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元素周期表将被打破?新元素奇异行为打破规律

2017-09-19 06:22

  尤里奥加涅相领导团队合成了117号元素,现在他们正努力尝试合成下一个新元素119号元素。

  117号元素的发现填补了元素周期表的最后一块空白,然而,通过研究这些新发现元素的性质,科学家却发现,元素周期表很可能将失去它一贯的“规律性”。

  2010年,来自俄罗斯的研究人员宣布,他们已经合成了117号元素。这种新原子还没有命名,因为科学界在为新元素命名之前,通常要先得到来自世界各地其他研究组的统一确认。不过,除非有意外出现,117号元素应该已经在元素周期表中永久地占据了一席之地。

  在此之前,从氢元素到116号元素,加上118号元素,都相继被发现,而今117号元素的发现,填补了元素周期表中的最后一个空位。这一成就将被载入史册。19世纪60年代,德米特里门捷列夫(Dmitri Mendeleev)和其他研究人员创造了元素周期表,这是一项伟大的发明,第一次将所有已知元素进行组织分类。门捷列夫也是一位俄罗斯人,他在元素周期表中留下了若干空白,并且大胆预测,有朝一日新元素的发现必将填补这些空白。在以后的日子里,无数元素周期表的修订版相继出现,但任何一版都留出了有待填补的空位。直到今天,117号元素的发现才使得元素周期表第一次以完整的面孔出现。

  如果门捷列夫在天有灵,他也许会对自己的远见变成现实而欣慰不已至少会欣慰好一阵子,直到化学家与核物理学家合成出原子序数更大的元素,元素周期表中就需要新增一行来安放它们,并且很可能还会留下更多的空白。

  不过,就在元素周期表的最后几块拼图即将就位时,一些更为基础的理论问题开始出现,而这些问题,可能元素周期表赖以存在的理论基础元素性质呈现出周期变化的模式(recurring patterns),这也是元素周期表名称的由来。

  门捷列夫不仅预言了当时尚未发现的未知元素的存在,更令人惊叹的是,他基于上述周期模式的原理,准确地预测了这些未知元素的化学性质。不过,随着原子序数,即原子核内的质子数增大时,一些新增元素的性质不再遵循元素周期律(periodic law,元素性质随着元素原子序数的增加呈周期性变化的规律)。它们的化学性质,例如与其他原子的成键方式,不再与周期表中的同族元素相似。这是由于重核原子内电子的运动速度已经接近光速,从物理学的角度来说,就是这些电子变得“具有效应”(relativistic)了,所以这类重核原子的行为变得古怪,不再像元素周期律预言的那样。此外,准确预言每个原子的轨道结构极具挑战性。因此,尽管门捷列夫创造的元素周期表已填补完整并获得巨大成功,但与此同时,它也正慢慢失去昔日对元素性质解释及预言的“力量”。

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