自1869年起,俄罗斯化学家伊万·门捷列夫独创了广为人知的元素周期表,他巧妙地将已发现的元素,按照原子量的递增顺序进行规律性排列,并为未发现的元素预留了空位。这一创新不仅奠定了人类对元素认知的基础,还为后续的科研工作者探索新元素提供了有力的工具。
现今,元素周期表中的元素类别已扩展至118个,被细分为7个周期和16个族。从95号元素镅开始,一直到118号元素,这些元素都具有不同程度的放射性,且半衰期极短。这些元素的自然存在数量稀少且不稳定,因此只能通过人工方式获取。随着原子序数的增加,原子核的不稳定性逐渐增强,新元素的发现难度也随之增大。
恒星内部持续发生着核聚变反应,这一过程使得轻元素逐渐演变为重元素。不同质量的恒星由于核聚变程度不同,最终生成的重元素种类也有所差异。当元素原子序数达到一定水平后,再生成更重元素的能量需求超过核聚变释放的能量,恒星的核聚变便告一段落。铁元素的比结合能最高,因此大质量恒星内核最终能合成的元素止步于铁。
中子星的合并过程中,由于长时间的聚合、巨大的能量释放以及强烈的中子流,使得通过快中子捕获合成的重元素数量更多、原子序数更大。这一现象为科学家们探索宇宙重元素的形成提供了新的视角。
门捷列夫在创立周期表时,特意留出了一些未连接的原子序数空格,以备未来新元素的发现。他的研究不仅预测了若干空缺元素的性质,也为后来的科学家填补这些空位指明了方向。
随着时间的推移,科学家们不断探索、发现和研究,大多数空位已被填补。42号元素钼和44号元素钌之间的空位仍待解决,这给全球化学家带来了不小的挑战。
如果43号元素始终无法找到,将对人类对元素性质的理解造成重大冲击。上世纪20年代,科学家们发现自然界的岩层中,同一族的过渡型金属元素常常“形影不离”,如在铂矿和铌矿中可能存在某些特定元素。这一发现给科学家们带来了希望。
转折点发生在1937年。当年,意大利的化学家卡洛·佩里埃和核物理学家米利奥·塞格雷在鉴定粒子加速器样本时意外发现了43号元素的踪迹。这些样本是通过亚原子轰击钼原子核得到的,当中子“溜进”钼原子核后,其质子数增加一个,从而成功转变为43号元素——锝。
锝是一种人造的放射性元素,其同位素的半衰期很短。尽管地球和太阳系形成初期可能存在一定量的锝元素,但经过数亿年的衰变,其含量已微乎其微。在红巨星这类特殊阶段的恒星中,锝元素的丰度可能较为可观。
尽管红巨星内部可能富含锝元素,但一旦恒星的生命终结并抛洒物质到宇宙空间中,锝元素的丰度便会迅速减少。在宇宙空间中寻找这类元素的机会十分有限。
尽管科学家们不断探索和发现新元素的过程充满挑战与希望并存,但人类对宇宙的好奇心和求知欲仍在推动着科学研究的进步。
红巨星和其它特殊的研究对于我们理解宇宙中元素的起源与分布至关重要。虽然有些元素如锝的存在与消亡仍充满谜团,但随着科技的不断进步和研究的深入进行,未来我们将有机会揭开更多宇宙的奥秘。
通过不断学习和研究元素周期表及宇宙中的化学过程,人类得以逐步揭示自然界的奥秘并拓宽知识的边界。