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人工合成元素

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  自然界中不存在,完全由人工方法合成出的元素
  自然界中存量稀少,通常由人工合成的方式生產的放射性元素
  自然界中較普遍,有穩定存量的天然放射性元素

人工合成元素,又稱為人造元素,在化学中是指自然界中不存在,只有通过人工方法才能製造出來的化学元素。一般透過將兩種元素的原子以高速撞擊,使兩者融合,以增大其原子核质子的个数,达到增大原子序数、制造出新元素的目標。至今已有20多種人工合成元素被合成出來,它們均是不穩定的放射性元素,但彼此間衰变的速率差异很大,半衰期從幾千萬年(如-247)到僅僅只有數百微秒(如-294)。[1]

有五种元素最初是通过人工合成的方式发现,但是后来在自然界中,也发现有痕迹量的存在,包括,由於存量極為稀少,從天然礦石中提取它們並不實際,所以通常還是由人工合成的方式生產這些元素。因此,它们有时仍被标记为人工合成元素。[2]其中第一个被發現的是,首次合成于1937年。[3]而工業及軍事上最重要的于1940年首次被合成出,主要以其在原子弹核反应堆中的用途而闻名。[4]钚也是如今天然存在的元素中原子序數最大的(94號),原子序≥95(以後)的元素都不出現在自然界中,只能以人工合成的方式生產,即随附元素周期表中的紫色區塊元素。

原子序數≥99(以後)的人工合成元素由於半衰期都極短,非常不穩定,無法大量生產,因此在科學研究之外沒有任何實際用途。

性质[编辑]

人工合成元素皆具有放射性,會衰变成其他较轻的同位素。由于它们的半衰期与地球的寿命相比过短,即使在地球形成的初期曾经存在过这些元素,到现今也已经全部衰变为其他元素而消失在地球上了。目前,只有在核武器或是在核反应堆粒子加速器中进行的核试验中才能发现人工合成元素的原子。人工合成元素的产生方式有核聚变中子俘获

对于自然存在的元素来说,其原子量地壳大气层中天然同位素丰度比例来决定。但是由于人工合成元素的同位素完全由人工合成产生,天然同位素的丰度對其没有任何意义,因此,在元素周期表中,人工合成元素的原子量使用其最稳定(即半衰期最长)的同位素之质量数来表示。

并不是所有的放射性元素都是人工合成元素,比如都没有稳定同位素,但是它们最穩定同位素的半衰期均極長,因此在地壳和大气层中均有分布,同时,它们的衰变产物——等元素,尽管半衰期很短,也能在自然界中找到相當的量。

历史[编辑]

世界上第一個通过人工合成而發現的化學元素是,在1936年,该发现被最终确认并填补了元素周期表的43號位置的空白。锝不存在稳定同位素,其最稳定的同位素锝-98的半衰期为420万年,远低于地球的年齡,因此地球形成时所产生的锝到今天已经衰變殆盡。現今自然界中仅存在痕迹量的锝,是由铀-238的自发裂变以及矿石的中子俘获而产生。

第一个完全由人工合成而产生的元素是1944年合成的,之后是等。冷战期间,苏联美国各自独立合成出了𨧀超重元素,由此,这些元素的命名权多年后才得以解决。

人工合成元素列表[编辑]

下表所列人工合成元素均为自然界中所不存在的化学元素,其原子序数≥95,均为超铀元素

元素名称 元素符号 原子序数 首次合成年代
Am 95 1944
Cm 96 1944
Bk 97 1949
Cf 98 1950
Es 99 1952
Fm 100 1952
Md 101 1955
No 102 1957
Lr 103 1961
Rf 104 1966(苏联),1969(美国)*
𨧀 Db 105 1968(苏联),1970(美国)*
𨭎 Sg 106 1974
𨨏 Bh 107 1981
𨭆 Hs 108 1984
Mt 109 1982
Ds 110 1994
Rg 111 1994
Cn 112 1996
Nh 113 2003
Fl 114 1999
Mc 115 2003
Lv 116 2000
Ts 117 2010
Og 118 2006
* 视为共同拥有发现权

其他人工合成元素[编辑]

下列元素在自然界中皆有痕量的分布,但通常由人工合成方式所产生。

元素名称 元素符号 原子序数 首次發現年代
Tc 43 1936
Pm 61 1945
At 85 1940
Fr 87 1939
Ac 89 1902
Pa 91 1913
Np 93 1940
Pu 94 1940

参考资料[编辑]

  1. ^ Kulkarni, Mayuri. A Complete List of Man-made Synthetic Elements. ScienceStuck. 15 June 2009 [15 May 2019]. (原始内容存档于2019-08-03). 
  2. ^ See periodic table here页面存档备份,存于互联网档案馆) for example.
  3. ^ WebElements Periodic Table » Technetium » historical information. www.webelements.com. Webelements. [7 November 2019]. (原始内容存档于2022-02-20). 
  4. ^ Bradford, Alina. Facts About Plutonium. LiveScience. 8 December 2016 [16 May 2019]. (原始内容存档于2022-04-07).