eigenschappen koolstof
Chris stelde deze vraag op 17 november 2023 om 09:59. Koolstof wordt gevormd in het ontwikkelingsproces van sterren, als veel (alle??) helium is opgebrand.
Het lijkt er op (voor zover ik het snap) dat het resulterende koolstof altijd dezelfde fysische eigenschappen heeft, ongeacht de zwaarte van de ster.
Hoe bepaalt de dynamica van de opbrandende ster de eigenschappen van koolstof?
Reacties
Theo de Klerk
op
17 november 2023 om 10:51
Koolstof is een element. De eigenschappen worden bepaald door het aantal deeltjes in de atoomkern (6 protonen en 6 of meer neutronen). Massa van de ster (=som van massa atomen) heeft daar niets mee te maken. Net als limonade: een half vol glas smaakt niet anders dan een vol glas.
De ster bepaalt dus niet de eigenschappen. De "verbrandingsprocessen" (slechte naam eigenlijk want meestal associëren we dit met reacties met zuurstof en bij een ster is het geen chemische reactie maar een kern-reactie) bepalen wel wat voor elementen worden gemaakt en hoeveel. Een beginnende ster zal vooral waterstof in helium omzetten, maar op een gegeven moment zal de waterstof in de kern verbruikt zijn. Dan stopt de kernreactie maar niet de zwaartekracht. Daardoor zal de ster krimpen, de kern heter worden en wellicht heet genoeg om helium (van de vorige kernreacties) om te zetten naar koolstof. En als helium op is, krimpt de ster verder en zal bij nog hogere temperatuur de koolstof gaan fuseren naar nog zwaardere elementen (tot ijzer aan toe).
Sterren met te weinig massa krimpen ook, maar dan blijken andere krachten (quantummechanica gerelateerd: "gedegenereerde materie") die krimp te kunnen tegenhouden. Er komt dan geen vervolg-kernreactie in de kern maar de ster dooft langzaam uit (duurt miljarden jaren) en wordt een witte dwerg. Een kleine (niet veel massa) ster met een heliumkern en te koude mantel waarin geen kernfusie meer plaatsvindt.
De ster bepaalt dus niet de eigenschappen. De "verbrandingsprocessen" (slechte naam eigenlijk want meestal associëren we dit met reacties met zuurstof en bij een ster is het geen chemische reactie maar een kern-reactie) bepalen wel wat voor elementen worden gemaakt en hoeveel. Een beginnende ster zal vooral waterstof in helium omzetten, maar op een gegeven moment zal de waterstof in de kern verbruikt zijn. Dan stopt de kernreactie maar niet de zwaartekracht. Daardoor zal de ster krimpen, de kern heter worden en wellicht heet genoeg om helium (van de vorige kernreacties) om te zetten naar koolstof. En als helium op is, krimpt de ster verder en zal bij nog hogere temperatuur de koolstof gaan fuseren naar nog zwaardere elementen (tot ijzer aan toe).
Sterren met te weinig massa krimpen ook, maar dan blijken andere krachten (quantummechanica gerelateerd: "gedegenereerde materie") die krimp te kunnen tegenhouden. Er komt dan geen vervolg-kernreactie in de kern maar de ster dooft langzaam uit (duurt miljarden jaren) en wordt een witte dwerg. Een kleine (niet veel massa) ster met een heliumkern en te koude mantel waarin geen kernfusie meer plaatsvindt.
Jan van de Velde
op
17 november 2023 om 11:57
Dag Chris,
Dat een atoom koolstof is wordt bepaald door het aantal protonen in de kern. Zes stuks en het gaat om koolstof, maar komt er eentje bij dan is het stikstof.
Het aantal protonen bepaalt het chemische gedrag. Koolstof is chemisch heel anders dan stikstof.
Als een heleboel botsingen van deeltjes in een ster eindigt bij een klompje kerndeeltjes met 6 protonen dan heb je dus koolstof. Om allerlei redenen uit dat kernfusieproces is de kans dus groot dat er ergens koolstof ontstaat. Al die koolstofatomen hebben dus hetzelfde aantal protonen (anders zou het geen koolstof zijn) wat er fysisch zou kunnen verschillen is dat het ene atoom zo eens een neutron meer of minder heeft dan zijn soortgenoten. We spreken dan van isotopen van koolstof
Dan is het nog steeds koolstof, alleen is dan de massa wat groter of kleiner. Dat gedraagt zich dus lichtelijk anders onder invloed van krachten, dat is een fysisch verschil.
Ander fysisch verschil is dat niet alle isotopen van koolstof stabiel zijn, en de onstabielere niet allemaal even onstabiel. De meest voorkomende en stabielste is koolstof-12, dwz een kern met 6 protonen en 6 neutronen. De ene isotoop kent dus meer of minder radio-actief verval dan de andere, dat is ook een fysisch verschil.
Maar die processen lopen in de ene ster niet wezenlijk anders dan in de andere, en de ene ster produceert geen andere SOORTEN (met andere fysische eigenschappen) koolstof als de andere. . Wel is het zo dat om grotere kernen te vormen er veel grotere krachten nodig zijn (dus hogere druk en hogere temperaturen). Dus die grotere kernen vinden we hoofdzakelijk in de grotere- zwaardere sterren, en als gevolg van supernova-explosies. Dus afhankelijk van de ster vinden we wel meer of minder koolstof.
Groet, Jan
Dat een atoom koolstof is wordt bepaald door het aantal protonen in de kern. Zes stuks en het gaat om koolstof, maar komt er eentje bij dan is het stikstof.
Het aantal protonen bepaalt het chemische gedrag. Koolstof is chemisch heel anders dan stikstof.
Als een heleboel botsingen van deeltjes in een ster eindigt bij een klompje kerndeeltjes met 6 protonen dan heb je dus koolstof. Om allerlei redenen uit dat kernfusieproces is de kans dus groot dat er ergens koolstof ontstaat. Al die koolstofatomen hebben dus hetzelfde aantal protonen (anders zou het geen koolstof zijn) wat er fysisch zou kunnen verschillen is dat het ene atoom zo eens een neutron meer of minder heeft dan zijn soortgenoten. We spreken dan van isotopen van koolstof
Dan is het nog steeds koolstof, alleen is dan de massa wat groter of kleiner. Dat gedraagt zich dus lichtelijk anders onder invloed van krachten, dat is een fysisch verschil.
Ander fysisch verschil is dat niet alle isotopen van koolstof stabiel zijn, en de onstabielere niet allemaal even onstabiel. De meest voorkomende en stabielste is koolstof-12, dwz een kern met 6 protonen en 6 neutronen. De ene isotoop kent dus meer of minder radio-actief verval dan de andere, dat is ook een fysisch verschil.
Maar die processen lopen in de ene ster niet wezenlijk anders dan in de andere, en de ene ster produceert geen andere SOORTEN (met andere fysische eigenschappen) koolstof als de andere. . Wel is het zo dat om grotere kernen te vormen er veel grotere krachten nodig zijn (dus hogere druk en hogere temperaturen). Dus die grotere kernen vinden we hoofdzakelijk in de grotere- zwaardere sterren, en als gevolg van supernova-explosies. Dus afhankelijk van de ster vinden we wel meer of minder koolstof.
Groet, Jan
