素周期表是否有边界-不断扩展会出现奇怪现象( 二 )


对于较轻元素,如碳或氧,这种稳定的比例恰好是1:1,较重元素需要中子稍微超出 。宇宙的自然过程只能生成一定质量的元素 。最轻的五种元素,从氢到硼,大多是生成于宇宙大爆炸过程中 。更重的元素则只有生成于恒星中 。在恒星内部,极端的高温高压环境迫使较轻元素的原子核聚合于一起,这就是所谓的“核聚变” 。较大的恒星可以生成较重的元素,比如汞原子核中拥有80个质子 。不过 , 元素周期表中许多元素却是生成于恒星爆炸或超新星爆炸的剧烈环境中 。巨大的能量释放也可以完成新类型的聚变,如一种原子撞入另一种原子 , 从而生成像铀这样的元素,铀的质子数为92个 。
核聚变反应需要大量的能量,因为正电荷的原子核会排斥另一种原子核 。原子核必须要极速运动冲破这种障碍并合并在一起 。因此,铀是自然界拥有相当数量的最重元素,还没有发现自然过程能够生成比铀更重的元素 。科学家要想制造新的元素 , 就必须利用粒子加速器将需要对撞的原子加速到一个极高的速度,甚至要达到光速的十分之一 。这一目标在1939年实现了 。美国加州大学伯克利分校科学家生成了第93号元素,即镎 。两年后 , 这一研究团队又制造出第94号元素--钚 。科学家们很快发现,钚和铀一样会以极快的速度自发衰变,即核裂变,其大质量原子核会几乎一分为二,释放出巨大的能量 。这一重大发现很快被投入应用,这种在粒子加速器中生成的钚被用于制造了核武器,即1945年在日本长崎投放爆炸的原子弹--“胖子” 。钚的发现一直被当作军事秘密,直到第二次世界大战结束后 。

素周期表是否有边界-不断扩展会出现奇怪现象

文章插图
俄罗斯杜布纳联合核研究所内部 。
素周期表是否有边界-不断扩展会出现奇怪现象

文章插图
俄国著名化学家德米特里-门捷列夫发表了世界第一份元素周期表 。
第二次世界大战结束后,物理学家又开始寻找新的元素 。几十年来,美国关于此项研究的主要基地是伯克利,而现在大多数实验都已转移到了劳伦斯利福摩尔国家实验室 。俄罗斯方面的主要研究基地则是建于1956年的杜布纳联合核研究所 。最初,美国人在这场核竞赛中处于领先地位,因此第95、97、98号元素分别被称为镅(americium)、锫(berkelium)和锎(californium) 。但是其它的新元素的发现途径则完全不同,它们被发现于1950年代美国氢弹爆炸试验的废墟中 。这些元素是在剧烈的爆炸中由核弹中的铀聚合而成 。因此,第99号和第100号元素分别以核科学领域两位先驱的名字命名,即锿以著名科学家爱因斯坦命名,而镄则以著名物理学家恩里科-费米命名 。
随着冷战的加剧,美苏之间关于核科学研究的竞争更加激烈 。从1950年代末到1970年代初,伯克利和杜布纳联合核研究所科学家一直在争论究竟是谁最先生成了第102、104、105和106号元素 。国际纯粹与应用化学联合会对此做出了最终判决,直到1997年才将第104号元素鑪的发现者明确为伯克利,将105号元素??的发现者明确为杜布纳联合核研究所 。同时,第107号元素的竞争则是由杜布纳联合核研究所和新的对手之间进行,即德国重离子研究实验室,该实验室德文简称为GSI,位于达姆施塔特 。最终,两家单位都被认为是该元素的发现者 。
 
 
第117号元素原子核 。
素周期表是否有边界-不断扩展会出现奇怪现象

文章插图
铝原子的简单电子壳 。