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这个名称来自爱因斯坦的元素,直到近期才被了解

时间: 2021年03月12日 | 作者: Robert A. Jackson | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
锿(Es)是元素周期表的第99位元素,在1952年首次被发现。


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图片来源:Pixabay


撰文 | Robert A. Jackson

翻译 | 魏书豪

审校 | 郭晓


100年前,一位名叫阿尔伯特·爱因斯坦的德国物理学家,发现了光电效应。这个发现证明光既是粒子也是波,颠覆了当时科学界的认知。因为这一贡献,爱因斯坦获得了1921年诺贝尔物理学奖。后期他对核聚变和核裂变理论的贡献,又为核武器的引爆和核能的发明奠定了基础。


因此,当69年前,当科学家们在一次核爆炸残留的化学碎片中发现了一种未知的化学元素时,他们以这位伟大的科学家的名字命名了该元素,并将“锿”(Einsteinium)放入了元素周期表。


直到近期,在爱因斯坦获得诺贝尔奖的100年后,化学家们终于发现了这种难以捉摸的、高放射性化学元素的化学性质。他们的发现或能加深科学家们对元素周期表的理解,以及有待发现的其他元素。


锿(Es)是元素周期表的第99位元素,在1952年首次被发现。当时一个名为“Ivy Mike”的热核装置在太平洋的伊鲁吉拉伯岛(现在属于马绍尔群岛)上被引爆。Ivy Mike的爆炸也是氢弹的首次试爆。这次爆炸产生的能量是核裂变炸弹爆炸(例如,1945年投放在日本的原子弹)的4倍多,约是燃烧同等质量的煤所释放能量的400万倍。


在Ivy Mike爆炸后的化学碎片中,科学家第一次发现了这种原子序数为99的元素。科学家在辐射微尘中,只检测到了200个该元素的原子,这表明它极其稀有。经过9年的艰苦努力,直到1961年,科学家们才在实验室人工合成了这种元素。起初,研究团队考虑将该元素命名为“pandamonium”,因为Ivy Mike背后是一个首字母缩写为“PANDA”的项目团队运作。但最终,他们决定向爱因斯坦致敬。


人们对锿元素所知甚少,但这并不令人惊讶。这种在热核爆炸中诞生的元素,具有极强的放射性,因此人们很难在实验室里对其进行试验。它不仅仅热值很高——一克锿元素会释放1000瓦热量,此外还会释放有害的伽马射线,因此研究人员在研究它时,需要始终佩戴防护装备。


此外,锿最常见的形式锿-253的半衰期只有20天。少量的锿-253在几个月后会几乎完全消失。因此,科学家们花了近70年的时间才开始了解这种元素。劳伦斯伯克利国家实验室和加利福尼亚大学伯克利分校的研究团队成功地获取了足量的锿来进行一些基础研究,并在实验化学和基础科学领域开辟了一篇新天地。


在他们的论文里,研究人员解释了他们如何仅用了200纳克的锿-254(十分罕见,半衰期为275.5天)进行实验。一纳克只有一克的十亿分之一,所以这些实验是在极其小的规模下进行的。他们成功地合成了一种含有该元素的化合物,来研究它是如何与化合物中的其他元素相互作用的。他们利用斯坦福同步加速器辐射光源释放的高能粒子轰击该化合物,进而了解了它的结构。其中,一个重大的发现是锿原子和其周围原子(如碳、氧和氮)之间的键长。研究人员首次了解了锿原子键的键长,这意味着我们能够预测与锿元素相关的其他化合物的形态。


关键的是,研究人员还成功地测出了锿元素的价态,即锿原子的电荷数。一个原子的电荷数控制着它可以结合的其他原子的数量。元素的电荷数在化学中非常重要,它决定了构成宇宙的基础结构的形态和大小。锿元素刚好位于元素周期表中很模糊的位置,处于不同价态的元素之间,因此确定它的化合价有助于我们更好地了解元素周期表的组成。


锿元素也是目前基于这一方法能测出的原子质量最重的元素。将来,化学家需要尝试继续合成类似可测量的、但质量更重的元素,来揭示更多组成宇宙的化学物质。


文章链接:

https://theconversation.com/einsteinium-100-years-after-einsteins-nobel-prize-researchers-reveal-chemical-secrets-of-element-that-bears-his-name-154447