元素到底有多少种?宇宙中的其它地方有没有地球上没有的元素,这都是大家十分关心的话题,毕竟除了月球以外,还没有什么物质从别的星球带回来,这两个问题有答案吗? 门捷列夫的元素周期表元素周期表是俄国化学家德米特里·门捷列夫在1869年发布的,不过在门捷列夫以前,早已有科学家试图对元素的周期特性做一个归纳,但都没有门捷列夫那么全面,不过现在的元素周期表和门捷列夫当年发布的也有不少差异。 门捷列夫将将元素按原子量横向或纵向排列,并在元素的化学性质开始出现重复时另起一行,另外还在周期表中的未知元素未知留下空缺,另一个是同族元素应具有相似性质,他会不按原子量的大小去安放元素,并且根据元素的热容量大胆修正钍和铀的原子量! 在后来根据门捷列夫的元素周期表预言的元素被发现,以及铀和钍的原子量被证实使得门捷列夫的元素周期表被科学界所广泛接受。1911年卢瑟福发现原子核后,科学家发现元素的整数核电荷数与其在周期表的排名相同,1913年,亨利·莫塞莱在X射线光谱实验中证实这一发现,确定每个元素的核电荷数,原子的核电荷数等于其质子数,并决定每个元素的原子序数。 元素和元素之间的差异究竟有什么决定的?上文中亨利·莫塞莱发现元素的序号和核电荷数一致,其实就是是质子数,因为组成原子核有两种粒子,一种是质子,带正电,一种是中子,而中子不带电,所以亨利·莫塞拉的发现就决定了元素的属性! 决定元素物理和化学属性的总共有三个要素,第一个是质子数,直接决定元素序号,第二个则是中子数,它会让元素成为另一种化学属性几乎相同的同位素,还有一种则是核外电子数,和元素的质子数一起决定了元素是金属还是非金属,是活泼还是不活泼! 元素是怎么来的? 所有的元素都是从氢元素转变而来的,当然氢元素诞生于宇宙大爆炸,这个过程就不展开了,下文主要讨论氢如何变成其它元素! 氢元素只有一个质子,它无法直接结合成两个质子的氦,需要其中一个质子经过漫长的能量吸收过程变成中子,然后在和质子一起结合成氘,接下来氘才能和氢一起聚变成氦-3,最后氦三和氦三聚变成氦四,外加两个氢原子! 这就是太阳上正在发生的过程,以太阳这颗恒星的温度,最多到碳和氧,不过比太阳大质量的恒星会继续变成更重的元素,从氦四后的过程如下: 氦-4 → 铍-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 镁-24 → 硅–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56 其余的元素在红巨星内部会通过慢中子捕获,以及超新星中的快中子捕获获得更重的元素,比如黄金和更重的放射性元素等!自然界能大量存在的最大序号元素是铀(比如镎和钚在自然界中痕量存在),它最常见的同位素是铀-235和铀-238。 之后的元素都是微量或者是人造元素 有没有比118号更大的元素?如何制造重元素?上文说的红巨星内部的慢中子捕获和超新星的快中子捕获就是,它的原理不复杂,一个原子和捕获中子后,可能不稳定,中子会经过β衰变成质子,最后得到的元素将会变成元素序号+1的新元素,它可以一直累加,但太多的质子和中子堆在一起会不稳定,当然中子数是元素变成放射性同位素的首要原因,这些放射性同位素会衰变。 当然也可以通过这种手段制造短时间内存在的超铀元素,或者用质子加速器去撞击另一种原子核,让两者聚合在一起形成新的元素,能形成什么元素那就鬼知道了,只是让某些组合可能会形成新元素的方向努力,接下来就是花老大的钱去撞击,产生一丢丢元素! 这些元素无法稳定存在,大致上元素序号越高,存在的时间就越短,所以后面的人造元素就是小时、分钟、秒、毫秒级的存在,比如118号元素Oganesson它的半衰期只有,它最稳定的同位素Og-295,半衰期为181毫秒! 稳定岛理论 上文我们说了一个事实,中子是导致原子核不稳定的罪魁祸首,很多稳定的元素的同位素具有放射性,就是中子数过多所致,而质子数过多,也会不稳定,就是高序号元素都是放射性元素! 但同时还有一个非常有趣的事实,当原子核中的质子和中子数为幻数或者两者均为幻数时,原子核表现会特别稳定!已经发现的幻数有2(氦)、8(氧)、20(钙)、28(镍)、50(锡)、82(铅)以及126(?),这126号元素是处在放射性元素中的理论稳定元素! 而118号元素都半衰期已经在毫秒内,但稳定岛理论预言126号元素是稳定存在的,所以科学家都在削尖脑袋制造126号元素,但迄今为止,除了118号元素外,还未能再前进一步,甚至预言中的119和120号元素还在天上飞呢! 当然根据精细结构常数推测出的稳定元素是137号,而以电子不可超过光速理论极限的序号是172号,但这些元素似乎距离我们太远了,即使是126号元素也还遥遥无期!但我们有理由相信,元素肯定不会止步于118号,只是我们需要更巧妙的方式来制造这些超重元素。 |
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