制造元素的方法
元素是具有相同核电荷数的原子的总称,因此元素的性质通常由原子的结构所决定。原子尺寸约为0.1纳米到几个纳米,它的结构示意图如图1所示:
图1. 原子的结构示意图
从图中可以看出,原子是由电子和原子核构成。电子在原子的外部,绕着原子核运动。电子带有1个单位的正电荷,原子核带有等量的负电荷,因而原子对外表现为电中性。在原子内部,电子的运动的速度通常比较大,按照经典力学的理解,只有这样才能有足够的离心力来抵消电子和原子核之间的静电引力。
正是原子的这种结构决定了元素的性质。原子中的原子核是由中子和质子组成的,原子的电子数与原子核中的质子数一样。原子中电子的数目不同,它和其它原子结合的能力也不一样。有的原子容易失去电子,使元素表现为很好的金属性;而有的原子比较容易得到电子,使元素表现为较强还原性的气体属性。原子之间进行电子交换是比较容易的,有些元素在常温下就可以发生反应,结合成各种各样的化合物。比如钠原子和氯原子就比较容易结合生成我们每天必须的食盐。科学家们也可以通过氧化还原反应把形成化合物的原子分离出来,使其成为单质(由同种原子组成的物质)。这种操作是比较容易的,因此我们可以在地球上大规模地生产化学产品,也可以很容易地把化学产品提纯。但是,要改变一个原子中的核心就相当困难了。举个例子比较一下,从原子中取出一个电子大概需要几十电子伏特,但若想从原子核内取出一个核子(质子或中子)则需要大约几个兆电子伏特,所做的功相差约10万倍。在自然状态下,我们是很难改变原子核的。
从以上叙述可以看出,我们身边的元素都是由原子构成的,不同的原子具有不同的原子核和核外电子。操作原子中的电子比较容易,而操作原子核相当困难。因此,制造元素的关键在于制造一个原子核。原子核一旦形成,它就可以吸附周围大量存在的电子形成原子,也就是我们所说的元素。
要想了解自然界的元素是怎么产生的,我们需要这一个能产生原子核的天然场所。精彩内容,将在以后的文章中逐步呈现。谢谢大家的关注和点赞,这会让我有动力继续写下去。