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激动!全宇宙的第一个化学反应产物,终于被科学家找到了!

来源:三公开船 发布时间:2020-11-26 浏览次数:
2020-11-19 17:23 十万个为什么

若是有人问道:宇宙中发生的第一个化学反应的产物是什么?

信赖就算是学过多年化学的人,大多都市瞬间一脸懵:这个问题有点难啊?化学先生似乎没教过啊?

答不上来没关系。

实在,这不赖化学先生,长期以来,连科学家们都不知道这个产物事实藏在宇宙中的什么地方。

但毕竟挂着“第一”的名号,这个产物尤为重要,因此,天文学家们花了几十年的时间,在茫茫宇宙中孜孜不倦地寻找着它的身影,直到最近,他们终于如愿以偿!

2019年4月17日,一个研究小组在《自然》(Nature)上揭晓论文宣布,他们在行星状星云NGC 7027中探测到氦合氢离子(HeH+)[1]。这是人们第一次在现代宇宙中探测到这种离子,而它,就是名副实在的宇宙中第一个化学反应的产物。

行星状星云NGC 7027和HeH+的示意图,其中红球代表氦,蓝球代表氢。泉源:参考资料[2]

HeH+是若何降生的?

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在注释科学家到底干了什么之前,我们稍微花点时间,回到宇宙的早期,来看看宇宙中第一个化学反应事实是怎么回事儿。

大概是宇宙大爆炸后38万年的时刻,履历高温致密状态后的宇宙,伴随着膨胀最先降温,此时温度已经降低到4000开尔文(K)以下。这时,在大爆炸核合成时期发生的轻元素(那个时刻只有氢、氦和少少的锂)的离子最先重新连系。氦离子(He2+和He+)首先与自由电子连系,形成宇宙中最早的中性原子。氢元素的重新连系也在随后发生。

虽然化学课本告诉我们,氦是惰性气体,在今天地球上常温常压的条件下很难发生化学反应。然则,在宇宙早期阶段高温致密的环境里,情形却完全差别,中性氦原子会与质子连系形成氦合氢离子——这就发生了宇宙中的第一个化学反应,产物中包含了宇宙中最早的化学键。

化学反应的历程,其中hν是光子的能量。图片泉源:参考资料[1]

HeH+的结构示意图,左侧为质子,右侧为氦原子,中心是化学键。图片泉源:Wikimedia Commons

化学的黎明就这样来了。

氦合氢离子随后会与氢原子发生相互作用,形成氢分子。氢分子是形成最初的恒星的基础。恒星又像“元素工厂”一样,制造了组成今日宇宙的所有元素。这些元素的巧妙组合接着作育了生命,我们才有机遇在这里讨论这个问题。

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