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人为改变原子核里的质子数,就可以制造出新物质,现代科学能做到吗?

原创
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本文基于回答网友类似的问题。我的回答是:当然可以,而且这早就是旧闻了。科学家早就知道了这个道理,而且这样做了将近100年了,才有了现在的118种元素,其中有26种都是通过人工改变原子核的质子数制造出来的。

当然这26种元素本来在自然界就应该存在,否则人工是无法制造出来的。但问题是有些元素在自然界太过稀有,很难获得;还有些元素半衰期太短,比如有些气态元素在自然条件下很难存在1秒钟,只能通过人造获得。

元素周期表是人造元素的设计依据元素周期表是人类最伟大的科学发现之一,它把一些看起来不相关的元素罗列在一起,逐渐形成一个自然元素的完整体系,促进了现代化学发展,对揭示自然物质的奥秘,从而让人类更深刻地认识自然规律,具有里程碑式的意义。

最早发表元素周期表的是俄国化学家门捷列夫,他于1869年推出了第一代元素周期表,之后,各国化学家不断的推出并完善了各种元素周期表,渐渐,元素周期表成为现代化学不可替代的一种工具。

现在全世界各种元素周期表一共有170多种。在元素周期表里面,元素以原子序数排列,最小的排在1号,一横行为一个周期,一列为一个族;原子半径由左到右逐步减小,从上到下依次增大。

现在元素周期表有七主族、七副族、Ⅷ族、0族。元素按照在周期表中的顺序编号,编号就是原子序数。原子序数与元素的原子结构关系为:质子数=原子序数=核外电子数=核电荷数。

门捷列夫的元素周期表刚形成时,还只有63个元素,他把这些元素根据大小依次排列,成功地预测了当时还没有发现的镓、钪、锗;随着元素周期表的成熟,人们不断发现元素排列的规律,不断发现中间缺少的元素,对于元素的性质也认识越来越深刻。

因此,元素周期表的重大意义之一,就是引导科学家们寻找其中缺失的元素,简单地说,就是原子序数间隔的元素。在自然界找不到的元素,就试着人工制造。这时人们已经知道了元素的性质是由原子中的质子数量决定的,因此只要改变原子的质子数量,就可以得到新的元素。

比如在元素周期表中,已经有了42号元素钼和44号元素钌,人们知道这两种元素的核子中质子数分别为42个和44个,在它们中间必定有一种新元素,如果质子变成43个,就可以得到这种新元素。

但如何让核子中的质子改变数量呢?科学家们前赴后继地摸索了许多年。

一直到1937年,美国加州大学伯克利分校物理学家欧内斯特·劳伦斯利用自己发明的回旋加速器,用1号元素的氘原子核“轰击”41号元素的钼原子核,得到了43号元素。这是人类取得的第一个人造元素,将其命名为“锝”(Tc),而“锝”在希腊文中的原意就是“人工制造的”的意思。

26个种造元素都是通过“做加法”取得现在,人类发现宇宙中存在的元素一共有118种,其中有92种元素在自然界获得,26种元素通过人工制造获得。人工制造元素的方法无一例外都是采用“做加法”方法取得。

何谓“做加法”?就是采用两个原子序数较小的元素融合成一个较大的元素,这种“做加法”的方法专业术语就是核融合或者说核聚变。人造的第一个元素“锝”,就是用只有1个质子的氘核轰击42个质子的钼核,融合成43个质子的“锝”核,这样“锝”就得到了。

要做这个“加法”是非常不容易的,需要极高的压力和温度,才能够让原子核融合在一起。因此人们虽然在20世纪初就发现了做加法可以取得新元素,但苦于没有方法做到这一点,只能望梅止渴而无法实现。

一直到1931年,劳伦斯发明出了回旋加速器,可以将原子核在这种装置中加速到极高能量,然后让两种原子核相撞,才为人工制造新元素提供了可能。后来,他用自己的加速器制造出了第一个人工元素“锝”,由此他获得了诺贝尔物理学奖。

人们把他发明的这种回旋加速器称为“原子大炮”,意思是可以将原子核像炮弹一样以极高速度轰击另一个原子核,当然这个速度比炮弹快了很多倍。

所有的人造元素都是通过这种“做加法”的方法得到,如:科学家们用原子序数为5的硼轰击原子序数为98的锎,得到原子序数为103的铹;用原子序数为24的铬轰击原子序数为82的铅,得到106号元素钅喜;用原子系数为20的钙,轰击原子序数为98的锎,得到原子序数为118的气奥(Og)。

人类的发现永远在路上,没有止境迄今为止,人造元素有26个,即:43号锝(T)、61号钷(Pm)、95号镅(Am)、96号锔(Cm)、97号锫(Bk)、98号锎(Cf)、99号锿(Es)、100号镄(Fm)、101号钔(Md)、102号锘(No)、103号铹(Lr)、104号钅卢(Rf)、105号钅杜(Db)、106号钅喜(Sg)、107号钅波(Bh)、108号钅黑(Hs)、109号钅麦(Mt)、110号鐽(Ds)、111号錀(Rg)、112号鎶(Cn)、113号钅尔(Uut/Nh)、114号鈇(Fl)、115号镆(Mc)、116号鉝(Lv)、117号石田(Ts)、118号气奥(Og)。

可能大家很奇怪,里面有些中文字是一个偏旁加上一个字,这是因为这些元素的中文字符电脑还无法打出来,遵循认字认半边的传言,大家姑且这么叫吧。

至此,元素周期表中所有空缺都填补完毕,以后再发现新元素,就是118号以后的元素了。除了43号和61号,后面的人造元素都是放射性元素,在自然界丰度极小,极不稳定或半衰期很短,故自然界很难获得,而且有些即便人造出来,也很难保存。

比如118号元素Og,科学家们在回旋加速器里面试验了无数次,只在2003年和2005年的试验中,分别得到3个原子。只有3个原子啊,极其精密的仪器才能够监测到,这种元素的半衰期只有12毫秒,也就是瞬间消失了。

许多科学家们还在合成更高序号的元素,甚至一些名字都取好了,如119号元素Uue、120号元素Ubn,还有121号等,但要得到这些元素越来越难,迄今还只存在于想象中。元素周期表最终能排到多少序号,颇有争议,只能拭目以待。

总之,随着现代科学的发展,人类对自然规律的认识越来越深刻,对化学元素的认识也将不断突破。科学永远在路上,在不断发现和修正中前行,伴随并促进着人类文明不断进步。你怎么看?欢迎讨论,感谢阅读。

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