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从元素周期表的发现到如何创造一种新元素
来源:天纵鉴定 | 作者:SKYLABS | 发布时间: 2109天前 | 1496 次浏览 | 分享到:

天纵鉴定(SKYLABS)在使用相关设备鉴定一种材料时,根据其的质谱、光谱、色谱还是核磁谱都最终可将未知材料归类到“元素周期表”中的一种或几种元素的表达。可以说元素周期表就是化学分析和材料领域的地图。

一、     元素周期表的发现

大家知道我们可以目前所使用的元素周期表是由俄国科学家门捷列夫发现的。在其之后,再经过整理得到了我们现在经常使用的样子:


但其实早在门捷列夫之前,就有科学家也发现了化学元素的周期性规律。在1865,英国化学家纽兰兹把当时已知的元素按原子量大小的顺序进行排列,发现无论从哪一个元素算起,每到第八个元素就和第一个元素的性质相近.这很像音乐上的八度音循环,因此,他干脆把元素的这种周期性叫做“八音律”,并据此画出了标示元素关系的“八音律”表。显然纽兰兹差点就揭示元素周期律了。不过当时技术条件限制了他作进一步的探索,当年纽兰兹的“八音律”在英国化学学会上也受到了大家的嘲弄,主持人以讥讽的口吻问道:“你为什么不按元素的字母顺序排列?

到了4年后的1869,门捷列夫将当时已知的几种元素的主要性质和原子量,写在了一张张小卡片上,进行反复排列比较,最后据说是在“睡梦中”发现了元素的周期性规律,并依此制定了元素周期表。最早门捷列夫的元素周期表的手稿如下:


门捷列夫的元素周期律宣称:把元素按原子量的大小排列起来,在物质上会出现明显的周期性;原子量的大小决定元素的性质;可根据元素周期律修正已知元素的原子量。门捷列夫元素周期表被后来一个个发现新元素的实验证实,反过来,元素周期表又指导化学家们有计划、有目的地寻找新的化学元素.至此,人们对元素的认识跨过漫长的探索历程,终于进入了自由王国。 

二、     如何“创造”一种元素

在元素周期表发现后,科学家依据周期表的推测引导陆续成功发现和补齐了各种元素,可以说我们地球在自然状态下所形成的元素已经补齐。但天纵检测同时也注意到在20151230日,国际纯粹与应用化学联合会IUPAC)宣布又发现了四个新的元素。这四种超重元素被命名为Nh113 号),Mc115 号),Ts117 号),Og118 号)。这代表着元素周期表的第七行正式完成,距它被门捷列夫创造出来已有约 150 年。

但这四种元素被发现后,引起了广泛的争议,最主要的原因在于这几种元素其实都不是可以自然形成的,它可以说是一种人造新元素现代技术可以使用某种元素的原子核作为“炮弹”来轰击另一种元素的原子核,两种原子核熔合在一起后,质子数发生改变,新元素也就诞生了。



超重元素是指比104号元素更重的元素。它们并不是在自然条件下发现的,是合成的,它们会经历放射性衰变成为较轻的元素。这些人为创造的超重核,它们的衰减寿命在纳秒与分钟之间。

超重元素的原子通常是由核聚变产生的。我们可以想象一下紧挨着的两滴水,由于表面张力的作用它们会合二为一,组合成为更大的液滴。在重核聚变中两个原子核中大量的质子,会产生强排斥电场。科学家必须利用重离子加速器来克服这种排斥作用,通过两个原子核碰撞,使核表面接触。但仅仅接触还是不够的,两个相互接触的原子核必须改变它们的形状,形成一个更加紧实的核物质单液滴这就是超重核。


事实证明,这种形成不稳定新元素的幸运只发生在几次的碰撞中,幸运到只有一百万分之一的概率。另外超重核在裂变完成后立即就会发生衰变。只有百万分之一能够幸存下来成为超重原子,科学家再通过其独特的放射性衰变进行新元素的鉴别。


从上面我们的介绍中可以看到超重元素的合成和识别过程需要大型加速器设施、先进的磁选机、高效探测器以及花费大量时间的幸运。但发现这些新元素的价值将有助于我们对量子系统相互作用的复杂性和不可逆性加深了解,但由于这些非自然元素观测就很困难,基本无法“保存”,也就更难以被利用了,它是否可以被认为是一种独立的元素还是只是一个元素的中间状态一直在化学界和物理学界饱受争议。


但这些人造元素也再次证明了门捷列夫发现的化学元素周期律是自然界的一条客观规律。它揭示了物质世界的一个秘密,即这些似乎互不相关的元素间存在相互依存的关系,它变成了一个完整的自然体系。对新元素的寻找,新物质、新材料的探索有了一条可遵循的规律。