饅頭老妖

2015年12月30日，國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)發(fā)布了一個(gè)大新聞：2016年將對(duì)第113號(hào)、115號(hào)、117號(hào)和118號(hào)元素正式予以命名。很多媒體都驚呼：“化學(xué)元素周期表要被填滿了！”

那么，這幾個(gè)元素到底是何方神祇，對(duì)它們的發(fā)現(xiàn)又有什么意義呢？元素周期表真的徹底完成了嗎？

這事兒，還得從門捷列夫老先生說(shuō)起。

“紙牌游戲”里的大名堂

對(duì)于化學(xué)元素周期表，各位一定非常熟悉。門捷列夫的貢獻(xiàn)，就在于他看到了紛繁現(xiàn)象背后的本質(zhì)，把自然界中存在的各種元素，按照其原子量（一個(gè)原子核中質(zhì)子和中子的數(shù)目之和），以從上到下、從左到右的順序排列成了一個(gè)序列。

有了這個(gè)序列，人類對(duì)各種化學(xué)元素的研究，就能夠有的放矢了：我們可以預(yù)測(cè)某個(gè)未知元素的性質(zhì)，甚至可以去“制造”某種元素！

因?yàn)?，既然元素的性質(zhì)僅由其原子序數(shù)決定，那么我們只要造出具有某個(gè)序數(shù)的原子，就能獲得一種新的元素了。無(wú)論它在宇宙中是否存在，理論上，我們都可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的加減法將其合成出來(lái)。

比如，我們可以用一個(gè)硼原子（B，原子序數(shù)為5）作為炮彈，去轟擊一個(gè)锎原子（Cf，原子序數(shù)為98），得到的新原子的序數(shù)就是：5+98=103。

當(dāng)這個(gè)新元素真的被制造出來(lái)并獲得證實(shí)之后，國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)決定，用物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·勞倫斯的名字來(lái)給它命名。正是勞倫斯提出了這種“原子大炮”的構(gòu)想，所以，新元素現(xiàn)在就叫鐒（Lr）。

造一個(gè)新元素，就這么簡(jiǎn)單嗎

“原子大炮”的理論，聽起來(lái)相當(dāng)令人振奮。這似乎就是在說(shuō)，人類可以不斷地找到新元素了。這話或許只說(shuō)對(duì)了一半。

的確，在勞倫斯之后，各國(guó)的科學(xué)家都在按照這個(gè)理論，努力制造元素周期表中沒有的新元素，一個(gè)個(gè)空白迅速被填補(bǔ)。這些元素通常被我們稱為“人造元素”，因?yàn)樗鼈冊(cè)谧匀唤缰性静⒉淮嬖凇．?dāng)然，制造它們的裝置，最常用的就是粒子加速器。

但是，經(jīng)過(guò)高速發(fā)展的階段后，制造新元素的步伐逐漸慢了下來(lái)。這主要是因?yàn)樵街氐脑兀ㄒ簿褪窃永锇馁|(zhì)子、中子的總數(shù)越大），其原子核中質(zhì)子的相互排斥作用就越強(qiáng)，從而使得它們?cè)桨l(fā)不穩(wěn)定，合成難度隨之變大。

有多不穩(wěn)定呢？比如，鐒（260Lr）的半衰期只有3分鐘，也就是說(shuō)，一堆鐒元素放在那兒，3分鐘后就只剩下一半了，另一半已經(jīng)分裂為其他元素。而原子（284Fl）的半衰期僅有4毫秒，其他人造元素的半衰期，甚至只能用微秒來(lái)衡量。

同時(shí)，要獲得這些“沉重”的元素，所需要的“炮彈”和“靶子”（被轟擊的元素）都必須是原子序數(shù)很大的原子；而要讓它們以極高的速度碰撞，自然就需要更強(qiáng)的能量、更龐大的裝置。換句話說(shuō)，需要耗費(fèi)越來(lái)越多的時(shí)間與資源。

即便你成功地合成了某個(gè)新元素，你還得證明你確實(shí)做到了。用大型電子對(duì)撞機(jī)，每次“開炮”能產(chǎn)生的新元素只有寥寥幾個(gè)原子，而且還是稍縱即逝的，想要證實(shí)它們的存在并不容易。實(shí)際上，每一個(gè)新元素被首次制造出來(lái)之后，都要等待很長(zhǎng)的時(shí)間，等到其他科學(xué)家再次制造出這個(gè)新元素，它才能獲得國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)的正式認(rèn)可。

正因?yàn)槿绱?，一開頭我們提到的那4種元素，并不是一夜之間突然冒出來(lái)的。比如，115號(hào)元素，早在2003年就被俄羅斯科學(xué)家公開報(bào)道，117號(hào)元素，由俄美聯(lián)合小組在2010年發(fā)現(xiàn)，今天，它們才被國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)認(rèn)可。

為啥還要這么做

既然費(fèi)時(shí)費(fèi)力，人類為什么還要執(zhí)著于創(chuàng)造新的元素呢？

首先，這不是因?yàn)樗鼈冇惺裁椽?dú)特的作用。從第100號(hào)元素（鐨）之后的諸多人造元素，盡管人類付出了很多努力，但都還沒有找到商業(yè)用途。即便真的能把它們用在什么地方，它們極昂貴的制造成本，絕對(duì)讓大多數(shù)地球人望而卻步。

但對(duì)于科學(xué)家而言，它們又是頗有意義的事情。它們讓元素周期表的第7周期得以填滿，但這絕非意味著元素周期表“已經(jīng)完成”。聰明的讀者可能已經(jīng)想到，如果我們把這些新發(fā)現(xiàn)的元素當(dāng)作靶子，用其他原子去轟擊它們，豈不是又可以得到原子序數(shù)更大的新元素？理論上，我們沒有理由否定這種可能性。更何況這個(gè)未知的世界，本身就有著極大的吸引力。

在創(chuàng)造這些新元素的過(guò)程中，需要克服的技術(shù)難題有很多很多，在這個(gè)攻堅(jiān)的過(guò)程中也會(huì)催生新技術(shù)、新理論的誕生，為化學(xué)家、物理學(xué)家、工程師提供新的問題與思路。

更重要的是，元素周期表本身也可能因此得到修正和升華。

門捷列夫創(chuàng)造的元素周期表，至今依然是高度準(zhǔn)確的，但它在未來(lái)是否依然堅(jiān)不可摧？有些化學(xué)家認(rèn)為，如果將元素周期表再往下拓展一個(gè)周期，也就是制造出“更重”的元素來(lái)，我們熟知的一些規(guī)則就可能不再適用。比如著名的馬德隆常數(shù)，或許就要進(jìn)行修正。如果真有那么一天，人類對(duì)化學(xué)的認(rèn)知將會(huì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍，其意義不亞于元素周期表的發(fā)現(xiàn)。

為了到達(dá)遙遠(yuǎn)的彼岸，就必須先跨過(guò)第7周期這個(gè)門檻。此次國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)認(rèn)可了本文開頭提到的4種新元素的發(fā)現(xiàn)，既是一個(gè)重大成績(jī)，又是一個(gè)新的起點(diǎn)。

或許借用拇姬先生的一句話可以總結(jié)這種探索的價(jià)值：“3億年前，當(dāng)?shù)谝粭l兩棲魚爬上岸邊時(shí)，其他魚可能也問過(guò)它：‘你爬上去又有什么用呢？”