元素周期表或迎來新成員

葉子

最貴金屬轟出117號元素

前不久，總部位于莫斯科郊外的杜布納聯合核研究所，首次成功合成了117號新元素——在實驗室人工創造的最新的超重元素。按國際純粹與應用化學聯合會要求，杜布納聯合核研究所需再次合成該元素，之后它才能正式被批準加入元素周期表。

可喜可賀的是該科研小組最近再次成功合成117號元素，為該元素加入元素周期表做了鋪墊。據此科研小組的帶頭人、俄羅斯科學院院士介紹，盡管合成新元素的項目匯聚了諸多世界知名科研機構，但合成也絕非易事。

1869年問世的門捷列夫元素周期表是宇宙的基本規律之一，也為人類認識自然提供了一把刻度精準的尺子。而自然界中不存在原子數超過92的元素，原子數超過92的重元素，只能在核反應堆中人工合成，原子數超過100的重元素，則只能通過離子加速器，用轟擊重離子靶的方式獲得。在加速器中發“彈”射“靶”，“彈”“靶”交合，才能孕育出新元素。

“117號元素的誕生讓我們觸碰到了現在科技可能實現的領域邊緣。”117號元素的制成得到了澳大利亞國立大學許多知名教授的肯定，他們也是這項研究的研究人員之一。“117號元素的四種原子已經得到確認，我們有充足的理由相信聯合會會認可117號元素加入元素周期表。”他們說。

就像上文提到的一樣，117號元素是一種相當重的元素，約比鉛元素重40%。這項研究在確認新元素存在方面非常成功，但是研究者說類似這種實驗總體上很少有成功的。

新實驗再次驗證新元素

德國亥姆霍茲重離子研究中心利用新實驗，又一次成功證實了117號元素的存在，這項實驗有歐洲、美國、印度、澳大利亞和日本等國研究人員參與。他們在離子加速器中，用鈣離子轟擊放射性元素锫，成功生成117號元素。117號元素很快又衰變成115號元素和113號元素。

而杜布納聯合核研究所使用離子回旋加速器，用由20個質子和28個中子組成的鈣48原子，轟擊含有97個質子和152個中子的锫249原子，生成了6個擁有117個質子的新原子，其中的5個原子有176個中子，另一個原子有177個中子。有意思的是，實驗所需的锫249原子也是一種人工合成金屬。由于锫元素非經核反應堆而不可得，俄羅斯媒體稱它為世間最昂貴的金屬，每克價值超過千萬美元。

簡單地說，科學家通過融合較輕的原子核，在原子核內質子數目滿足條件時停止融合，才得到了新元素117號。舉個例子，科學家用大量高速鈣離子轟擊锫原子（原子序號97），锫原子和鈣原子相融合形成117號元素。然而，117號元素僅僅存在若干分之一秒就開始衰變。我們知道原子序號超過104的元素在自然界都無法存在，只能在實驗室中合成，現在看來新的117號元素要出現在元素周期表上，可能只是時間問題。

這一成果發表在近期的《物理學評論通訊》上。研究人員接下來會把成果提交給國際純粹與應用化學聯合會審核，該聯合會將決定是否還需進一步驗證。如果審核通過，該聯合會還將決定，到底是杜布納聯合核研究所還是亥姆霍茲重離子研究中心，擁有117號元素的命名建議權。

證實“穩定島”的存在

104號元素及以后的元素被稱為“超重元素”，壽命更加短暫，迄今為止，所有的超重元素均為人工合成。雖然114號和116號元素被發現存在，但的確會發生衰變，到現在也沒人看過其“真面目”。114號元素在出生半秒鐘后，就會衰變為112號元素，也叫“哥白尼”元素，而116號元素壽命僅有幾毫秒。

不過按照已提出幾十年的“穩定島”理論（20世紀60年代，理論物理學家預言，在質子數為114和中子數為184的雙“幻數”球形核附近，存在一個“超重穩定島”，島內的元素具有超常壽命），新合成的元素由于越來越重，會變得更加穩定，存在的壽命也隨之延長。雖然目前在礦物、巖石等樣品中沒有找到超重元素，但持樂觀態度的核化學家認為，穩定島的存在是無疑的。

近年來科學家合成了113、114、115、116、118號元素等一系列超重元素。而成功合成117號元素，按照德國亥姆霍茲重離子研究中心科學主管霍斯特·施托克爾的評價，是“通往生產與探測位于‘穩定島上的超重元素的重要一步”。

元素周期表是否有盡頭

目前，118號元素被視為元素周期表的盡頭，畢竟，元素的半衰期已經短到以毫秒計算了。

超重元素的大小是否有極限？依據相對論的一項簡單計算，電子無法被擁有超過137個質子的原子核束縛。更加復雜的計算也證實了這個極限。然而，來自德國法蘭克福歌德大學的核物理學家沃爾特·格雷納卻堅持認為：“元素周期表絕對不會在第137號元素前止步不前。事實上，它永無止境。”

元素周期表中102號“住戶”被命名為“諾貝爾”，112號則是“哥白尼”。就在2011年6月以前，原子量為285的“哥白尼”還是最重的元素。不過2011年6月6日，超重元素114號和116號正式成為元素周期表的一員，原子量分別為289和292。

從門捷列夫將當時已知的63種化學元素按原子量大小排列成表開始，為元素周期表尋找新成員，就成為一項重要的課題。

最初，化學家們認為自然界存在92種天然元素。1942年，大名鼎鼎的92號元素鈾被發現，周期表似乎走到了終點。可隨后，人們又一鼓作氣地找出了13種新元素。有人斷言，105號元素就是“真正的盡頭”，畢竟核電荷越來越大，質子間的排斥力將遠遠超過核子間的作用力，會導致它發生衰變。

不過，這個“斷言”沒能維持幾年就被打破了，114號和116號元素很快就出現了。endprint