元素周期表或迎来新成员

叶子

最贵金属轰出117号元素

前不久，总部位于莫斯科郊外的杜布纳联合核研究所，首次成功合成了117号新元素——在实验室人工创造的最新的超重元素。按国际纯粹与应用化学联合会要求，杜布纳联合核研究所需再次合成该元素，之后它才能正式被批准加入元素周期表。

可喜可贺的是该科研小组最近再次成功合成117号元素，为该元素加入元素周期表做了铺垫。据此科研小组的带头人、俄罗斯科学院院士介绍，尽管合成新元素的项目汇聚了诸多世界知名科研机构，但合成也绝非易事。

1869年问世的门捷列夫元素周期表是宇宙的基本规律之一，也为人类认识自然提供了一把刻度精准的尺子。而自然界中不存在原子数超过92的元素，原子数超过92的重元素，只能在核反应堆中人工合成，原子数超过100的重元素，则只能通过离子加速器，用轰击重离子靶的方式获得。在加速器中发“弹”射“靶”，“弹”“靶”交合，才能孕育出新元素。

“117号元素的诞生让我们触碰到了现在科技可能实现的领域边缘。”117号元素的制成得到了澳大利亚国立大学许多知名教授的肯定，他们也是这项研究的研究人员之一。“117号元素的四种原子已经得到确认，我们有充足的理由相信联合会会认可117号元素加入元素周期表。”他们说。

就像上文提到的一样，117号元素是一种相当重的元素，约比铅元素重40%。这项研究在确认新元素存在方面非常成功，但是研究者说类似这种实验总体上很少有成功的。

新实验再次验证新元素

德国亥姆霍兹重离子研究中心利用新实验，又一次成功证实了117号元素的存在，这项实验有欧洲、美国、印度、澳大利亚和日本等国研究人员参与。他们在离子加速器中，用钙离子轰击放射性元素锫，成功生成117号元素。117号元素很快又衰变成115号元素和113号元素。

而杜布纳联合核研究所使用离子回旋加速器，用由20个质子和28个中子组成的钙48原子，轰击含有97个质子和152个中子的锫249原子，生成了6个拥有117个质子的新原子，其中的5个原子有176个中子，另一个原子有177个中子。有意思的是，实验所需的锫249原子也是一种人工合成金属。由于锫元素非经核反应堆而不可得，俄罗斯媒体称它为世间最昂贵的金属，每克价值超过千万美元。

简单地说，科学家通过融合较轻的原子核，在原子核内质子数目满足条件时停止融合，才得到了新元素117号。举个例子，科学家用大量高速钙离子轰击锫原子（原子序号97），锫原子和钙原子相融合形成117号元素。然而，117号元素仅仅存在若干分之一秒就开始衰变。我们知道原子序号超过104的元素在自然界都无法存在，只能在实验室中合成，现在看来新的117号元素要出现在元素周期表上，可能只是时间问题。

这一成果发表在近期的《物理学评论通讯》上。研究人员接下来会把成果提交给国际纯粹与应用化学联合会审核，该联合会将决定是否还需进一步验证。如果审核通过，该联合会还将决定，到底是杜布纳联合核研究所还是亥姆霍兹重离子研究中心，拥有117号元素的命名建议权。

证实“稳定岛”的存在

104号元素及以后的元素被称为“超重元素”，寿命更加短暂，迄今为止，所有的超重元素均为人工合成。虽然114号和116号元素被发现存在，但的确会发生衰变，到现在也没人看过其“真面目”。114号元素在出生半秒钟后，就会衰变为112号元素，也叫“哥白尼”元素，而116号元素寿命仅有几毫秒。

不过按照已提出几十年的“稳定岛”理论（20世纪60年代，理论物理学家预言，在质子数为114和中子数为184的双“幻数”球形核附近，存在一个“超重稳定岛”，岛内的元素具有超常寿命），新合成的元素由于越来越重，会变得更加稳定，存在的寿命也随之延长。虽然目前在矿物、岩石等样品中没有找到超重元素，但持乐观态度的核化学家认为，稳定岛的存在是无疑的。

近年来科学家合成了113、114、115、116、118号元素等一系列超重元素。而成功合成117号元素，按照德国亥姆霍兹重离子研究中心科学主管霍斯特·施托克尔的评价，是“通往生产与探测位于‘稳定岛上的超重元素的重要一步”。

元素周期表是否有尽头

目前，118号元素被视为元素周期表的尽头，毕竟，元素的半衰期已经短到以毫秒计算了。

超重元素的大小是否有极限？依据相对论的一项简单计算，电子无法被拥有超过137个质子的原子核束缚。更加复杂的计算也证实了这个极限。然而，来自德国法兰克福歌德大学的核物理学家沃尔特·格雷纳却坚持认为：“元素周期表绝对不会在第137号元素前止步不前。事实上，它永无止境。”

元素周期表中102号“住户”被命名为“诺贝尔”，112号则是“哥白尼”。就在2011年6月以前，原子量为285的“哥白尼”还是最重的元素。不过2011年6月6日，超重元素114号和116号正式成为元素周期表的一员，原子量分别为289和292。

从门捷列夫将当时已知的63种化学元素按原子量大小排列成表开始，为元素周期表寻找新成员，就成为一项重要的课题。

最初，化学家们认为自然界存在92种天然元素。1942年，大名鼎鼎的92号元素铀被发现，周期表似乎走到了终点。可随后，人们又一鼓作气地找出了13种新元素。有人断言，105号元素就是“真正的尽头”，毕竟核电荷越来越大，质子间的排斥力将远远超过核子间的作用力，会导致它发生衰变。

不过，这个“断言”没能维持几年就被打破了，114号和116号元素很快就出现了。endprint