化學探秘：以愛因斯坦名字命名的化學元素鎄


圖片來源：Harris & Ewing/PICRYL
一個世紀前，一位名叫阿爾伯特·愛因斯坦的德國新貴物理學家，以其對光電效應的發現顛覆了科學界，這個發現證明了光既是粒子也是波。愛因斯坦因其貢獻而獲得1921年諾貝爾物理學獎，隨後他對核聚變和核裂變理論的貢獻，為核武器的引爆和核能的發明鋪平了道路。
因而，69年前，當科學家們在一次核爆炸的化學碎片中發現了當時科學界未知的化學元素時，他們以這位偉大的科學家的名字命名了該元素，進而將“鎄”加入了元素周期表。
現在，在愛因斯坦獲得諾貝爾獎100年之後，化學家們終於可以仔細研究這種令人難以捉摸的高放射性化學元素的化學性質了。他們對這種元素的發現可以加深科學家們對元素周期表的理解——包括還沒有添加進去的元素。
爆炸性的發現
鎄（Es）是元素周期表的第99位元素。它在1952年被首次發現，當時，一個名為“Ivy Mike”的熱核裝置在太平洋的伊魯吉拉伯島（現在屬於馬紹爾群島）引爆。Ivy Mike的爆炸是氫彈的首次試爆。這次爆炸產生的能量是核裂變炸彈爆炸（比如1945年投放在日本的原子彈）的四倍多，也是燃燒同等質量的煤所釋放的能量的400萬倍。


圖片來源：the conversation
正是在Ivy Mike爆炸後的輻射微塵中的化學碎片裏，科學家第一次發現了原子序數為99的物質。科學家在這些化學碎片裏隻檢測到了該元素的200個原子，說明它是有多麽稀有。經過9年的艱苦努力，直到1961年，科學家們才在實驗室人工合成了第99號元素。
這項發現的研究團隊起初考慮將該元素命名為“pandamonium”，因為Ivy Mike背後的項目團隊是以首字母縮寫“PANDA”運作的。但最終，他們決定向阿爾伯特·愛因斯坦致敬。


圖片來源：Wikimedia, CC BY
太熱以至於無法處理
人們對鎄元素所知甚少，這可能並不令人驚訝。一個在熱核爆炸中誕生的元素，由於其極強的放射性，人們很難在實驗室裏進行試驗。不僅僅是因為它的熱值太高而難以操作——一克鎄元素會釋放1000瓦熱量，它還會放射出有害的伽馬射線，因此研究人員在研究該元素時需要始終佩戴防護裝備。
此外，鎄最常見的形式（鎄-253，根據其原子核內中子的數目命名）的半衰期隻有20天。這意味著，20天後，鎄的放射性會衰減一半。幾個月後，科學家能夠研究的少量該元素就幾乎消失了。
所以，也難怪科學家們花了近70年的時間才逐步掌握這種元素。但是現在，一支來自勞倫斯·伯克利國家實驗室和加州大學伯克利分校的研究團隊成功地獲取了足量的鎄來進行一些基礎研究——他們在實驗化學和基礎科學領域開辟了新天地。
在他們的論文裏，研究人員解釋了他們如何僅用了200納克的鎄-254（半衰期為275.5天的鎄元素罕見形式）來進行他們的實驗。一納克隻有一克的十億分之一，所以這些實驗是在極其小的規模下進行的。
鎄化學
研究團隊首次對鎄元素進行化學研究，他們成功地合成了一種含有該元素的化合物，來研究它是如何與化合物中的其他元素相互作用的。這項研究是利用斯坦福同步加速器輻射光源進行的，通過向該化合物轟擊高能粒子使其結構得以顯現。你可以將這種實驗方式看做是類似於物體輪廓形成的方式，隻不過是在原子層麵上的而已。
一個重大的發現是鎄原子和其周圍原子（如碳、氧和氮）之間的鍵長。研究人員首次了解到鎄原子鍵的鍵長，這意味著我們能夠預測與鎄元素相關的其他化合物的形態——為我們當前的化學星空体育官网入口网站添加了全新的組合形式。
至關重要的是，研究人員還成功地測出了鎄元素的價態，即鎄原子的電荷。一個原子的電荷控製著它可以結合的其他原子的數量。這個數量在化學領域非常重要，它決定了構成宇宙的基礎結構的形態和大小。鎄元素剛好位於元素周期表中很模糊的位置，處於化合價之間，因此確定它的化合價有助於我們更好地了解元素周期表的組成。
鎄元素是目前用這種檢測方法測出的原子質量最重的元素。最近發表的這篇論文所揭示的新突破令科學家們感到興奮。未來化學家所麵臨的挑戰，是嚐試合成類似可測量的質量更重的元素，來揭示更多組成我們世界的化學物質。
翻譯：魏書豪
審校：郭曉
引進來源：theconversation
引進鏈接：https://theconversation.com/einsteinium-100-years-after-einsteins-nobel-prize-researchers-reveal-chemical-secrets-of-element-that-bears-his-name-154447
本文來自：環球科學


關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書籍】，了解最新科普書籍
回複【團體定製】，了解最新團體定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習觀鳥相關科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情