科学

人造元素

用人工方法制造的某元素同位素

  • 中文名:人造元素
  • 外文名:Artificial elements
  • 定义:指用人工方法制造的某元素同位素
  • 类型:化学名词
  • 制作方法:增大原子序数
  • 实质:自然界本来不存在的元素
  • 特点:不稳定性和放射性
  • 途径:加速器或核反应堆通过一定的核反应而生成
  • 人造元素介绍
    人造元素是指用人工方法制造的某元素同位素。有些元素因为半衰期太短,在自然界的丰度非常小,因此,必须用人工方法制造。人造元素一般用加速器或核反应堆通过一定的核反应而生成。人造元素都是放射性元素,它们除不稳定性和放射性外,与相应的天然元素具有相同的化学和物理性质。

    概述

    最先是通过人工核反应合成并被鉴定的元素。

    它们都是放射性元素,包括镅(Am)、锔(Cm)、锫(Bk)、锎(Cf)、锿(Es)、镄(Fm)、钔(Md)、锘(No)、铹(Lr)、钅卢(Rf)、钅杜(Db)、钅喜(Sg)、钅波(Bh)、钅黑(Hs)、钅麦(Mt)、鐽(Ds)、錀(Rg)、鎶(Cn)、113号元素、鈇(Fl)、115号元素、鉝(Lv)、117、118号元素(95~118号元素,共24种)。以后数十年间,人们陆续合成了十几种超铀元素,进一步发展了元素周期系钚239(239Pu)用作核燃料;其他超铀元素可用于放射性示踪剂、核热源、核电池中子源等方面。

    产生方式

    人造元素的关键是用某种元素的原子核作为“炮弹”来轰击另一种元素的原子核,当它的能量足以“击穿”原子核的外壳并熔合成新核时,质子数改变,新元素也就产生了。

    质子数的改变严格地遵从加法原则,如用硼(原子序数为5)轰击锎(原子序数为98),得到103号元素铹(1961年);用铬(原子序数为24)轰击铅(原子序数为82)得到106号元素钅喜(1974年)。

    元素周期表成了核物理学家手中的一张十分特殊的加法表。不过,实现核反应远非做加法那样轻而易举,要有昂贵的特殊实验装置(如回旋加速器)和高超的实验技术。

    一览表

    原子序数

    元素名称

    元素符号

    发现者/发现国/发现机构

    发现年代

    半衰期

    43

    Tc

    西格雷,佩里埃

    1937

    Tc97 260万年

    61

    Pm

    马林斯基等

    1945

    Pm145 18年

    98

    Cf

    西博格,吉奥索

    1950

    Cf251 900年

    95

    Am(纪念在美国发现)

    西博格,吉奥索

    1944

    Am243 7370年

    96

    Cm

    西博格,吉奥索

    1944

    Cm247 1.54×107年

    展开表格

    出现

    用算盘做加法,那很便当,只需要把算盘珠朝上一拨,就加上一了。可是,要往一个原子核里加一个质子或别的什么东西,可不就那么容易了。

    从1925年起,整整经过9个年头——直到1934年,法国科学家弗列特里克·约里奥·居里和他的妻子伊纶·约里奥·居里(即镭的发现者居里夫人的女儿)才找到进行原子“加法”的办法。当时,他们在巴黎的镭学研究院里工作。他们发现,有一种放射性元素——84号元素钋的原子核,在分裂的时候,会以极高的速度射出它的“碎片”——氦原子核。在氦原子核里,含有2个质子。于是,他们就用这氦作为“炮弹”,去向金属铝板“开火”。嘿,出现了奇迹,铝竟然变成了磷!

    铝,银闪闪的,是一种金属,磷,却是非金属。铝怎么会变成磷呢?用“加法”一算,事情就很明白:铝是13号元素,它的原子核中含有13个质子。当氦原子核以极高的速度向它冲来时,它就吸收了氦原子核。氦核中含有2个质子。13+2=15于是,形成了一个含有15个质子的新原子核。查查元素周期表,那15号元素是什么?15号元素是磷!就这样,铝像变魔术似的,变成了另一种元素——磷!

    不久,美国物理学家劳伦斯发明了“原子大炮”——回旋加速器。在这种加速器中,可以把某些原子核加速,像“炮弹”似的以极高的速度向别的原子核进行轰击。这样一来,就为人工制造新元素创造了更加有利的条件,劳伦斯因此而获得了诺贝尔物理学奖

    1937年,劳伦斯在回旋加速器中,用含有1个质子的氘原子核去“轰击”42号元素——钼,结果制得了第43号新元素。

    鉴于前几年人们接连宣称发现失踪元素,而后来又被一一推翻,所以这一次劳伦斯特别慎重。他把自己制得的新元素,送给了著名的意大利化学家西格雷,请他鉴定。西格雷又找了另一位意大利化学家佩里埃仔仔细细进行分析。最后,由这两位化学家向世界郑重宣布——人们寻找多年的43号元素,终于被劳伦斯制成了。这两位化学家把这新元素命名为“锝”,希腊文的原意是“人工制造的”。

    锝,成了第一个人造的元素!当时,他们制得的锝非常少,总共才一百亿分之一克。后来,人们进一步发现:锝并没有真正的从地球上失踪。其实,在大自然中,也存在着极微量的锝。1949年,美籍中国女物理学家吴健雄以及她的同事从铀的裂变产物中,发现了锝。据测定,一克铀全部裂变以后,大约可提取26毫克锝。另外,人们还对从别的星球上射来的光线进行光谱分析,发现在其他星球上也存在锝。这位“隐士”的真面目,终于被人们弄清楚了:锝是一种银闪闪的金属。具有放射性。它十分耐热,熔点高达摄氏2200度。有趣的是,锝在摄氏零下265度时,电阻就会全部消失,变成一种没有电阻的金属!

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