消失的錒系元素,以及元素週期表底行帶來的其他挫敗感

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我買了三本薩姆·基恩的《消失的勺子:元素週期表中關於瘋狂、愛情和世界歷史的其他真實故事》。第一本我落在了從北京飛往底特律的達美航空188次航班的座椅後袋裡。第二本夾在客廳的茶几上《岩石與寶石》和《毒物學家手冊》之間。第三本是Kindle版,我購買它是為了可以快速搜尋文字。

當我在北京一家酒店房間當地時間凌晨 2 點開始閱讀我的第一本《消失的勺子》時,我被迷住了。我很容易地跟隨基恩進入導言,開始了我所能想象的關於元素週期表的誘人旅程。

我註冊了先決條件部分“導向:逐列、逐行”。我們回顧了我們第一次接觸元素週期表的情景,對高中考試表示同情,並將空白表格想象成一座城堡。我們迅速完成了我們的巡視——汞、溴、從上到下、從東到西、週期性趨勢!然後,f 殼層元素!鑭系元素,鑭系元素,鑭系元素,原子結構,格佩特-梅耶,結束了?!錒系元素在哪裡,我心愛的錒系元素?


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沒關係,我想,這很酷。一個小小的疏忽。我相信他會在文中提到錒系元素。他肯定會的,我的意思是,真的,如果不提及像瑪麗·居里和格倫·西博格這樣的元素硬漢,你怎麼能寫出關於元素週期表的書呢?基恩無疑會肯定我在研究生院花費的四年時間,為了更好地理解那些討厭的錒系元素,我戴著雙層手套,穿著劑量計,並踏上手腳監測器,對吧?!

錯了。基恩沒有承認錒系元素是獨立的元素集合,它們具有有趣的特性,已被用於做非常大的事情,儘管它們仍然充滿了神秘感,而是將它們與鑭系元素混為一談。他只使用了兩次“錒系元素”這個詞,但僅在指出元素週期表底部的兩行時才與“鑭系元素”這個詞一起使用。當然,他在後面的章節中簡要提到了個別錒系元素——主要是釷、鈾和鈽——並對它們的發現方式和用途進行了一些評估,但他甚至從未涉足底部那行相對未知的領域。

也許,但這並不是他的錯。

聖母大學教授托馬斯·阿爾布雷希特-施密特說,他在該校教授一門關於鑭系元素和錒系元素化學的研究生課程。《消失的勺子》中對錒系元素的處理方式與它們在大學化學入門課程中受到的認可程度相當。

“[基恩的]書反映了我們如何教育人們,甚至是化學專業的學生,”阿爾布雷希特-施密特說。“在大學化學入門課程系列中,學生們對錒系元素一無所知,他們只知道鑭系元素彼此相似。”

鑑於全球對能源未來的重視、福島等災難性事件以及讓美國想知道如何處理數十年廢物的政策,對元素週期表底行的關注不足有點令人擔憂。

“這令人難以置信,”阿爾布雷希特-施密特說,“世界上近 20% 的能源是由鈾產生的,但我們在大學化學入門課程中卻什麼都不教關於鈾的知識。”

重現的錒系元素:簡介

對錒系元素的現代研究始於 70 多年前,並在曼哈頓計劃期間達到高潮。在那段時間裡,它們在武器開發、核能和太空探索中發揮了至關重要的作用。

錒系元素系列的**最基本**定義,由 89 到 103 號元素組成,是它是 5f 電子層順序填充的結果。該系列中的所有 15 種元素都具有放射性,其半衰期從幾分之一秒到數十億年不等。

錒系元素的放射性是由其核不穩定性引起的。為了變得更穩定,錒系元素的原子核會發生放射性衰變,釋放出伽馬射線、阿爾法粒子、貝塔粒子或中子。這種衰變過程會產生新的子元素,這些子元素可能是穩定的或放射性的。例如,核反應堆中使用的 U-235 的轉化會導致形成放射性的、長壽命的 Np-237,這是透過中子俘獲、伽馬射線發射和貝塔衰變過程實現的。

理解看似關於錒系元素的**最微小**的細節對於放射性汙染物的環境修復具有重要意義。與主要以 +3 氧化態存在的鑭系元素不同,錒系元素通常具有很大的氧化態範圍——從 +3 到 +7。這成為了最重要的區別,也是在考慮錒系元素的環境遷移率時,必須將錒系元素與鑭系元素分開研究的原因。

如果您想了解更多關於元素週期表底行正在發生的事情,請檢視《錒系元素研究季刊》中重點介紹的最新研究,該刊物由 G. T. 西博格超錒元素科學研究所出版。

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