自1869年门捷列夫(Dmitri Mendeleev)发表了第一个被广泛认可的元素周期表以来,它便持续不断地在演化。至今,不同版本的元素周期表数量已经超过700多个了,不断出现的新元素填补着表中的那些空块。19世纪末,拉姆齐(William Ramsay)为这张“元素家谱”增添了一组新的元素——惰性气体,拉姆齐也因此获得了1904年的诺贝尔化学奖。
最近,这组元素迎来了一位新成员——Oganesson(Og),它是已知原子序数最高的元素(Z=118)。这个有趣的新元素于2002年被首次合成,将元素周期表的第七行全部填满,它也是第一个超重的(Z>103)惰性气体元素。为庆祝《物理评论》创刊125周年,发现Og的论文也被选为49篇具有里程碑意义的论文之一。理解Og和其他超重元素时面临的重大的挑战就是它们短暂的半衰期和低生产率。
据估算,Og的半衰期可能小于1毫秒,这个时间对于大多数的化学观察来说都是极度短暂的。因此,研究人员必须依靠理论预测来确定这种生命周期短暂的元素的基本属性。物理学家发现,这一最重元素与其它元素相比,的确非比寻常,包括了一项刚刚发表在《物理评论快报》的论文。下面是5个Og的奇异性质:1. 不寻常的壳结构。根据经典物理学得到的计算,Og的电子应该排列在原子核周围的壳层中,与另外两种重惰性气体氙和氡相似。
但随着原子序数的增加,爱因斯坦的狭义相对论所扮演的角色也变得越来越重要,因为内壳层电子会高速地移动,以避免“落入”原子核中。当我们将相对论效应考虑进计算中时,就会发现这一元素有多奇怪。2. 获得反应。Og属于惰性气体组,一般来说惰性气体不与其他元素发生反应。但由于电子分布的特别方式,使得Og是唯一既爱释放电子又爱吸收电子的惰性元素。造成的结果可能就是Og的化学性质非常活跃。3. 坚若磐石?
特殊的电子结构,也让Og元素的原子会粘在一起,而不像普通气体原子那样相互碰撞反射。科学家认为,在室温下,Og原子或可凝聚成固体,这与其他惰性气体不同。4. 冒个泡儿。由于有着相同的电荷,在原子核内的质子会相互排斥,但强核力使得它们能被紧紧地束缚在一起。可Og的质子数高达118,这或许能帮助质子克服这种力量,从而在原子核中心形成一个含有少量质子的“气泡”。
实验已经证明,“气泡核”可在一种不稳定形式的硅中找到。5. 中子的分布。与预计中存在于Og原子核的不同壳层中的质子不同的是,Og元素的中子应该是混合的。这与其他重元素的表现并不一致,一般来说中子的分布会呈轮廓分明的环状。Og元素的理论预测带来了许多令人惊讶的结果。接下来我们需要做的是通过实验来检验这些预测。
俄罗斯的杜布纳联合原子核研究所正筹备在今年下半年启用并运行一个Og实验室,一旦能够创造超重元素的设施得以建成,科学家就能一一检验对Og元素作出的诸多奇异预测了。