化學元素周期表150歲啦 原來製造新元素這麼難!

2020-12-05 中國科學技術館

它是課堂上讓人又愛又恨的必考知識點,也是影響人類科學進步的重大發現,小小的一張表,涵蓋了已發現的所有化學元素,而每行每列又都揭示著元素間的奧秘。今年是元素周期表150歲生日,百年間,它不斷更新添丁,如今第7行已經填滿,最新增加的4個新元素更是讓人見證著它的神奇。那麼新發現的四個元素對化學周期表有什麼意義?關於新元素的命名又有什麼講究?記者採訪了中國科學院化學研究所杜立波副研究員。

如今的元素周期表隊伍不斷壯大,2015年12月30日,國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)確認科學家們人工合成了四個新元素Nh、Mc、Ts、Og,它們在化學周期表中的編號分別對應113號、115號、117號、118號,2016年國際純粹與應用化學聯合會正式公布了新元素的英文命名及符號,這四個新元素也被正式添加到化學元素周期表第七行。

別看說起來簡單,製造出它們是非常不容易的,因為它們實在太不「聽話」了。由於質子之間相互排斥,目前已知擁有92個質子的鈾是自然界存在的最重的元素,而人工合成的包含100多個質子的超重元素是極不穩定的。為了維持平衡,這些超重元素將會衰變成質子更少、更穩定的元素。比如117號元素Tennessine,它的半衰期(一定量原子中的一半發生衰變所用的時間)只有短短的五萬分之一秒;由鋅離子與鉍撞擊產生的113號元素也很短命,據它的日本發現者報告,它的半衰期只有不到一千分之一秒。

為什麼如此艱難,科學家卻依然執著於製造它們呢?杜立波表示,這四個新元素對科學發展大有裨益,在化學界也是個意義重大的事。它們不僅補齊了元素周期表的第七行,讓化學周期表變得更加完整,也因為是人工合成、放射性強,為科學家在未來合成更重、有實用價值的元素提供了可能。同時,四個元素的發現,是用觀察數據證實了科學理論的過程,這讓科學家們此前基於元素周期表所做的預測更為可信,為科學理論的發展提供了基礎。

四個新元素的製造過程艱難,那麼該如何為這來之不易的「稀世珍寶」這命名呢?根據規定,它們的發現者有權為其命名並設計符號。可這也帶來了一個問題,各國語言不盡相同,要把這一串英文變為中文字符就需要我國科學家動腦筋了。

在國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)正式公布新元素的英文命名及符號一年後,它們才擁有了中文名字,其中還有兩個新造字。 113號、115號、117號、118號元素的中文定名依次為「釒爾」 「鏌」、「石田」、「氣奧」。 其中左石右田(tián)、上氣下奧(ào),都是新造字。「釒爾」和「鏌」是原有的字,「釒爾」為新簡體字。

在給化學元素擬定中文名字的過程中,我國主要遵循的是1951年發布的《化學物質命名原則》。杜立波表示,金屬元素名稱用「金」為形旁,常溫下是固、液、氣態的非金屬單質用「石」、「氵」、「氣」 作形旁,要儘量採用左右結構左形右聲的形聲字。中文命名工作需徵詢社會和學界意見,組織專家進行反覆研討,並徵得國家語言文字工作委員會的同意納入國家規範用字,上報IUPAC,最終才能得以確認。中文名的正式發布不僅為元素規範了名稱,也為各行業領域學術科研、科普知識帶來了便利。

聯合國教科文組織曾說稱化學元素周期表為現代科學最重要、影響力最大的成就之一,關於化學元素周期表能否不斷擴展眾說紛紜,但它在化學上產生深遠影響,以及對物理、生物和其他基礎科學學科產生的意義是非凡的。祝這位150歲的「老人」生日快樂!(蔡琳、武玥彤)

受訪專家:杜立波 中國科學院化學研究所副研究員

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