元素發(fā)現(xiàn)的歷程
早在18世紀(jì)，人們?cè)诳茖W(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中就發(fā)現(xiàn)了氫、氮、鈦、鉻、銅等28種化學(xué)元素。到了19世紀(jì)，人們通過電解、化學(xué)分析和光譜分析等技術(shù)又發(fā)現(xiàn)了40多種元素。1869年2月，俄國化學(xué)家門捷列夫?qū)?dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的63種元素列成元素周期表，并留下一些空格，預(yù)示著這些元素的性質(zhì)。在元素周期表的指導(dǎo)下，人們“按圖索驥”找出了這些元素。
20世紀(jì)30～40年代，人們發(fā)現(xiàn)了92號(hào)元素，于是有人提出92號(hào)是否是周期表的最后—種元素。然而從1937～1967年間，科學(xué)家用人工合成法又把元素周期表尾巴拖到了第105號(hào)。這時(shí)又有人預(yù)言，105號(hào)元素該是周期表的盡頭了，其理由是核電荷越來越大，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)越來越大，質(zhì)子間的排斥力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過核子間力，導(dǎo)致它發(fā)生蛻變。然而不久，科學(xué)家又陸續(xù)合成了106～109號(hào)元素，這些元素存在的時(shí)間很短，如107號(hào)元素半衰期只有2微
秒，照此計(jì)算是否元素周期表到盡頭了?
然而，一切還沒有結(jié)束，1994～1996年間，德國科學(xué)家連續(xù)發(fā)現(xiàn)了第110～112號(hào)元素；1999年和2000年，科學(xué)家先后合成了114號(hào)和116號(hào)元素；2003年，又有了進(jìn)一步突破，美俄科學(xué)家成功合成了第113號(hào)和第115號(hào)元素。
迄今為止，元素周期表中的位置從1到115已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的元素填滿了，但現(xiàn)在已知自然界天然存在的元素只有94號(hào)元素钚之前的94種，其中钚和镎只有痕量存在，95號(hào)之后的超重元素都是科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中合成的，這些元素的壽命多數(shù)很短，而且似乎編號(hào)(原子序數(shù))越大，壽命越短。在115種元素中，前109種元素已有了自己的英文名稱、中文名稱和相應(yīng)的元素符號(hào)，110號(hào)之后的元素目前還沒有被命名。
現(xiàn)在，科學(xué)家又在向元素的未知領(lǐng)域進(jìn)軍，最近，俄美正計(jì)劃明年合成118號(hào)元素。這樣，一個(gè)問題被提出來了：化學(xué)元素可不可以無限發(fā)現(xiàn)呢?它的發(fā)展有沒有盡頭呢?
新元素的夢(mèng)想仍在繼續(xù)
在20世紀(jì)的中期曾有人斷言新的化學(xué)元素還可能會(huì)被發(fā)現(xiàn)，但數(shù)量不會(huì)超過10個(gè)，其理由是從93號(hào)元素以后都是人造的放射性元素(這些人造元素基本上是靠大型粒子加速器使一種元素的核“打入”另一種元素的原子核形成的)，而放射性元素都有一個(gè)共同的特性，那就是號(hào)碼越大，它的半衰期就越短(所謂半衰期，就是其一半原子核衰變成其他產(chǎn)物的時(shí)間)，所以極不穩(wěn)定。例如第92號(hào)鈾原子核能夠存在10億年，但人工制造的第98號(hào)元素“锎”的半衰期是470年；第99號(hào)元素“锿”的半衰期只有19．3日；到了第103號(hào)元素“鐒”的半衰期只有8秒鐘；而在1976年被原蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的107號(hào)元素半衰期還不到1毫秒；更有甚者，1996年由德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的112號(hào)元素只能存在0．00002秒。所以說號(hào)碼越大的元素壽命越短，這就使發(fā)現(xiàn)它們的機(jī)會(huì)越來越小，越來越難發(fā)現(xiàn)。
但這個(gè)預(yù)言顯然已經(jīng)落伍了，從那以后新發(fā)現(xiàn)的元素已經(jīng)超過10個(gè)，而且依據(jù)盧g前的發(fā)展勢(shì)頭，仍會(huì)有新的元素被發(fā)現(xiàn)。這是為什么呢?
原來物理學(xué)家很早以前就預(yù)測(cè)過，在這些不穩(wěn)定的超重元素的“海洋”中，一定存在一個(gè)“穩(wěn)定的原子島”，即一種原子其中子與質(zhì)子的數(shù)目和列呈特殊狀態(tài)，從而使其產(chǎn)生后能維持更長時(shí)間，不會(huì)立即衰變。因此，“元素號(hào)碼越大，它的半衰期就越短”這一結(jié)論并不一定適用于未被發(fā)現(xiàn)的所有元素。
魔幻般的元素“穩(wěn)定島”
從1969年起，理論物理學(xué)家就從理論上探索“超重元素”存在的可能性，他們認(rèn)為在原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)為某個(gè)特定數(shù)值或兩者均為這一數(shù)值時(shí)，原子核的穩(wěn)定性就比平均值大，這些數(shù)值被稱為“幻數(shù)”(即奇異的，有魔力的數(shù)字)，迄今已知的幻數(shù)有20、28、50、82、114、126、184。這就是由幻數(shù)構(gòu)成的超重元素穩(wěn)定島，因此，隨著原子序數(shù)的遞增，其原子核不一定不穩(wěn)定，在109號(hào)元素之后還能合成一大批元素。
功夫不負(fù)有心人。1999年，俄美科學(xué)家果真合成了114號(hào)超重元素。新元素的質(zhì)量數(shù)為289，生存時(shí)間竟達(dá)到30秒鐘。這項(xiàng)研究成果不僅為門捷列夫的化學(xué)元素周期表增添了一名新的成員，而更重要的是這一發(fā)現(xiàn)徹底否定了許多人認(rèn)為第105號(hào)元素之后的元素因其存在時(shí)間極短而難以合成的預(yù)言。
科學(xué)家的步伐并沒有停止。2003年，俄美科學(xué)家再次合成了第115號(hào)和113號(hào)超重元素，科學(xué)家們?cè)诶没匦铀倨鬟M(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，用具有20個(gè)質(zhì)子的鈣元素的同位素反復(fù)轟擊含95個(gè)質(zhì)子的镅元素，結(jié)果4次成功地制成了4個(gè)第115號(hào)元素的原子。這4個(gè)原子在生成數(shù)微秒后衰變成第113號(hào)元素，1．2秒后進(jìn)一步衰變成元素周期表上已知的第105號(hào)元素。
一些超重元素專家還預(yù)言，未來待發(fā)現(xiàn)的126號(hào)元素，也將會(huì)是一種極穩(wěn)定的超重元素。沒有人知道找到“穩(wěn)定島”元素后會(huì)發(fā)現(xiàn)什么，但找到“穩(wěn)定島”意味著在了解原子及其形成這一方面前進(jìn)了一大步，可能會(huì)掀起一場(chǎng)物理學(xué)革命。
未知的“新島嶼”
事物的發(fā)展并沒有完結(jié)，人類的認(rèn)識(shí)是無窮盡的?？茖W(xué)家根據(jù)理論推算，可以把元素周期表一直推到第218號(hào)元素，而更不可思議的是，根據(jù)計(jì)算，在現(xiàn)在尚未發(fā)現(xiàn)的超重島之外，還會(huì)有一個(gè)島外之島，即再下一個(gè)具有雙幻數(shù)的超超重元素——質(zhì)子數(shù)164、中子數(shù)318的第164號(hào)元素。在它周圍也還會(huì)有一批穩(wěn)定的核素，如果將來人們一旦征服了超重島，將有可能向這個(gè)超超重島進(jìn)軍遠(yuǎn)航。
據(jù)計(jì)算，164號(hào)元素衰變一半所需的時(shí)間將是以億年計(jì)算的，如果這種計(jì)算準(zhǔn)確，就有可能從自然界中找到它們。它們的性質(zhì)與自然界中最穩(wěn)定的鉛相類似，它們的核卻蘊(yùn)藏著巨大的核能，據(jù)估計(jì)，它們的能量將比現(xiàn)在已問世的氫彈爆發(fā)的能量還大千萬倍，但卻沒有原子彈、氫彈那種對(duì)人類造成的雪崩式輔射的威脅，它們對(duì)人類的和平能源貢獻(xiàn)將是無比巨大的，如果有朝一日人們真的找到了或合成了它們，那將會(huì)是多么激動(dòng)人心啊!
然而，能否不斷合成新元素至今還是一個(gè)謎案，科學(xué)家將上天(如到月球)入地(如海底)或反復(fù)在粒子加速器中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，企圖合成新元素，其結(jié)果將會(huì)如何，人們正拭目以待。
有趣的是，有些科學(xué)家還提出元素周期表還可以向負(fù)方向發(fā)展，這是由于科學(xué)上發(fā)現(xiàn)了正電子、負(fù)質(zhì)子(反質(zhì)子)，在其它星球上是否存在由這些反質(zhì)子和正電子以及中子組成的反原子呢?這種觀點(diǎn)若有一朝被實(shí)踐證實(shí)，周期表當(dāng)然可以出現(xiàn)核電荷數(shù)為負(fù)數(shù)的反元素，負(fù)向發(fā)展也就順理成章了。
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