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为什么地球上几乎找不到43号元素？ (转载)

• 2021-07-03 23:01
• by 刘管家
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1869年，俄罗斯化学家门捷列夫创立了著名的元素周期表，将已经发现的元素，按照原子量递增的递增顺序，对这些元素进行了规律性的排列，并且在周期表中，给未发现的元素预留了空位，从而奠定了人类对元素认知的基础，为后来人们深入了解元素的奥秘、预测、探索和发现新元素提供了遵循。

目前，元素周期表中的元素类别已经扩展到118个，共分为7个周期和16个。其中95号元素镅开始，一直到118号为止，这些元素都具有不同程度的放射性，而且半衰期极短，在自然界中的存在数量非常稀少而且不能稳定存在，所以这些元素只能通过人造的方式获取。随着元素原子量的逐渐增大，原子核将变得越来越不稳定，所以118号元素之后新元素的发现，难度也越来越大。

纵观地球上天然存在的诸多元素，共来源都指向宇宙的形成、发展和演化。因为地球的诞生取决于组成物质的聚合，而这些物质又都来源于宇宙，这里面包括几个关键进程：

一是恒星。恒星内部无时无刻不在发生着核聚变反应，在核聚变过程中，轻元素逐渐演变为重元素。不同质量的恒星，由于内部核聚变的程度不同，因此最终能够生成的重元素也不一致，当新形成的元素原子序数达到一定程度以后，再新生成更重的元素所需的能量，要比核聚变释放的能量还高，那么恒星的核聚变就会终止，恒星的寿命也就达到了尽头。由于铁元素的比结合能最高，所以大质量的恒星，其内核最终能够合成的元素，最多也只能进行到铁这一步。

二是超新星爆发。大质量恒星在进入生命尾声之后，由于内部核聚变停止，外部物质在巨大引力作用下，会急剧向内核坍缩，在撞击到内核后，会形成强大的反弹激波，将恒星外部物质推离出恒星，形成壮观的超新星爆发，同时释放巨大的能量。那些以铁为基底的被抛撒出去的物质，在巨大能量加持下，快速地俘获时同释放出来的中子流，使中子进入到重元素的原子核内，从而形成原子序数更大的重元素。快中子俘获过程，也是宇宙中比铁更重元素的主要来源之一。

三是中子星合并。由于超新星爆发所经历的时间较短，中子流的数量不足以在这么短的时间能推动形成足够多的重元素。而在两颗中子星合并过程时，由于聚合的时间长、释放的能量大、释放的中子流强度高，因此在中子星合并时，通过快中子捕获所合成的重元素，要比超新星爆发数量更多、原子序数更大。

门捷列夫在创立元素周期表后，刚才提到了，他刻意在一些原子序数没有连接起来的地方插入了空格，由于元素性质在族类中具有相似性，从而为以后新发现元素预留了空间，并且门捷列夫通过研究，也预测出了若干空缺的元素性质。

在随后的几十年时间里，诸多科学家通过大量的探索、发现和研究，那些空出来的位置逐渐都被补上了，但是很长时间以来，仅剩下了42号元素钼和44号元素钌之间的空位没有补上。全世界的化学家们为此绞尽了脑汁，也没有找到什么好的办法。

如果43号元素找不到，那么元素周期表的排列顺序和规律，长期以来人类对元素性质的理解都将会受到极大的冲击，甚至出现颠覆性的问题。

到上世纪20年代，一些德国科学家在研究时发现，在元素周期表中，同一族的过渡型金属的第二行元素，与第三行元素通常情况下都是“形影不离”的，在自然界的岩层中往往出现伴生的情况，比如钼和钨，通常都是在一个岩矿中发现它们。

这给当时的科学们极大的鼓舞和信心，因为按照这样的规律，在铂矿和铌矿中可能会存在着43号元素。然而，科学家们在铂矿中始终是一无所获，而在铌矿中意外地发现了75号元素铼，同时捕捉到了43号元素的痕迹。可惜的是，科学家们刚一发现43号元素，它就消失得无影无踪，根本没有时间让科学家们进一步来了解它的性质。在此后的十多年时间里，科学家们始终在这方面始终没有什么突破，43号元素就像隐身了一样，被当时的人们称为“失踪的元素”。

事情在1937年发现了转机。当年，意大利化学家卡洛·佩里埃以及核物理学家米利奥·塞格雷，在鉴定从美国运来的粒子加速器样本时，正式发现了43号元素的身影。而这些粒子加速器样本，是在之前的粒子加速器中，用亚原子来轰击钼原子核而得到的。

在威力强大的中子轰击下，钼原子核内“溜进来”一个中子，从而使其质子数量增加了1个，从42个变成43个，从而翻身实现了华丽的转变，演变为43号元素。科学家们了解到这一途径之后，将43号元素命名为“锝”，在希腊语中代表“人造”的意思。

此后，科学家们对锝及其同位素的性质进行了深入的研究，发现它们都是放射性物质，其中放射性最长的同位素，也只有几百万的时间。而地球的形成时间已经有46亿年，太阳系的形成时间也有50亿年，即使在太阳系和地球的形成早期，有一定量的锝元素，那么经过漫长的时间，这些锝元素已经衰变得微乎其微，在地球上找不到它们也就理所应当了。

其实，在宇宙空间中，存在着一类处于特殊阶段的恒星，其中的锝元素或许会达到比较“可观”的水平，这种恒星就是红巨星。这类恒星是在结束主序期阶段以后，在体积膨胀的过程中，将会发生慢中子捕获，恒星内部额外的中子与核聚变所产生的重元素发生作用，从而形成较重的元素，由于这种作用的过程，相对于超新星爆发时的快中子捕获要慢得多，因此被称为慢中子捕获，在特定的阶段，红巨星内部或许会形成一定丰度的锝元素聚集，这类恒星也被称为锝星。

虽然在红巨星内部可能含有较多的锝元素，但是一旦它的生命终结，以爆发的形式将组成物质抛洒到宇宙空间中之后，由于失去了“生存的土壤”，在形成行星状星云的过程中，锝元素也会在“快速”的衰变过程中，几百万年后几乎全部变为其它轻元素，很难再在宇宙空间中找到它们了。