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元素週期表又添新丁啦

2011/06/23 | | 標籤:

114號元素和116號元素現已正式獲得官方認可,成為元素週期表這個龐大家族中最具重量級的一員。這兩種新元素的原子放射性極強,穩定存在的時間均不到1秒,此後便很快衰變為更輕的原子。但研究人員卻似乎從中獲得了某種啟示,他們距離制得可以穩定存在幾十年以上的超重元素又更近了一步,構建週期表中「穩定島」 (譯者註:20世紀60年代,核物理學家提出了「穩定島」假說,預言在第114號元素附近存在著超重原子核穩定區域,該區域內的原子能夠長時間存在。)的神話也很快就會變成現實。

多年來,不斷地有一些科學證據表明這兩種新元素的存在,然而卻始終沒有獲得官方的認可。直到最近,由來自國際純化學與應用化學聯盟(IUPAC)和國際純物理與應用物理聯合會(IUPAP)的科學家們組成的專門委員會在進行了為期三年的評估之後,終於接納了這兩位新成員,它們在元素週期表中也佔據了一席之地。

事實上,自1999年以來,已有好幾個研究小組陸續宣稱自己已經成功制得了114號元素。但在此之中,委員會裁定有效的只有兩個聯合研究小組,它們互相協作並分別於2004年和2006年進行了一系列科學實驗,且首次提供了有關114號元素存在的足以令人信服的科學性依據。這一系列科學實驗也同時被用於證明116號元素的存在與否。

互相碰撞

上述兩個聯合研究小組分別是位於俄羅斯杜布納的聯合核子研究所以及美國加州的勞倫斯‧利弗摩爾國家實驗室,由尤里‧奧岡尼西恩和肯‧穆迪各自掛帥開展一系列科學實驗。

俄美聯合科研小組利用俄羅斯杜布納聯合核子研究所的迴旋粒子加速器,通過讓兩個較輕的原子核互相撞擊,以製取較重元素的核子。該科研小組把含有96個質子的放射性元素鋦作為標靶,然後用含有20個質子的鈣原子核轟擊鋦原子核,從而製得116號重元素的原子核。

116號元素的壽命僅有幾毫秒,會衰變為114號元素,並釋放出含2個質子、2個中子的粒子。114號元素也可直接通過鈣原子核轟擊鈈而製得,其中鈈元素的質子數為94。

稍縱即逝

114號元素的壽命僅有半秒鐘,之後即衰變為元素週期表的又一位於2009年新近加盟的成員:被命名為哥白尼(copernicium)的112號元素。在此衰變過程中,粒子會釋放出一定的能量,這也為新元素的生成提供了反應條件。

那麼,114號元素和116號元素的「真面目」究竟如何呢?很遺憾,我們至今仍不得而知。由於它們的製備劑量如此微乎甚微,而且又是那麼稍縱即逝,以至科學家們無從對諸如它們會與哪些其他元素進行反應等化學性質進一步深入研究。

位於匹茲堡的卡內基梅隆大學的保羅‧卡羅爾坦言:這兩種新元素穩定存在的時間起碼要延長到1分鐘左右,我們才有可能對其化學性質進行追蹤分析。保羅‧卡羅爾是上述專門委員會的主席,他們經過慎重決定才批准這兩位新成員入駐元素週期表。

別太離譜就行

到目前為止,兩位新丁還沒有名字呢。暫且管114號和116號分別叫做ununquadium和ununhexium(這是一種命名規則,即IUPAC元素系統命名法)。發現它們的研究人員有權就命名問題向國際純化學與應用化學聯盟專門委員會提出建議,由國際純化學與應用化學聯盟考慮是否予以採納。「總的來說,只要別太離譜就行,」卡羅爾對《新科學家》的記者表示說。

委員會還就113、115、118號元素的發現發表了聲明:認為就目前已獲得的科學依據來看,還不足以授予其入駐元素週期表的入場券。

「116」的記錄也只是暫時的,我們還在朝著制得超重並且能夠穩定存在幾十年以上的元素的原子而邁進,也許還會發現一些為人類有用的新的化學性質。

卡羅爾表示,114號和116號元素的發現確實是歡欣鼓舞的,因為這預示著我們離「穩定島」又近了一步,有些人預測「穩定島」可能在質子數為120-126的元素附近。是的,確實是越來越近了。

為什麼暫且管114號和116號分別叫做ununquadium和ununhexium呢?

國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)為統一起見,對於所有未經核定但已發現或被預測的元素名稱一律依照IUPAC之命名法則制定暫定名稱,使用拉丁文數字頭以該元素之原子序來命名。

這種命名法中,會為未發現元素和已發現但尚未正式命名的元素取一個臨時西方文字名稱並規定一個代用元素符號的命名規則。此規則簡單易懂且使用方便,而且它解決了對新發現元素搶先命名的惡性競爭問題,使為新元素的命名有了依據。

如ununquadium便是由un(一)- un(一)- quad(四)- ium(元素)四個字根組合而成,表示「元素114號」。

而ununhexium便是由un(一)- un(一)- hex(六)- ium(元素)四個字根組合而成,表示「元素116號」。

來源:newscientist網站6月7日報導IUPAC網站報導

Sonia 編譯,Sheldon 審稿 / 本文來自科學松鼠會資訊小分隊

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