现代炼金术 开始新的一行 扩展元素周期表的竞赛还在继续 086 Science and technology - Modern alchemy.mp3 May 12th 2012 | from the print edition 化学有一套内在规律;对此最早的模糊暗示之一是19世纪初锂、钠与钾(统称碱金属)的发现。尽管它们不是同种元素,但其性质之近似简直不可思议。这是德国化学家乔安•德贝莱纳(Johann Döbereiner)猜想可将所有化学元素按族分类的实验根据之一。 证实德贝莱纳猜想的真实性并绘制元素周期表——碱金属是其第一列——花了好几十年。科学家又用了几十年来解释周期表能够说明问题的原因:这是因为围绕原子核旋转的电子的排布方式。但如果一切顺利,今后几个月中的某一天,位于德国达姆施塔特的GSI亥姆霍兹重离子研究中心的克里斯托弗•杜尔曼博士(Christoph Düllmann of the GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research in Darmstadt)将创造一种新的碱金属,周期表第119号元素。这一成就由德贝莱纳的同胞完成,这对赞颂他当年的洞察力是非常适宜的。周期表将随着这一新元素的加入而出现新的一行,这是前所未有的。 119 第119号来了! 一种元素的原子序数即其核内质子数。尽管这些质子都带正电荷因此相互排斥,但原子核内的强力还是把它们结合在一起。原子核内还有中子,它们不带电荷,而且在大多数原子核中它们的数目超过质子数,一部分强力也由它们提供。但核内中子过多或过少都会让原子核不稳定。就是说这样的原子核是放射性的。而由于量子物理的奇异之处,有时原子核内的中子数同时处于“过多”与“过少”的状态,这就使某些元素不存在稳定的同位素(或称变体,其核内质子数相同但中子数不同)。 这种现象出现在周期表中部的两个地方,人们有时称它们为不稳定元素岛。这就使得第43号元素锝和第61号元素钷的所有同位素都具有放射性,而且从未在自然界以可检测的数量存在。周期表越往下,那里的元素就越不为人们所熟悉,它们的原子核也越重,同时不稳定现象也越普遍。原子序数大于82号元素铅的元素不再有稳定的同位素,大于92号元素铀的元素寿命如此短促,以至于它们几乎不存在于自然界中。但这些“超铀元素”可以通过聚合较轻元素人工制造。杜尔曼博士要做的正是这样的实验:他用第22号元素钛的原子轰击第97号元素锫的原子,希望能让其中的一些原子聚合,形成第119号元素。 创造一种新元素是很不容易的。GSI粒子加速器中钛原子的飞行速度必须足够快,这才能克服两种原子的质子之间的相互排斥;但又不能太快,这才不至于在刚刚形成的第119号元素的原子有足够时间稳定前将之击碎。但杜尔曼博士颇有自信,认为他会在今后几个月内以具有合适速度的钛原子轰击锫原子,从而创造出一两个第119号元素的原子,而且它们会稳定存在一段时间,让他足以检测其存在。 GSI与加州的劳伦斯-伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory, in California)和俄罗斯杜布达的联合核研究所(Joint Institute for Nuclear Research in Dubna, Russia)有着友好竞争,成功创作第119号元素将是GSI的一项卓越成就。锫是以伯克利实验室命名的;第105号元素钍是以俄罗斯的实验室命名的;第110号元素鐽是以GSI实验室命名的;迄今所有的超铀元素都是这三家实验室创造的,其中最引人注目的是钚,它是1945年在长崎爆炸从而结束了第二次世界大战的原子弹的核心物质。 福祉之岛 现代超铀元素研究不像20世纪40年代的研究那样带有那么多的战争目的。的确,怀疑论者或许可以质疑:仅仅出于证明人类创造新元素的能力而进行尝试,每次只能造出新元素的一两个原子,这样的研究究竟有何价值。但不正统的想法却有它的道理。正如在周期表上本不该有放射性的部分存在着锝和钷这样的不稳定元素岛一样,许多物理学家相信,在周期表不稳定的底部区域会有一座稳定元素岛。他们预测,含有184个中子的原子核(原子序数为120出头)将会存在相当长的一段时间,说不定可以存在几百万年。这就至少存在着利用这种物质的可能。 杜布曼博士要创造的第119号元素的同位素没有完全达到这一标准,因为它的原子核中只有177个中子。但如果可以创造这种元素,人们就可以把它当作踏上奇妙的稳定元素岛的垫脚石,而人们普遍认为“稳定元素岛”是值得探查的目标。至于这刚好成了美国人和俄罗斯人的共同目标,这一点则纯系巧合。 |
yannanchen 发表于 2012-5-12 05:55
It took decades to tease out the truth of Döbereiner’s conjecture, and thus to construct the perio ...
contrary 发表于 2012-5-12 13:28
ONE of the first inklings that chemistry has an underlying pattern was the discovery, early in the 1 ...
clarelan 发表于 2012-5-14 16:11
so many physicists believe that in the unstable part at the bottom there lies an island of stability ...
clarelan 发表于 2012-5-14 16:17
That it will be one in the eye for the Americans and the Russians as well is purely coincidental.
on ...
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