科學(xué)新聞:第117號元素的合成

小寶：牛老師，2009年有在化學(xué)史上具有劃時代意義的大事嗎?挑一個我能懂得的說一說好嗎?

牛老師：好的。2009年10月傳出一個消息，合成了第117號元素，從此，元素周期表里的所有空格全填滿了。我認(rèn)為這件事對化學(xué)具有劃時代意義。

小寶：牛老師，您是說發(fā)現(xiàn)了一個新元素?

牛老師：不是發(fā)現(xiàn)，是發(fā)明。在自然科學(xué)中人們把“看到了”自然界里本來就存在的事物叫做“發(fā)現(xiàn)”，而把“創(chuàng)造了”自然界本來沒有存在的事物叫做“發(fā)明”。

小寶：您是說第117號元素自然界里沒有，是人類創(chuàng)造的，因此不是發(fā)現(xiàn)而是發(fā)明?

牛老師：正是!發(fā)明的基礎(chǔ)是發(fā)現(xiàn)，沒有發(fā)現(xiàn)，就不會有發(fā)明。正像小孩兒只有先學(xué)會走才會跑一樣。

小寶：發(fā)明第117號元素的基礎(chǔ)是什么?

牛老師：如果不按人類認(rèn)識自然的先后順序而按事物發(fā)展的邏輯順序，首先是發(fā)現(xiàn)核融合的客觀事實。簡單說，就是發(fā)現(xiàn)自然界里有將2個原子核融合成1個原子核的事實。

小寶：2個原子核會融合成1個原子核?這樣神奇?我想想(攤開元素周期表)，哇!如果2個第1號元素氫原子核融合在一起，豈不得到第2號元素氦原子核了嗎?這可能嗎?

牛老師：現(xiàn)代宇宙學(xué)理論認(rèn)為，現(xiàn)今我們所在的整個宇宙誕生于一次宇宙大爆炸，英文叫做“bigbang”，bigbang這個詞兒風(fēng)行于世多年了。剛剛誕生的宇宙只有元素周期表里第1號元素氫，后來，由于核融合，氫才逐漸融合成元素周期表里諸多元素，才有如今萬紫千紅的世界!

小寶：這樣說來，氫是萬物之母!

牛老師：哈哈!玩深沉呢，小寶。好啊!氫是萬物之母，這可是英國化學(xué)家普羅特fWilliam Prout1785—1850)在1815年說過的話。不過，當(dāng)時既不知道原子還有結(jié)構(gòu)，連電子、質(zhì)子、中子都不知道，更不知道原子核會融合，普羅特是完全憑原子的質(zhì)量關(guān)系做出這一預(yù)言的。我們說預(yù)言不能算科學(xué)理論，只是按人類的邏輯思維做出的思辨性推想，沒有科學(xué)上的實在根據(jù)。而你這個小寶就比普羅特高明多了，你說的氫是萬物之母是對宇宙發(fā)展史的科學(xué)認(rèn)識的高度概括，是科學(xué)歸納，

小寶：如此說來，我比古人高明?

牛老師：現(xiàn)代人在總體認(rèn)識上講肯定比古人高明，這是歷史的必然。知道得越多，就越高明，這是人類認(rèn)識世界和認(rèn)識自身的必然。

小寶：氫是萬物之母得到科學(xué)證明了嗎?

牛老師：問到點子上了!實證是科學(xué)不同于宗教和哲學(xué)思辨最根本的屬性。沒有證明了的東西不叫科學(xué)。氫融合成氦正是太陽發(fā)光發(fā)熱的本源啊!人類不僅認(rèn)識了太陽，而且已在日益逼近制造出人造太陽。而氫彈爆炸更是人類已創(chuàng)造性地實現(xiàn)了的人工核融合。

小寶：您剛才說首先……其次呢?

牛老師：其次是人類對原子核發(fā)生衰變的認(rèn)識。所謂核的衰變，就是一種原子核會放射出一些微粒和能量轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核。

小寶：放射性就是核衰變的現(xiàn)象吧。放射性也是一個風(fēng)行于世的詞兒呢，我經(jīng)常聽到這個詞兒。

牛老師：正是。

小寶：那么，第117號元素是怎樣合成的呢?它怎么會成了填滿元素周期表空格的老末呢?

牛老師：1869年俄國化學(xué)家憑當(dāng)時弓，知的69種元素的性質(zhì)異同得出元素周期律，并制作了第一張周期表。為了證明周期律的正確性，門捷列夫還科學(xué)地預(yù)言了他的周期表上的空格元素，并得到證實。此后經(jīng)過140多年的發(fā)展，元素周期表里的未知元素凡自然界里存在的都一一發(fā)現(xiàn)了，凡自然界沒有的通過人工核融合都一一合成了。第7周期最后幾個元素是最后合成的，其原因是多方面的：(1)需要一架大型加速器，把一個相當(dāng)重的原子核(例如鈣原子)加速到具有足夠高的能量去轟擊一個很重的原子核(簡稱靶原子)。(2)需要有足夠多的適合當(dāng)做靶子的靶原子。就以第117號元素的合成而言，其靶原子是第97號元素锫(鈣是第20號元素，含20個質(zhì)子，用它去轟擊97號元素锫，2個核融合才能得到第117號元素)。靶原子锫的半衰期只有320天(每過320天，樣品中50％的锫原子就變成其他原子了)。合成117號元素的锫是由美國橡樹嶺國家實驗室提供的，樣品的總量只有區(qū)區(qū)22mg!這一點點樣品可來之不易啊，只有橡樹嶺實驗室才有能力制造出來!(3)需要有足夠強大的科學(xué)家小組能夠鑒定鈣原子轟擊锫原子得到的產(chǎn)物。據(jù)報道，一共只合成了6個原子!更要命的是，合成的117號元素衰變極快，半衰期估計為0.1～40ms，你想想，能鑒定出這6個原子該有多難!

做一做

上網(wǎng)打開網(wǎng)頁http：／／prl.aps.org／covers／104／14，可見到一張圖，圖中是117號元素衰變系列，請你算一算圖上方框里的元素在周期表里都在哪里。可能對你有用的提示：ms(毫秒)，s(秒)，α(衰變釋放的氦原子核)，F(xiàn)(裂變，即1個重核分裂成2個較輕的原子核)。