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元素周期表 迎来4位“新朋友”

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元素周期表 迎来4位“新朋友”

澳门皇冠800在线:澳门皇冠800在线 发布日期:2016-06-13 查看:
 

   6月8日晚,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)正式公布了4种新发现元素的名称:113号元素Nihonium(Nh),115号元素Moscovium(Mc),117号元素Tennessine(Ts)和118号元素Oganesson(Og)。它们有5个月的“公示期”,如无明显反对,今年11月起,这四个名字将正式启用。

   4种元素即将入列元素周期表是件颇具象征意义的科研成果:这意味着现有元素周期表的七个周期已全部被填满,如果能够发现更高原子序数的元素,它将位列第八甚至第九周期。超重元素是否存在上限?稳定岛假说是否成立?也许大家正接近答案。

   “撞”出新元素

   113号元素Nihonium澳门皇冠800在线于日本国名的日语发音Nihon;115号元素Moscovium由俄罗斯首都莫斯科的英文Moscow加后缀ium组成;117号元素Tennessine澳门皇冠800在线于美国田纳西州(Tennessee);118号元素名为Oganesson,以致敬俄罗斯科学家尤里·奥加涅相(Yuri Oganessia)——这位老人领导合成了6种人造元素。

   其中,113号元素是首次由亚洲国家发现的元素,它的发现者、日本理化学研究所森田浩介团队曾考虑用Japonium(澳门皇冠800在线于日本的英文Japan)、Rikenium(理化学研究所)或Nishinanium(日本近代物理奠基人仁科芳雄)来命名,但最终选择了Nihonium。森田团队在给IUPAC的说明中说明说,福岛核泄漏后,有民众不再相信科学,他们希翼让民众重燃对科学的骄傲与信念。

   某种意义上说,“发现”新元素更可以说是“创造”新元素。在自然界中,只存在90种元素,已知其余的28种,只诞生于实验室。截至目前,世界上只有美国、俄罗斯、德国等少数几个国家能够开展人造元素合成实验,一方面是技术门槛极高,另一方面是花费巨大。

   合成人造元素的原理听起来不复杂——撞击:科学家们用加速器将离子加速,轰击重离子靶,这种方法有很小的概率命中目标,“撞出”新元素来。新元素在极短的时间里衰变(森田团队首次合成的质量数为278的Nihonium同位素半衰期仅为0.24毫秒),科学家依据其衰变产物来判断是否产生新元素。

   用来撞击的“子弹”和“靶子”也是极其珍贵。以117号元素Tennessine诞生为例,它的“靶子”是97号元素锫,数据显示,从1967年至今,在美国生产的锫元素刚刚超过1克,称其价值连城并不为过。

   2008年,为了给Tennessine实验制造“靶子”,美国橡树岭国家实验室用了大半年时间制得22.2毫克的锫249,这些“靶子”被运至俄罗斯,在加速器中经亿万次轰击,最终得到了两种Tennessine的同位素。

   命名权竞赛

   一种新元素,从发现到正式命名,需要经过多次实验确认,这其间甚至可能间隔十数年甚至更长。一个共识是,一个实验发现了新元素,需要由另一个实验室成功重复该项试验,才可获得承认。2004年7月,森田浩介使用铋209锌70之间的冷融合反应,合成了Nihonium。随后,森田团队两次合成了该元素,进一步证实了实验的可靠性。

   另一方面,早在2003年8月,奥加涅相领导的俄美联合团队就宣布探测到了113号元素——他们的方法是先产生了115号元素Moscovium,然后由其衰变得到Nihonium,不过IUPAC认为该实验并未符合“发现元素”的标准。。

   值得一提的是,位于兰州的中国科学院近代物理研究所通过对 266的衰变特性进行研究,佐证了日本团队的实验。能够命名一种元素无疑是特殊的荣耀,对于新元素的合成,各国实验室之间的竞争非常激烈,很多时候是数家实验室同时独立完成实验,而决定命名权的,就是IUPAC。

   以第105号元素为例,苏联团队建议名称Nielsbohrium,以纪念丹麦核物理学家尼尔斯·玻尔;而美国团队则提出把新元素命名为Hahnium,以纪念德国化学家奥托·哈恩。直到1997年,各方才达成妥协统一了命名,结束了这场元素命名之战。

   寻找稳定岛

   一般认为,元素序数越大,半衰期越短,即序数越大的元素,存在时间越短。不过,到20世纪中叶,科学家提出了稳定岛假说,认为量子效应会使得某些较重的原子拥有较长的半衰期。

   20世纪60年代末,丹麦物理学家S·G·尼尔松通过计算预测称,114号元素 的同位素 298即是一个稳定岛,甚至,在其附近能存在一个由成百个超重核组成的稳定岛。但迄今为止科学家并未能得证实此预测。

   不过,俄罗斯科学家对114号和116号元素衰变过程中释放出来的α射线的能量和各种同位素寿命的测定结果表明,整个衰变过程与稳定岛假说相吻合。而在合成115号元素时,得到的105号元素 的同位素 270,半衰期竟然达到23.15小时,成为稳定岛假说的另一佐证。

   除了寻找稳定岛,合成超重元素的另一个目的在于探寻超重元素的极限。从理论上说,随着质子数不断增加,质子间库仑斥力将快速上升,最后超过强相互作用力,使得原子核“解体”。北京大学物理学院教授孟杰认为:“原子核电荷和质量的上限不仅对原子核结构,而且对理解宇宙和恒星的结构及其演化有十分重要的意义。"

   2010年,在成功合成第117号元素后,奥加涅相曾说过这样一段话:“大家研究出了这种新元素,但可能无法确知它将会被用于何处。或许未来的科学家会发现它具有广阔的应用前景,但对于我来说,它的未来将是一个谜,我想,这也就是科学发现的魅力吧。”

   南方日报驻京记者 王诗堃

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