化學元素周期表有盡頭嗎?沒有嗎?

2020-11-24 驅動之家

來自世界各地的研究人員正競相試圖創造出周期表上的下一個元素,一個包含119個質子的原子,而此時,來自密西根州立大學的一位科學家則是在研究元素周期表的盡頭。

現在,關於元素周期表何時終結,還沒有確切的結論。我們仍然還有很多東西有待發現。

根據核物理學家Witold Nazarewicz的說法,我們有充分的理由認為周期表不是無限的,但了解這一點並不能幫助我們預測其極限。 

目前,元素周期表的重量級冠軍、同時也是表中最後一項的元素是「<氣奧>」(oganesson),其短暫的化學反應現象顯示出了<氣奧>包含118個質子和176個中子。

2016年,科學家把元素周期表中的118號元素命名為<氣奧>。這標誌著這一元素獲得了官方的承認。

同時被命名的還有其它新加入周期表的新型超重元素(原子核殼模型理論):113號鉨(nihonium),115號鏌(moscovium)和117號石田(tennessine)。

這些人工合成的重型粒子代表了原子核物理領域的重要新前沿,舊的規則將不再適用。

「它們佔據著核世界的偏遠一隅,而我們對核世界的範圍還不甚了解。」Nazarewicz表示。計算機模型表明<氣奧>(Og)可能具有不尋常的電子結構。

理論認為,我們可以用一堆中子將質子組合起來,形成一個巨大的原子核,最多時可組合多達184個質子。

但是,即便我們將其稱為原子,這樣的規模是否已是極限,這些問題都仍處在爭論中。

有一個問題相當具有哲思——如果一個原子不能承載任何電子,那它還能叫原子嗎? 

<氣奧>的半衰期僅有幾毫秒。這幾乎不是亞原子粒子的牢固結合款,但這段時間也足以讓一系列電子在再度分散之前安頓就位。 

理論上,元素互相碰撞之後,核子之間可以緊密結合形成更大的原子核。但如果這些原子核在電子抓住它們之前就已經分崩離析了,那麼它們是否還可以被稱為原子家族的一員就值得深究。

假設這類半衰期極快的原子能夠足夠穩定直至承載電子。那麼,<氣奧>特殊的電子構成也將指向一個完全不同的瘋狂前景。

數量龐大的質子在一處聚集造成了靜電力的嚴重積聚,這不僅使電子難以維持預期的模式,而且造成了所謂的「庫侖阻挫」(Coulomb frustration)。

通常原子表面的能量足以將其拉成近似球形。當「庫侖阻挫」足夠大時,原子核就會形成凸起和空洞,從而讓原子本身變得不穩定。

這些超重元素可能在極個別特殊情況下會存在周期性的穩定島現象(核子物理穩定島理論),但這需要一些特殊的計算機模型來確定它們們的「庫倫阻挫」是否會造成嚴重後果。

量子效應和相對論效應共同在粒子的集聚上發揮作用,這使得我們很難預測那些超大型超重元素的特徵。

再次以<氣奧>為例,從質子的數量上判斷,<氣奧>屬於惰性氣體。但是,根據元素周期律與理論計算,<氣奧>可能會非常活潑(化學活潑性,易反應),而且它的體積使其在室溫下更不像氣體了。

如果新出現在周期表上的元素並不沿襲舊規則,那麼我們應該重新思考一下各個元素的關係。 

明年,就是德米特裡門捷列夫提出元素周期表的第150周年。

我們已經用了很長一段時間用新元素填補元素周期表,使其繼續適應既定的模式。

我們應該思索的是,我們還需要探索些什麼,是否需要重新思考整個元素表。 

這不僅僅是一次學術演習, 雖然超重原子可能壽命很短,但超重原子的出現可能會告訴我們一些新情況,例如中子星等物體內部的極限物理等。

創造119號元素將開啟一個新時代,預示著元素周期表的一個全新的時期。

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