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化学元素中的锔与锫


实验室k / 2018-12-15

       有趣的是,锔并非居里夫妇发现的。玛丽和皮埃尔·居里的活力四射的二重唱发现了钋(84)和镭(88),而不是锔。

锔的基本数据

       事实上,除了钅喜(106)这个可能的例外之外,没有一个元素是用它的发现者的名字命名的,这取决于你如何定义“由……发现”。

       一个原因是,这不是体育比赛。虽然科学家在很大程度上也像从事其他行业的人们一样追求自我,有一些科学家还尽其所能地提升自己的形象,但是,看来这并非是他们能当众做的事情。唐纳德·特朗普(Donald Trump,美国地产大亨,行为招摇,争仪颇多的暴发户)可以把他的名字刻在他的建筑物上,但是任何科学家如果被发现试图把自己的名字加在元素上面,他就会被羞辱并被赶出实验室。(这样的事情无论如何不可能发生,元素的命名必须得到国际纯化学和应用化学联合会的一个强硬的委员会的批准。)

       而且,经过像玛丽·居里这样的人在她的实验室里苦干几个月,直到把一种未知的物质(镭)浓集到能使她的烧杯和漏斗在黑暗中发光的程度(而且她的实验室记录本甚至食谱书都被污染,只得把它们存放在衬铅的箱子里面)的时代以后,日子已经又过了很久了。

       自从紧随着第二次世界大战的曼哈顿计划(曼哈顿计划是第二次世界大战中美国原子弹研制计划的公开名称)迎来了“大科学”时代以来,没有一个元素是只由一个人发现的。那些都是集体的发现,是由在几个大研究单位中工作的几十位科学家组成的团队合作完成的,没有办法只挑选一个人用他的名字来命名元素。

       锔是由一个很大的团队发现的,该团队在格伦・西博格、拉尔夫・詹姆斯和艾伯特·吉奥索(Glenn T.Seaborg(1912-1999),美国核化学家,他领导的小组一共发现了十几个新元素;Ralph A.James,西博格的同事;Albert Ghiorso(1915-2010),美国核物理学家,西博格的同事,盖格计数器的发明者)的领导下,在美国加利福尼亚大学伯克利分校使用一台60英寸粒子回旋加速器从事研究工作。

       锔仅有的几个用途都与它极强的放射性有关:便携式阿尔法粒子源和所调的放射性同位素热电偶发电机。后者利用放射性衰变所产生的热能向仪器提供电力。这些仪器必须在远离人类和其他电源的条件下长期工作,例如太空探测器之类的东西。

       如果一个新元素要用某个人的名字来命名,解决办法(钅喜又是一个例外)似乎是挑选一位已经故去的重要人物,如居里夫妇。有时,新元素也会用发现它的地方命名,这多少为自我宣扬开了一扇小窗。如果你是一位加利福尼亚大学伯克利分校的顶级核科学家,你的名字尽人皆知,当你要命名一个元素时,例如锫(97),那么,与用你自己的名字命名相比,用你所在的发现这个元素的地方来命名是一件仅次于用自己的名字命名的好事情。而这就恰好发生在锫上面(第97号元素锫(berkelium)是用它的发现地伯克利(Berkeley)命名的)。


       锫的最长命的同位素锫-247的半衰期是1379年。这意味着如果我们有一块1磅重的锫并让它在那里放1379年,那么我们就剩下半磅锫。如果再让它放1379年,那么我们就还有1/4磅锫,如此等等。

锫的基本数据

       但是锫并非就此消失,它变成了镅(95),特别是同位素镅-243,后者的半衰期是7388年。在大约1万年之后,这块锫就大部分变成了镅,但这也只是暂时的。正当镅增加的时候,镅-243就又衰变成镎-239,而镎-239又很快衰变成钚-239,后者的半衰期是24124年。

       在大约20万年以后,大部分钚-239已经衰变成铀-235并在此停留极长的时间,因为铀-235的半衰期长达7000万年。但是最终再经过几个阶段的衰变之后,最后的结果是5/6磅稳定的第82号元素铅的同位素——铅-207。

       那么另外的1/6磅哪里去了呢?请看第一次从锫-247到镅-243的衰变。镅比锫少2个质子和2个中子,它的质量数少了4(243对247),这意味着2个质子和2个中子丢失了。在锫-247衰变的时候,以阿尔法粒子的形式射出2个质子和2个中子,这就解释了质量丢失的原因。(物理学家称为阿尔法粒子的东西就是化学家所称的氦原子核。)

       该衰变中的其他各阶段,例如从镎-239到钚-239,只改变了元素的原子序数(质子数),但没有改变其质量数。由于质量数没有改变,你可能会以为一个钚-239原子和一个镎-239原子的质量是一样的,但情况不是这样的。事实上,钚-239的质量要稍微轻一点点——在镎-239中多出来的那一点点质量已经按照爱因斯坦著名的公式E=mc2(即能量等于质量乘以光速的平方)直接转化成了能量。光速c是个非常大的数字,也就是说,很小的质量就可以转化为巨大的能量。

       因此,答案就是失去的1/6磅已经变成氦(2)(来自发射出的阿尔法粒子)和纯能量的组合。(实际上,该能量意味着我们决不能把真实的1磅锫放在书桌上,那真是太危险了。)

       事实上,锫还没有什么实际用途。但出人意外的是,作为如此高编号的元素,锎还真有几种真实的用途。


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