元素周期表的蓝圈展望

元素周期表的蓝圈展望

从1869年俄国化学家门捷列夫（1834—1907）发现元素周期律，并编制出一张包括当时已发现的全部63种元素的周期表后，元素周期表一直在激励着化学家们不断地发现和制备新的元素。截至1999年6月，人类已确认的元素共有113种，这其中在自然界能够稳定存在的元素是前92号元素，原子序93号以后的元素称之为超铀元素，都是通过人工进行的核反应所制备的。1940年，美国加州大学的麦克米伦教授（1907—　）用铀－238释放出的中子去轰击铀239，结果得到了93号元素镎：

元素“镎”的名称来源于希腊文太阳系中“海王星”一词，因铀元素的希腊文名称为“天王星”，而海王星在天王星之外。1941年，麦克米伦和他的3位同事用氘原子核轰击铀核时又制得了第94号元素，取名为钚，其希腊文的原意是“冥王星”。第二次世界大战末美国制造原子弹所用的核材料就是钚。用类似的方法人们又先后制出了第95—98号元素，第99号和100号元素是1952年美国试验氢弹时在其爆炸尘埃中意外发现的。1955—1961年间，先后制得了101—103号元素。104号元素的命名遇到了麻烦：前苏联人在1964年制得了104号元素，命名为以纪念前苏联科学家库恰托夫；美国人不承认苏联人的发现，在1969年也宣布制得了104号元素，命名为以纪念卢瑟福。这样，一种元素出现了不同的两个名称。为了避免新制得的元素命名出现类似的纠纷，国际化学家协会于1977年协议决定，从104号元素起，新元素一律根据其原子序数来命名，这样这些元素的中文名称只能用其原子序数来表示。20世纪60年代后的30多年间，科学家们又用核反应制出了近10种超重核元素，人们不尽要问，元素的制备到底有没有“头”？周期表中究竟能够容纳多少种元素？

对于上面问题的答案，其说不一。一种观点认为，虽然还会发现几种新元素，但数目不会很多了，持这种观点的根据是新制出元素的“寿命”越来越短，其半衰期只有毫秒到微秒数量级；持相反观点的科学家对制备稳定的新元素很有信心，认为元素的发现很难说有上限，并估计会出现几种“长寿命”的新元素。这种观点的依据就是“超重核稳定岛”假说。人们对于已发现的元素的稳定性作了全面分析，发现元素稳定性与原子核中的质子数、中子数有关，当质子数或中子数为2、8、20、28、50、82、114、126、184时，其原子核比相邻的原子核要稳定，由于至今仍不清楚这些数字与核稳定性究竟有怎样的关系，于是将这些数字叫做“幻数”。从这些幻数出发，人们统计了各种原子核的稳定性规律，设想有一个“超重核稳定岛”模型（图1—11）。

图1－11　超重核稳定岛示意图

这种模型认为：质子114、中子184时都是幻数，因此原子²⁹⁸114应是一种很稳定的原子核，以²⁹⁸114为中心，在质子数108～126、中子数176～190区间是一个“超重核稳定岛”，岛上的元素的寿命可达几分钟，甚至超过若干年。照此推之，不仅能够完成周期表中的第七周期，其第八周期甚至第九周期也是有望的，这样涉及的全部元素将达到218种之多。我国学者刘国湘（也是本书作者之一）、胡文祥从用人工核反应所制出的108—111号元素的不稳定性的这一事实出发，认为上述元素均已“踏上”了稳定岛，但并未出现该假说所预言的稳定性。照此推理，很难想象第114号元素会一下突然变成非常稳定的元素。他们根据对天然核素稳定性、电子壳层稳定性等多方面所进行的综合分析，提出元素周期表可能有一个上限，这个上限在周期表中第八周期138号元素左右。以上几种观点均属一种预测，究竟能否成立或部分成立，有待科学实践去检验。但不管最后的结论如何，这种从客观事实和已知理论出发，对于一些未知领域进行某些预测，还是应大力提倡和鼓励的。因为只有这样，科学才会不断进步。