元素周期表的过去、现在与未来(3)
同样是在1898年,居里夫妇相继发现了钋和镭,并开辟了利用放射性寻找新元素的途径。1898年堪称化学史上的“丰收年”,是发现元素最多的一年。
原子结构理论的发展,使元素周期律获得新意义。1913年,英国物理学家莫塞莱测定了每个元素的核电荷数,得出周期表中元素排列的顺序不是以相对原子质量而是以核电荷数为依据的。这样周期表中钾和氩、钴和镍、碲和碘排序倒置的长期困扰就迎刃而解了。
1916年,德国的柯尔塞把核电荷数称为原子序数,放进周期表。
1925 年,元素的周期性规律终于随着量子力学的发展而得到了很好的解释。原来,元素性质的周期性是原子核外各层电子的排布状况所决定的。也就是说,一个元素的化学性质取决于其原子最外层的电子数,而周期表上位于同一列的元素,都有着相同的最外层电子数,所以性质相近。还是在这一年,最后一个天然元素—75号元素铼被发现。为什么说是最后一个天然元素?因为人们计算过,一些元素可能没有稳定的同位素(具有相同质子数,不同中子数的同一元素的不同核素互为同位素),即使该元素曾存在过的话,大概已经蜕变完了,在地球上“绝种”了。
所以,在此之后人类便走上了人工合成元素的漫漫长路。人工合成的第一个元素是43号元素锝,1937年由塞格瑞、佩里厄在回旋加速器上用中子和氘轰击钼而得。锝与铼同属锰族,是门捷列夫所预测的“类锰”。直到1947年,美国核物理学家马林斯基从人工铀裂变产物中以及用中子轰击钕时,找到了61号元素钷,周期表中92号铀元素之前的空位才全部填补上。
值得一提的是,自从核物理学家实现了人工放射、人造元素以及核裂变反应后,人们对元素蜕变规律和核稳定性有了更深刻的了解,于是便再度到自然界中去探寻“绝种”元素,这种尝试也取得了一些成果,比如在铀天然放射系中找到了87号元素钫。但是,即便是钫最稳定的同位素,半衰期也不过22分钟,所以在自然界中极难找到它。
元素周期表会有终结的那一天吗
20世纪30年代,元素周期表中最后一个元素是铀。著名物理学家费米认为,铀不是元素周期表的终点,而存在原子序数大于92的超铀元素。1934年实现人工放射以后,费米和他的同事就用中子去轰击各种元素。他推测用中子轰击铀和接近铀的几个元素,应该得到比铀的原子序数更高的新元素。终于在1940年,美国核物理学家麦克米伦利用中子照射氧化铀薄片,人工合成了第一个超铀元素—93号元素镎。紧接着美国核化学家西博格又发现了第94号元素钚,从此开始了人工合成超铀元素的新时代。![](/images/paper/1002-9567/201904/20190402-5-l.jpg)
最新加入周期表的4种元素中文名
西博格的贡献还在于,创新了现代元素周期表体系。他比较了新合成的镎和钚,认为它们与铀的性质相似,同时又与稀土元素中钐相似。他提出建立与镧系元素相同的锕系元素,并预言了锕系元素的化学性质和在周期表中的位置,从而形成现在的118格的元素周期表。
随着2015年12月30日国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)正式确认4种人造元素:2004年发现的113号元素Nh、2003年发现的115号元素Mc、2010年发现的117号元素Ts和2006年发现的118号元素Og,元素周期表中第七周期被全部填满。这也意味着,现有元素周期表中的118格全部被填满了。
此时,令人着迷又困扰的问题就产生了:元素周期表还会扩充吗?元素的发现究竟有没有尽头?
现在,科学家们一方面在试图发现119号和120号元素,一方面也在思索着这个问题。
一种普遍观点认为,周期表不是无限的,虽然现在还不能预测其极限在哪里。原因在于,原子核的稳定性取决于核内质子与中子之间相互吸引的核力和质子之间的静电排斥力两者的抗衡。目前所有的计算结果都表明,拥有超过特定数目质子的原子核是无法形成的,因为它们都太不稳定,仅能存在极短的时间。无论是118个这种情况,还是有些模型得出的137个,或者是173个,总之,当质子数大到一定程度的时候,即使在某些极端的环境中可以生成,但半衰期短到几乎无法用仪器探测到,那么也就失去了元素存在的意义。![](/images/paper/1002-9567/201904/20190402-6-l.jpg)
西班牙穆尔西亚大学化学系的建筑外墙被118个巨大的化学元素铭牌包了起来
不过,这并不意味着元素周期表不会再扩充。如果未来发现第119号和120号元素,它们将另起一行,展开全新的第八周期。按理论计算,第八周期应该有50种元素,其中7种主族元素,1种惰性元素,10种副族元素或过渡元素,还有32种超锕系元素(将列在周期表锕系的下方)。![](/images/paper/1002-9567/201904/20190402-7-l.jpg)
![](/images/paper/1002-9567/201904/20190402-8-l.jpg)
那么,什么是稳定岛呢?早在20世纪60年代,理论物理学家把当时所有元素的同位素,以其质子数Z和中子数N为坐标建立坐标系,并按原子核的稳定性高低用山峰、海洋等地形来标注,就发现一个明显的趋势,或者说是一种规律,即稳定的原子核都集中在一条狭长的地带上,称为β稳定半岛,周围茫茫的大海则是具有β放射性的极不稳定的核所处的区域。而具有α放射性的重核则居于半岛东北端的海洋里。科学家推断,在β稳定半岛的东北方,越过那片不稳定海洋,应该存在一个超重核稳定岛。![](/images/paper/1002-9567/201904/20190402-9-l.jpg)
114号元素之后,126号元素是不是会成为更远处的一个稳定岛呢?如果在不稳定的海洋中,每隔一段距离就会出现一个稳定岛,那是否可以说元素周期表并没有终点呢?这是一些科学家所持的观点。
检验理论的唯一标准是实践。尽管新元素会越来越难以发现和生成,但科学家仍然不会放弃努力。如果说超铀元素的发现令周期表进入一个新时期,那么创造118号之后的元素将开启周期表的又一个全新的时期。
也许,未来终有元素周期表终结的一天,但那必将是科学理论“大爆发”的一天。
你所不知道的门捷列夫
门捷列夫在圣彼得堡师范学院读书时,曾因几门学科不及格而重读一年,原因是他不喜欢拉丁语和宗教课。
门捷列夫亲手制作的箱包质量上乘,在当时广受欢迎,这得益于他对黏合剂的独到运用。
门捷列夫是一名北极探险家。他把大量的时间和精力用于造船,参与制造了世界第一艘北极破冰船。
门捷列夫还热衷浮空器的研发和制作,1887年他只身乘着它上升到3000米高空,研究高层大气并观测日全食。法国气象学院为此颁给他一枚奖章。
门捷列夫是石油无机成因假说的首创者。作为石油专家,他第一个发明了沥青现代运输工具以及通过管道运送石油产品。
门捷列夫曾经获得3次诺贝尔奖提名,但最终未能得奖。一说是他得罪过诺贝尔家族,一说是瑞典人阿伦尼乌斯从中作梗,因为门捷列夫过去曾经批评过阿伦尼乌斯的电离理论。
门捷列夫1907年1月20日因心脏病突发在书桌前与世长辞,遗稿就有400多篇,其中既有化学方面的,也有物理、地球物理、工业技术方面的,还有社会和经济问题著作。
101号元素被命名为mendelevium(钔)以铭记他的贡献。月球上有一座門捷列夫环形山。
原子结构理论的发展,使元素周期律获得新意义。1913年,英国物理学家莫塞莱测定了每个元素的核电荷数,得出周期表中元素排列的顺序不是以相对原子质量而是以核电荷数为依据的。这样周期表中钾和氩、钴和镍、碲和碘排序倒置的长期困扰就迎刃而解了。
1916年,德国的柯尔塞把核电荷数称为原子序数,放进周期表。
1925 年,元素的周期性规律终于随着量子力学的发展而得到了很好的解释。原来,元素性质的周期性是原子核外各层电子的排布状况所决定的。也就是说,一个元素的化学性质取决于其原子最外层的电子数,而周期表上位于同一列的元素,都有着相同的最外层电子数,所以性质相近。还是在这一年,最后一个天然元素—75号元素铼被发现。为什么说是最后一个天然元素?因为人们计算过,一些元素可能没有稳定的同位素(具有相同质子数,不同中子数的同一元素的不同核素互为同位素),即使该元素曾存在过的话,大概已经蜕变完了,在地球上“绝种”了。
所以,在此之后人类便走上了人工合成元素的漫漫长路。人工合成的第一个元素是43号元素锝,1937年由塞格瑞、佩里厄在回旋加速器上用中子和氘轰击钼而得。锝与铼同属锰族,是门捷列夫所预测的“类锰”。直到1947年,美国核物理学家马林斯基从人工铀裂变产物中以及用中子轰击钕时,找到了61号元素钷,周期表中92号铀元素之前的空位才全部填补上。
值得一提的是,自从核物理学家实现了人工放射、人造元素以及核裂变反应后,人们对元素蜕变规律和核稳定性有了更深刻的了解,于是便再度到自然界中去探寻“绝种”元素,这种尝试也取得了一些成果,比如在铀天然放射系中找到了87号元素钫。但是,即便是钫最稳定的同位素,半衰期也不过22分钟,所以在自然界中极难找到它。
元素周期表会有终结的那一天吗
20世纪30年代,元素周期表中最后一个元素是铀。著名物理学家费米认为,铀不是元素周期表的终点,而存在原子序数大于92的超铀元素。1934年实现人工放射以后,费米和他的同事就用中子去轰击各种元素。他推测用中子轰击铀和接近铀的几个元素,应该得到比铀的原子序数更高的新元素。终于在1940年,美国核物理学家麦克米伦利用中子照射氧化铀薄片,人工合成了第一个超铀元素—93号元素镎。紧接着美国核化学家西博格又发现了第94号元素钚,从此开始了人工合成超铀元素的新时代。
![](/images/paper/1002-9567/201904/20190402-5-l.jpg)
最新加入周期表的4种元素中文名
西博格的贡献还在于,创新了现代元素周期表体系。他比较了新合成的镎和钚,认为它们与铀的性质相似,同时又与稀土元素中钐相似。他提出建立与镧系元素相同的锕系元素,并预言了锕系元素的化学性质和在周期表中的位置,从而形成现在的118格的元素周期表。
随着2015年12月30日国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)正式确认4种人造元素:2004年发现的113号元素Nh、2003年发现的115号元素Mc、2010年发现的117号元素Ts和2006年发现的118号元素Og,元素周期表中第七周期被全部填满。这也意味着,现有元素周期表中的118格全部被填满了。
此时,令人着迷又困扰的问题就产生了:元素周期表还会扩充吗?元素的发现究竟有没有尽头?
现在,科学家们一方面在试图发现119号和120号元素,一方面也在思索着这个问题。
一种普遍观点认为,周期表不是无限的,虽然现在还不能预测其极限在哪里。原因在于,原子核的稳定性取决于核内质子与中子之间相互吸引的核力和质子之间的静电排斥力两者的抗衡。目前所有的计算结果都表明,拥有超过特定数目质子的原子核是无法形成的,因为它们都太不稳定,仅能存在极短的时间。无论是118个这种情况,还是有些模型得出的137个,或者是173个,总之,当质子数大到一定程度的时候,即使在某些极端的环境中可以生成,但半衰期短到几乎无法用仪器探测到,那么也就失去了元素存在的意义。
![](/images/paper/1002-9567/201904/20190402-6-l.jpg)
西班牙穆尔西亚大学化学系的建筑外墙被118个巨大的化学元素铭牌包了起来
不过,这并不意味着元素周期表不会再扩充。如果未来发现第119号和120号元素,它们将另起一行,展开全新的第八周期。按理论计算,第八周期应该有50种元素,其中7种主族元素,1种惰性元素,10种副族元素或过渡元素,还有32种超锕系元素(将列在周期表锕系的下方)。
![](/images/paper/1002-9567/201904/20190402-7-l.jpg)
![](/images/paper/1002-9567/201904/20190402-8-l.jpg)
那么,什么是稳定岛呢?早在20世纪60年代,理论物理学家把当时所有元素的同位素,以其质子数Z和中子数N为坐标建立坐标系,并按原子核的稳定性高低用山峰、海洋等地形来标注,就发现一个明显的趋势,或者说是一种规律,即稳定的原子核都集中在一条狭长的地带上,称为β稳定半岛,周围茫茫的大海则是具有β放射性的极不稳定的核所处的区域。而具有α放射性的重核则居于半岛东北端的海洋里。科学家推断,在β稳定半岛的东北方,越过那片不稳定海洋,应该存在一个超重核稳定岛。
![](/images/paper/1002-9567/201904/20190402-9-l.jpg)
114号元素之后,126号元素是不是会成为更远处的一个稳定岛呢?如果在不稳定的海洋中,每隔一段距离就会出现一个稳定岛,那是否可以说元素周期表并没有终点呢?这是一些科学家所持的观点。
检验理论的唯一标准是实践。尽管新元素会越来越难以发现和生成,但科学家仍然不会放弃努力。如果说超铀元素的发现令周期表进入一个新时期,那么创造118号之后的元素将开启周期表的又一个全新的时期。
也许,未来终有元素周期表终结的一天,但那必将是科学理论“大爆发”的一天。
你所不知道的门捷列夫
门捷列夫在圣彼得堡师范学院读书时,曾因几门学科不及格而重读一年,原因是他不喜欢拉丁语和宗教课。
门捷列夫亲手制作的箱包质量上乘,在当时广受欢迎,这得益于他对黏合剂的独到运用。
门捷列夫是一名北极探险家。他把大量的时间和精力用于造船,参与制造了世界第一艘北极破冰船。
门捷列夫还热衷浮空器的研发和制作,1887年他只身乘着它上升到3000米高空,研究高层大气并观测日全食。法国气象学院为此颁给他一枚奖章。
门捷列夫是石油无机成因假说的首创者。作为石油专家,他第一个发明了沥青现代运输工具以及通过管道运送石油产品。
门捷列夫曾经获得3次诺贝尔奖提名,但最终未能得奖。一说是他得罪过诺贝尔家族,一说是瑞典人阿伦尼乌斯从中作梗,因为门捷列夫过去曾经批评过阿伦尼乌斯的电离理论。
门捷列夫1907年1月20日因心脏病突发在书桌前与世长辞,遗稿就有400多篇,其中既有化学方面的,也有物理、地球物理、工业技术方面的,还有社会和经济问题著作。
101号元素被命名为mendelevium(钔)以铭记他的贡献。月球上有一座門捷列夫环形山。