世界上最贵的元素

万众化工 2019-11-17

世界上最贵的元素——Nh!

 

“哪一种元素最难生产?”,“从我们已知的元素中,最难的一种从生成一个原子的最长时间来看是113号元素,因为在550天左右才能产出3个原子,这是迄今为止最低的产率”核物理学家迈克尔▪布洛克说。

 

目前世界上最昂贵的金属——鉨Nh,在星际市场出售的话,一克就比地球上所有的元素都贵,准确得地说,价格是157,000,000,000,000,000,000,000美元,很肯定的是,编者并未忘记加小数点,而是鉨的价格实在让人惊叹。和所以其他超重的超铀元素一样,在地球上找不到鉨。在我们的宇宙中,当超新星爆炸,所有比铁重的原子合成时它才能存在很短一段时间,或者在中子星和黑洞之间的双星系统中。不过在地球上,所有比钚重的元素都是人工合成的。然而,随着新元素的原子序数和质量的增加,核聚变的难度就会越来越大,因为把质子和中子结合在一起的核强力会减弱,因此,库仑斥力就会增大。

 

113号元素的发现可以追溯到90年代,当来自赫姆霍尔兹大学的一组研究人员在1998年试图合成这种元素,用锌-70原子轰击铋-209原子,其速度可达到光速的十分之一,不过,这些尝试都没有成功。在德国科学家最初的失败之后,他们的美国同事和来自杜布纳镇的俄国科学家开始了这项实验,这次他们选择了镅-243原子作为目标,用钙-48原子轰击,这样就有了所谓的质子和中子的双重幻数(幻数,又称魔数,是指原子核中质子数和中子数的某个特定数值。当质子数或中子数或二者均为幻数时,原子核就会显示出较高的稳定性。), 由于这种核聚变,他们在α衰变后得到了一个115号元素的原子,之后他们得到了113号元素的原子。

 

为了证明114号元素的存在,它必须以纯净的形式获得,而不是作为较重元素的衰变产物获得,这正是日本科学家试图做的,他们重复了1998年的实验,用铋和锌合成了113号元素,“即使反应的生成物非常小少,锌和铋原子碰撞得到新元素的概率为10-28%,实际上是可以忽略不计的” 核物理学家迈克尔▪布洛克说。然而,日本科学家非常耐心,只获得一个原子,日本科学家日以继夜地在加速器及其系统前等了十个月,整个系统昼夜不停地工作,终于在2004年正式确定了这个新元素,得到的同位素鉨-278的半衰期只有1.4毫秒。这种新元素是通过其衰变的副产品被发现的,而运行一个粒子加速器一小时就要花费1000多美元,这就是为什么113号元素的一个原子价值750万美元的原因。赫姆霍尔兹的科学家迈克尔▪布洛克解释了为什么用加速器生产鉨如此困难:“这是一个关于核反应的问题,只是你用这个系统来生产这种元素的核反应发生的概率很低,这里面有很多因素,无论这个反应是否有一定的可能性发生,它是原子核稳定的能量和各种参数的混合,所以说这并不容易预测,但是,有些反应可能比其他反应更有效。”

 

无论日本科学家多么耐心,他们的实验必须由其他科学家在其他加速器上重复,可惜十年来没有人成功地重复锌与铋的反应,114号元素是115号和117号元素衰变的产物。在那段时间里,日本科学家使用铋和锌成功地制造了另一个鉨原子,据说只用了415天,目前还没有人成功地重复这个实验。因此,按照这样计算的话,一克鉨的成本大约是450,000,000,000,000,000,000,000,000,000美元。2015年底,IUPAC认可了日本科学家对新元素的发现,2016年,114号元素被命名为Nihonium,意为日本,这是日本常用的日语名称之一。

 

在日本科学家的整个研究过程中,他们只成功地制造出了三个原子:鉨-278,这就是为什么用这种元素进行化学或者物理实验极其棘手的原因。不过这种情况在研究新元素时是很常见的,科学家们使用计算机建模,这表明,鉨应该是一种惰性金属,类似钯或钌,它的密度应该是18克每立方厘米。不过,我想你也明白,鉨以及超重元素,由于强辐射,不可能大量获得,这就是为什么即使你有一块鉨,在辐射衰变过程中,由于自身发热,它会立即蒸发,并释放出危险的放射性同位素。

 

然而,在过去的五年里,科学家已经成功地用这种昂贵的金属进行了一些化学实验。核物理学家、亥姆霍兹的工作人员亚历山大▪亚库舍夫介绍道:“我们生产的鉨是115号元素的产物,实际上,我们用钙-48轰击镅-243,产生镆-288,镆的半衰期是164毫秒,它在我们的气室里迅速衰变,鉨的半衰期为1.4毫秒,这个时间对于化学来说已经足够研究了。如果鉨在大气中,显然鉨更为活跃,因为有一个未配对的电子,当然几乎每次碰撞都是这样,可以让我们在墙上得到鉨,这就是为什么化学生成量这么少。我们有一个10人同时进行的20天的实验,但是在我们的化学数据中,我们没有发现鉨的记录,现在我们要花点时间来优化我们的系统,明年,我们有一个月的时间进行第二次尝试,我们希望它能成功。”

 

正如你所看到的,地球上最昂贵的金属的实验将继续进行,以揭示该金属的所有秘密,为所谓的稳定岛开辟道路(稳定岛理论是核子物理的一个理论推测,核物理学家推测具有幻数数目的质子和中子的原子核的化学元素特别稳定)。


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