极端元素继续扩充元素周期表的界限

　　极端元素继续扩充元素周期表的界限
　　2009年6月，美国橡树岭国家实验室试图利用商业航班运输一种罕见的放射性物质去俄罗斯，海关人员拒绝接受这种包裹，上面用采用铅屏蔽，并印有大胆的警告和电离辐射的不祥三叶符号。包裹退回实验室。科学家加上了额外的包装，包裹又进行了第二次邮寄，但又被拒绝了。在第三次尝试后，货物清关。
　　在莫斯科北部杜布纳的一个实验室里，科学家用钙离子对这种称为锫（berkelium）物质进行了轰击，试图创造一种更稀有的元素。经过150天的轰击，研究人员发现了六个从未在地球上看到过的元素原子。2015年，经过其他实验证实了这一发现，元素117，石田（tennessine，中文拼音tian），在元素周期表上获得一个位置。
　　科学家们希望进一步延伸周期表，超过tennessine和其他三个最近发现的元素（113，115和118），这些元素完成了元素周期表的第七排。
　　找到下一个新元素需要使用超强离子束，带电原子的新技术，更不用说跨越国界运送带来的放射性物质的压力。但突破周期表限制对科学家们来说太过诱人。
　　德国达姆施塔特GSI亥姆霍兹重离子研究中心的核化学家ChristophDllmann说，俄罗斯化学家德米特里门捷列夫创建周期表已有150年了，然而我们仍然无法回答这个问题：哪个是最重要的元素？
　　在元素周期表的最边缘，元素在其形成的瞬间衰减，提供很少的时间来研究它们的属性。事实上，科学家们对新发现的元素的最新成员仍然知之甚少。因此，虽然一些科学家正在寻找前所未有的元素，但其他人希望更多地了解这个周期表中的新成员和超重元素可能表现出来的奇怪行为。
　　对于这样的超大原子，化学可以变得奇怪：原子核，每个原子中心的心脏，膨胀着数百个质子和中子。在它们周围旋转着大量的电子，有些电子以接近光速的速度移动。这种极端条件可能会产生很大的影响，弄乱周期表的整理顺序，其中每列中的元素都是接近的化学性质，其行为方式类似。
　　元素由它包含的质子数定义。用比以往更多的质子创造一个原子，你已经拥有了一个全新的元素。每种元素都有多种类型，称为同位素，以核中的中子数为特征。改变原子核中的中子数会改变力的微妙平衡，使核稳定或导致其快速衰变。元素的不同同位素可能具有截然不同的半衰期，即样本中一半原子衰变成较小元素所需的时间。
　　门捷列夫的元素周期表于1869年3月6日提交给俄罗斯化学学会，仅包含63个元素。起初，科学家通过从天然存在的材料中分离元素。
　　但为了制造最重的元素，研究人员采用了一种新的强力方法：将重原子束撞击到目标物中，如果幸运的话，光束和目标中的原子会融合，形成一个具有更大，更笨重的核的新原子，也许是一个原子比其他任何已知的原子拥有更多的质子。
　　研究人员正在使用这一策略来找到元素119和120。
　　科学家们希望创造的前所未见的原子，以扩充周期表。
　　目前元素周期表，红色119和120还未找到，蓝色为超重元素
　　只有在全球一些高度专业化的设施中，比如俄罗斯和日本的实验室，才能将核心结合成新元素。研究人员仔细选择光束和目标物的构成，希望能够生成所需元素的设计原子。这就是四个最新元素的创建方式：nihonium（元素113，中文名鉨，拼音n），moscovium（115，中文名鏌，拼音m），tennessine（117，中文名石田，拼音tin）和oganesson（118，中文名气奥，汉语拼音o）。
　　为了创造tennessine，科学家将钙束与锫制成的目标物相结合，当你考虑每个核中的质子数时，联合是有意义的。钙有20个质子，锫有97个，总共有117个质子，这个数字在tennessine的核中发现。将钙与下一个元素结合在一起，即cal，你可以得到元素118，oganesson。
　　要创造更大的原子核需要越来越奇特的材料。在之前的努力中使用的cal和bekelium非常罕见，目标材料必须在美国橡树岭国家实验室制造、研究人员在核反应堆中将材料炖数月，并仔细处理出来的高放射性产品，所有这些工作可能只产生几毫克材料。
　　为了使用钙48光束发现元素119，研究人员将需要由锿（元素99）制成靶，这种材料甚至比cal和bekelium更罕见。橡树岭物理学家詹姆斯罗伯托说：我们无法制造足够的锿。科学家需要一种新方法，他们已经转向依赖于不同粒子束的相对未经测试的技术。
　　为了发现oganesson294（含有294个质子和中子），科学家们将钙离子撞击到一个cal目标，
　　但是，任何新的方法都必须经常产生足够值得的新元素。日本实验用了差不多九年的时间才证明了鉨的存在。
　　为了避免这么长时间的等待，科学家们正在仔细选择他们的策略并加快改进的机器以加快搜索速度。
　　东京附近的RIKENNishina加速器科学中心的一个团队使用钒（元素23），而不是钙，将它们撞到鋦（元素96），以找到元素119。RIKEN核化学家HiromitsuHaba表示，改进后的加速器可在一年内准备就绪。
　　俄罗斯的科学家们已经建立了一个新的加速器设施，即超重元素工厂，以寻找119和120元素。
　　与此同时，位于俄罗斯杜布纳的核研究联合研究所（JINR）的一个新实验室开发出一个加速器，可以驱动离子束，使其目标速度达到之前的10倍。在即将进行的实验中，科学家们计划将鈦（元素22）撞击到berkelium和calgium目标上，试图产生元素119和120。
　　JINR的核物理学家YuriOganessian表示，一旦JINR的新实验开始运行，可能会在几年后发现119元素。
　　已知的超重元素寿命太短，无法创造出足以容纳在手掌中的大块。因此，科学家们仅限于研究单个原子，通过分析其各自的特性来了解每个新元素，包括它与其他物质的反应是否容易。
　　一个重要的问题是元素周期表的周期性是否适用于超重元素。在表中，元素根据它们的质子数排序，排列使得每列中的元素具有相似的属性。例如，第一列中的锂，钠和其他物质与水剧烈反应。最后一栏中的元素，称为惰性气体。但对于周期表的最新，最重的元素，这种长期存在的化学规律可能会被打破：一些超重元素的行为可能与表中位于其上方的邻居不同。
　　对于挤满了100多个质子的原子核，一种特殊类型的物理学占据了中心位置。电子在这些巨大的核心周围拉链，有时超过光速的80。根据爱因斯坦的狭义相对论，当粒子快速移动时，它们似乎获得了质量。这种性质改变了电子拥抱原子核的程度，因此原子共享电子，产生化学反应的难易程度。密歇根州立大学的核物理学家WitoldNazarewicz说：在这些原子中，相对论规则和标准的共同属性被打破了，我们必须为这些原子编写新的教科书。
　　超重oganesson的核有118个质子和许多中子（蓝色和红色）。它的118个电子（绿色）围绕着原
　　元素周期表当中一些熟悉的元素已经受到狭义相对论的影响。该理论解释了为什么金是黄颜色的以及为什么汞在室温下是液体。赫尔辛基大学的理论化学家PekkaPyykk说：如果没有相对论，汽车将无法启动。
　　随着科学家们在元素周期表中的进展，相对论的影响可能会激增。
　　在2018年的物理评论快报中，Nazarewicz及其同事报告说，元素周期表中最重的元素，oganesson位于隐逸的稀有气体中，避免与其他元素发生反应。但是，理论计算表明，oganesson打破了这一趋势，而且可能反过来。
　　Oganesson的化学反应是一个热门话题，但科学家还没有能够通过实验直接探索其性质，因为oganesson太罕见且稍纵即逝。理论化学家ValeriaPershina说：现在所有的理论家都在围绕着这个元素来试图做出惊人的预测。
　　化学家正在努力寻找超重元素行为的计算方法。但这些化学实验和传统方式完全不同：没有白色外套的科学家挥舞着烧瓶和本生燃烧器。因为这些东西是原子，它们不能做大多数人所认为的化学反应。
　　对于超重元素来说，不仅仅是化学反应会变得古怪。当用质子填充时，原子核可以翘曲成各种形状。Oganesson的核可能有气泡，其中心的质子数少于其边缘的质子数，更极端的原子核可能是甜甜圈形状。
　　甚至需要测量这些元素的最基本属性，例如它们的质量。
　　劳伦斯伯克利国家实验室FIONA实验的JacklynGates和KenGregorich首次测量
　　他们使用劳伦斯伯克利的加速器直接测量了鉨和鏌的同位素质量。将每个元素的离子引导到探测器上的电磁场，一种名为FIONA的装置帮助研究人员测量质量，每个离子命中的位置表明它有多大。
　　研究人员检测到鉨的同位素的质量数为284，这意味着它的核总共有284个质子和中子。鏌的质量数为288，测量的质量与预测一致。
　　随着元素的同位素（灰色方块）接近岛屿，随着更多中子充满核，它们往往寿命更长。例如，Flerovi
　　为了充分掌握大自然，科学家们想知道元素周期表的结束点。
　　最终将会有一个最重要的元素，当我们发现所有含有至少百万分之一秒的同位素的元素时，表格将会完成。
　　2011年一篇论文中认为，元素可能不会按照其所包含的质子数按顺序排列。例如，元素139可以位于元素164的右侧，如果确实存在这样的重元素。这是因为狭义相对论改变了电子将自身插入壳体的正常顺序，这种排列定义了电子如何围绕原子旋转。
　　但如果科学家达到创造更重元素的能力极限，那么元素表的元素添加可能会枯竭。当元素存在用微秒数计算时，即使原子到探测器也可能需要很长时间才能探测到这种元素时，该元素会在有机会被发现之前消失。
　　实际上，目前还不清楚如何寻找超过119和120的元素。
　　不过，我们不应该低估下一代，他们可能有聪明的想法，他们将拥有新技术。下一个元素总是最难的，但它可能不是最后一个。