷這麼長時間後,金的原子數目會明顯比鐵少。

為什麼鐵是最穩定的金屬?難道排在之後的金銀不比它更穩定嗎?

我們一般所說的金屬穩定性它的化學穩定性,比如金極不容易氧化,在大氣中甚至泥土中都非常穩定,從古墓裡發掘出了的黃金甚至從野外發現的“狗頭金”表面顏色大都還是金黃色,或者簡單擦拭即露出了黃金的本來面目!

儘管在地下埋藏了千百萬年,儘管顏色上稍稍有些暗淡,但依然是黃金的本來面目!

一、金屬的化學穩定性:

簡單的說就是金屬原子的外層電子排列方式不容易失去,金原子核外電子排布關係是5d106s1,它擁有6個電子層,最外層只有一個電子!按理來說這一個電子應該是非常容易使失去才是!但其實部分元素的穩定性不僅是最外層,甚至倒數三層電子都有很大的影響!因此這些也是價電子(價電子指原子核外電子中能與其他原子相互作用形成化學鍵的電子)!因此要讓金原子的化學特性發生變化,不僅是第六層甚至第五層上價電子也要發生變化才是!但要讓金原子的第五層電子發生變化的話,需要吸收很大的能量才能達到條件!在絕大部分的自然條件下並不能達到這個條件,因此金元素非常穩定!

金元素在強酸或強鹼環境條件下,並不容易失去電子!但能溶於混合酸比如王水(濃鹽酸(HCl)和濃硝酸(HNO₃)按體積比為3:1組成的混合物)!

二、金屬的原子穩定性

這個指的是發生原子核在一定條件下發生聚變和裂變的條件!各位都很清楚,決定元素種類的是質子數,而不同的中子將成為同一種元素的同位素!從氕氘氚開始,質子是不變的,唯一在變化的是中子,但它們都是氫元素!質子與質子結合是強作用,作用範圍極小,在10^-15米內!因此實現核聚變就是讓原子核在足夠近的距離內互相吸引!而結合的原子核質子數會發生變化,那即元素性質發生了改變,而中子數同樣也會改變!

當然,只要能量足夠,這個反應將一路下去!但卻不是無限制的,但原子核中的質子卻不是無限增加的,因為質子數增加,強力會累加,但卻不能一直累加,因為質子之間的還存在強大的斥力(電磁力)(當質子數比較少時強作用力可以碾壓電磁力),但質子數大量增加後,比如超出了其作用力遠超10^-15米的範圍時,那麼此時的斥力就會逐漸佔據上風,原子核就開始不穩定了!從最出的氫原子開始到自然界最重的鈾原子為止,穩定性走的是猶如一條拋物線,而鐵原子則位於拋物線的頂端!

因此在元素鐵的原子穩定性就是這麼來的!元素金的化學穩定性也就是這個原因而已!

從化學性質的角度來說,金和銀確實要比鐵更穩定,例如我們都知道元素的性質,和它外層的電子數有很大的關係,而鐵元素的最外層的電子數只有2個。

那麼我們的科學研究告訴我們,所有的金屬元素的外層電子,只要少於4個就容易失去電子,所以鐵的化學性質非常的活潑。

而金元素則不同,金元素外部電子排列為5d106s1,但雖然金元素的外層電子數只有1個。

但金元素的化學性質不僅和最外層的電子數有關係,還和次外層以及次次外層的電子數都有關係,所以如果金元素要改變它的化學性質,就需失去最外層以及次外層甚至是次次外層的電子。

但就一般的條件下,金元素很難失去這些電子,除非是一些比較極端的條件,否則金元素的化學性質極為的穩定,

但鐵元素的化學性質雖然不穩定,但它的原子核卻非常的穩定,這是因為在我們這個自然界當中,鐵的主要存在方式是鐵56,而鐵56的中子數量和質子數量都為偶數。

另外鐵元素的中子數量為30個,質子數為26個,這個比值接近於一比一,所以這兩種原因都使得鐵原子核趨於穩定,

然後還有一點,我們都知道比鐵輕的元素,在聚變的時候會釋放出能量,而比鐵重的元素,在裂變的時候會釋放出能量,而鐵不管是聚變還是裂變,都需要吸收能量才行,所以鐵56是最穩當的.....


水木99999



原子核的結合由兩種主要力量主導——強核力和電磁力。強大的核力比電磁力強得多,但作用的距離要短得多。

對於小原子核(如氫和氦),如果你能加入更多的核子,它們很可能會因為強大的引力而粘在一起。這就是為什麼較小的原子核趨向於融合在一起。將粒子粘在一起會導致能量更低的配置,因此更穩定。



對於較大的原子核,原子核的大小意味著一邊的粒子感覺不到來自另一邊粒子的很強的引力,但是它們仍然感覺到電磁排斥(如果它們帶電,即質子)。這意味著較大的原子核不太穩定,可以通過分裂成較小的部分(裂變)來形成低能態。

就原子核的大小而言,鐵元素處於各種元素的中間位置,在這裡加入或減去粒子都會產生更高能量的結構,因此鐵元素被認為是最穩定的原子核。



雖然鐵元素的外層電子排布使得鐵更容易失去電子,和各種物質產生化合物。但是不論鐵元素怎麼反應,它還是鐵元素。而且鐵元素的原子核比金元素小,剛好處於核聚變的開端,原子核內的電磁力、強力、弱力處於最穩定的平衡狀態。所以,鐵原子核很難發生核裂變。

金元素由於原子序數的增大,這三種力的相互平衡被打破,變得電磁力越來越大,故而穩定性也越來越小,半衰期比鐵元素小很多。所以說,單從元素穩定性來看,金不如鐵。


軍機處留級大學士


從來沒聽過貼是最穩定金屬的說法,我也很有興趣知道,所以去搜了一下別人的解釋。原來這句話說的意思是鐵原子是最穩定的原子。

鐵原子是核反應吸能或者放能的界限,任何比鐵輕的原子核核聚變都能釋放能量,任何比鐵重的原子核核聚變都需要吸收能量。

鐵原子核無論核裂變和核聚變都要吸收能量,因為鐵原子核是最穩定的原子核。原子核結構的穩定是由兩種力決定的,即核力(強相互作用引力)和庫侖力(電磁力)決定。在原子核中,質子由於帶著相同的電荷,所以庫侖力會讓質子相互排斥.但由於質子與中子之間存在核力,核力像膠水一樣把質子和中子牢牢粘合在一起避免了質子相互排斥分離,從而導致原子核瓦解,這就是為什麼構成重的原子核一定要有中子存在。

核力比庫侖力強100多倍,因此即便質子之間存在斥力,核力也能牢牢束縛原子核。但核力也不是無限強大,隨著原子核質子數越來越大,庫侖斥力的總和會逐漸超過核力,原子核就會變得越來越不穩定。這就是為什麼超重元素都是放射性元素,因為原子核希望通過輻射釋放出一些質子,讓原子核內的庫侖斥力不會超過核力,避免原子核瓦解。我們說的最穩定的原子核要同時考慮核聚變與核裂變。所以鐵原子核的最穩定其實是它抵抗核聚變與核裂變能力的一個“平均分”的結果。


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