元素周期表是否有边界?不断扩展会出现奇怪现象

2016-01-28 11:46 来源:新浪科技  我有话说
2016-01-28 11:46:23来源:新浪科技作者:责任编辑:战钊

元素之一--铜。

  元素之一--铜。

一些元素会释放放射性粒子。

  一些元素会释放放射性粒子。

  新浪科技讯北京时间1月28日消息,据国外媒体报道,自上世纪30年代以来,科学家们又发现了许多新的化学元素。2015年12月30日,化学元素周期表再次增添新成员。国际纯粹与应用化学联合会正式确认发现四种新的化学元素,而且这四种元素均已在实验室中生成。这种发现趋势是否还能够继续下去?究竟还有多少种新的化学元素等待我们去发现?有科学家认为,即使元素周期表没有边界,但是随着它的不断扩展,肯定会出现奇怪的现象。

  2015年12月30日,国际纯粹与应用化学联合会正式确认发现四种新的化学元素。一些报告认为,这些元素“完善”了化学元素周期表。这种看法也许并不正确。可以相信,在此次批量发现新元素之后,肯定还有更多的新元素会不断被发现。不过,这一发现过程可能会持续很长时间,因为新元素会越来越难以发现和生成。

  现在,这四个新元素能够做到的“完善”,只是填满了化学元素周期表的第七行。如果再发现第119号或120号元素,它们将另起一行,继续扩充化学元素周期表。随着新元素越来越多,没有人知道化学元素周期表究竟会扩展多长。有人怀疑,可能没有极限。也有一些人认为,可能会有一个临界点,即原子再也无法变得更重,因为这种巨大的原子是完全不稳定的,它们会立即以辐射的形式快速消散。但有一件事是明确的,如果我们试图制造出更重的元素,就可能发现它们的行为方式是极其怪异的。

元素周期表会越来越大。

  元素周期表会越来越大。

钚被用于生产原子弹,即投放于日本长崎的“胖子”。

  钚被用于生产原子弹,即投放于日本长崎的“胖子”。

  元素是化学物质的最基本构件,一种元素其实是一种只包含一类原子的物质。因此,制造一种新元素就意味着制造一种新原子。每一种元素被赋予一个序号,比如碳的序号是6。这些序号并非只是随意赋予的数字标签,而是拥有一种最基本的含义,它们特指原子所包含的质子数。质子也是一种基本粒子,位于原子的核心部分,带有正电荷,带有负电荷的电子绕着原子核运行。除了氢原子外,原子核还包含有第二种粒子--中子,这是一种质量几乎与质子相同但不带电荷的粒子。一种元素的原子可以拥有不同数量的中子,这种变体被称为“同位素”。中子起到一种粘合剂的作用,用于将质子约束在一起。如果没有中子,质子因为带有正电荷而互相排斥。同理,一些较重原子的原子核(如铀)也包含有许多相互排斥的质子,甚至中子也无法将它们聚合在一起。这样的原子拥有“放射性衰变”,即释放粒子和能量。当一个原子衰变时,其原子核中的质子数量在不断变化。因此,这种放射性衰变过程也会将一种元素变成另一种元素。这种说法听起很奇怪,其实这一过程无时不刻发生于我们身边,甚至发生于我们体内的某种原子。每一种原子核拥有最理想的质子与中子比例,因此如果原子拥有太多或太少中子,它们就会衰变,即使它们的原子核很小。

  对于较轻元素,如碳或氧,这种稳定的比例恰好是1:1,较重元素需要中子稍微超出。宇宙的自然过程只能生成一定质量的元素。最轻的五种元素,从氢到硼,大多是生成于宇宙大爆炸过程中。更重的元素则只有生成于恒星中。在恒星内部,极端的高温高压环境迫使较轻元素的原子核聚合于一起,这就是所谓的“核聚变”。较大的恒星可以生成较重的元素,比如汞原子核中拥有80个质子。不过,元素周期表中许多元素却是生成于恒星爆炸或超新星爆炸的剧烈环境中。巨大的能量释放也可以完成新类型的聚变,如一种原子撞入另一种原子,从而生成像铀这样的元素,铀的质子数为92个。

  核聚变反应需要大量的能量,因为正电荷的原子核会排斥另一种原子核。原子核必须要极速运动冲破这种障碍并合并在一起。因此,铀是自然界拥有相当数量的最重元素,还没有发现自然过程能够生成比铀更重的元素。科学家要想制造新的元素,就必须利用粒子加速器将需要对撞的原子加速到一个极高的速度,甚至要达到光速的十分之一。这一目标在1939年实现了。美国加州大学伯克利分校科学家生成了第93号元素,即镎。两年后,这一研究团队又制造出第94号元素--钚。科学家们很快发现,钚和铀一样会以极快的速度自发衰变,即核裂变,其大质量原子核会几乎一分为二,释放出巨大的能量。这一重大发现很快被投入应用,这种在粒子加速器中生成的钚被用于制造了核武器,即1945年在日本长崎投放爆炸的原子弹--“胖子”。钚的发现一直被当作军事秘密,直到第二次世界大战结束后。

[责任编辑:战钊]

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