以美國田納西州命名的元素,正式填滿元素周期表的七個周期!

2020-12-14 意想不到的化學

石田元素簡介

Ts是第117號元素的縮寫,它的原子序數是117,屬於滷素之一。由於相對論性效應,化學性質(如鍵長)會和根據周期表上滷素的趨勢推算的不同,它會擁有類金屬屬性,與砹相似。該元素於2010年首次成功合成,2012年再次成功合成。

石田的發現歷程

化學元素是具有相同核電荷數(即質子數)的同一類原子的總稱。序號在92以後的重元素在自然界中難以穩定存在,104號及以後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。不過按照已提出幾十年的「穩定島」理論,隨著新合成的元素越來越重,它們會變得更加穩定,存在壽命也隨之延長。

其實早在1989年左右,俄羅斯杜布納聯合核研究所的尤裡(Yuri Oganessian)和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的羅恩洛希德和肯穆迪就已經開始合作研究超重元素了。

2010年,總部位於俄羅斯首都莫斯科郊外的杜布納聯合核研究所成功合成了117號新元素——在實驗室人工創造的最新的超重元素。一篇描述了這一新發現論文已經被《物理評論快報》接受發表。新元素於2017年以前尚未被命名,放入元素周期表的116號元素和118號元素之間的位置,這兩者都已經被發現。這種超重元素通常是具有非常強的放射性,並且幾乎立即會發生衰變。但是,許多研究人員認為甚至更重的元素也可能佔據一個可以讓超重原子堅持了一段時間「穩定島」。新的工作進一步支撐了一觀點。對新元素的進行放射性衰變分析後,尤裡的研究小組在新的論文中寫道:「為預測超重元素『穩定島』的存在提供了試驗驗證」。由俄羅斯杜布納的聯合核研究所的尤裡領導的研究小組報告稱用含有97個質子和152個中子的鉳249轟擊鈣Ca48——一種有20個質子和28個中子組成的Ca40的同位素。撞擊會生成兩種擁有117個質子的同位素,其中一種核素有176個中子,而另一種核素有177個中子。

2012年,俄羅斯科研小組再次成功合成117號元素,從而為117號元素正式加入元素周期表掃清了障礙。雖然2010年就首次成功合成了117號元素,然而國際理論與應用化學聯合會(IUPAC)要求杜布納聯合核研究所再次合成該元素,之後他們才能正式批准將它加入元素周期表。杜布納聯合核研究所的一名高級負責人說,研究小組已經成功完成了驗證工作,並向IUPAC正式提交117號元素的登記申請;如果順利,117號元素將會在一年內被命名,並歸入元素周期表。據悉,杜布納聯合核研究所使用粒子回旋加速器,用由20個質子和28個中子組成的鈣48原子,轟擊含有97個質子和152個中子的鉳249原子,生成了6個擁有117個質子的新原子,其中的5個原子有176個中子,另一個原子有177個中子。

2014年5月2日,一個國際科研小組說,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。

最新實驗在德國亥姆霍茲重離子研究中心進行,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鉳,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。

這一成果發表在新一期《物理學評論通訊》上。研究人員接下來將把成果提交給國際純粹與應用化學聯合會審核,該聯合會將會決定是否還需進一步驗證。如果審核通過,該聯合會還將決定哪個機構擁有117號元素的命名建議權。

完整的元素周期表

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主管霍斯特·施託克爾的評價,是「通往生產與探測位於『穩定島』上的超重元素的重要一步」。

官方同意用「Tennessine」為117號元素命名還有一個原因,該元素在周期表中屬於滷族元素,滷族元素在周期表中的英文名稱都是以-ine結尾,比如氟為「Fluorine」、氯為「Chlorine」,這樣可保持滷族元素名稱的一致性。

田納西州州長比爾·哈斯拉姆和ORNL主任託姆·梅森分別發表聲明。梅森表示,田納西出現在元素周期表中證明了田納西州在國際科學界的地位。哈斯拉姆代表所有田納西州人民對獲得這一榮耀表示感謝。

至此,七周期元素周期表已經被全部填滿(第118號元素的發現在石田之前),2019年,元素周期表150歲了。聯合國將2019年定為「國際化學元素周期表年」,盛讚「元素周期表是科學史上最卓著的發現之一,刻畫出的不僅是化學的本質,也是物理學和生物學的本質。」

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