为什么地球上几乎找不到43号元素
‘壹’ 地球上有宇宙中的所有元素么 经过研究发现,地球是宇宙中最特殊的地方,包含所有元素种类。迄今为
是的,地球上有宇宙中已经发现的所有元素。但地球并不特殊。
宇宙中的元素共有92种,从第一号元素氢到第92号元素铀(铀以后的元素都是人造元素,宇宙中并不存在),这些元素遍布宇宙,并不是地球上独有的。
其中,第一号元素氢、第二号元素氦中的一部分和极少量的第三号元素锂是在宇宙大爆炸中形成的,氦以后的元素,到第26号元素铁,是在恒星内部通过热核反应形成的。而从铁到铀,就不能通过恒星中正常的热核反应来生成,必须在大质量恒星演化到晚期,通过超新星爆发形成。也因此,越重的元素,在宇宙中含量越少(地球上也如此)。
我们的太阳至少是第二代恒星。就是说,在太阳和太阳系形成时,宇宙中已经布满重元素了(天文学中,把所有比氦重的元素都叫重元素),所以太阳系形成后,各个行星上也就有了各种元素,一种也不缺。所有第二代恒星及其所携带的行星上,也与太阳系一样,包含了宇宙中所有的元素。
太阳系并不特殊,地球也不特殊。
‘贰’ 43号元素自然界为什么不存在
43号元素自然界不存在是因为经过漫长的时间,这些锝元素已经衰变得微乎其微,在地球上找不到它们也就理所应当了。
1937年意大利化学家卡洛·佩里埃以及核物理学家米利奥·塞格雷,在鉴定从美国运来的粒子加速器样本时,正式发现了43号元素的身影。而这些粒子加速器样本,是在之前的粒子加速器中,用亚原子来轰击钼原子核而得到的。
在威力强大的中子轰击下,钼原子核内“溜进来”一个中子,从而使其质子数量增加了1个,从42个变成43个,从而翻身实现了华丽的转变,演变为43号元素。科学家们了解到这一途径之后,将43号元素命名为“锝”,在希腊语中代表“人造”的意思。
此后,科学家们对锝及其同位素的性质进行了深入的研究,发现它们都是放射性物质,其中放射性最长的同位素,也只有几百万的时间。
而地球的形成时间已经有46亿年,太阳系的形成时间也有50亿年,即使在太阳系和地球的形成早期,有一定量的锝元素,那么经过漫长的时间,这些锝元素已经衰变得微乎其微,在地球上找不到它们也就理所应当了。
锝是人工元素:
锝是首个以人工方法制得的元素,其主要来源为反应堆中铀裂变产物。至80年代初还没有在地球上找到天然存在的锝。用氢在500~600℃还原硫化锝(Tc2S7)或过锝酸铵,可得金属锝。
在硫酸溶液中电解过锝酸铵也可析出金属锝。锝的性质与同族元素铼相似。高温下锝与氧生成挥发性的氧化物Tc2O7。常见同位素Tc-97的半衰期为260万年,可用作制备β射线标准源。
‘叁’ 地球上最稀有的金属是什么
新合成的元素都是最稀有的,如101号元素钔(Md)当时只合成了17个原子,到后来的一些元素只合成了一个原子核;据说最贵的是98号元素锎(Cf)。现在人工合成的元素已经快到118号了。
自然存在最少的话似乎是43号元素锝(Tc),是原子序数最小的天然放射性元素。开始被人工合成,后来才发现地球上也有少量存在。
‘肆’ 人类有没有在地外行星发现某元素的地球上没有的同位素或同素异形体
举一个我知道的例子:第43号元素锝(Tc),在地球上早已绝迹,一度曾被误以为是人造元素,而根据长期的天文谱线观测,Tc单质在某些温度较低的恒星上含量相当丰富。
‘伍’ 关于元素周期表的问题。
1899年,德比埃尔内根据居里夫妇的建议,在沥青铀矿石中继续寻找其他放射性元素,终于发现了被他定名为锕的元素,这个元素后来被列为第89号元素;1900年,德国物理学家多恩指出,当镭发生衰变时,会生成一种气态元素。放射性气体在当时是一种新鲜的东西,这个元素后来被命名为氡,并被列为第86号元素;最后,到1917年,两个研究小组——德国的哈恩和梅特涅小组、英国的索迪和克兰斯顿小组——又从沥青铀矿石中分离出第9l号元素——镤。
到1925年为止,已被确认的元素总共巳达八十八种,其中有八十一种是稳定的,七种是不稳定的。这样一来,努力找出尚未发现的四种元素(即第43,61,85,87号元素)就成为科学家们的迫切愿望了。
由于在所有已知元素中,从第84到92号都是放射性元素,因此,可以很有把握地预测第85和87号元素也应该是放射性元素。另一方面,由于第43号和第61号元素的上下左右都是稳定元素,所以似乎没有任何理由认为它们不是稳定元素。因此,它们应该可以在自然界中找到。
由于第43号元素在周期表中正好处在铼的上面,人们预料它和铼具有相似的化学特性,而且可以在同一种矿石中找到。事实上,发现铼的研究小组认为,他们肯定已测出了波长相当于第43号元素的X射线。因此,他们宣称第43号元素已被发现。但是他们的鉴定并没有得到别人的肯定。在科学上,任何一项发现至少也应该被另一位研究者所证实,否则就不能算是一项发现。
1926年,伊利诺斯大学的两个化学家宜称他们已在含有第60号和第62号元素的矿石中找到了第61号元素。同年,佛罗伦萨大学的两个意大利化学家也以为他们已经分离出第61号元素。但是这两组化学家的工作都没有得到别的化学家的证实。
几年以后,亚拉巴马工艺学院的一位物理学家报道说,他已用他亲自设计的一种新的分析方法找到了痕量的第87号和第85号元素,但是这两项发现也都没有得到证实。
后来发生的一些事情表明,第43,61,85和87号元素的所谓“发现”,只不过是这几位化学家在工作中犯了这样或那样的错误罢了。
在这四种元素当中,首先被确定无疑地证认出来的是第43号元素。曾经因发明回旋加速器而获得诺贝尔物理学奖的美国物理学家劳伦斯,通过用高速粒子轰击第42号元素钼的方法,在他的加速器中产生了第43号元素。被轰击过的材料变成了放射性的物质,劳伦斯便把这些放射性物质送到意大利化学家赛格雷那里去进行分析,因为赛格雷对第43号元素的问题很感兴趣 。
赛格雷和他的同事佩列尔把有放射性的那部分物质从钼中分离出来以后,发现它在化学特性上和铼很相似,但又不是铼。因此他们断言,它只能是第43号元素,并指出它和周期表中与之相邻的元素有所不同,是一种放射性元素。由于它不能作为第44号元素的衰变产物而不断产生出来,所以事实上它在地壳中已不复存在。赛格雷和佩列尔就这样终于取得了命名第43号元素的权利,他们把它定名为锝 ,这是世界上第一个人工合成的元素。
1939年,第87号元素终于在自然界中被发现了。法国化学家佩雷在铀的衰变产物中把它分离了出来。由于它的存在量极小,所以只有在技术上得到改进以后,人们才能在以前未能找到它的地方把它找田来。佩雷后来把这个新发现的元素命名为钫。
第85号元素和锝一样,是在回旋加速器中通过对第83号元素铋进行轰击而得到的。1940年,赛格雷、科森和麦肯齐在加利福尼亚大学分离出第85号元素。第二次世界大战中断了他们在这个元素方面所进行的工作,战后他们又重新进行,并在1947年提出把这个元素命名为砹。
与此同时,第四个也是最后一个尚未被发现的元素,第61号元素也在铀的裂变产物中发现了。橡树岭国立实验室的马林斯基、格伦丁宁和科里尔这三位化学家在1945年分离出第6l号元素,他们把它命名为钷。
这样,元素一览表,从第1号至92号,终于全部齐全了。但是,从某种意义上说,向元素进军的最艰巨历程才刚刚开始,因为科学工作者已经突破了周期表的边界。原来,铀并不是周期表中最后一个元素。
寻找超铀元素
寻找“超铀元素”的工作,实际上早在1934年就已开始了。这一年,费米在意大利发现,当他用一种新发现的,被称为中子的亚原子粒子来轰击一种元素时,经常会使被轰击元素转变为原子序数比它大1的元素。既然如此,是不是能够使铀转变成第93号元素——一种在自然界中不存在的人造元素呢,费米的小组于是着手用中子来轰击铀,他们获得了一种产物,他们以为他们所获得的产物无疑是第93号元素,并称之为“铀X”。
1938年,费米由于他在中子轰击方面的研究而获得了诺贝尔物理学奖。他的这项发现的真正意义,或者说这项发现对人类将会产生的后果,人们当时甚至连想也没有想过。正像另外一位意大利人哥伦布一样,他所发现的虽然并不是他本来想找的东西,但重要性则远远超过他当时所能想象到的。
在这里只要指出一点就够了:在人们循着一些虚假的迹象进行了一系列追索以后,终于发现,费米所做的这个实验实际上并不是“制成”了一个新元素,而是把铀原子分裂成大致相等的两半。但当某些物理学家在1940年着手研究这种过程时,第93号元素却像是他们实验的一个偶然收获而突然出现了。
在用中子轰击铀时出现的好些元素当中,有一种起初无法证认的元素。这使加利福尼亚大学的麦克米伦开始认识到,裂变中释出的中子很可能已经像费米曾经希望会发生的那样,使某些铀原子转变为原子序数更高的元素了,而且麦克米伦和物理化学家艾贝尔森能够证明,那个未被证认出来的元素实际上就是第93号元素。证实这个元素存在的证据是它在放射性方面所具有的特点,这是后来新发现的所有元素的一个共同点。
麦克米伦认为,很可能还有另外一种超铀元素和第93号元素混在一起.后来,化学家西博格同他的合作者沃尔和肯尼迪很快就证实了事情确是如此,并指出这个元素就是第94号元素。
第93和第94号元素分别被命名为镎和钚。后来发现,它们也在自然界中存在,因为人们后来在铀矿石中发现了痕量的镎和钚。这样一来,铀这个元素就不再是最重的天然元素了。
后来,西博格以及加利福尼亚大学的一个研究小组继续得到了一种又一种超铀元素。他们在1944年通过用亚原子粒子来轰击钚的方法,得到了第95和96号元素,并分别把它们命名为镅和锔,后者是为纪念居里夫妇而命名的。
在他们制出了足够数量的媚和锔以后,他们又对这些元素进行轰击,并先后在1949年和1950年成功地获得了第97和98号元素。他们把这两种元素分别命名为锫和锎。1951年,西博格和麦克米伦由于这一系列成就而共同获得了诺贝尔化学奖。
第99和100号元素则是在一种更加戏剧性的场合下发现的,它们是1952年11月第一颗氢弹在太平洋上空爆炸时出现的。尽管它们的存在早巳在爆炸碎片中被检测到,但是直到加利福尼亚大学的研究小组1955年在实验室中获得了小量这两种元素以后,它们才得到确认,并被分别命名为锿和镄,前者是为了纪念爱因斯坦,后者则是为了纪念费米,因为他们两人都在这以前几个月去世了。后来,这个研究小组又对小量的锿进行了轰击,并获得了第101号元素。他们把这个元素命名为钔,以纪念门捷列夫。
接着,加利福尼亚大学又和瑞典的诺贝尔研究所合作,在这个基础上向前迈进了一步。诺贝尔研究所进行了一种特别复杂的轰击,产生了小量的第102号元素,这个元素被命名为锘,是以诺贝尔研究所的名字来命名的,但是这项实验没有得到确认。后来又有人用别的方法、而不是用诺贝尔研究所最先介绍的方法获得了这个元素,因此,在锘被正式公认为这个元素的名称之前,曾有一段时间的拖延。
1961年,加利福尼亚大学的一个研究小组检测出第103号元素的一些原子,并把这种元素定名为铹,这是为了纪念劳伦斯,因为他是不久前去世的。后来,苏联弗廖罗夫所领导的研究小组报道说,他们在1964年和1967年分别获得了第104号和第105号元素 ,但是他们用来产生这两种元素的方法并没有得到确认。后来,美国吉奥索领导的研究小组用别的方法产生了这两种元素。
这样,在谁先发现这两种元素的问题上,就发生了激烈的争论,两个研究小组都宣称它们有权为这两种元素命名。国际纯粹与应用化学联合会为解决命名争执问题,自1971年以来,曾多次开会讨论,均未解决。为此,该联合会无机化学组于1977年8月正式宣布以拉丁文和希腊文混合数字词头命名lOO号以上元素的建议。据此,104号元素的英文名称为unnilquadium,符号Unq;105号元素的英文名为unnilpentium符号Unp。
不过竞争还没有结束,1974年弗廖罗夫的研究小组用加速器加速的铬离子轰击铅靶,反应合成了质量数为259的106号元素的同位素。几乎同时,美国的吉奥索用加速器加速的氧离子轰击259微克的锎靶,反应合成了质量数为263的106号元素的同位素,并用测量263衰变链子体的方法进行了鉴定。
1976年弗廖罗夫的研究小组用加速器加速的铬离子轰击铋靶,合成了质量数为261的107号元素的同位素,并用测量261的衰变链子体的方法进行了鉴定,这一回苏联人领先了。后来,1981年联邦德国达姆斯塔特重离子研究所的明岑贝格等人用加速的铬离子轰击铋靶,合成了质量数为262的107元素的同位素。实验期间,他们每天能获得2个来自262衰变的α粒子,总共观察到6个计数。
1982年明岑贝格的科学小组用加速器加速的铁离子轰击铋靶,合成了质量数为266的109号元素的同位素。在长达一星期的轰击合成实验中,只获得了一个新元素原子;在266合成后千分之5秒时射出了具有11.10兆电子伏能量的α粒子。他们就是利用这唯一的事件,成功地用四种不同方式进行了鉴定,尤其是用测量266的衰变链子体的方法确证109号元素的合成。
108号元素的发现晚于109号元素,1984年明岑贝格等再次用加速器加速的铁离子轰击铅靶,反应合成质量数为265的108号元素的同位素(或266)。总共记录了三个265(或266)原子,其寿命测定值分别为:24、22、34毫秒,并通过测量265的衰变链子体的方法,确证108号元素的合成成功。此后至今,再没有新的元素被发现或合成出来。
在攀登超铀元素这个阶梯时,每登上一级都此前一级更为困难,原子序数越大,元素就越难收集,并且也越不稳定。当达到钔这一级时,对它的证认已开始仅靠十七个原子来进行。好在辐射探测技术自1955年起已经非常高超。伯克利大学的科学工作者在他们的仪器上装上了一个警铃,每次只要有一个钔原子产生,在它衰变时放射出的标识辐射就会使警铃发出很响的铃声,来宣告已经发生了这样一件事。
从门捷列夫正式提出元素周期律,到1984年合成108号元素的一百多年的时间里,人们发现或合成了46种元素,每一种元素的发现都证明了门捷列夫的理论的正确性。
‘陆’ 为什么说在地球上几乎找不到43号元素
因为越靠后面的元素起产生所需要的条件越苛刻,地球上自己产生基本上不太可能,很多都是宇宙天体爆发借助那个洪荒之力产生的,而地球上几乎很难提供它们存在的条件,譬如高压环境.
不过后面这些超重元素都是用加速器轰击重元素原子得来的,他们都非常不稳定,甚至半衰期连1毫秒都不到,也没有得到多少,大约就是几个到几十个原子,测定了一下原子量(质荷比),就消失了。人们期盼再增加几个单位质量会有几个稳定性大大增加的元素存在(叫作稳定岛)。
不过仅仅是期盼,还没有实现。如果没有稳定岛,照目前的趋势,后面的新元素越来越不稳定的话,探索新的元素也没有什么意义了。多年来的新元素发现都是原子物理学家的游戏,和化学好像没有什么关系了。
‘柒’ 43号元素自然界为什么不存在
43号元素自然界不存在的原因是它也是一种放射性元素,而且半衰期并不是很长,其常见同位素Tc97的半衰期仅为260万年。260万年,对于寿命不足百岁的人类而言是很漫长,但对于地球而言却很短暂,地球已经46亿岁了,所以在地球形成之初便已经存在于地球上的43号元素早已衰变殆尽,所以在自然界中便很难找到了。
自然界的含义概况
自然界Naturalworld指包括人类社会在内的整个客观世界。而环境指以人为中心的一切客观事物的总和。环境可区分为自然环境和社会环境。自然环境指大气层、水、土壤岩石和生物圈。社会环境指人类的创造物,例如工农业、城市、交通、娱乐场所、文物古迹和风景区。
‘捌’ 为什么第3、4和5号元素在宇宙中非常罕见
由于锂、铍和硼的产生依赖于高能粒子在宇宙中的偶然碰撞,这使得它们的丰度非常低,只有碳、氧和氦的十亿分之一。虽然这些元素在宇宙中非常稀少,但它们是地球生命不可或缺的元素。
‘玖’ 为什么地球上几乎找不到第43号元素
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源自Forbes宇宙大爆炸专栏,作者Ethan Siegel
翻译:毛明远
校对:牧夫天文校对组
后期:库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永葳
“
整个元素周期表中仅有氢和氦来自宇宙大爆炸,其它的所有元素均形成于恒星。
-恒星核聚变将轻元素变为更重的元素
-超新星爆发产生更重的元素
-更暴力的宇宙现象,比如中子星合并,会产生最重的元素
-还有就是恒星遗迹中的星云物质发生衰变,或遭遇高能宇宙射线轰击后变为其它元素
X射线和可见光影像合成
Credit:X-ray: NASA/CXC/SAO/D.Patnaude, Optical: DSS, via http://chandra.harvard.e/photo/2012/kepler/.
上述理化过程丰富了宇宙的物质,它们发生在宇宙演化的每一个阶段,而这些不断变化中的物质构成了整个宇宙:星云、恒星和行星等,也包括我们人类所处的太阳系。我们生机勃勃的世界中超过90%的物质源自恒星,这里所指的恒星并不是现在的太阳,而是前几代演化过程中的恒星。
但是,当我们检视元素周期表,我们的世界中竟然缺少第43号元素锝。它是一种密度和铅相似的灰色闪亮金属,熔点超过3000华氏度。
Credit:Image credit: Wikimedia Commons user 28bytes, under a CC-BY-SA-3.0, with annotations added by E. Siegel.
太阳系没有锝的原因是:所有锝的同位素均是放射衰变物质,其中半衰期最长的也只有几百万年。如果早期地球曾经有过一定量的锝,但40亿年过去了,地球上基本找不到锝。但事实上,有种情况会有锝产生,理论上铀矿中物质衰变会有微量的锝产生。估计每克铀能够产生1皮克(10^-12 g)锝。(译者注:然而自然界的铀元素半衰期又极长,几种同位素中丰度最高的铀238半衰期长达44.7亿年)
天然铀矿石
Image credit: Andrew Silver, USGS, via Wikimedia Commons, of naturally occurring Uranium Ore, composed of one-trillionth Technetium.
当然,人类有手段制造锝,方法一是利用核裂变;方法二是粒子加速器轰击。现实中我们人类还将一种制备出的锝同位素用于医疗。虽然现在地球自然环境中几乎找不到锝,但恒星可以产生锝,产生锝的过程并不是开篇列举的四大方式,而是通过在某种类型的恒星上较稳定的S过程-慢中子捕获中产生的。
几个典型恒星的年龄和大小,横轴十亿年计
Image credit: European Southern Observatory (ESO)/M. Kornmesser, via http://www.eso.org/public/images/eso1337a/.
巨星让氦聚变碳13或氖22时会产生自由的中子。我们的太阳终将有一天变为巨星,体积扩大超过现在的100倍。这时就会发生上述作用,额外的中子与内部的重元素作用,向着元素周期表上行。这一过程并不快,但特定阶段下锝的丰度还是会达到一定程度。这一类恒星我们又称其为锝星,我们可以通过光谱分析来确定它,此类恒星的亮度非常高。
太阳和红巨星对比
Image credit: European Southern Observatory (ESO), via http://www.eso.org/public/images/eso0729a/.
现实中,这种慢中子捕获过程会构建铁元素以上的重元素,直至铅和铋元素,但正如上文所述锝的情况比较特殊,我们只能在这样的巨星中观测到。此外,在恒星内核区域形成的锝还要出现在外层后,我们才会观测到。科学家在20世纪30年代就通过实验室制造出锝,但直至1952年才在巨星中观测到锝。
有趣的是一方面在巨星阶段下逐步产生锝,恒星终结的时候会通过爆发将包括锝这样的物质散布到周围,形成行星状星云,尔后继续演化成下一代的恒星和行星;另一方面是锝的半衰期较短,几百万年时间后绝大部分锝就变为了其它元素。
星云
Images credit: NASA / ESA and the Hubble Space Telescope, via hubblesite.org at http://hubblesite.org/hubble_discoveries/10th/photos/slide27.shtml.
新一代的恒星和行星形成之时,锝早已经消失了。目前科学家甚至没有在行星状星云中发现过锝。如果非要在自然条件下获取锝,一种方式是前文描述过的足够量的合适的衰变;另一种就是待到太阳巨星绚烂之时!
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‘天文湿刻’ 牧夫出品
人造锝
Credits: wiki
#SUMMARY#
年中总结前言
‘拾’ 2006年就发现了118号元素,为什么到尽头了
首先必须要清楚的一点就是:没有人为干预情况下,轻核只能聚变,重核只能裂变!原子核的轻重划分以铁元素为界限,原子量小于铁的元素叫轻核,大于铁的叫重核,重核自然裂变,于是就有了半衰期。
科学家通过对化学元素分析归纳总结,按照元素的特点,绘制出了元素周期表,发现元素周期表中有了空缺,在地球上找不到这个空缺元素,于是科学家就想通过人为干预的方法把这些空缺元素制造出来,但随着原子序数的增加,原子量也在增加,原子量越大,半衰期越短,半衰期的意思就是原子核自然分裂分解的意思,就是自然核变,自然核变不可能瞬间全部核变,于是就有自然减少一半的时间,随着原子量的增大,这些元素在自然界中减少的速度特别快,以至于在地球上几户绝迹,于是科学家就用人工的办法将这些大元素造出来,序号越大,造出来的元素存在时间越短,再往后估计就是刚刚在机器里造出来,很快就在机器里衰变成其它元素了,再往后,发现是有可能的,但就是存在时间太短了,没有意义了。
关于衰变,我提一个中学问题,中学的时候,说用碳14可以测出古代物品距离现在的时间,利用碳14的半衰期来计算,埋在地下的碳14不断衰变,参与空气中碳循环的碳14总量是恒定的,注意,我这里问题就是这个,为什么空气中的碳14是恒定的?而地下的碳14就不断的衰变减少?
我敢说没几个人知道答案,不信你看评论,估计都没人敢问我要答案。
元素发现的 历史 相当曲折和漫长。
1869年,俄国化学家门捷列夫发现各种元素的性质有周期性的变化。根据这种变化,他将已知的元素排了一个元素周期表,在这张表上出现的元素共有63个。
可是这位科学家清楚地知道,还有好多元素等待着我们去发现。因为在周期表上有许多“座位”还空着。门捷列夫还特意预言了3个元素,将它们的物理性质和化学性质详细地列了出来。果然,不出20年,这3个元素都被找到了,它们的性质和门捷列夫预言的一模一样。
光谱分析技术的出现,掀起了一个寻找新元素的热潮,世界各地的海水、河水、各种各样的矿石、各处的土壤都被放在光谱分析仪前面分析,新元素像雨后春笋一样接二连三地出现了。到20世纪40年代以前,元素周期表上已出现了92号元素,除第43、61、85、87这4个“座位”还空着以外,周期表已排得满满的了。于是有人想,也许92号元素铀已经是最后一个元素了。
正当化学家到处搜索仍然一无所获,感到山穷水尽的时候,物理学家却从实验室中接二连三地制造出了许多新元素。1937年制得了第43号元素锝,1939年制得了87号元素钫,1940年制得了85号元素砹。在发现砹以后,几年时间过去了,6l号元素仍然踪影全无。直到1945年人们才从铀核裂变产物中发现这一元素,并命名为钷,也是用人工方法制得的。这样一来,4个空着的座位全部填满了。1940年,人们制出了93号元素镎和94号元素钚,在这之后,每隔几年就会有元素从实验室中制出来:1954年,出现了100号元素镄;1970年,105号元素也出现了;106号元素是在1974年发现的,它还没有中文名,符号为UNH;1976年,苏联合成了107号元素。
那么,元素的这张名单,到底有没有个尽头?会不会再有新元素出现呢?人们认为,新元素还可能继续被发现,不过发现新元素的工作变得越来越困难了。
原来,从93号元素开始,之后发现的这些元素都是人造的放射性元素。放射性元素有一个奇怪的脾气,就是善变,它在放置过程中,一边不断地放射出各种射线,一边就变成别的元素了。这种把戏有的变得快,有的变得慢,化学家是用半衰期来衡量它们的。什么叫半衰期呢?就是放射性元素使自己原子数目的一半蜕变成别的元素所需要的时间,人们从人造的这些元素中发现一个规律:元素序号越大,它的半衰期就越短,比如98号元素锎,它的半衰期有470年,99号元素锿只有19.3日,100号元素镄是15小时,101号元素钔大约30分钟,103号元素镑只有约8秒钟,而107号元素的半衰期竟不到1毫秒(1秒=1 000毫秒),110号元素的半衰期预计仅一百亿分之一秒左右。要发现半衰期更短的新元素,以今天的科学技术水平来说,是相当困难的。
近年来出现了一种理论,根据这种理论,有人预言:在尚未发现的超重元素中,存在着一些孤立的稳定元素,比如第108、114、126、164号元素就是这样的稳定元素,当然,这种理论究竟是否正确,还有待实践来证明。
答:目前人类已经发现或者合成了1~118号元素,理论上118号之后的元素是非常不稳定的,至于自然界存不存在118号之后的元素目前还不得而知,但是在核物理中有一个“超重元素稳定岛理论”,预测在126号元素附近会形成一个孤岛,从而形成相对稳定的元素。
在1869年,俄国科学家门捷列夫根据当时已知的63种化学元素,总结规律后创造了第一张化学元素周期表,化学周期表经过100多年的发展后,科学家在理论和实践中均取得了巨大的成就。
在2006年,美国科学家合成了118号元素OG-294,该元素的半衰期只有12毫秒,至此,1~118号元素均已被人类发现,化学元素周期表的前七个周期全部补全。
在1~118号元素中,82号铅元素是最大的非放射性元素,92号铀元素是自然界大量存在的最重元素,93和94号元素在自然界中的含量极低,95~118号元素均是人工合成的。
自从2006年合成118号元素之后,科学家试图合成更高的元素,但是都没有成功的案例,甚至连高于118号的元素是否存在都不得而知。
在理论上,更重的元素变得极不稳定,因为质子和中子被强力锁在一起,而强力的作用范围在10^-15米尺度,如果原子核的直径过大,由于质子间的库仑力相互排斥,库仑力可以无限叠加,所以原子核将会趋向于溃散,变得极不稳定。
比如113号元素鉨-284,半衰期为20秒,115号元素镆-290,半衰期只有0.8秒,而118号元素OG-294,半衰期只有0.012秒;而118号的下一个元素,将会进入化学元素周期表中全新的第八周期,其原子核的稳定性将会大大降低,甚至可能无法形成有效的原子核。
但是在核物理中,有一个“超重元素稳定岛理论”,根据该理论,当原子核中的质子数和中子数存在幻数时,原子核的稳定性将会大大增加,比如2、8、14、20、28、50、82和126均为已经确定的幻数。
比如铅-208由82个质子和126个中子组成,这种双幻数结构使得铅-208异常稳定(这里说的稳定是指原子核的稳定性,并非化学性质);在2019年10月,科学家确定了34为中子的新幻数,比如钙-54有34个中子,其原子核就异常稳定。
另外,质子和中子还有一些单独的幻数,比如108是质子的幻数,162是中子的幻数,于是108号元素