元素周期表中的锕系元素概述

钫是最后一个不通过人工合成、在自然界中发现的天然元素。由于钫含量稀少，研究较少，其用途还不明确。

介 绍

●钫非常稀有且不稳定。它是地壳中除砹之外第二稀有的元素，也是世界上最不稳定的天然元素。钫的半衰期很短，极易衰变为其他元素。经计算，地壳中任何时刻钫的含量都仅有30克左右。

在钋被发现的同一年，居里夫妇宣布了新元素—镭的存在。此后，他们用了三年时间才从数吨沥青铀矿中提取出0.1克镭。

介 绍

●20世纪上半叶，美国的钟表商家雇用女工为表盘涂上含镭涂料，生产时髦的发光钟表。女工们在工作中常将蘸有镭漆的笔刷放在嘴中理顺，这使得她们摄入了放射性的镭，并且这些镭会在体内积蓄。这些女工大多数都因镭辐射而患上了重病，最终痛苦地死去。“镭姑娘”事件为世人敲响了放射性危害的警钟。现在的发光颜料主要使用安全的钷元素，镭也逐渐从我们的日常生活中消失。

元素周期表中89号元素锕到103号元素铹的这15种元素统称为“锕系元素”，它们都具有放射性。

介 绍

●锕系元素在元素周期表中的位置类似于镧系元素的安排方式，也被单独置于表的最下方。锕系元素有许多共性：它们都是具有银白色外观的金属；都具有放射性，研究它们时需要特殊防护；吸引电子的能力很弱，与碱土金属镁相当；可以与大多数非金属元素反应。锕系元素在我们的日常生活中都很少见。

钍是一种含量丰富的天然放射性元素，它的名字来自北欧神话中的雷神托尔（Thor）。

介 绍

●了解了锕系元素的共性后，我们发现：元素周期表下方的放射性元素明显增多。这说明随着相对原子质量的增加，原子核开始变得不稳定。物理学家认为，将原子核中的质子和中子束缚在一起的是一种距离很短的强吸引力—核力，同时，带正电的质子之间还存在与之竞争的排斥力。当原子序数增大时，越来越多的质子挤在狭小的原子核内，彼此间排斥力变大，超过了核力的作用，原子核就会发生放射性衰变，向更稳定的原子核转化。

镤发生放射性衰变后会变成锕，因此镤的名称在希腊语中的含义为“锕的起源”。

介 绍

●α衰变是锕系元素的特性之一。自然界中存在的镤的主要同位素是镤-231，它是一种α粒子发射源。

●放射性元素的衰变就是它“变旧”的过程，这个性质可以帮助人类进行考古与年代测定。例如，放射性铀-235衰变为镤-231的半衰期大约为34000年。并且，铀可在水中溶解，而镤却不溶于水。因此镤-231被用于海底沉积层的年代测定。

铀是第一种被发现的具有放射性的元素，也是自然界中产生的最重的元素。

介 绍

●铀的同位素铀-235易发生核裂变，可被用作核能发电的燃料。当铀-235受热中子轰击时，它会吸收1个中子发生裂变，放出大量能量，并重新放出2～3个中子。这些放出的能量就被用于发电，而放出的中子则会引起其他的铀-235原子发生裂变，这就是持续反应的链式核裂变。

●核裂变在产生能量的同时，也会放出大量的辐射。这些核辐射一旦泄漏，对人类健康有着巨大的损害。美国向日本投掷原子弹、苏联的切尔诺贝利核电站爆炸以及日本福岛核泄漏事故，都曾使当地居民产生基因突变或患上癌症。这些历史都呼吁人类必须和平并安全地使用核能。

从93号元素镎开始，“锕系家族”进入一个特殊系列—超铀元素，即原子序数大于92的元素的统称。

介 绍

●1934年前，人们认为92号元素铀就是元素周期表中的最后一个元素。此时，美国的意大利裔科学家恩利克·费米开始利用中子轰击已知元素，尝试制造“超铀元素”。他因人工合成新元素的研究获得了1938年诺贝尔物理学奖。费米推测铀吸收中子后会通过β衰变成为93号元素。但在他获得诺贝尔物理学奖后不久，德国科学家奥托·哈恩却发现费米的实验中得到的是钡、氪以及其他元素的混合物，并非93号元素。原来，被中子轰击的原子核也可能会分裂成两个较轻的碎片。费米直面了这一错误，总结了实验结果，进而提出了著名的链式反应。而真正的93号元素镎直到1940年才被美国科学家埃德温·麦克米伦等人发现。

钚是一种非常重要的放射性元素，它是制造核武器的重要原料。

介 绍

●除了铀之外，钚也是制造原子弹的重要材料。1945年，美军在日本长崎投下的原子弹“胖子”就是一颗装有钚-238的钚弹。钚在核裂变时会多释放一个中子，链式反应扩张更快。

●钚最重要的用途是制造放射性同位素电池，为在太空中探索的设备提供源源不断的电能。放射性同位素钚-238在电池中心发射α射线，由周围的热电元件将射线的热量转化成电能。放射性同位素电池有着极高的寿命，也不受宇宙环境的干扰。我国的“嫦娥四号”月球探测器就搭载了放射性同位素钚-238的电池。

镅元素得名于美洲（America），元素周期表中它位于以“欧洲”命名的铕元素的正下方。

介 绍

●镅241在烟雾报警器中作为放射源，它发出的辐射可使原本不带电的空气分子电离，产生正、负离子。这些离子被烟雾报警器的内部电极吸引，发生定向移动，形成稳定的电压和电流。一旦出现烟雾干扰了这些离子的运动，电压和电流就会发生改变。探测器一旦监测到这一变化，报警器就会发出报警声。

1944年，美国科学家格伦·西博格等人合成了96号元素，为了致敬居里夫妇（Curie），他们将新元素命名为“锔”（Curium）。

介 绍

●锔发生衰变时会放出大量的α粒子，常作为α粒子X射线光谱仪的粒子源，用于宇宙深空探测。这一设备可以简单有效地分析样品表面的元素组成，而不需要对样品进行复杂处理，适合探测星球表面的岩石和土壤元素。

●锔的命名是为了纪念法国科学家居里夫妇—皮埃尔·居里和玛丽·居里。1903年，居里夫妇和贝克勒尔因对放射性的研究而共同获得诺贝尔物理学奖。1911年，居里夫人又因发现钋和镭，再次获得诺贝尔化学奖，成为世界上第一个两次获得诺贝尔奖的人。居里夫妇对科学研究的献身精神和执着追求，堪称科学家的典范。

锫的产量极低，它主要用来合成更重的元素。

介 绍

●锫的名字来自美国的伯克利，它的命名参照了其同族元素铽。95号镅、96号锔、97号锫三个锕系元素都遵循了与之对应的镧系元素的命名传统，分别以大陆、人名和发现地来命名。

锎是原子序数最大的实用性元素，排在它之后的元素仅供科学研究。

介 绍

●锎是一种高效的中子源，主要用于中子照相。中子具有很好的穿透性，在工业上用来探测机械部件内部的细小缺陷。中子射线穿过物体时会发生衰减，不同的材料对中子射线的屏蔽作用不同。中子射线透过机件后，会携带其内部成分和结构的信息，利用特定的转化技术，就可获得物体内部的密度、缺陷等综合信息，帮助工程师们详细了解机件情况，及时发现细微的缺陷。

锿是在氢弹爆炸的残留物中被发现的，它能自发地发出很强的辐射。

介 绍

●人工合成元素非常困难，往往得到的产物太少而无法直接观察。目前产量多到足以用肉眼看见的人工元素中，锿是最重的一种。

●锿的命名是为了纪念物理学家阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）。爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，获得了1921年诺贝尔物理学奖。更重要的是，他提出的狭义相对论、广义相对论以及著名的爱因斯坦质能方程E=mc2，为人类提供了科学而系统的时空观和物质观，开创了现代科学技术的新纪元。

镄是通过中子轰击较轻元素而产生的元素中最重的一种，它的寿命十分短暂。

介 绍

●镄得名于著名物理学家、“原子能之父”恩利克·费米（Enrico Fermi）。1942年，国际反法西斯同盟为了第二次世界大战的胜利，决定抢在纳粹德国之前制造出核武器，因此启动了著名的“曼哈顿计划”，由费米领导。费米领导的研究小组成功建立了人类第一台可控核反应堆，进行了第一次由人类控制的链式反应，为第一颗原子弹的成功爆炸奠定了基础。

通过中子轰击较轻的元素来生产人造元素的策略，从钔开始不再奏效。钔是由α粒子轰击锿元素得到的。(www.xing528.com)

介 绍

●德米特里·门捷列夫是19世纪俄罗斯著名化学家，也是化学史上最为重要的人物之一。他在大量前人实验的基础上，对已发现元素的性质进行整理并修正，归纳了“元素周期律”，并依照相对原子质量制作出了世界上第一张元素周期表。门捷列夫甚至极有远见地为未知元素留出了空位，并对其中一部分元素的性质做出了合理预测。元素周期表对于化学的意义，可以媲美同时代的麦克斯韦方程对于物理学、达尔文进化论对于生物学的意义。

谁率先发现了102号元素锘？这一问题曾引发了美国、苏联和瑞典的研究机构间的多年“恩怨”。最终这一殊荣归于苏联（现为俄罗斯）的杜布纳联合核子研究所。

介 绍

●瑞典人阿尔弗雷德·诺贝尔是著名的化学家、发明家和工程师。他不仅是炸药的发明者，在硝化甘油导火线、无声枪炮、金属硬化处理、焊接和人造皮革等诸多领域都做出了卓越的贡献。诺贝尔一生拥有355项专利发明，并在20个国家开设了约100家公司和工厂，积累了巨额财富。他在过世前立下遗嘱，设立诺贝尔奖：将约920万美元的大部分遗产作为基金，将每年所得利息奖励给那些“为人类做出最大贡献的人”。诺贝尔慷慨资助人类文明发展的行为，被历史永远地铭记。

铹是最后一个锕系元素。原子序数大于103的元素称为“超铹元素”或“超重元素”。

介 绍

●美国物理学家欧内斯特·劳伦斯曾在加利福尼亚大学伯克利分校设计并制造了世界上的第一台回旋加速器，并因此获得1939年的诺贝尔物理学奖。回旋加速器可通过磁场和电场的共同作用，使带电粒子做回旋运动，并由高频电场使其不断加速。科学家们利用这一装置，将高能粒子作为“炮弹”轰击已知元素的原子核，成功合成了大量新元素，包括43号元素锝、85号元素砹以及一系列的超铀元素。鉴于劳伦斯的卓越贡献，103号元素铹、美国的劳伦斯伯克利国家实验室和劳伦斯利弗莫尔国家实验室，都是为纪念他而得名。

第一个超铹元素被排入第IVB族。经实验证实，它确实是铪的同系物。

介 绍

●英国科学家欧内斯特·卢瑟福在1902年提出了革命性的理论：放射性可使一种原子转变为另一种原子。这一理论打破了“元素不会变化”的传统观念，卢瑟福因此获得了1908年的诺贝尔化学奖。除此之外，他通过α粒子散射实验，提出了著名的卢瑟福模型：原子的质量几乎全部集中在直径很小的原子核区域内，电子则在原子核外绕核做轨道运动，就如同行星围绕着太阳旋转。这一发现将人们对于原子结构的认识引上了正确的轨道。

介 绍

●在美国和苏联的冷战期间，两国的科学家也曾展开了新的超重元素的合成竞赛，历史上被称为“超镄元素战争”（Transfermium Wars）。

●世界上有三大人工合成元素的重要基地 ,它们分别是俄罗斯的杜布纳联合核子研究所、德国的达姆施塔特重离子研究中心以及美国的劳伦斯伯克利国家实验室。杜布纳联合核子研究所以合成或者合作的方式，几乎涉及了所有100号以后的元素的研究工作，在人造元素领域取得了举世瞩目的成绩。

是有史以来第一个以当时在世者名字命名的元素。

介 绍

●格伦·西博格是1951年诺贝尔化学奖得主，曾任加利福尼亚大学伯克利分校校长。他在超铀元素合成领域做出了重要的贡献。他和阿伯特·吉奥索等人利用回旋加速器，人工合成了94号到102号共9种新元素，其中包括对核武器发展具有重要作用的钚。西博格的另一个重要的贡献是提出了锕系理论，他在1944年预言了这些重元素的化学性质和在元素周期表中的位置，并指出锕和比锕重的连续14个元素在元素周期表中属于同一个系列。

介 绍

●1922年诺贝尔物理学奖获得者尼尔斯·玻尔将卢瑟福模型和普朗克的“量子理论”结合起来，提出了著名的“玻尔理论”，成功地解释了氢原子的光谱规律。玻尔认为，氢原子具有确定的、量子化的能级，并假设核外电子只有从一个允许能级向另一个较低能级跃迁时才辐射能量，原子也只能以量子化的形式吸收能量。这一发现正确预言了原子中的电子按一定的壳层分层排布，为揭示元素周期表的奥秘打下了基础，也使化学和物理两个学科在原子结构层面的探索中开始变得密不可分。

介 绍

●科学家们发现，在质子数和中子数为某些特定数值的时候，原子核会特别稳定，这些数被称为“幻数”。目前常见幻数有2、8、20、28、50、82、126等。具有质子数和中子数均为幻数的“双幻数”原子核的元素，如氧-16（质子数为8、中子数为8）和铅-208（质子数为82、中子数为126）就表现出极好的稳定性。此外，质子和中子还有一些单独的幻数，比如108是质子幻数，162是中子幻数。科学家们正在探索质子数为108的存在超稳定同位素的可能性，寻找是否有不容易衰变的超重元素。

被推测为一种高熔点的金属，它的耐腐蚀性可能比铱更好。

介 绍

●莉泽·迈特纳是德国历史上第一位女性物理学教授。她自1909年起便与哈恩一起进行放射性元素的研究，曾共同发现了91号元素镤的同位素镤-231。1938年，哈恩向迈特纳提及所发现的“铀核破裂”现象并询问意见。迈特纳认为，裂变后的原子核总质量比裂变前的要小。根据爱因斯坦质能方程E=mc2，这一小小质量差会转换成巨大的能量。一年之后，迈特纳与合作者发表论文，首次提出了“核裂变”的理论解释，这就是原子弹和原子能的理论基础。

介 绍

●达姆施塔特重离子研究所是由联邦德国于1969年建立的，它位于德国黑森州的达姆施塔特市。该研究所的研究领域包括等离子体物理、原子物理、核物理和核反应等。元素周期表中，总共有包括107号、 108号、 109号、 110号、111号和112号在内的6种元素是达姆施塔特重离子研究所合成的。

介 绍

●1901年，德国科学家威廉·伦琴因发现X射线成为第一位诺贝尔物理学奖获得者。获奖后，伦琴将全部奖金捐给他所就职的维茨堡大学，并拒绝接受与X射线有关的专利—他希望全人类都可以从X射线的应用中获益。人们为了纪念这位伟大的科学家，将X射线称为“伦琴射线”，又以他的名字命名新元素，并将X射线照射剂量单位也定为“伦琴”。

介 绍

●112号元素的名称是为了纪念天文学家尼古拉·哥白尼。虽然哥白尼对化学元素或放射性的研究并没有实质性的贡献，但人们纪念他是因为“他改变了我们对世界的看法”。在哥白尼提出“日心说”之前的1000多年中，人们相信天上日月星辰围绕地球运转的“地心说”。哥白尼却在科学观测的基础上，提出了地球绕太阳旋转的“日心说”，帮助世人建立起了对自然的客观认知。

介 绍

●元素的中文命名要求一边为声旁，表示该元素的读音；另一边表示单质在常温下的状态：“气”代表气态，“氵”代表液态，“钅”和“ 石 ”分别代表固态的金属和非金属。在确定113号元素的中文名称时，学者们一度建议使用“”，为了和 “日”的读音一致。但这一名称最终未被采纳，主要因为“”的发音违背了元素中文名需类似英文读音的原则；而且“”的写法与钼相似，易造成混淆。最终选择了“”作为113号元素的名称，因为“”的读音来自“你”，与“nihonium”的第一个音节相合，也能够避免与其他元素混淆的问题，是兼具科学性和实用性的最优选择。

介 绍

●格奥尔基·弗廖罗夫是苏联时期的核物理学家，他建立了弗廖罗夫核子实验室，并领导杜布纳联合核子研究所合成发现了包括和在内的新元素。此外，弗廖罗夫还与合作者一起发现了铀核的“自发裂变”现象。他们指出，即使没有外来的中子轰击等因素，铀也会极慢地发生裂变。

●理论预测，质子数为114，中子数为184的-298很可能成为下一个能够稳定存在的“双幻数”元素，有着较长的半衰期。虽然这个同位素尚未被合成，但-298的衰变已然比元素周期表中邻近元素要慢得多。

镆是由俄罗斯和美国的联合研究团队协同合成发现的。原子序数越大的元素，合成难度就越高，往往需借助多方合作的力量。

介 绍

●原子序数大于103的超重元素都无法在自然界中找到，只能依赖人工合成。超重元素的人工合成极其昂贵，产量只能按原子个数计，而且它们还会 “昙花一现”地极快衰变，但科学家们仍然不懈地坚持超重元素的合成研究。这其中的意义在于：超重元素的合成过程能帮助我们进一步了解原子核内部的运行机制，这是物质世界的终极奥秘之一。如果有朝一日能获得稳定的超重元素，它非比寻常的性质就有机会推动科技革命性地发展。

于2000年第一次被发现，至今已有约30个原子被成功制造。

介 绍

●1999年，美国劳伦斯伯克利实验室曾率先宣布成功合成了116号和118号元素。但由于其他实验室无法重复他们的实验结果，并且连他们自己也未能重现这些数据，最终，发现新元素的论文被撤回。事后调查发现，论文的主要作者捏造了实验数据。最终，真正制造出116号元素的是美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室和俄罗斯杜布纳联合核子研究所。学术造假不仅会损害声誉，更会为科学发展带来极大的负面影响。科学研究可以允许失败，但绝不能容忍造假。

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●117号元素是由美国橡树岭国家实验室和俄罗斯杜布纳联合核子研究所等机构合作发现的。美国橡树岭国家实验室的核物理研究传统可以追溯到二战期间。1942年，美国启动了“曼哈顿计划”，其中涉及三个原子弹秘密研究中心。第一个是位于田纳西州的橡树岭国家实验室，主要负责生产和分离铀和钚；第二个是华盛顿州的汉福特工厂，主要负责建造核反应堆；第三个是在新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯实验室，主要负责原子弹的设计和制造。

是目前元素周期表中的最后一个元素。

介 绍

●是第二个以在世者命名的元素，它的命名是为了致敬俄罗斯核物理学家尤里·奥加涅相（Yuri Oganessian）。奥加涅相是继弗廖罗夫之后的俄罗斯杜布纳联合核子研究所的核反应实验室主任，他曾领导合成了6种新的化学元素。

●元素周期表的尽头是不是118号元素呢？有的科学家预测将是137号元素，也有的预测将是155号元素，等等。虽然我们尚不得而知，但元素世界远端的神秘面纱一定会随着科技的进步被慢慢揭开。