科学家再也没有合成新的元素,那么118号元素是尽头吗?

2020-11-07 10:27:14 作者: 科学家再也没

目前人类已经发现或者合成了1~118号元素,理论上118号之后的元素是非常不稳定的,至于自然界存不存在118号之后的元素目前还不得而知,但是在核物理中有一个“超重元素稳定岛理论”,预测在126号元素附近会形成一个孤岛,从而形成相对稳定的元素。

在1869年,俄国科学家门捷列夫根据当时已知的63种化学元素,总结规律后创造了第一张化学元素周期表,化学周期表经过100多年的发展后,科学家在理论和实践中均取得了巨大的成就。

在2006年,美国科学家合成了118号元素OG-294,该元素的半衰期只有12毫秒,至此,1~118号元素均已被人类发现,化学元素周期表的前七族全部补全。

在1~118号元素中,82号铅元素是最大的非放射性元素,92号铀元素是自然界大量存在的最重元素,93和94号元素在自然界中的含量极低,95~118号元素均是人工合成的。

自从2006年合成118号元素之后,科学家试图合成更高的元素,但是都没有成功的案例,甚至连高于118号的元素是否存在都不得而知。

在理论上,更重的元素变得极不稳定,因为质子和中子被强力锁在一起,而强力的作用范围在10^-15米尺度,如果原子核的直径过大,由于质子间的库仑力相互排斥,库仑力可以无限叠加,所以原子核将会趋向于溃散,变得极不稳定。

比如113号元素鉨-284,半衰期为20秒,115号元素镆-290,半衰期只有0.8秒,而118号元素OG-294,半衰期只有0.012秒;而118号的下一个元素,将会进入化学元素周期表中全新的第八族,其原子核的稳定性将会大大降低,甚至可能无法形成有效的原子核。

但是在核物理中,有一个“超重元素稳定岛理论”,根据该理论,当原子核中的质子数和中子数存在幻数时,原子核的稳定性将会大大增加,比如2、8、14、20、28、50、82和126均为已经确定的幻数。

比如铅-208由82个质子和126个中子组成,这种双幻数结构使得铅-208异常稳定(这里说的稳定是指原子核的稳定性,并非化学性质);在2019年10月,科学家确定了34为中子的新幻数,比如钙-54有34个中子,其原子核就异常稳定。

另外,质子和中子还有一些单独的幻数,比如108是质子的幻数,162是中子的幻数,于是108号元素-270也相对于周围元素稳定,半衰期大约为22秒。

根据稳定岛理论的预言,在126号化学元素附近,也将存在一个“孤岛”,使得岛内的化学元素具有较长寿命,但是目前还没有合成成功的案例。

至于稳定岛理论的深层原因和机制,是根据原子核壳体结构理论而来,说原子核具有类似核外电子的层级结构,每个层级是一组相近的量子能级,如果原子核中的质子和中子正好填满一个层级,那么核子间的结合能最大,此时原子核相对稳定。