衰變周期竟是當前宇宙年齡的10億倍!盤點那些奇特的元素

2020-12-03 賽先生的秘密

元素,構成物質世界的「萬物之源」。到目前為止,人類共發現或合成了118中元素,其中有94種存在於地球上。每一種元素都有其專屬的特點,也有著自己的故事。本文就將為大家盤點一下世界上「風格迥異」的元素之最。

1、最稀少的元素——砹(At)

砹是目前為止發現的世界上含量最少的元素,在整個地球上的含量小於28.4克。迄今為止,科學家共製取了20種砹的同位素。這是非常艱難的一項任務,其原因就在於砹元素不僅含量極少,並且半衰期也非常短暫。其最穩定的同位素砹-210,半衰期為8.1小時,最不穩定的同位素砹-213,半衰期僅有125納秒!

2、最昂貴的元素——鍅(Fr)

鍅元素由法國女科學家佩裡於1939年發現,該元素的命名是為了紀念她的祖國。鍅元素在地球上的含量僅僅比砹多一點,大約為30克,是世界上第二稀少的元素。儘管鍅的含量不是最稀少的,但是它的製取難度非常大。鍅最穩定的同位素鍅-223,半衰期僅為22分鐘;並且,製取1克鍅大約需要30萬個原子簇,也就是說每1X1018100億億個鈾原子中僅含有一個鍅原子。這使得鍅的價格超乎想像的昂貴。有人估計這個數字可能達到10億美元!

3、最毒的元素——釙(Po)

釙元素由居裡夫婦在1898年共同發現,為了紀念祖國波蘭,他們將發現的第84號元素命名為Polonium。釙的同位素中釙-210毒性最為強烈。釙-210輻射的是α粒子,在體外對人體不造成危害。但是,該元素如果進入體內,僅需4Gy,就能在短時間內致人死亡。

4、最「委屈」的元素——鈽(Pu)

長久以來,鈽元素一直被謠傳為世界上最毒的物質,甚至有謠言稱「鈽的毒性是砒霜的4億倍,5克鈽就能夠毒死全人類」,這些純屬無稽之談。儘管鈽的確具有很強的毒性,但是不僅要低於釙元素,更沒有謠傳的那麼誇張。

5、最耐腐蝕的金屬元素——銥(Ir)

銥元素由科學家史密森·特南特於1803年發現。它的化學性質非常穩定,是自然界中耐腐蝕性最高的金屬元素。王水的腐蝕性相信小夥伴們一定有所了解,但是,如果是結構呈緻密狀態的銥元素,即便是沸騰的王水也不能將其腐蝕。結構呈海綿狀態的銥元素在加熱後王水中也只能以很緩慢的速度被腐蝕。

6、最「長壽」的元素——鉍

鉍元素早在1753年就被正式發現,但是直到200多年後的2003年,鉍元素才被發現具有非常微弱的放射性。在此之前,人們一直認為鈾-238以大約45億年的半衰期穩居榜首,但是2003年鉍元素放射性的發現,打破了這一紀錄。鉍經過α衰變之後可以變成鉈-205,但是這一過程(也就是鉍的半衰期)卻需要1.9X1019年,這一時間甚是目前宇宙的年齡的10億倍!

7、最「危險」的元素——鈾(U)

1789年,德國化學家發現了鈾(Uranium),並以當時剛剛發現不久的天王星(Uranus,1781年被發現)命名。隨後很長一段時間裡,鈾元素一直默默無名,直到1939年,核裂變現象被發現。核裂變的發現打開了人類研究利用原子能的大門,但同時也打開了潘多拉的魔盒盒。恐怖的核事故、威脅全人類的核擴散以及由此產生的局部戰爭,使得鈾成為世界上最危險的元素。

8、最「胖」的元素——鉲(Cf)

鉲元素於1950年被物理學家發現,屬於超鈾元素。儘管鉲元素最初是通過人工合成的方式被發現的,但是隨後的科學研究證明,鉲元素是自然界中自行產生質量最大的元素。鉲元素可以應用於金銀礦的勘探、爆炸物的排查,同時,鉲元素屬於強中子源,每微克鉲-252一秒鐘就能夠產生大約230萬個中子。正因如此,鉲元素是中子治癌最理想的物質。

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    在早期宇宙中就是這種情況,因為溫度太高而無法生成任何原子,大爆炸後約3分鐘後才產生第一個氫原子。 早期的宇宙非常混亂並且溫度很高,顆粒無法結合併形成任何穩定的結構。隨著宇宙的膨脹和冷卻,夸克和電子結合併產生了氫、氦和鋰的第一個原子。儘管那時宇宙在逐漸降溫,但仍約有3億開爾文的溫度! 恆星是元素之母!
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    因此,當我們觀察一個恆星群時,我們可以通過觀察哪些類型的恆星仍然存在,以及哪些類別的恆星已經完全消失,來判斷它的年齡。圖註:恆星的生命周期可以從這裡所示的顏色/星等圖中理解。隨著恆星的年齡增長,它們會「關閉」這張圖,讓我們可以確定這個星團的年齡。