網上隨便一搜,都能找到很多元素集齊元素周期表的玩家,在玻璃櫥窗後按周期表的排列,非常震撼,但只要各位仔細看一看,大致也就到鈾元素為頂級了,那麼從理論上來看,如果不惜一切代價的話,能集齊元素周期表嗎?
關於元素發現的歷史我們就不瞎扯淡了,估計大家都心裡有點B數,差不多可以這樣理解,鍊金術是現代化學的開始,而化學則是發現元素的開始,是不是很有趣哈,鍊金術居然還是鼻祖!
原子是元素參加化學反應最小的單位,所以元素之間的差別就是原子屬性的差異,金元素和鐵元素之間的差別就是它們一個是金原子,另一個是鐵原子,那麼同樣都是最小的反應單位,兩者的區別到底是什麼呢?
金原子
金原子的原子序數是79,因此它的質子數數量是79個,中子數是118,所以這種金元素還可以用Au197來表示這種穩定的同位素,這個197是質子數+中子數,金元素還有Au195,196,198,199這些同位素,除了Au197外,其他同位素都是不穩定的。會在數天內衰變!
鐵原子的原子序數是26,它的質子數是26個,中子數是30個,除了Fe56以外,還有Fe54、55、57、58、59、60等同位素,其中Fe54、55、59、60是不穩定元素,會在數十天到數萬年甚至萬億億年不等的時間內衰變!
所以決定元素類型的關鍵是質子數量的差異,而中子數多少呢還會決定元素的同位素性質,它還可能造成元素的不穩定性而導致衰變,但因其衰變也不只是中子數,質子數也很關鍵。當然也不要忘了電子,不過電子排布卻不會影響元素屬性,只是會影響元素的化學性質。
那麼,元素是無限的嗎?
我們了解了質子數決定序號,中子數改變同位素,那麼是不是可以無限疊加成幾千號的元素呢?其實不行,因為質子和質子之間是通過強力結合起來的,它的作用範圍要求非常高,而質子到帶正電,除了強力的吸引之外,電磁力是排斥的,而且電磁力可以無限疊加,因此質子摞多了就需要中子來協調一下!
但中子多了也不穩定,所以這些元素中質子數和中子數結合起來穩定的就是穩定元素帶,而超出在這條線兩側都不穩,而在質子數或中子數為幻數,或者二者取值均為幻數時,原子核會顯示出較高的穩定性。什麼是幻數呢?就是原子核中的質子數和中子數在某個特定值時會表現特別穩定。
已知的幻數有2、8、20、28、50、82、126,當然126還不確定是否存在,也不知道是否有這號元素,只是從理論上來看它是穩定的!自然界廣泛存在的氦、氧、鈣、鎳、錫、鉛元素的質子或中子數分別與2到82的幻數相對應,所以這些元素都很穩定。而質子數82、中子數126的鉛同位素208Pb,就具有雙幻數,顯得異常穩定!
有了上面這些知識的鋪墊,我們就可以來一本正經的胡說八道一下了,看看能不能集齊元素周期表,到底需要多少錢!
從1號氫元素到92號鈾元素,自然界中儘管含量不一,價值也有高低,但只要捨得花錢,肯定能搞到的,那麼在這些元素中哪個最貴呢?
這還用問,肯定是黃金啦!其實還真不是,它只能說是貴金屬,而不是最貴的金屬,比如它就比不上稀有金屬銠(45號)、鑭(57號)、鑥(71號),這些金屬的價格已經超過了600元/克,而9月21日的紐約黃金買入價不過419.28/克!
國際黃金價格
而鈧(21號)大概就超過了2000元/克,鈾(92號)則在2000-3000元/克,死命貴的鈽(94號)(自然界痕量,都會人工製造)則超過2萬元/克,這個價格是不是讓人咋舌?
其實還遠不至此,還有貴到超級離譜的,因為鉲(98號元素)的價格無法估量,1950年在加州大學用α粒子撞擊鋦96號)得到了鉲元素,而數量則僅僅是幾千個鉲原子而已,如果要算一克價格的話,估計千萬美元也不夠!
那麼用錢就能買到所有元素嗎?
未必,比如上文中92號以後的元素都是會衰變的,簡單的說它現在是這種元素,但過一陣子後就不是這種元素了,這是不是很要命?不過這些元素問題還不是特別大,因為它們的半衰期也不是特別短,還是具有一些時間!
超鈾元素的半衰期
在鉲元素時還有900年半衰期,其實也足夠我們展示了,但繼續往上,鑀元素就很不幸了,只有276天,只有就只有一半了,然後再....再....就快消失不見了!
雲室中的鈾衰變
到了104號就有點過分了,只有一分鐘,再往後越來越過分40秒,0.9秒,然後再是毫秒級別,算了吧,再有錢也折騰不起,買回來還沒到家就衰變成其他元素了!所以從這個角度來說,再有錢也買不到元素周期表的所有元素。
一般來說如果集滿92號鈾元素之前的所有元素,那必定是齊了,極其稀有的估計也只能裝裱下了,你可以告訴大家這個裡面含有幾個鉲原子,反正誰都無法證偽那裡沒有!