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为什么地球上几乎找不到43号元素?

发布时间:2021-06-25 13:14今日热点 评论

  地球上元素的由来

  1869年,俄罗斯化学家门捷列夫创立了著名的元素周期表,将已经发现的元素,按照原子量递增的递增顺序,对这些元素进行了规律性的排列,并且在周期表中,给未发现的元素预留了空位,从而奠定了人类对元素认知的基础,为后来人们深入了解元素的奥秘、预测、探索和发现新元素提供了遵循。

  

为什么地球上几乎找不到43号元素?


  目前,元素周期表中的元素类别已经扩展到118个,共分为7个周期和16个。其中95号元素镅开始,一直到118号为止,这些元素都具有不同程度的放射性,而且半衰期极短,在自然界中的存在数量非常稀少而且不能稳定存在,所以这些元素只能通过人造的方式获取。随着元素原子量的逐渐增大,原子核将变得越来越不稳定,所以118号元素之后新元素的发现,难度也越来越大。

  

为什么地球上几乎找不到43号元素?


  纵观地球上天然存在的诸多元素,共来源都指向宇宙的形成、发展和演化。因为地球的诞生取决于组成物质的聚合,而这些物质又都来源于宇宙,这里面包括几个关键进程:

  一是恒星。恒星内部无时无刻不在发生着核聚变反应,在核聚变过程中,轻元素逐渐演变为重元素。不同质量的恒星,由于内部核聚变的程度不同,因此最终能够生成的重元素也不一致,当新形成的元素原子序数达到一定程度以后,再新生成更重的元素所需的能量,要比核聚变释放的能量还高,那么恒星的核聚变就会终止,恒星的寿命也就达到了尽头。由于铁元素的比结合能最高,所以大质量的恒星,其内核最终能够合成的元素,最多也只能进行到铁这一步。

  

为什么地球上几乎找不到43号元素?


  二是超新星爆发。大质量恒星在进入生命尾声之后,由于内部核聚变停止,外部物质在巨大引力作用下,会急剧向内核坍缩,在撞击到内核后,会形成强大的反弹激波,将恒星外部物质推离出恒星,形成壮观的超新星爆发,同时释放巨大的能量。那些以铁为基底的被抛撒出去的物质,在巨大能量加持下,快速地俘获时同释放出来的中子流,使中子进入到重元素的原子核内,从而形成原子序数更大的重元素。快中子俘获过程,也是宇宙中比铁更重元素的主要来源之一。

  

为什么地球上几乎找不到43号元素?


  三是中子星合并。由于超新星爆发所经历的时间较短,中子流的数量不足以在这么短的时间能推动形成足够多的重元素。而在两颗中子星合并过程时,由于聚合的时间长、释放的能量大、释放的中子流强度高,因此在中子星合并时,通过快中子捕获所合成的重元素,要比超新星爆发数量更多、原子序数更大。

  

为什么地球上几乎找不到43号元素?


  失踪的“43”号元素

  门捷列夫在创立元素周期表后,刚才提到了,他刻意在一些原子序数没有连接起来的地方插入了空格,由于元素性质在族类中具有相似性,从而为以后新发现元素预留了空间,并且门捷列夫通过研究,也预测出了若干空缺的元素性质。

  在随后的几十年时间里,诸多科学家通过大量的探索、发现和研究,那些空出来的位置逐渐都被补上了,但是很长时间以来,仅剩下了42号元素钼和44号元素钌之间的空位没有补上。全世界的化学家们为此绞尽了脑汁,也没有找到什么好的办法。

  

为什么地球上几乎找不到43号元素?


  如果43号元素找不到,那么元素周期表的排列顺序和规律,长期以来人类对元素性质的理解都将会受到极大的冲击,甚至出现颠覆性的问题。

  到上世纪20年代,一些德国科学家在研究时发现,在元素周期表中,同一族的过渡型金属的第二行元素,与第三行元素通常情况下都是“形影不离”的,在自然界的岩层中往往出现伴生的情况,比如钼和钨,通常都是在一个岩矿中发现它们。

  

为什么地球上几乎找不到43号元素?


  这给当时的科学们极大的鼓舞和信心,因为按照这样的规律,在铂矿和铌矿中可能会存在着43号元素。然而,科学家们在铂矿中始终是一无所获,而在铌矿中意外地发现了75号元素铼,同时捕捉到了43号元素的痕迹。可惜的是,科学家们刚一发现43号元素,它就消失得无影无踪,根本没有时间让科学家们进一步来了解它的性质。在此后的十多年时间里,科学家们始终在这方面始终没有什么突破,43号元素就像隐身了一样,被当时的人们称为“失踪的元素”。

  43号元素的正式发现

  事情在1937年发现了转机。当年,意大利化学家卡洛·佩里埃以及核物理学家米利奥·塞格雷,在鉴定从美国运来的粒子加速器样本时,正式发现了43号元素的身影。而这些粒子加速器样本,是在之前的粒子加速器中,用亚原子来轰击钼原子核而得到的。

  

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