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为什么最近发现的4个化学元素都是人造元素?

来源:未知作者:王兵 点击:所属专题: 元素发现
最新出炉的元素周期表中的第七周期中的化学元素已经被人类正式全部发现,雄心勃勃的各国科学家团队开始虎视眈眈,希望在新的第八周期上留下永久闪亮的名字。细心的读者可能已经注意到一个很奇怪的现象:这些新近发现的化学元素大部分都是人造的元素,他们都不是在地球的矿藏

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为什么最近发现的4个化学元素都是人造元素?

最新出炉的元素周期表中的第七周期中的化学元素已经被人类正式全部发现,雄心勃勃的各国科学家团队开始虎视眈眈,希望在新的第八周期上留下永久闪亮的名字。细心的读者可能已经注意到一个很奇怪的现象:这些新近发现的化学元素大部分都是人造的元素,他们都不是在地球的矿藏里被人发现的,而是在实验室被人创造发明出来的。


为什么这些新的化学元素不是天然存在于矿藏而产生于实验室内呢?要回给这个问题,我们需要探测一下原子的结构。大家都知道,原子是由带负电荷的电子和带正电荷的原子核组成的,而原子核是由带正电荷的质子和呈电中性的中子构成的。除氢(H)原子以外的所有原子核内部,多个质子均带有相同的正电荷,因而会出现同性相斥的电磁力,质子和质子会相互排斥而在原子核内出现同室操戈的局面;所幸的是,原子核内还存在着与质子数量相同或更多的中子,而在中子和质子之间,却存在着一个相互吸引的核力,这个相互吸引的核力能使得质子和中子相互紧密地吸附在一起。当相互吸引的核力大于相互排斥的电磁力时,原子核内的各个质子包括中子自然能相安无事而相互吸引在一起,共同维护原子核的完整性而不会出现支离破碎分离崩塌的现象。


当原子序数逐渐增大,原子核内部的质子数和中子数量也会相应搞高,同时中子和质子的数量比例也由最初的1:1逐渐提高到1:1.5以上。由于电磁排斥力具有远程叠加的特点,各个质子之间的电磁排斥力会随着质子数量的增加而越来越大;虽然质子与中子之间的核力吸引力也会有所增加,但核力的远程叠加能力远没有电磁力强,其吸引力只局限于邻近质子和中子之间的邻近区域,困而其吸引力增加的速度远没有电磁排斥力这么快。其结果是:当原子序数开始大于铅原子(Pb,原子序数82)时,原子核内的核力吸引力开始逐渐小于其电磁排斥力,致使原子核呈现不稳定状态,开始出现分裂衰变现象:多余的质子和中子就会不断地从原子核内部自发地被分离出来,以便达到减少电磁排斥力维护原子核的稳定性的目的,而被发射出来的质子和其它物质就是我们非常熟悉的放射线!


从理论上讲,比铅元素更大的化学元素都是质子核不稳定的放射性元素,在自然界中就会不断地衰变,释放出各种射线直至达到稳定状态。原子序数越大,质子数量越多,其衰变的速度也越快,因而在自然界中天然存在的这种高序数元素自然也越来越少,要发现和研究这类高序数元素也只能在实验室中在人工控制的条件下才有可能,这就是为什么最近发现的新的化学元素极大部分均是人造元素的原因。


在苛刻的实验室条件下,当二个原子在高速粒子加速器内运行至极大的速度时并相向迎头碰撞,有可能会将两个原子核融合成一个较大的原子核,从而创造出一个新的高序数重原子量的新化学元素,这就是当今创造发明发现一个新元素的常用方法。


由此可见,要创造和发现新的高序数化学元素,是一件非常不容易的任务,这需要一个国家极高的科技综合实力,巨大的财政投入和各方的通力合作。虽然困难,但成功后的收获也是极其受人尊重的:发现一个新的化学元素无异于获得一次诺贝尔/奥林匹克国家团体科技金奖!

(责任编辑:化学自习室)
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