元素周期表真的没有尽头吗?

作者:晴空飞燕/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-06-13

你还会背元素周期表吗?

元素周期表为何似乎没有尽头?

来自世界各地的研究人员正竞相试图创造出周期表上的下一个元素——一个包含119个质子的原子,而此时,来自密歇根州立大学的一位科学家则是在研究元素周期表的尽头。

现在,关于元素周期表何时终结,还没有确切的结论。我们仍然还有很多东西有待发现。

根据核物理学家Witold Nazarewicz的说法,我们有充分的理由认为周期表不是无限的,但了解这一点并不能帮助我们预测其极限。

前,元素周期表的重量级冠军、同时也是表中最后一项的元素是“气奥”(oganesson),其短暂的化学反应现象显示出了气奥包含118个质子和176个中子。

2016年,科学家把元素周期表中的118号元素命名为气奥。这标志着这一元素获得了官方的承认。同时被命名的还有其它新加入周期表的新型超重元素(原子核壳模型理论):113号鉨(nihonium),115号镆(moscovium)和117号石田(tennessine)。

这些人工合成的重型粒子代表了原子核物理领域的重要新前沿,旧的规则将不再适用。

“它们占据着核世界的偏远一隅,而我们对核世界的范围还不甚了解,”Nazarewicz表示。计算机模型表明气奥(Og)可能具有不寻常的电子结构。

理论认为,我们可以用一堆中子将质子组合起来,形成一个巨大的原子核,最多时可组合多达184个质子。 但是,即便我们将其称为原子,这样的规模是否已是极限,这些问题都仍处在争论中。

有一个问题相当具有哲思——如果一个原子不能承载任何电子,那它还能叫原子吗? 

气奥的半衰期仅有几毫秒。这几乎不是亚原子粒子的牢固结合款,但这段时间也足以让一系列电子在再度分散之前安顿就位。 

理论上,元素互相碰撞之后,核子之间可以紧密结合形成更大的原子核。但如果这些原子核在电子抓住它们之前就已经分崩离析了,那么它们是否还可以被称为原子家族的一员就值得深究。

假设这类半衰期极快的原子能够足够稳定直至承载电子。那么,气奥特殊的电子构成也将指向一个完全不同的疯狂前景。

数量庞大的质子在一处聚集造成了静电力的严重积聚,这不仅使电子难以维持预期的模式,而且造成了所谓的“库仑阻挫”(Coulomb frustration)。

通常原子表面的能量足以将其拉成近似球形。当“库仑阻挫”足够大时,原子核就会形成凸起和空洞,从而让原子本身变得不稳定。

这些超重元素可能在极个别特殊情况下会存在周期性的稳定岛现象(核子物理稳定岛理论),但这需要一些特殊的计算机模型来确定它们们的“库伦阻挫”是否会造成严重后果。

量子效应和相对论效应共同在粒子的集聚上发挥作用,这使得我们很难预测那些超大型超重元素的特征。

再次以气奥为例,从质子的数量上判断,气奥属于惰性气体。但是,根据元素周期律与理论计算,气奥可能会非常活泼(化学活泼性,易反应),而且它的体积使其在室温下更不像气体了。

如果新出现在周期表上的元素并不沿袭旧规则,那么我们应该重新思考一下各个元素的关系。 

明年,就是德米特里门捷列夫提出元素周期表的第150周年。

我们已经用了很长一段时间用新元素填补元素周期表,使其继续适应既定的模式。

我们应该思索的是,我们还需要探索些什么,是否需要重新思考整个元素表。 

这不仅仅是一次学术演习, 虽然超重原子可能寿命很短,但超重原子的出现可能会告诉我们一些新情况,例如中子星等物体内部的极限物理等。

创造119号元素将开启一个新时代,预示着元素周期表的一个全新的时期。


蝌蚪五线谱编译自sciencealert.com译者晴空飞燕,转载须授权 

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