元素周期表或迎来新成员

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  最贵金属轰出117号元素
  前不久,总部位于莫斯科郊外的杜布纳联合核研究所,首次成功合成了117号新元素——在实验室人工创造的最新的超重元素。按国际纯粹与应用化学联合会要求,杜布纳联合核研究所需再次合成该元素,之后它才能正式被批准加入元素周期表。
  可喜可贺的是该科研小组最近再次成功合成117号元素,为该元素加入元素周期表做了铺垫。据此科研小组的带头人、俄罗斯科学院院士介绍,尽管合成新元素的项目汇聚了诸多世界知名科研机构,但合成也绝非易事。
  1869年问世的门捷列夫元素周期表是宇宙的基本规律之一,也为人类认识自然提供了一把刻度精准的尺子。而自然界中不存在原子数超过92的元素,原子数超过92的重元素,只能在核反应堆中人工合成,原子数超过100的重元素,则只能通过离子加速器,用轰击重离子靶的方式获得。在加速器中发“弹”射“靶”,“弹”“靶”交合,才能孕育出新元素。
  “117号元素的诞生让我们触碰到了现在科技可能实现的领域边缘。”117号元素的制成得到了澳大利亚国立大学许多知名教授的肯定,他们也是这项研究的研究人员之一。“117号元素的四种原子已经得到确认,我们有充足的理由相信联合会会认可117号元素加入元素周期表。”他们说。
  就像上文提到的一样,117号元素是一种相当重的元素,约比铅元素重40%。这项研究在确认新元素存在方面非常成功,但是研究者说类似这种实验总体上很少有成功的。
  新实验再次验证新元素
  德国亥姆霍兹重离子研究中心利用新实验,又一次成功证实了117号元素的存在,这项实验有欧洲、美国、印度、澳大利亚和日本等国研究人员参与。他们在离子加速器中,用钙离子轰击放射性元素锫,成功生成117号元素。117号元素很快又衰变成115号元素和113号元素。
  而杜布纳联合核研究所使用离子回旋加速器,用由20个质子和28个中子组成的钙48原子,轰击含有97个质子和152个中子的锫249原子,生成了6个拥有117个质子的新原子,其中的5个原子有176个中子,另一个原子有177个中子。有意思的是,实验所需的锫249原子也是一种人工合成金属。由于锫元素非经核反应堆而不可得,俄罗斯媒体称它为世间最昂贵的金属,每克价值超过千万美元。
  简单地说,科学家通过融合较轻的原子核,在原子核内质子数目满足条件时停止融合,才得到了新元素117号。举个例子,科学家用大量高速钙离子轰击锫原子(原子序号97),锫原子和钙原子相融合形成117号元素。然而,117号元素仅仅存在若干分之一秒就开始衰变。我们知道原子序号超过104的元素在自然界都无法存在,只能在实验室中合成,现在看来新的117号元素要出现在元素周期表上,可能只是时间问题。
  这一成果发表在近期的《物理学评论通讯》上。研究人员接下来会把成果提交给国际纯粹与应用化学联合会审核,该联合会将决定是否还需进一步验证。如果审核通过,该联合会还将决定,到底是杜布纳联合核研究所还是亥姆霍兹重离子研究中心,拥有117号元素的命名建议权。
  证实“稳定岛”的存在
  104号元素及以后的元素被称为“超重元素”,寿命更加短暂,迄今为止,所有的超重元素均为人工合成。虽然114号和116号元素被发现存在,但的确会发生衰变,到现在也没人看过其“真面目”。114号元素在出生半秒钟后,就会衰变为112号元素,也叫“哥白尼”元素,而116号元素寿命仅有几毫秒。
  不过按照已提出几十年的“稳定岛”理论(20世纪60年代,理论物理学家预言,在质子数为114和中子数为184的双“幻数”球形核附近,存在一个“超重稳定岛”,岛内的元素具有超常寿命),新合成的元素由于越来越重,会变得更加稳定,存在的寿命也随之延长。虽然目前在矿物、岩石等样品中没有找到超重元素,但持乐观态度的核化学家认为,稳定岛的存在是无疑的。
  近年来科学家合成了113、114、115、116、118号元素等一系列超重元素。而成功合成117号元素,按照德国亥姆霍兹重离子研究中心科学主管霍斯特·施托克尔的评价,是“通往生产与探测位于‘稳定岛’上的超重元素的重要一步”。
  元素周期表是否有尽头
  目前,118号元素被视为元素周期表的尽头,毕竟,元素的半衰期已经短到以毫秒计算了。
  超重元素的大小是否有极限?依据相对论的一项简单计算,电子无法被拥有超过137个质子的原子核束缚。更加复杂的计算也证实了这个极限。然而,来自德国法兰克福歌德大学的核物理学家沃尔特·格雷纳却坚持认为:“元素周期表绝对不会在第137号元素前止步不前。事实上,它永无止境。”
  元素周期表中102号“住户”被命名为“诺贝尔”,112号则是“哥白尼”。就在2011年6月以前,原子量为285的“哥白尼”还是最重的元素。不过2011年6月6日,超重元素114号和116号正式成为元素周期表的一员,原子量分别为289和292。
  从门捷列夫将当时已知的63种化学元素按原子量大小排列成表开始,为元素周期表寻找新成员,就成为一项重要的课题。
  最初,化学家们认为自然界存在92种天然元素。1942年,大名鼎鼎的92号元素铀被发现,周期表似乎走到了终点。可随后,人们又一鼓作气地找出了13种新元素。有人断言,105号元素就是“真正的尽头”,毕竟核电荷越来越大,质子间的排斥力将远远超过核子间的作用力,会导致它发生衰变。
  不过,这个“断言”没能维持几年就被打破了,114号和116号元素很快就出现了。
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