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超铀元素(化学元素系列)

原子序数大于92(铀元素)的元素统称超铀元素。又叫铀后元素。

超铀元素大多都是由人工核反应发现和制取的,只有极少的超铀元素存在于自然界。至今发现的超铀元素有27种。超铀元素大都是不稳定的人造元素,它们的半衰期很短,这给人工合成这些元素带来困难。

1.仅在氟碳铈镧矿中发现有微量的钚244,在铀矿中发现微量的钚239和镎237。

2.从93号镎到97号锫都已制得单质。它们都是银白色的脆性金属,易溶于

稀酸,超铀元素有多种价态。

3.科学家对超铀元素提出稳定岛的假说,预言在原子序数114两侧(110~126)能发现较稳定的新元素。

寻找“超铀元素”的工作,实际上早在1934年就已开始了。这一年,费米在意大利发现,当他用一种新发现的,被称为中子的亚原子粒子来轰击一种元素时,经常会使被轰击元素转变为原子序数比它大1的元素。既然如此,是不是能够使铀转变成第93号元素一种在自然界中不存在的人造元素呢,费米的小组于是着手用中子来轰击铀,他们获得了一种产物,他们以为他们所获得的产物无疑是第93号元素,并称之为“铀X”。

1938年,费米由于他在中子轰击方面的研究而获得了诺贝尔物理学奖。他的这项发现的真正意义,或者说这项发现对人类将会产生的后果,人们当时甚至连想也没有想过。正像另外一位意大利人哥伦布一样,他所发现的虽然并不是他本来想找的东西,但重要性则远远超过他当时所能想像到的。

在这里只要指出一点就够了:在人们循着一些虚假的迹象进行了一系列追索以后,终于发现,费米所做的这个实验实际上并不是“制成”了一个新元素,而是把铀原子分裂成大致相等的两半。但当某些物理学家在1940年着手研究这种过程时,第93号元素却像是他们实验的一个偶然收获而突然出现了。

在用中子轰击铀时出现的好些元素当中,有一种起初无法证认的元素。这使加利福尼亚大学的麦克米伦开始认识到,裂变中释出的中子很可能已经像费米曾经希望会发生的那样,使某些铀原子转变为原子序数更高的元素了,而且麦克米伦和物理化学家艾贝尔森能够证明,那个未被证认出来的元素实际上就是第93号元素。证实这个元素存在的证据是它在放射性方面所具有的特点,这是后来新发现的所有元素的一个共同点。

麦克米伦认为,很可能还有另外一种超铀元素和第93号元素混在一起.后来,化学家西博格同他的合作者沃尔和肯尼迪很快就证实了事情确是如此,并指出这个元素就是第94号元素。

93和第94号元素分别被命名为。后来发现,它们也在自然界中存在,因为人们后来在铀矿石中发现了痕量的镎和钚。这样一来,铀这个元素就不再是最重的天然元素了。

后来,西博格以及加利福尼亚大学的一个研究小组继续得到了一种又一种超铀元素。他们在1944年通过用亚原子粒子来轰击钚的方法,得到了第9596号元素,并分别把它们命名为,后者是为纪念居里夫妇而命名的。

在他们制出了足够数量的媚和锔以后,他们又对这些元素进行轰击,并先后在1949年和1950年成功地获得了第9798号元素。他们把这两种元素分别命名为。1951年,西博格和麦克米伦由于这一系列成就而共同获得了诺贝尔化学奖。

第99和100号元素则是在一种更加戏剧性的场合下发现的,它们是1952年11月第一颗氢弹在太平洋上空爆炸时出现的。尽管它们的存在早巳在爆炸碎片中被检测到,但是直到加利福尼亚大学的研究小组1955年在实验室中获得了小量这两种元素以后,它们才得到确认,并被分别命名为,前者是为了纪念爱因斯坦,后者则是为了纪念费米,因为他们两人都在这以前几个月去世了。后来,这个研究小组又对小量的锿进行了轰击,并获得了第101号元素。他们把这个元素命名为,以纪念门捷列夫。

接着,加利福尼亚大学又和瑞典的诺贝尔研究所合作,在这个基础上向前迈进了一步。诺贝尔研究所进行了一种特别复杂的轰击,产生了小量的第102号元素,这个元素被命名为,是以诺贝尔研究所的名字来命名的,但是这项实验没有得到确认。后来又有人用别的方法、而不是用诺贝尔研究所最先介绍的方法获得了这个元素,因此,在锘被正式公认为这个元素的名称之前,曾有一段时间的拖延。

1961年,加利福尼亚大学的一个研究小组检测出第103号元素的一些原子,并把这种元素定名为,这是为了纪念劳伦斯,因为他是不久前去世的。

后来,苏联弗廖罗夫所领导的研究小组报道说,他们在1964年和1967年分别获得了第104号和第105号元素 ,但是他们用来产生这两种元素的方法并没有得到确认。后来,美国吉奥索领导的研究小组用别的方法产生了这两种元素。

这样,在谁先发现这两种元素的问题上,就发生了激烈的争论,两个研究小组都宣称它们有权为这两种元素命名。国际纯粹与应用化学联合会为解决命名争执问题,自1971年以来,曾多次开会讨论,均未解决。为此,该联合会无机化学组于1977年8月正式宣布以拉丁文和希腊文混合数字词头命名lOO号以上元素的建议。据此,104号元素的英文名称为unnilquadium,符号Unq;105号元素的英文名为unnilpentium符号Unp。

不过竞争还没有结束,1974年弗廖罗夫的研究小组用加速器加速的铬离子轰击铅靶,反应合成了质量数为259的106号元素的同位素。几乎同时,美国的吉奥索用加速器加速的氧离子轰击259微克的锎靶,反应合成了质量数为263的106号元素的同位素,并用测量263衰变链子体的方法进行了鉴定。

1976年弗廖罗夫的研究小组用加速器加速的铬离子轰击铋靶,合成了质量数为261的107号元素的同位素,并用测量261的衰变链子体的方法进行了鉴定,这一回苏联人领先了。后来,1981年联邦德国达姆斯塔特重离子研究所的明岑贝格等人用加速的铬离子轰击铋靶,合成了质量数为262的107元素的同位素。实验期间,他们每天能获得2个来自262衰变的α粒子,总共观察到6个计数。

1982年明岑贝格的科学小组用加速器加速的铁离子轰击铋靶,合成了质量数为266的109号元素的同位素。在长达一星期的轰击合成实验中,只获得了一个新元素原子;在266合成后千分之5秒时射出了具有11.10兆电子伏能量的α粒子。他们就是利用这唯一的事件,成功地用四种不同方式进行了鉴定,尤其是用测量266的衰变链子体的方法确证109号元素的合成。

108号元素的发现晚于109号元素,1984年明岑贝格等再次用加速器加速的铁离子轰击铅靶,反应合成质量数为265的108号元素的同位素(或266)。总共记录了三个265(或266)原子,其寿命测定值分别为:24、22、34hs,并通过测量265的衰变链子体的方法,确证108号元素的合成成功。此后至今,再没有新的元素被发现或合成出来。

自1940年发现第一个超铀元素镎(Z93)以来,至今已合成出直到Z112的超铀元素。随着Z的增加,超铀元素的半衰期越来越短。较轻的超铀元素(从Z93镎到Z100镄)可以用中子反应(反应堆或核爆炸)获得。Z>100的元素要用耗费巨大的加速器重离子轰击采制备,经过许多天的辐照,每次只能获得几个甚至1个原子。利用快中子引发或加速器嬗变使超铀元素镎、镅和锔裂变成为短寿命核素以消除长寿命超铀元素。

在攀登超铀元素这个阶梯时,每登上一级都此前一级更为困难,原子序数越大,元素就越难收集,并且也越不稳定。当达到钔这一级时,对它的证认已开始仅靠十七个原子来进行。好在辐射探测技术自1955年起已经非常高超。伯克利大学的科学工作者在他们的仪器上装上了一个警铃,每次只要有一个钔原子产生,在它衰变时放射出的标识辐射就会使警铃发出很响的铃声,来宣告已经发生了这样一件事。

从门捷列夫正式提出元素周期律,到1984年合成108号元素的一百多年的时间里,人们发现或合成了46种元素,每一种元素的发现都证明了门捷列夫的理论的正确性。而且它促使人们去研究元素周期性所包含得更深层次的理论根据,从而引导人们进入了原子的世界。


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