地壳10亿亿亿分之一的含量,人类也能发现!元素砹到底有何魔力?

说宇宙寻真理 2024-05-06 21:18:57



你敢相信你所学习的元素周期表是科学家们猜出来的吗?

这句话说的有点夸张了,但并不是完全不正确的,元素周期表中的那些化学元素虽然都是自然界中真实存在的,但它们的区别可大了去了。

有一些元素是科学家们在自然界真真切切的发现了之后确定下来的,但有一些元素却是科学家们纯靠猜出来的,就是“我觉得自然界中是存在这种元素的”,以这样的想法去自然界中寻找,结果还真的找到了。

元素周期表中最著名的“靠猜测发现的元素”就是“砹”。

“砹”这种元素在元素周期表中排在第85位,它属于一种天然的放射性元素,在自然界中含量非常少,只有大约10亿亿亿分之一,都到了可以忽略不计的程度。

按照这种含量,其实人类大可不必费尽心思的去找,但科学就是坚持不懈,无数科学家为了证实“砹”这种元素的存在,可以说是费尽周折。

元素砹的发现历程

世界上第一位认为存在元素“砹”的化学家是门捷列夫。门捷列夫在19世纪的时候,在研究已发现的自然界中存在的元素的时候,发现这些元素的原子质量有一定的规律性:根据原子的大小,如果将它们从小到大排列的话,这些元素会呈现一定的周期性。

于是门捷列夫就根据这些已经发现的那些元素的原子大小,将这些元素进行了排列组合,编出了一张元素周期表,这是世界上出现的第一张元素周期表。

但是那个时候门捷列夫做的这张元素周期表是不全的,零零散散空着非常多的位置。

按照元素的属性,门捷列夫认为这些空格在未来必然会被填满,根据目前已知的这些元素的规律,必然也存在其他的元素。

于是从1871年开始,门捷列夫就一直在从理论的层面推断那些空着的元素的属性,列出了非常多的类比。

他最先推断出来的元素是“镓”,这种元素是排在“锌”和“砷”之间的,门捷列夫根据他所排列的元素的化学性质,认为在“锌”和“砷”之间的元素在性质上是和“铝”还有“硅”很相像,于是他给这两个空格的元素起了个名字,分别叫“类铝”和“类硅”,暂时以这两个名字填充了空白。

果然到了1875年,人们发现了“镓”这种物质,是在闪锌矿中被发现的,其化学性质也和“铝”非常的相似,于是后来的化学家们就把“镓”填充到了门捷列夫的“类铝”的位置上。

同样到了1885年,人们又发现了“锗”这种物质,其化学性质也和门捷列夫说的“类硅”很像,于是就把“锗”填充到了“类硅”的位置。

有了这些先例,包括门捷列夫在内的化学家们仿佛受到了鼓舞,既然“镓”和“锗”都已经被发现了,那就说明门捷列夫的猜测是正确的,只要在自然界中慢慢的寻找,那早晚有一天会把门捷列夫的元素周期表给填充满。

于是在化学界就兴起了一股热潮,那就是赶紧去找可能存在的化学元素,谁要是能找到并且把元素周期表给填补起来,那必定要在化学史上留名的。

刚开始的时候,化学家们是根据门捷列夫所做的元素周期表去寻找的。在门捷列夫的推断中,位于“砹”这个位置的元素应该是一种碘,门捷列夫把它叫做“类碘”。

因此化学家们都去含有碘的地方去寻找,也就是在各类盐中寻找,但是找遍了所有的盐都没有找到“类碘”这种元素。

1925年一个英国的化学家名叫费里恩德,它有着锲而不舍的精神,就认定“类碘”要去盐里寻找。于是大夏天的他跑到了死海边上,搞了很多死海的水,想着从死海的水中提炼海盐,然后再用光谱技术去检验这种物质的存在。

结果显而易见,肯定是没找到,不管是化学分析还是光谱分析,都没有在盐中找到这种“类碘”,迫不得已他也只能放弃。

既然都找不到,那么是不是说明门捷列夫的猜测不正确呢?或许这种化学元素根本就不是“类碘”呢?

于是1931年,美国的一个教授开始另辟蹊径,不再从盐中去寻找了,它的这一改变还真让他有所收获,他在王水和独居石作用的萃取液中,发现了“类碘”这种元素。

但是还没等他高兴多久,他的发现就被否定了。因为他用的这种方法不对,他用的是磁光分析法,化学界认为这种分析法本身就是不正确的,所以用这种方法发现的化学物质那也是不存在的。

就这样,化学家们在不到百年的时间里不断的寻找“类碘”,都一无所获,就在人们要放弃的时候,来自意大利的一位化学家传出了好消息,他找到了“类碘”,找到了位于元素周期表里的这个排在第85位的元素。

这位意大利的化学家是和他的朋友一起用“原子大炮”的方式,也就是用回旋加速器加速氦原子核,然后用这种方式轰击金属铋209得到了“类碘”。

但是“类碘”是一种非常不稳定的元素,虽然它的性质和碘差不多,但他并不是一种金属元素,在发现它的8.3小时之后,有一半的原子核已经变成了别的元素。

根据它的这一不稳定的特性,来自意大利的这位化学家给它起名叫“砹”,“砹”在希腊语里就是不稳定的意思,用来做它的名字是再贴合不过了。

意大利化学家成功的通过人力制造出了“砹”这一元素,但是总不能一直被人类制造吧,也得看看大自然中是否存在“砹”这种物质。

于是人们还是不断的进行研究,最终在铀矿中发现了“砹”这种元素,但是含量真的太少了,只有10个亿亿亿分之一,可以说是地壳中含量最少的元素了。

可能有些人会觉得大费周章的去挖掘这些化学元素干什么,它们在自然界中的含量已经那么低了,需要耗费大量的人力物力去制造出来,难道不觉得麻烦吗?

其实并不是,元素“砹”属于微量元素的一种,虽然在自然界的存在感非常低,但是它的用途却非常多。

元素“砹”的用途

首先,元素“砹”是非常有科学研究价值的一种化学元素。

元素“砹”属于是卤族元素其中之一,位于周期表的第七个主族之中,是卤族元素中原子序数最大的一个。从元素周期表上来看,地位还是相当重要的。

加上元素“砹”本身的含量就非常少,可以看作在大自然中几乎不存在,这就让研究“砹”这种元素变得更有科学价值,因为稀少所以人们才研究。

只有深入的了解“砹”元素之后,人们才能进一步的对卤族元素进行研究,才能更深入地了解卤族元素的性质、变化规律以及它们之间的相互作用。

其次,元素“砹”是一种具有放射性且不稳定的元素,衰变的非常快。通过研究“砹”,我们能更好的了解物质的放射性衰变过程,为更好的研究核物理和医学提供重要的物质基础。

再者,元素“砹”是微量元素,现在各个国家都在大力的研究微量元素,都在竞争这些重要的资源,毕竟有一些微量元素在国防、能源、信息等领域都有重要的作用。

所以,微量元素有着非常重要的战略意义,如果能研究透了像元素“砹”这样的微量元素,那就能为国家的科技发展和国家安全提供有力的支持,是增强国力的重要手段。

结语

所以说,任何研究都不是没有意义的,都有一定的价值,不管是科学价值,还是潜在的应用价值,亦或者是战略意义,这些微量元素都值得科学家们大费周章的寻找,因为只有这样,我们的国家才更有底气,国力才会更强盛。

参考资料:

《中国冶金百科全书》冶金工业出版社《元素小百科|85号元素—砹》糖衣化学
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