元素周期表中存在穩定的超重核元素

2021-01-07 科幻白室座

元素周期表是大家非常熟悉的一個表格。現代化學的元素周期律最早是由俄國科學家門捷列夫於1869年首次創造。他將當時已知的63種元素以相對原子質量大小進行分類以表格的形式展現出來。隨著後續元素的發現,表格的內容被相繼填充,經過多年的修訂後,變成當代的元素周期表。表中的每一行稱為一個周期,每一列稱為一個族。原子半徑由左到右依次變小,由上到下依次變大。

目前元素周期表已知的元素有118種,其中有94種會以自然狀態存在於地球上,其餘已知元素,基本都是由人工合成,由於半衰期的原因,在自然界無法存在。

我們都知道原子核是由質子和中子構成。隨著近幾年物理學的發展,人們發現一類特殊現象,那就是當一個原子核擁有特定數值的質子和中子時,原子核將更趨於穩定。這種特定的數值,被當代物理學家稱為「魔數」或者「幻數。」到目前為止,物理學家發現的幻數有2、8、14、20、28、50、82、126。例如在自然界中存在一種鉛的同位素,其質子數是82,中子數是126,這種鉛的同位素具有雙幻數的特性,因此在自然界中顯得異常穩定。

隨著量子力學的發展,物理學家可能會發現更多的幻數。這對發現未知元素有著不可估量的意義。

隨著相對原子質量的不斷增加,人們發現原子核的穩定性也在不斷降低。以至於後來有些物理學家判斷,高於118號的元素將很難被發現,更不要說在環境中自然存在。但是幻數的發現,似乎可以改變目前的現狀,讓人類重新燃起尋找高於118號元素的熱情。

在「元素周期島」中,物理學家發現多數元素都排列在45度的軸線上。中子數在20~100,質子數在30~150的範圍內,元素的數量比較居多而集中。在45度軸線上距離越遠的地方,元素的發現似乎越來越少,但是幻數的發現改變了這一現狀。人們似乎發現在元素周期表的海洋中,在45度軸線上有一塊元素的「穩定大陸」,這就是美國核化學家諾貝爾獎得主格倫·西奧多·西博格(Glenn Theodore Seaborg) 所提出的「穩定島」理論。

若侵權請告知刪除

格倫·西奧多·西博格認為原子核中的核子(質子和中子)也像原子核外的電子一樣,分布在不同的能量層級中,假如一個原子核中的中子和質子恰好填滿了這一個能量層級,那麼每個核子之間的結合能量就變得最小,這樣就會使得這個原子核變得更加穩定。這種飽和的能量層級中的中子和質子的數值就可以被稱為幻數。

若侵權請告知刪除

雖然穩定島理論提出的原子核相對比較穩定,但是可能依然是放射性元素,只是相對於其他同位素而言比較穩定。但是依然有觀點提出,在45度軸線方向上,當越過多個放射性元素的「穩定島」後,可能會存在超級穩定島。在這一超級穩定島的範圍內,可能會發現未知的超級穩定放射性元素。甚至這種元素可能會天然存在於宇宙中的其他星球。

相關焦點

  • 物理學家正「製造」超重元素:元素周期表第八周期,即將被打開
    物理學家對小原子核和大原子核之間碰撞的測量,將為製造新元素的探索提供信息,並可能導致涉及超重元素的新化學。兩個誘人的目標幾乎在實驗核物理學家的掌握之中,一種是闖入元素周期表的第八周期。到目前為止,科學家們已經製作了前七周期的所有元素,即從氫(一個質子)到氣體(118個質子),因此,合成更重的元素將開闢新天地。
  • 元素周期表新玩法
    根據最後一個電子所處亞層是s、p、d、f中的哪一個,周期表又分成4個區,分別為s區、p區、d區、f區。大多數周期表將組成f區的元素單獨分離出來,組成鑭系和錒系,放在總表的下方。儘管這種做法已被大家普遍接受,但關於f區元素該包含哪些元素仍存在爭議。
  • 科學網—元素周期表家族又添「大塊頭」
    元素周期表家族又添「大塊頭」但是,117號元素的存在卻給了科學家希望,他們正在接近發現傳聞中的「穩定島」,這裡的原子核擁有所謂的神秘數目的質子和中子,使得其壽命長久。 比鈾(擁有92個質子)沉重的元素在自然界中不常被發現,但它們被迫在實驗室裡「現身」。問題是:一個原子核越大,帶正電荷的質子彼此間的斥力就越大,通常這使得它更不穩定或更具放射性。
  • 元素周期表的終點在哪裡?
    1869年俄國化學家門捷列夫將當時已發現的63種元素列成元素周期表,並留下一些空格,預示著這些元素的存在。在元素周期表的指導下,人們「按圖索驥」找出了這些元素。元素種類到底是否有限?周期表是否有終點?20世紀30~40年代,人們發現了92號元素,就有人提出92號是否是周期表的最後一種元素。然而從1937年起,人們用人工合成法在近50年時間又合成出20多種元素,元素周期表的尾巴增長了。這時又有人預言,105 號元素該是周期表的盡頭了,其理由是核電荷越來越大,核內質子數也越來越大,質子間的排斥力將遠遠超過核子間作用力,導致它發生蛻變,然而不久,又陸續合成了106~109號元素。
  • 元素周期表新成員命名那些事
    在原子核的所謂超重質量區,核內大量質子的超大庫倫斥力使原子核極不穩定,乃至不可能存在,不僅未在地球自然界觀察到,從實驗上合成和鑑別這些超重原子核,也面臨極大挑戰,門捷列夫元素周期表上第7行右端出現長期空缺。
  • 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!
    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。
  • 元素周期表又添新丁啦
    114號元素和116號元素現已正式獲得官方認可,成為元素周期表這個龐大家族中最具重量級的一員。這兩種新元素的原子放射性極強,穩定存在的時間均不到1秒,此後便很快衰變為更輕的原子。但研究人員卻似乎從中獲得了某種啟示,他們距離製得可以穩定存在幾十年以上的超重元素又更近了一步,構建周期表中「穩定島」 (譯者註:20世紀60年代,核物理學家提出了「穩定島」假說,預言在第114號元素附近存在著超重原子核穩定區域,該區域內的原子能夠長時間存在。)的神話也很快就會變成現實。
  • 科學家確認117號元素 元素周期表添新成員(圖)
    一個國際科研小組2日說,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邁進了一步。  117號元素是以俄羅斯杜布納聯合核研究所為首的一個國際團隊於2010年首次成功合成的。但此後,只有2012年曾成功重複這一實驗。  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。
  • 元素周期表中最貴的元素是什麼?
    鑥目前已知的元素達到了118種,元素周期表中的前七個周期已經剛好填滿。從1號氫元素到94號鈽元素都可以在地球上找到,而94號元素後面的元素都是人工合成的。元素周期表正所謂物以稀為貴,自然界中存在非常少的元素,或者需要依靠昂貴的人工方法製造出的人造元素都非常昂貴。
  • 探索發現:元素周期表一直不停的修改,到底有多少種元素?
    學校教室牆上貼著的元素周期表一直都在不停地修訂,這是因為人類發現的元素數量在不停增長。使用粒子加速器讓原子核對撞,科學家可以製造出新的「超重元素」。相比從自然界發現的92種元素,超重元素的原子核擁有更高的質子數與中子數。它們巨大的原子核非常不穩定——在極短的時間內(通常只有幾千分之一秒到幾分之一秒),它們就會衰變(這種衰變具有放射性)。
  • 研究超重元素的新技術
    超重元素,英語:superheavy elements,簡寫:SHE,指原子序數超過103(鐒)、位於元素周期表底部的重元素。這些元素均為人工合成元素,具有高度的放射性,並且半衰期很短,非常不穩定。超重元素與核子和原子的量子系統密切相關,這些相關性挑戰了實驗探測,因為它們不存在於自然界中,在合成後會在幾秒鐘內消失。要將原子物理學研究的前沿應用於這些元素,需要極高靈敏度的快速原子光譜技術。
  • 元素周期表盡頭是172號元素?被相對論逼入死角的化學核心!
    但事實上,在2015年12月之前,元素周期表中的第七行並未被填滿。這些「空缺」的存在是由於一些人工合成的元素尚未得到官方認可。隨著2019國際化學元素周期表年的到來,已被正式確認發現的元素共有118個。元素周期表根據原子序數(原子核中的質子數)遞增的順序排成行,根據原子最外層電子的構型排成列。
  • 我們為什麼要合成超重元素?傳說中的穩定島真的存在嗎?
    什麼是超重元素,自然界中為什麼不存在超重元素?在這篇文章中,我們將繼續沿著周期表中元素序號增加的方向,著眼於超重元素的人工合成這一話題圖片來源:視覺中國>什麼是超重元素,自然界中為什麼不存在超重元素?例如,93、94號元素最初由人工方式合成,但之後在鈾礦中發現了它們的痕量存在,這說明自然來源的重原子核並非只能到92號元素鈾為止。那為什麼自然界中幾乎不存在超鈾元素呢?問題的關鍵在於,通常來說元素越重原子核的不穩定性越強,超重原子核存在極大的衰變傾向,製成後在極短的時間內就會轉變為其它更輕的原子核,直到能夠穩定存在為止。
  • 瑞典科學家發現第115號超重元素存在證據
    此項研究是在德國亥姆霍茲重離子研究中心進行的一項實驗的組成部分新浪科技訊 據澳大利亞廣播公司(ABC)29日報導,如果你知道化學元素周期表上共有多少個元素,你就不難理解發現第115號超重化學元素將面臨怎樣的難度。現在,由瑞典隆德大學物理學家領導的一支國際研究小組發現了能夠證明第115號元素存在的證據。此項研究是在德國亥姆霍茲重離子研究中心進行的一項實驗的組成部分。
  • 講講元素周期表中的小故事
    文·本報記者 王婷婷  氫氦鋰鈹硼,碳氮氧氟氖……  對許多人來說,曾經附在化學書最後一頁的元素周期表已經淡出記憶,然而最近的一條消息可能會重新引起人們對那些符號與數字的興趣。日前,科學家找到第115號元素存在的新證據,如獲認可,元素周期表將迎來新成員。
  • 科學網—元素周期表有沒有盡頭?
    ■本報記者 胡珉琦 去年底,國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)宣布第113,115,117,118號元素存在,這將意味著元素周期表的第七周期將全部填滿,元素周期表總共已經有118個元素了。 重離子熔合蒸發 眾所周知,在自然界中存在的最重的元素是第92號元素鈾。鈾之後的元素稱為超鈾元素,它們只能靠科學家在實驗室裡人工合成。 中國科學院近代物理研究所研究員秦芝介紹說,從93號元素錼直到100號元素鐨,都是將靶核放在反應堆的強流中子的輻照下,通過中子俘獲,再β-衰變,從而使靶核的質子數增加來產生的。
  • 118號超重元素發現者現場解讀:元素周期表已經完整了嗎?
    1869年,俄羅斯科學家門捷列夫發表第一張元素周期表,在這張表格上,一共記錄了63個元素。 在此後的150年中,科學家不斷完善著元素周期表,現在這張表格記錄的元素已經達到118個——其中,包括了一些自然界原本不存的重元素。 這些超重元素是怎麼發現的?
  • 網友問:目前的元素周期表,是不是包含了地球上的所有元素?
    目前,元素周期表中的前七族元素(1~118號元素)已經補全,包括了地球上存在的所有元素;而超鈾元素的半衰期非常不穩定,絕大部分在自然界中不存在,只能由人工合成。元素周期律自從一百多年前,門捷列夫發現元素周期律以來,人們已經合成了許多自然界中不存在的元素,大大擴展了元素周期表的範圍。在2006年,美國國家實驗室合成了118號超重元素,補全了元素周期表中前七族元素的最後一環。
  • 元素周期表中有一離奇消失的元素,造就了元素界的一場失竊奇案?
    科學家宣稱,他們通過設在俄羅斯杜布納的U400回旋加速器實驗設備,兩次將高速鈣-40離子加速,用來轟擊人造元素鉲-249,從而製造出3顆新原子。每顆新原子的原子核包含118個質子和179個中子。也就是說,這種新元素在元素周期表中的序號為118,原子量為297。
  • 元素周期表或將迎來四位新成員
    據新華社日內瓦6月8日電(記者張淼)總部位於瑞士蘇黎世的國際純粹與應用化學聯合會8日宣布,將合成化學元素第113號(縮寫為nh)、115號(mc)、117號(ts)和118號(og)提名為化學新元素。該聯合會去年年底宣布,確認上述4種新元素的存在。這些元素由俄羅斯、美國和日本的科研團隊發現,他們也獲得了對這些元素的正式命名權。