元素周期表是無限的嗎
目前，世界各地的研究人員正在爭先奪後地合成元素周期表的下一個元素：含119個質子的原子。不過，密歇根州立大學的核物理學家Witold Nazarewic提出：我們有理由認為，元素周期表不是無限的。當然，預測極限並不容易。
迄今為止，原子界的重量級冠軍和最新成員是第118號元素「Oganesson」(Og)，它含118個質子和176個中子。2016年，它被正式授予名稱(但尚未有中文名稱)。當年，還有另外三種元素得到正式命名，它們分別是第113號(鉨Nh)、115號(鏌Mc)、117號(Ts)元素。
這些人工合成的粒子代表著核物理學的前沿領域，代表著舊法則不再適用的領域。沒有人知道元素周期表的盡頭在哪裡。理論認為，我們最多可以將184個質子和一堆中子擠成一團，合成巨大的原子核。不過，第184號元素是不是絕對極大值尚且存在爭議。計算機模型顯示，Og元素應該具有不同尋常的電子結構。
這裡有個哲學問題：當原子無法容納任何電子時，它還算是原子嗎？Og元素的半衰期不到1毫秒，幾乎無法維持穩定的亞原子粒子。不過，這段時間依然足以使電子在原子核衰變前各自就位。從理論上講，我們可以通過其它元素的碰撞和合併製造出更大的原子核，但如果這些原子核尚未抓牢電子就產生衰變了，那麼它們還能算是原子嗎？
即便有些原子足夠穩定，能夠抓牢電子，但Og元素的電子行為非常古怪，這意味著更大原子核的電子運行會更加詭異。大量質子聚集在一起會累積可觀的靜電力，這不僅使電子難以遵循預期運行模式，還會產生Coulomb frustration(未查到對應中文翻譯)。通常，原子的表面能足以使它大致呈球體形狀。當Coulomb frustration足夠大時，原子核會出現隆起和空洞，威脅自身的穩定性。所以，除考慮衰變期外，我們還需要通過計算機模型判斷它們的Coulomb frustration會不會造成嚴重問題。
此外，量子效應和相對論效應也使我們難以預測這類超大原子核的特性。再以Og元素為例。從原子序數上看，它屬於惰性氣體。然而，其電子特性使它比其它惰性氣體活躍，其體積使它在室溫下不太像氣體。如果這類元素不遵循元素周期表的規律，那麼我們便應該重新摸索它們的規律。
本文譯自 sciencealert，由譯者 蛋花 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
原作者：MIKE MCRAE
TAG:煎蛋 |