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2010年2月19日是天文学家哥白尼的“第537个”生日。国际纯粹与应用化学联合会选择在这一天宣布,第112号元素正式以哥白尼命名,对应的元素符号为Cn,中文名为“Ti”。为什么今天会出现新元素?元素周期表可以有多长?

在古代中国,金木人认为万物是由火、水、土五种元素组成的,而在古希腊,万物是由火、水、土四种基本元素组成的。18世纪,人们逐渐认识并发现了真正的元素。1869年,门捷列夫发表了元素周期表,有63种元素。从那时起,新元素的研究就成了一项具有挑战性的任务。如今已发现110多种元素,其中原子序数92(铀)以后的元素无法稳定存在,只能人工合成。

核化学家西伯格以他的名字命名了106号元素。1934年,意大利物理学家费米用中子轰击许多元素的原子核,发现大多数元素都能变成原子序数增加1的元素。元素周期表现在已经扩展到118号元素。原子数越大,原子核内的静电斥力越大,原子核越不稳定,合成越困难。例如,元素98的半衰期是470年,元素100的半衰期是82天,元素105的半衰期是40秒,元素110的半衰期是8.6毫秒。

怎样才能人工合成新元素?主要有两种方法。一种是俘获反应:将铀-238放入核反应堆,长时间辐照。铀吸收中子,然后衰变产生质子比铀多的元素。元素93到100就是这样合成的。它包括钚-239,核反应堆和核武器的关键原料。

某些超铀元素的半衰期(柱的高度表示半衰期的相对长度)是另一种重离子聚变反应:合适的靶原子被高速重离子轰击,在撞击中碎裂,聚变为不稳定的重核,产生所需的新元素。以德国亥姆霍兹重离子研究中心合成的112号元素为例:首先将锌(30号元素)核制成离子束,在电磁场中加速到光速的10%左右,直接击中铅(82号元素)靶。高速碰撞的结果是大部分原子被压碎,但少量锌核和铅核融合形成112号元素。元素07到116和118就是这样合成的。中科院近代物理研究所兰州重离子加速器也在做这方面的研究,成功合成了-259和-265。

合成新元素的主要困难是每次碰撞实验中聚变的概率很小,必须进行大量的碰撞才能产生足够的新元素用于探测。此外,超重元素的半衰期极短,在规定时间内获得的新元素数量很少。监测仪器和设备必须非常精确,能够处理大量样本数据。最后,实验结果必须经过其他同行的独立检验,重复得到相同的结果,才能得到认可和正式命名。所以你可能看到元素周期表中有一些临时命名的元素,比如113号元素和118号元素,还没有正式命名。

元素周期表前七个周期的元素都找到了。如果你想找到新元素,你必须在第八个周期寻找。目前,德国亥姆霍兹重离子研究中心和俄罗斯杜布纳联合核研究所正在竞争,看谁先合成119、120和184号元素。看来元素周期表还远没有结束,自然界还隐藏着很多奥秘。

镧元素的电子构型

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