109 Mt 致敬
2024-10-02 07:45:55
作者: [英] 凱薩琳·哈卡普
名字很重要。它們不僅僅是為了給事物貼上標籤,以便別人能認得它們,它們還承載了背景、歷史、榮譽和恥辱。給新元素這麼重要的東西起一個好名字可不是一件容易的事。這個名字和符號將會出現在數以千計的教室、實驗室和辦公室的元素周期表上。它將榮耀與認可賦予被選中的人名或地名,所以你必須謹慎對待。
20世紀後期,在美國和蘇聯的實驗室中發起了一場關於元素命名的戰爭,戰況異常激烈,被稱為「超鐨元素之爭」。第100號元素以恩利克·費米的名字命名,這位科學家打響了新元素競賽的發令槍。接下來是101號元素,同樣沒有爭議,因為它是以元素周期表之父門捷列夫的名字命名的。再往下,事情就變得棘手起來。
通常來說,發現新元素的人有權為其命名,或者至少提出一個希望被廣泛接受的名字。但是新的超鐨元素每次只產生幾個原子,這些原子又迅速衰變成其他元素,證明它們的存在非常困難。而且,由於雙方都高度不信任,任何一方宣布的新發現都會遭到另一方的嚴重懷疑。每個人都固執己見,以至於有一段時間,元素周期表有兩個版本。俄國的表中有102號到105號元素的俄語名稱;美國人也有自己的版本,這些元素有他們建議的名字。一個叫鐒(lawrencium)的名字出現在兩張表格上,但代表不同的元素。接下來,越來越多的元素被製造出來。德國也加入了這場論戰,他們宣布發現了107號到109號元素,並提出了自己的命名建議。這真是混亂而尷尬的局面。
一個新成立的獨立委員會試圖調解矛盾,破解困局。1994年,他們提議了102號到109號元素的名稱。幾十年來,各方首次達成一致:他們都不喜歡委員會的提議。於是又成立了新的委員會,又提出了更進一步的建議。然而,在這場醜陋又有點滑稽的爭論中,有一個人名始終被保留在元素周期表里。
莉絲·邁特納是一位才華橫溢的科學家,她被迫逃離納粹德國,因為她是猶太人。她的同事奧托·哈恩不是猶太人,也不是納粹。他把母親的鑽戒給了邁特納,以便她可以通過賄賂逃離德國,並繼續與她進行異地合作。當哈恩在柏林的實驗產生的結果讓他無法解釋時,他寫信給身處瑞典的邁特納尋求建議。
哈恩一直試圖向鈾原子發射亞原子粒子來製造新元素,但大多數粒子會偏離它們的微小目標。有些可能會從鈾原子核上切下幾塊,但他希望有些會粘上鈾核生成更重的元素。儘管他嘗試了所有的方法,但他只找到了56號元素鋇。哈恩不明白鋇從哪裡來,也難以解釋一個微小的粒子能怎樣從鈾原子核中撞擊出一個鋇大小的碎塊。因此,他寫信給邁特納:「也許你可以給出一些奇妙的解釋。」
邁特納意識到,如果原子核像一滴液體,向它發射一個粒子會使它搖晃和扭曲,在某些情況下會分裂成兩個更小的液滴。在一系列的長途電話中,邁特納建議哈恩進行一個簡單的實驗來證實這一理論。結果證明,邁特納是正確的。她不僅正確地解釋了哈恩的實驗結果,還澄清了其他著名物理學家對於反常結果的誤解。這個過程被稱為裂變,這是一個里程碑式的發現,它讓物理學家看到了原子能的潛力。
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很多元素都有點不同尋常。與它們的兄弟相比,它們可能會有一些怪癖或者說有時候有點行為異常,但我們通常只是接受它們的怪癖,因為我們太熟悉它們的共性了。你離日常越遠,事情就變得越奇怪。元素周期表中末端的元素當然是奇怪的,但它們的異常行為可能只是關於你面對怪異前的一份溫和的自我介紹。
元素周期表中鈾元素以後的區域被比作一張地圖,島嶼代表穩定的元素,周圍是不穩定的海洋。這些島嶼有些很大,有些比沙洲大不了多少,在波濤中偶露真容。元素獵人就像冒險家一樣,希望衝上這些海岸來捕獵奇異的物種。
在很長一段時間裡,元素獵人們能夠很好地預測到他們在探索中可能發現的東西。元素周期表的排列說明了元素之間的趨勢和共性,這一切的實質在於原子裡的電子。原子的電子排列成殼層和亞殼層,這些殼層和亞殼層的形狀和組織有嚴格的規則,這些規則決定了一個原子遇到另一個原子時的行為。最外層具有相同電子模式的元素將表現出類似的行為。例如,錫和鉛有很多相似之處,因為這兩種元素具有相似的最外層電子排列方式。
當114號元素鈇(flerovium)被發現時,很明顯它應該放在113號元素旁邊,鉛的下面。這意味著它的行為應該有點像鉛,但鈇——以著名元素獵人喬治·費廖洛夫命名——似乎不按規則行事,問題還是出在電子上。這些超重元素擁有如此多的電子,以至於它們的殼層已經膨脹到非常巨大,才能夠容納大量電子,這導致了各種各樣的問題。它們沒有把自己限制在井然有序的結構中,而是像一群不守規矩的暴民一樣四處亂竄[1]。
第120號元素不太可能是這次冒險的終點,預計還會有更多的穩定島有待探索。一些科學家認為,周期性的元素家族可以擴展到第172個成員,它們可能包括像劉易斯·卡羅爾[2]筆下的班德斯納奇、吉布鳥或賈巴沃克一樣奇怪的元素。就像卡羅爾筆下的十名船員,他們出發去尋找一種怪蛇一樣,它可能有羽毛和尖牙,或者有鬍鬚和利爪,元素獵人們也不太確定自己在尋找什麼。可以肯定的是,這些元素就像蛇一樣,不會以平常的方式被捕捉到。
[1] 超重元素的核電荷數非常大,導致內層電子必須以亞光速運轉,進而影響最外層電子的行為,這叫作「相對論」效應。
[2] 《愛麗絲漫遊仙境》的作者,賈巴沃克就是這部作品裡的怪物,班德斯納奇也在其中出現過。另外他還創作過詩歌《獵鯊記》《賈巴沃克》等,其中也有班德斯納奇和吉布鳥這些怪異的生物。