人造元素
人造元素
人造元素是指用人工方法製造的某元素同位素。有些元素因為半衰期太短,在自然界的丰度非常小,因此,必須用人工方法製造。人造元素一般用加速器或核反應堆通過一定的核反應而生成。人造元素都是放射性元素,它們除不穩定性和放射性外,與相應的天然元素具有相同的化學和物理性質。
最先是通過人工核反應合成並被鑒定的元素。
它們都是放射性元素,包括鎇(Am)、鋦(Cm)、錇(Bk)、鐦(Cf)、鎄(Es)、鐨(Fm)、鍆(Md)、鍩(No)、鐒(Lr)、釒盧(Rf)、釒杜(Db)、釒喜(Sg)、釒波(Bh)、釒黑(Hs)、釒麥(Mt)、鐽(Ds)、錀(Rg)、鎶(Cn)、113號元素、鈇(Fl)、115號元素、鉝(Lv)、117、118號元素(95~118號元素,共24種)。以後數十年間,人們陸續合成了十幾種超鈾元素,進一步發展了元素周期系。鈈239(239Pu)用作核燃料;其他超鈾元素可用於放射性示蹤劑、核熱源、核電池和中子源等方面。
人造元素的關鍵是用某種元素的原子核作為“炮彈”來轟擊另一種元素的原子核,當它的能量足以“擊穿”原子核的外殼並熔合成新核時,質子數改變,新元素也就產生了。
質子數的改變嚴格地遵從加法原則,如用硼(原子序數為5)轟擊鐦(原子序數為98),得到103號元素鐒(1961年);用鉻(原子序數為24)轟擊鉛(原子序數為82)得到106號元素釒喜(1974年)。
元素周期表成了核物理學家手中的一張十分特殊的加法表。不過,實現核反應遠非做加法那樣輕而易舉,要有昂貴的特殊實驗裝置(如回旋加速器)和高超的實驗技術。
原子序數 | 元素名稱 | 元素符號 | 發現者/發現國/發現機構 | 發現年代 | 半衰期 |
43 | 鍀 | Tc | 西格雷,佩里埃 | 1937 | Tc97 260萬年 |
61 | 鉕 | Pm | 馬林斯基等 | 1945 | Pm145 18年 |
98 | 鐦 | Cf | 西博格,吉奧索等 | 1950 | Cf251 900年 |
95 | 鎇 | Am(紀念在美國發現) | 西博格,吉奧索 | 1944 | Am243 7370年 |
96 | 鋦 | Cm | 西博格,吉奧索 | 1944 | Cm247 1.54×107年 |
97 | 錇 | Bk(紀念貝可勒耳) | 西博格,湯普生等 | 1949 | Bk247 1400年 |
99 | 鎄 | Es(紀念愛因斯坦) | 西博格,吉奧索 | 1955 | Es252 276天 |
100 | 鐨 | Fm(紀念費米) | 西博格,吉奧索 | 1955 | Fm257 82天 |
101 | 鍆 | Md(紀念門捷列夫) | 吉奧索 | 1955 | Md258 55天 |
102 | 鍩 | No(紀念諾貝爾) | 弗列羅夫等 | 1957 | No259 58分鐘 |
103 | 鐒 | Lr(紀念勞倫斯) | 吉奧索 | 1961 | Lr260 3分鐘 |
104 | (釒盧) | Rf | 弗列羅夫,吉奧索 | 1964,1968 | ~1分鐘 |
105 | (釒杜) | Db | 弗列羅夫,吉奧索 | 1970,1970 | ~40秒 |
106 | (釒喜) | Sg | 美,蘇 | 1974 | ~0.9秒 |
107 | (釒波) | Bh(紀念玻爾) | 聯邦德國 | 1981 | ~10-3秒 |
108 | (釒黑) | Hs | 聯邦德國 | 1984 | ~10-3秒 |
109 | (釒麥) | Mt(紀念梅特納) | 聯邦德國 | 1982 | 5×10-3秒 |
110 | (釒達) | Ds(原稱Uun) | S.Hofmann等 | 1~2.4毫秒(Ds271) | |
111 | 錀 | Rg | 1~3.5毫秒(Lr272) | ||
112 | 鎶(?) | Cn | 德國重離子研究中心 | 1996 | |
113 | 尚未翻譯 Nihonium | Uut/ Nh | 日本 | 1998 | 30s |
114 | 鈇 | Fl | 核研究聯合研究所 | 1998 | 2.6s |
115 | Moscovium | Uup Mc | 尤里。奧加涅相研究小組 | 2004 | 60s |
116 | 鉝 | Lv | 核研究聯合科研所 | 2000 | 60ms |
117 | 尚未翻譯 Tennessine | Uus Ts | 勞倫斯利弗莫爾國家實驗室 | 2010 | |
118 | Oganesson | Og(Uuo) | 尤里。奧加涅相研究小組 | 2002 | 12ms |
119 | Uue | ||||
用算盤做加法,那很便當,只需要把算盤珠朝上一撥,就加上一了。可是,要往一個原子核里加一個質子或別的什麼東西,可不就那麼容易了。
從1925年起,整整經過9個年頭——直到1934年,法國科學家弗列特里克·約里奧·居里和他的妻子伊綸·約里奧·居里(即鐳的發現者居里夫人的女兒)才找到進行原子“加法”的辦法。當時,他們在巴黎的鐳學研究院里工作。他們發現,有一种放射性元素——84號元素釙的原子核,在分裂的時候,會以極高的速度射出它的“碎片”——氦原子核。在氦原子核里,含有2個質子。於是,他們就用這氦作為“炮彈”,去向金屬鋁板“開火”。嘿,出現了奇迹,鋁竟然變成了磷!
鋁,銀閃閃的,是一種金屬,磷,卻是非金屬。鋁怎麼會變成磷呢?用“加法”一算,事情就很明白:鋁是13號元素,它的原子核中含有13個質子。當氦原子核以極高的速度向它衝來時,它就吸收了氦原子核。氦核中含有2個質子。13+2=15於是,形成了一個含有15個質子的新原子核。查查元素周期表,那15號元素是什麼?15號元素是磷!就這樣,鋁像變魔術似的,變成了另一種元素——磷!
不久,美國物理學家勞倫斯發明了“原子大炮”——回旋加速器。在這種加速器中,可以把某些原子核加速,像“炮彈”似的以極高的速度向別的原子核進行轟擊。這樣一來,就為人工製造新元素創造了更加有利的條件,勞倫斯因此而獲得了諾貝爾物理學獎。
1937年,勞倫斯在回旋加速器中,用含有1個質子的氘原子核去“轟擊”42號元素——鉬,結果製得了第43號新元素。
鑒於前幾年人們接連宣稱發現失蹤元素,而後來又被一一推翻,所以這一次勞倫斯特別慎重。他把自己製得的新元素,送給了著名的義大利化學家西格雷,請他鑒定。西格雷又找了另一位義大利化學家佩里埃仔仔細細進行分析。最後,由這兩位化學家向世界鄭重宣布——人們尋找多年的43號元素,終於被勞倫斯製成了。這兩位化學家把這新元素命名為“鍀”,希臘文的原意是“人工製造的”。
鍀,成了第一個人造的元素!當時,他們製得的鍀非常少,總共才一百億分之一克。後來,人們進一步發現:鍀並沒有真正的從地球上失蹤。其實,在大自然中,也存在著極微量的鍀。1949年,美籍中國女物理學家吳健雄以及她的同事從鈾的裂變產物中,發現了鍀。據測定,一克鈾全部裂變以後,大約可提取26毫克鍀。另外,人們還對從別的星球上射來的光線進行光譜分析,發現在其他星球上也存在鍀。這位“隱士”的真面目,終於被人們弄清楚了:鍀是一種銀閃閃的金屬。具有放射性。它十分耐熱,熔點高達攝氏2200度。有趣的是,鍀在攝氏零下265度時,電阻就會全部消失,變成一種沒有電阻的金屬!