背誦元素周期表的學(xué)生可能又要再多記一個元素了。一個國際科研小組5月2日稱,他們利用新實驗成功證實了117號元素的存在,這一成果使得該超重元素向正式加入元素周期表更近了一步。
最貴金屬轟出117號元素
2010年,總部位于莫斯科郊外的杜布納聯(lián)合核研究所首次成功合成了117號新元素——在實驗室人工創(chuàng)造的最新的超重元素。按國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會要求,杜布納聯(lián)合核研究所需再次合成該元素,之后他們才能正式批準(zhǔn)將它加入元素周期表。
2012年,該科研小組再次成功合成117號元素,為加入元素周期表做了鋪墊。此科研小組的帶頭人、俄羅斯科學(xué)院院士奧加涅相介紹:盡管合成新元素的項目匯聚了諸多世界知名科研機構(gòu),但也絕非易事。1869年問世的門捷列夫元素周期表是宇宙的基本規(guī)律之一,也為人類認(rèn)識自然提供了一把刻度精準(zhǔn)的尺子。而自然界中不存在原子數(shù)超過92的元素,原子數(shù)超過92的重元素,只能在核反應(yīng)堆中人工合成;原子數(shù)超過100的重元素,則只能通過離子加速器,用轟擊重離子靶的方式獲得。在加速器中發(fā)“彈”射“靶”,“彈”、“靶”交合,才能孕育出新元素。
杜布納聯(lián)合核研究所使用離子回旋加速器,用由20個質(zhì)子和28個中子組成的鈣48原子,轟擊含有97個質(zhì)子和152個中子的锫249原子,生成了6個擁有117個質(zhì)子的新原子,其中的5個原子有176個中子,另一個原子有177個中子。有意思的是,實驗所需的锫249原子也是一種人工合成金屬。由于锫元素非經(jīng)核反應(yīng)堆而不可得,俄羅斯媒體稱它為世間最昂貴的金屬,每克價值超過千萬美元。
新實驗再次驗證新元素證
今年5月2日,德國亥姆霍茲重離子研究中心利用新實驗又一次成功證實了117號元素的存在,歐洲、美國、印度、澳大利亞和日本等多國研究人員參與。他們在粒子加速器中,用鈣離子轟擊放射性元素锫,成功生成117號元素。117號元素很快又衰變成115號元素和113號元素。這也使得該超重元素向正式加入元素周期表更近一步。
這一成果發(fā)表在近期《物理學(xué)評論通訊》上。研究人員接下來將把成果提交給國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會審核,該聯(lián)合會將會決定是否還需進一步驗證。如果審核通過,該聯(lián)合會還將決定到底是杜布納聯(lián)合核研究所還是亥姆霍茲重離子研究中心擁有117號元素的命名建議權(quán)。
實“穩(wěn)定島”的存在
104號及以后的元素被稱為超重元素,壽命更加短暫,迄今所有的超重元素均為人工合成。雖然114號和116號元素被發(fā)現(xiàn)存在,但的確會發(fā)生衰變,到現(xiàn)在也沒有被看到過“真面目”。114號在出生半秒鐘后,就會衰變?yōu)椤案绨啄帷?。?16號在衰變前,壽命僅有幾毫秒。
不過,按照已提出幾十年的“穩(wěn)定島”理論(20世紀(jì)60年代,理論物理學(xué)家預(yù)言,位于質(zhì)子數(shù)為114和中子數(shù)為184的雙“幻數(shù)”球形核附近,存在一個“超重穩(wěn)定島”,島內(nèi)的元素具有超常壽命),隨著新合成的元素越來越重,它們會變得更加穩(wěn)定,存在壽命也隨之延長。雖然目前在礦物、巖石等樣品中沒有找到超重元素。但持樂觀態(tài)度的核化學(xué)家認(rèn)為,穩(wěn)定島的存在是無疑的。
近年來科學(xué)家合成了113、114、115、116、118號一系列超重元素。而成功合成117號元素,按照德國亥姆霍茲重離子研究中心科學(xué)主管霍斯特·施托克爾的評價,是“通往生產(chǎn)與探測位于‘穩(wěn)定島上的超重元素的重要一步”。
元素周期表是否有盡頭
目前,118號元素曾經(jīng)被視為元素周期表的盡頭,畢竟,元素的半衰期已經(jīng)短到以毫秒計了。
超重元素的大小是否有極限?依據(jù)相對論的一項簡單計算,電子無法被擁有超過137個質(zhì)子的原子核束縛。更加復(fù)雜的計算也證實了這個極限。然而,來自德國法蘭克福歌德大學(xué)的核物理學(xué)家沃爾特·格雷納卻堅持認(rèn)為:“元素周期表絕對不會在第137號元素前止步不前。事實上,它永無止境。”
元素周期表中102號住戶被命名為“諾貝爾”,112號則是“哥白尼”。就在2011年6月以前,原子量為285的“哥白尼”還是最重的元素。不過,2011年6月6日,超重元素114和116正式成為元素周期表的一員,原子量分別為289和292。
從1869年門捷列夫?qū)?dāng)時已知的63種化學(xué)元素按原子量大小排列成表開始,為元素周期表尋找新成員,就成為一項重要的課題。
最初,化學(xué)家們認(rèn)為自然界存在92種天然元素。1942年,大名鼎鼎的92號元素鈾被發(fā)現(xiàn),周期表似乎走到了終點??呻S后,人們又一鼓作氣地找出了13種新元素。有人斷言,105號元素就是“真正的盡頭”,畢竟核電荷越來越大,質(zhì)子間的排斥力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過核力,會導(dǎo)致它發(fā)生衰變。
不過,這個“斷言”沒能維持幾年,114號和116號元素就很快出現(xiàn)了。(據(jù)新華社、中國青年報)