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元素砹,地壳中的含量只有10亿亿亿分之一,是怎么被发现的?

85号元素砹,地壳中的含量只有10亿亿亿分之一,是怎么发现的?

综述

我们生存的这个世界本质上是由物质构成的,而这个物质的形态不仅是肉眼能够看到的宏观层面,在微观的维度上,我们可以更加清晰地分辨出它们的本来面目,以及每一种不同物质之间的差异。

在化学上,我们用元素来区别那些有着不同性质的物质,并且按照一定的规律将它们放在元素周期表中,它们有的很常见,就在我们的生活里反复出现,但有的却很稀有,连找到它都废了九牛二虎之力,比如排在周期表第85位上的砹。

元素的研究

对于元素的研究其实最早可以追溯到古代的炼金术,为了能够的提炼出纯度更高的黄金,当时的人就已经开始学着分离杂质和金属本身了,而这种分离的技术也为后来的其它元素的发现奠定了基础。

据说人类历史上第一个被发现的元素是磷,而且就是在研究炼金的过程中无意找到的,只不过因为当时的化学科学还没有很大的发展,所以就连发现者自己也没有意识到自己的重大成果,直到有人通过严谨的实验获得了这种元素之后,人们才第一次认识到元素的存在。

此时还是17世纪后期,在这之后一百多年的时间里,更多的元素被人们找到,自然界的物质也慢慢以一种更加丰富的面貌呈现在我们眼前,但是如此繁杂的种类和截然不同的性质着实让人有些眼花缭乱,它们之间有没有什么联系呢?

如果能够找到这些元素背后的规律,我们也能更加系统掌握自然界的种种化学变化,并且让它们可以为人类所用,19世纪后期,当时的俄国化学家门捷列夫首先整理出了元素周期表,虽然这并不是一张非常完整的表单,但是它的意义是毋庸置疑的。

在这张周期表里面,我们可以非常清楚地看到元素与元素之间的关系,每一个元素自身的性质,以及那些还未发现但是很有可能确实存在的元素。

随着近现代化学科学的发展,元素周期表的内容也不断得到完善,从原来的63个到118个,每一个新元素的发现都在验证着元素周期表的正确性,也让我们对于世界的物质组成有了更新的认识,而且也期待着那些可能存在的新元素尽快被发现。

比如现在很多研究者就对于119号元素非常感兴趣,它究竟是不是存在,它会不会是最后一个,它会有哪些性质,能够给人类带来些什么,都是我们很好奇的问题。

稀有的砹

不过除了这些还没影的元素,已经找到的元素里面也有一些很有趣的发现,比如85号元素砹虽然确确实实存在,但是它的发现却经历了不少波折,因为它实在是太稀有了。

砹最早被发现是在上世纪40年代,由一位美国的科学家意外在实验过程中提取到,按照其化学结构和性质,对应的是元素周期表上的第85位。

一般来说,如果在实验中发现了一种新元素,我们首先要做的就是找到自然条件下的它,这对于进一步的研究有很重要的意义,因为绝大多数的元素都是随着地球的形成而出现的,从自然环境中这种元素的放射性可以倒推出它出现的年代。

当然问题就在于,我们寻找这些元素的主要手段就是放射性追踪,如果放射性太弱,就会给追踪带来困难,砹元素被科学家在实验室中发现之后,很长一段时间都没找到它在自然界中对应的存在。

在长达70多年的寻找之后,也只是找到了砹的同位素,而且半衰期非常短暂,能够提供给研究者们的信息也就很有限了,最终发现天然砹是在铀矿当中,数量简直是少得可怜。

所以直到今天,对于砹的研究依然停留在非常初级的阶段,我们只能从元素周期表上推测出一些基本的化学性质,比如它属于非金属元素,但是应该有一些跟金属接近的性质,而且整体上来说,化学性质非常不稳定。

但是类似颜色这样的特征还是无从知晓,当然也有人尝试从跟它同族的其他元素那里来推测,但是也都不能百分百成为确定的答案。

虽然我们在自然条件下没有找到砹元素,但是从它的同位素的情况来分析,应该是极为稀有的,研究者估计这个总量不到30克,甚至不到一个鸡蛋的斤两,如果以地壳的物质总量作为基数,它的占比还不到10亿亿亿分之一,如果以整个地球的物质总量做基数就更少了,也正是因为它的稀有程度,才让我们寻找的过程如此艰难。

当然,化学元素其实都是能够人工合成的,如果它在实际的生产生活中确实有很重要的应用的话,也会专门研究这方面的技术,不过砹因为半衰期实在太短,所以应用价值并不高,反而是它的一些同位素在医学上有很重要的作用,比如砹211目前在放射治疗这一块的应用已经很成熟了。

结语

跟砹一样稀有的化学元素还有好几种,它们虽然在自然中很少,但是作为元素周期表中的物质,依然和其他元素一样对我们的研究有着很重要的意义,谁也无法预测在未来的某个时候,它们也许能够发挥超出想象的作用,就像我们第一次发现铀的时候,也没有预测到核的诞生。

来源:科普奇遇记