Trong nỗ lực tìm kiếm vật chất "nặng" nhất, Trái Đất có một nhà vô địch rõ ràng, nhưng khi so sánh với những vật thể kỳ lạ trong vũ trụ, ngay cả nhà vô địch của chúng ta cũng trở nên nhẹ bẫng một cách đáng kinh ngạc. Cuộc đối đầu giữa kim loại Osmium và vật chất sao Neutron không chỉ là một sự so sánh về con số, mà còn là một hành trình khám phá hai trạng thái vật chất hoàn toàn khác biệt.
 |
| Ảnh: Osmisium là kim loại thuộc phân nhóm phụ nhóm 8; chu kì 6 trong bảng tuần hoàn; thuộc họ platin; ký hiệu Os; mang số hiệu nguyên tử 76; nguyên tử khối 190,2; do 2 nhà hóa học người Anh Smithson Tennant và William Hyde Wollaston tìm ra năm 1804 |
Nhà Vô Địch Trên Trái Đất - Kim Loại Osmium (Os)
Khi nói đến vật chất có mật độ dày đặc nhất xuất hiện tự nhiên trên hành tinh của chúng ta, danh hiệu đó thuộc về Osmium (Os).Nhiều người có thể nghĩ đến Uranium vì nó có số nguyên tử lớn hơn, nghĩa là mỗi nguyên tử của nó nặng hơn. Tuy nhiên, mật độ không chỉ phụ thuộc vào trọng lượng của từng nguyên tử, mà còn phụ thuộc vào cách chúng được sắp xếp. Các nguyên tử Osmium được nén chặt vào nhau trong cấu trúc tinh thể của nó một cách phi thường, khiến nó trở thành nguyên tố đậm đặc nhất.
Bất cứ vật chất nào trên Trái Đất có mật độ cao hơn Osmium đều là những nguyên tố không ổn định được tạo ra trong phòng thí nghiệm (chỉ tồn tại trong vài giây) hoặc có nguồn gốc từ các khối thiên thạch cực hiếm.
Thông tin về Osmium:
- Biểu tượng: Os
- Số nguyên tử: 76
- Khối lượng nguyên tử: 190,23 u
- Mật độ: 22,6 g/cm³ (hoặc 22.600 kg/m³)
- Điểm nóng chảy: 3.033 °C
- Cấu hình điện tử: [Xe] 4f¹⁴5d⁶6s²
- Loại: Kim loại chuyển tiếp, kim loại nặng độc hại
Để dễ hình dung, mật độ của Osmium là 22,6 gam trên một centimet khối. Điều này có nghĩa là một khối Osmium có kích thước bằng một quả bóng chày sẽ có trọng lượng lên tới 4,55 kg (khoảng 10 pound).
Gã Khổng Lồ Của Vũ Trụ - Sao Neutron
Một ngôi sao neutron là "xác chết" siêu đậm đặc của một ngôi sao khổng lồ đã đi đến cuối đời. Khi một ngôi sao lớn cạn kiệt nhiên liệu, nó không thể chống lại lực hấp dẫn của chính mình. Lõi của nó sụp đổ vào trong với một tốc độ kinh hoàng, gây ra một vụ nổ siêu tân tinh (Supernova) cực lớn.
Phần lõi còn sót lại bị nén đến một mức độ không thể tưởng tượng. Lực hấp dẫn cực mạnh đã nghiền nát cấu trúc của các nguyên tử, ép các electron và proton hợp nhất với nhau để tạo thành các neutron.
Kết quả là một vật thể có khối lượng lớn hơn cả Mặt Trời của chúng ta nhưng chỉ có đường kính khoảng 20 km (bằng một thành phố nhỏ).
Mật độ vật chất trung bình của một sao neutron là khoảng 500 nghìn tỷ tấn trên một mét khối (5 x 10¹⁷ kg/m³).
Để dễ hình dung, chỉ một muỗng cà phê vật chất từ sao neutron đã có khối lượng nặng tương đương một ngọn núi lớn trên Trái Đất, khoảng 500 tỷ kg.
Tại Sao Lại Có Sự Khác Biệt Khổng Lồ Này?
Sự chênh lệch mật độ lên tới 20 nghìn tỷ lần giữa Osmium và sao neutron bắt nguồn từ cấu trúc cơ bản của vật chất.Cấu trúc của Osmium: Chủ yếu là không gian trống
Vật chất thông thường, bao gồm cả Osmium, được tạo thành từ các nguyên tử. Một nguyên tử lại bao gồm một hạt nhân cực nhỏ (chứa proton và neutron) và các electron bay xung quanh trong một "đám mây" rộng lớn. Điều quan trọng cần nhớ là hơn 99.9% thể tích của một nguyên tử là không gian trống. Mật độ của Osmium bị giới hạn bởi khoảng trống bên trong và giữa các nguyên tử này.Cấu trúc của Sao Neutron: Vật chất bị nghiền nát
Trên một ngôi sao neutron, lực hấp dẫn đã thắng thế. "Không gian trống" bên trong các nguyên tử đã bị loại bỏ hoàn toàn. Các hạt nhân nguyên tử bị ép lại với nhau, tạo thành một khối vật chất gần như hoàn toàn là các neutron nằm san sát. Nó giống như một hạt nhân nguyên tử khổng lồ, không có khoảng trống.Nói một cách đơn giản, Osmium đặc vì các nguyên tử nặng của nó được xếp gần nhau. Còn sao neutron đặc vì bản thân các nguyên tử đã bị nghiền nát, chỉ còn lại các hạt hạ nguyên tử được nén chặt đến mức tối đa.
Cuộc so sánh này cho thấy sự khắc nghiệt của vũ trụ có thể tạo ra những trạng thái vật chất vượt xa mọi trải nghiệm thông thường của chúng ta trên Trái Đất.
