您当前的位置: 首页 >  博客资讯

有人想所有元素都买一克,实在太过奢望,你知道代价多少吗?

有人问:如果把元素周期表里所有元素都买1克,大概需要多少钱?

我的回答是,迄今为止还没有谁有这个本事把每种元素都能弄到1克。

有些元素,再多的钱也买不到1克。

我这里说再多的钱,不是几万几亿几万亿美元,而是全球万万年加起来的钱也没法买到。如果你认为我是危言耸听,就和我一起来算算这笔账。

这个元素就是118号元素Og(气奥)。中文对Og元素的称呼不是“气”和“奥”,而是上面一个“气”偏旁,下面一个“奥”字,音还是念“奥”,只是电脑没这个字,只能输成“气奥”。Og是元素周期表中最后一个元素,是一个人造元素,其制造过程非常不易。Og的核反应制取方程式为Cf+Ca→Og+n,具体就是在回旋加速器里,用钙-40轰击锎-249,得到118个质子和179个中子的Og。

科学家们自2002年以来,经过无数次实验,至今只观察到3个原子。1个于2003年获得,1个于2005年获得。科学界就是凭这3个原子,确定了Og元素的存在。这种元素存在时间极短,只有0.9毫秒,即万分之9秒,随之衰变成原子量较小的其他元素。

这3个原子的发现制造花了多少钱?我没有资料来计算,但一堆科学家弄了这么多年,就凭他们的年收入,最最保守估计也至少要个百把万美元吧?即便Og元素不衰变,制造出1克需要花费多少呢?1个Og原子质量为4.93*10^-25kg,1克Og元素就约需2*10^21个原子,也就是20万亿亿个原子。

按照3个原子100万美元来计算,制造出这20万亿亿个原子就需要2000亿亿亿美元。2019年全世界国民生产总值才87.75万亿美元,2020年由于新冠疫情影响还要下降,即便按全世界国民生产总值100万亿美元计算,制造1克Og元素的成本需要人类奋斗20万亿年。

当然我的算法可能会被很多杠精愤怒的死杠,但我没有兴趣和他们去争这点长短,只是为了说明每种元素都买一克是不可能做到的,是多少钱也买不到的,因此是无价的。在118种元素中,并不仅仅是Og这么难弄,还有很多难弄的,因此想每样都来1克的人就死了这份心吧。

既然说到这,就再延伸说说元素的常识。

世界物质五花八门,从宇宙各种天体,到地球自然万物,看起来千变万化无穷无尽,数不胜数。但实际上,组成这些物质的基本元素并不多,迄今人类只发现了118种。

早在1869年,伟大的化学家门捷列夫就把发现的元素按规律排列出来,这就是发展到如今的元素周期表,那时候人们发现的元素还只有63种。但就是这个伟大的发现,让人类从此认识了元素排列的规律,根据这个规律,人们就不断的发现其中缺失的元素。

元素周期表上元素的排列是根据原子序数来排列的,现在的周期表从H(氢)开始,序数为1,到Og(气奥)结束,序数为118。序数是指原子核中的质子数,质子带正电,核中有多少个质子,元素原子外围就有多少个带负电的电子。

早年,人们在排列出元素周期表后,发现中间有些空缺,如74号元素W(钨)在1781年就发现了,而74号元素之前的几十个元素,都是在其后发现的,如73号元素Ta(钽)1802年才发现,72号元素Hf直到1923年才发现。由此,证明元素周期表的排列是正确的,其中缺失的元素都是存在的,只不过有待发现而已。

但有些元素自然界一直无法取得,就有了人造元素。

特别需要指出的是,人造元素并不是自然界没有,宇宙中没有的元素,人类是无法制造出来的。人类之所以无法在自然界得到某些元素了,是因为这些元素在自然界存在时间极其短暂,瞬间就消失;或者自然界极其微量,根本就无法提取出来。

因此科学家们只能穷尽一切办法,来制造缺失的元素。后来发现一个规律,就是宇宙元素都是从最简单渐渐复杂起来的,重元素都是由氢元素叠加融合得到的。要人工制造出新的元素,只有一个办法,就是做加法,将已有相对较轻的原子核,用巨大能量加速相撞,让它们融合在一起,才能制备出某种更重的新元素。

理论上只要能量足够大,技术条件达到,就能够聚合出一切元素。现在人类发现的118种元素,人工制造的元素已经有26个,都是通过上述方法取得的。26个人造元素,在94号元素Pu(钚)之前,有43号元素Tc(锝)和61号元素Pm(钷);其余都在94号元素以后,从95号元素一直到118号元素都是人造元素。

人造元素是通过原子核撞原子核得到的,原子核有多大?只有10^-15m的尺度,要让它们撞到一起有多难?且撞击的速度要达到接近光速,才能够在超高温高压下实现核融合,实际上也就是核聚变,这个成本就非常高了。

最早的人造元素。

第一个人造元素是43号元素Tc(锝)。42号元素Mo(钼)是1778年发现的,44号元素Ru(钌)是1827年发现的,43号元素却一直空缺。门捷列夫在建立元素周期表时就预言了“锝”的存在,后来一些化学家们不断声称发现了这种元素,但一直拿不出这种元素的样本,因而无法证实。

一直到20世纪的1937年,美国加州大学伯克利分校物理学家欧内斯特・劳伦斯,使用自己发明的回旋加速器制造得到了这个元素。他采用的方法是,将含有1个质子的1号元素氢的同位素氘原子核,在回旋加速器高速“轰击”42号元素钼核,从得到实实在在的43号“锝”元素。

他把样本送给了意大利两位化学家佩里埃和塞格雷鉴定,两位化学家在分析后向世界宣布了锝元素正式问世,这是首个通过人工方法制得的元素。

锝元素在自然界还是存在的,只是夹混在一些其他物质中,过去人们尚未找到提取方法而已。后来人们发明了各种电解提取工艺,才得到了工业用的锝。提取难度大,投入产出极小,1960年以前价格高达2800美元1克;后来随着工艺水平提升,价格就降到了下来,现在已经很便宜了。

很多元素至今1克的价值都是天价。

有些元素,在自然界根本无法得到,只能通过人工制造,而制造的方法只有在加速器里面,通过强大的功率去加速一束原子核,以接近光速的速度撞击另一个原子核,才能够得到这种元素。

而且,并不是所有元素撞击得到了就可以存起来,渐渐积累就会得到一定的量。很多元素存在时间很短,瞬间就消失了,因此即便制得了极微量的这种元素,也只能在极短时间用现代高科技手段探测分析,证实这种元素的存在,很难有实物保存下来。

这就是那些半衰期很短的元素,既无法在自然界长期保存,即使人工制造出来,也很快会衰变成为其他的元素。何谓半衰期?就是某些元素不稳定,会不断裂变成其他元素,半衰期就是其中的一半变成其他元素的时间。

比如105号元素Db(?),半衰期为40秒;106号元素Sg(?),半衰期只有0.9秒;107号元素Bh(?)和108号元素Hs(?),半衰期都只有千分之一秒;109号元素Mt(?),半衰期只有5千分之一秒。目前被认为半衰期最短的是At(砹)213,其半衰期只有125纳秒,就是10亿分之125秒。

当然这些元素都有一些同位素,半衰期会稍长些,但也最多以小时计算而已,尤其是它们的制备难度很大。既然无法保存这类元素,因此要得到1克这样的元素比登天还难。

还有些元素在自然界虽然存在,但太稀少,也还是需要人工制备。如85号砹元素,在地球上储量极其稀少,全球地壳中储量加起来也不超过50克,你说要取得1克砹代价需要多少?

简单列举几个元素价值。

黄金和铂金是大家都知道的贵重金属,是国家储备和民间收藏或用作首饰最常见的金属,目前国际价格约60美元每克;铂金比黄金价格稍高。黄金铂金在瓜友们心中似乎已经很贵了,但在许多元素面前就连一根毛都算不上了。

钚每克成本约4000美元;锎的制造成本每克需要2700万美元;钫的制造成本每克要10亿美元以上。

许多非金属元素价值也超乎想象。比如氢的同位素氚,每克制造成本就需要3万美元;由碳元素组成的金刚石每克达到6.5万美元;而要在大型强子加速器里面制造出1克反氢,则需要花费63万亿美元。

科学家们经过数十年努力,动用了巨大的人力物力资源,花费了巨大能量,迄今为止制造出来的反物质还是以皮克计,全世界得到的反氢加起来也不够烧开一杯水。

这些都还是能够得到,并且只要花费巨资就能保存下来的元素。还有许多元素瞬间得到又瞬间消失,根本无法聚集到1克,就是全世界所有鸡滴屁加起来也不够买一克,如前面说的Og。

在118个元素中,并不只是Og元素这么难得,还有许多都极其难得,要制造1克的话,成本根本无法估量。因此要把118个元素都买1克,是人类无法做到的,至少是凭着现在的科技水平根本无法完成,成本造价也无法估量。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

时空通讯原创版权,侵权抄袭是不道德的行为,敬请理解合作。