陈文海

从遥望无际的广袤宇宙，到身边的万物，都是由一些最简单、最基本的物质——化学元素组成。我们现在知道，元素周期表前26种元素，从氢到铁都是在恒星内部核聚变过程形成的，而从27号元素钴起，自然存在的元素都是由于超新星爆炸形成的。而还有一些元素，在自然界中并不存在，它们是科学家在实验室人工合成的。

轰开原子核大门

在科学昌盛的20世纪，科学家已经了解到，原子是由原子核和电子组成的，原子核又是由质子和中子组成的，而且，人们还掌握了强大的足以轰开原子核大门的武器，把原子分裂开来，并重新组成新的原子。为这一研究工作奠定理论和实验基础的是英国化学家和物理学家卢瑟福。

1910年，卢瑟福进行了α粒子轰击金箔的实验，他发现大多数α粒子能够穿过金箔继续向前行进，也有一部分α粒子改变了原来行进的方向，但改变的角度不大。只有极少数的α粒子被反弹了回来，好像碰到了坚硬的不可穿透的物体。

卢瑟福认为，这个实验说明金原子中有一个体积很小的原子核，原子的质量和正电荷都集中在原子核内。α粒子通过原子中的空间部分时，不会受到阻力，可以顺利地穿过，但如果碰到原子核，(α粒子和原子核都带正电)，α粒子就会被弹回来。

卢瑟福设想，金原子核中有79个质子和1 18个中子，质量太大，α粒子和金原子核之间的排斥力太大，并不能把金原子核轰开。如果采取两种措施：一方面用能量很高的α粒子来轰击；另一方面，把被轰击的对象改为轻的原子核，例如氮原子核(含有7个质子和7个中子)。那么，α粒子与氮原子核之间的排斥力要小得多，也许能量很高的oc粒子有可能把氮原子核轰开。

确实，实验结果和卢瑟福设想的那样，α粒子钻进了氮原子核以后，α粒子中的2个质子和2个中子与氮原子核中的7个质子和7个中子重新组合后，变成了一个氢原子和一个氧原子。

一个原子的原子核被轰开以后，变成了另外两个原子，这意味着化学家已经能够用人工方法合成化学元素了。卢瑟福的发现，改变了19世纪以来化学界认为“元素永远不变”的理论。

虽然卢瑟福将原子分裂后得到的都是一些轻元素，但是，想要用人工的方法获得重元素也是可能的。只要能够制造出威力更强的“大炮”，发射出各种高能粒子，就能达到目的。

1929年，美国加州大学物理系教授劳伦斯设计出回旋加速器，被加速的带电粒子的速度接近光速，具有极高的能量。在这种加速器中，可以把某些原子核加速，像“炮弹”似的以极高的速度向别的原子核进行轰击。这样一来，就为人工制造新元素创造了更加有利的条件。

首个人工合成的元素锝(43号元素)

1869年，俄国科学家门捷列夫首先整理创制了元素周期表，他将当时已知的63种元素依原子量大小并以表的形式排列，把有相似化学性质的元素放在同一行，这就是元素周期表的雏形。但是当时他遇到了一个难题，发现在钼元素和钌元素之间缺少了43号元素。这个空缺的元素是锝。

因为锝不稳定，几乎从来没有在地球上被发现过。直到1937年，意大利物理学家卡洛·佩里埃和埃米洛·塞格雷终于证实了它的存在。他们用氘(重氢)轰击钼，获得了锝的同位素，随后从铀的裂变产物中得到锝的许多同位素。希腊文中，“锝”的原意是“人工制造的”。

锝，成了第一个人造的元素1当时，他们制得的锝非常少，总共才一百亿分之一克。后来，人们进一步发现锝并没有真正的从地球上失踪。其实，在大自然中，也存在着极微量的锝。1949年，美籍中国女物理学家吴健雄以及她的同事从铀的裂变产物中，发现了锝。据测定，一克铀全部裂变以后，大约可提取26毫克锝。另外，人们还对从别的星球上射来的光线进行光谱分析，发现在其他星球上也存在锝。

科学家如今已发现质量数90～110的全部锝同位素。锝是银灰色金属，具有放射性。十分耐热，熔点高达2 200℃，在-265℃时电阻会全部消失，变成一种没有电阻的金属!锝99是核医学临床诊断中应用最广的医用核素，自然界仅发现极少量的锝99。

从核反应堆中制得的钷(61号元素)

钷元素是元素周期表的另一个“另类”，和其相邻的元素都很稳定，而它却没有自己稳定的同位素。1941年，美国俄亥俄州科学家通过照射钕和镨，得到的产物从属性上看很像是61号元素。然而20世纪40年代的技术很难提取这种稀土金属。因此。第61号元素钷的发现经历了数年时间。1945年，美国田纳西州橡树岭克林顿实验室的研究人员马林茨基、格伦丁宁和克里尔在铀裂变产物中发现了61号元素。他们应用了新的离子色层分离法把它分离出来，并研究了它。新元素并命名为钷，名称来自希腊神话中偷取火种给人类的英雄普罗米修斯。

1965年，研究人员从6 000吨铀矿中取得350毫克钷，是铀自动分裂的产物。这样，地壳中也找到了它。

迄今已合成28个钷的同位素，钷-147的寿命是2.6234年，β辐射弱，因而被用来制造像药片一样大小的原子电池。由于这种能源很安全，而且作用的时间长，具有钷-147的电池首先应用在助听器和轻便的无线电接接收器中。

中子轰击铀制得的元素：镎(93号元素)和钚(94号元素)

1940年，美国加州大学伯克利分校科学家用中子轰击铀获得镎，而镎接着又经过一个衰变的过程转化成钚。1941年，加州大学伯克利分校科学家制成了重要的钚239同位素，它是制造原子弹的重要原料。二战末期，美国投于日本长崎代号“胖子”的原子弹，就是以钚239作核装药。

金属钚是银白色的，与氧气、水蒸气和酸作用，但不与碱反应。它和铀一样用于核燃料和核武器。现在已经可以获得成吨的钚。1945年，西博格比较了镎和钚，认为它们与铀的性质相似，同时又与稀土元素中钐相似，在1945年发表了他编排的元素周期表，建立了与镧系元素相同的锕系元素，把它们一起放置在元素周期表的下方，成为今天形式的元素周期表，并留下94号元素以后一系列的空位留待发现。

据说，钚是世界上最毒的物质。一片阿斯匹林大小的钚，足以毒死2亿人，5克的钚足以毒死全人类。钚的毒性比砒霜大4 86亿倍，它的威力胜过核武器。

最责元素锏：1克价值10亿美金(98号元素)

1950年，美国核化学家格林·西博格等人用氦离子轰击锔产生锎。1952年，科学家在氢弹试爆的残骸物中也发现了锎元素的存在。该元素是世界上最昂贵的元素，1克价值10亿美元。锎在地壳中并不存在，因为它的核不稳定。从1950年发现，直到1958年才得到了可称量的锎。在1971年，科学家

们才制得纯锎金属。直到1975年，全世界才大约有1克的锎，可见锎是多么难以制得。用途最为广泛的是锎252同位素，它能以惊人的速度释放中子，每分钟达到1.7亿个。这一特性使锎元素非常危险，但是却能广泛应用于分析金银等的纯度、检测金属疲劳度、启动核反应堆和探测地雷等方方面面。

人工放射性106号元素

随着更加强大的粒子加速器的问世，科学家们发现了生产高能元素的新途径。1974年，美国劳伦斯伯克力国家实验室利用他们的超重离子线性加速器，用氧18离子轰击锎-249制造出了第106号元素。几乎同时，苏联杜布纳联合核子研究所的弗廖罗夫和奥加涅相等用加速器加速的铬离子轰击铅靶，反应合成了质量数为259的106号元素的同位素。他们鉴定259以自发裂变的方式衰变，半衰期为千分之七秒。

“活”了不到1毫秒的118号元素

2006年10月16日，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室宣布，该实验室科学家与俄罗斯科学家合作，利用俄方的回旋加速器设备，成功合成了1 18号超重元素，并观察到其存在了不到1毫秒时间。

至今为止，这两大研究所已经成功发现了5种元素：113号，114号，115号，116号和118号。

科学家两次将大量钙-48离子加速，用来轰击人造元素锎-249，从而制造出3颗新原子。每颗新原子的原子核包含118个质子和179个中子。它先衰退为116号元素，在一毫秒之后，它立即衰退成第114号元素，然后又衰退成第112号元素，最后分裂成两半。

科学家们观察到了1 18号超重元素的原子“衰变链”过程，证实了这一新的超重元素的存在。这种拥有118个质子的元素是目前已知最重的元素，也是第一种人造惰性气体。这种超重元素存在的时间极其短暂，约有0.9毫秒，即万分之九秒，之后即迅速衰变为原子量较小的其他元素：先是从118号元素衰变为116号元素，接着继续衰变为114号元素，然后又衰变为112号元素，最后一分为二。

目前，这一新元素尚未被正式命名。这一新元素只有在获得国际化学家学会的认可后才会被正式命名，排在它之前的113号、114号、11 5号以及116号元素至今都未正式命名。

合成更多新元素

自然界存在从氢到铀共92种元素，按其原子序数，在元素周期表上从1排到92。自然界多数超重元素原本并不存在，而是科学家通过撞击较轻的原子合成的。科学家很想知道，人工到底能合成多少元素。并一直致力于这方面研究。

但是，这一过程极其困难，美国科学家考恩拉德·戈尔布克曾说，创造一种新元素就如同发现“核物理学领域的桂冠”。对化学元素家族来说，每增加一个新的成员，都让人类经历一番漫长的等待，而且越是往后，新化学元素出现的机会就越少。但是，人类对化学元素的认识是没有止境的。到现在为止，我们还不清楚化学元素周期表的终点在哪里。