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我們能把鉛變成金子嗎?能!但是有放射性

發布時間:2021-06-02 10:04 來源:新浪科技

中世紀煉金術士所做的很多事情都沒有涉及到真正的科學問題中世紀煉金術士所做的很多事情都沒有涉及到真正的科學問題

  據國外媒體報道,你有沒有夢想過一夜暴富?從鉛等廉價的金屬中提煉出黃金似乎是一個很誘人的主意,這也是中世紀煉金術士們試圖實現的目標。于是,他們設想了一種“賢者之石”,在西方煉金術中又被稱為“萬能藥”,能賦予食用者永生不老和治愈所有疾病的能力,并帶來數不清的財富!叭f能藥”最令人興奮的特性之一是,它可以將包括鉛在內的任何賤金屬,轉化為閃閃發光的黃金。這種將一種元素轉化為另一種元素的過程被稱為“嬗變”。

  不過,“萬能藥”只是傳說中的東西,歷史上的煉金術士都從來沒有把鉛變成金子。他們注定要失敗,因為任何常規的化學反應都無法把鉛變成金。那么,在現代世界,科學家們能否憑借不斷發展的化學知識和先進工具,完成這一化學壯舉?

  其實通過某種方法把鉛這樣的賤金屬轉變為黃金是可能的,但從中能得到多少黃金卻是一個問題。

  什么是元素?

  讓我們從最基本的元素概念說起。將鉛轉化為金意味著將一種元素轉變為另一種元素。每一種元素都是由組成原子核的質子數(稱為原子序數)和中子數(質子質量+中子質量=質量數)來定義的;對元素的定義而言,電子的數量并不那么重要。

  鉛的原子序數是82,即原子核中有82個質子,而金的原子序數是79。要把一種元素變成另一種元素,就必須改變原子核中的質子數。

  在保持質子數不變的同時,如果改變原子核中的中子數,就會產生相同元素的不同“味”,即同位素。鉛有4種自然的穩定同位素,以及多種在實驗室中產生的其他同位素。在所有穩定元素中,鉛具有最高的原子序數,其3個同位素是較重元素的主要核衰變鏈的終點——所有原子序數高于鉛(82)的元素都具有放射性。

  元素的轉變

每一種元素都是由組成原子核的質子數(稱為原子序數)和中子數(質子質量+中子質量=質量數)來定義的  每一種元素都是由組成原子核的質子數(稱為原子序數)和中子數(質子質量+中子質量=質量數)來定義的

  作為亞原子粒子,質子和中子被保持原子核穩定的強大核力束縛著,克服這些力需要巨大的能量。從原子核中移除一個質子或中子就像在靈魂不純潔的情況下嘗試舉起雷神之錘,向原子中添加一個亞原子粒子則像試圖迫使同一極的磁鐵接觸。而且,增加或減少亞原子粒子的過程都會釋放出過量的能量。

  如果我們確實成功地改變了原子核的組成呢?答案是,這會擾亂元素內部力量的平衡,從而給元素帶來“身份危機”。該元素會開始釋放亞原子粒子,以達到更穩定的狀態,這與放射性衰變的過程類似。

  通過輻射來嬗變

  具有較大原子核的原子無法很好地控制自身大小,這使得它們很不穩定,會通過釋放質子和中子(α衰變)、電子(β衰變)和電磁輻射(γ衰變,即釋放伽馬射線)來減輕額外的重量。

  元素周期表中在鉍(原子序數83)之后的大多數元素都是放射性元素。不過,放射性衰變并不是生產黃金的好方法。首先,放射性元素需要數月(有的需要數年甚至數千年)才能衰變為更普通的元素,如鐳-226的半衰期為1600年。其次,放射性衰變釋放的輻射會導致癌癥和甲狀腺問題等疾病。

  第三,鈾、釷和鐳在衰變結束后最終都變成了鉛。鉛是穩定元素,不會進一步衰變。這一點很可惜,因為金只比鉛少3個質子。

  亞原子粒子轟擊

用人工方法轉變而來的黃金往往具有放射性用人工方法轉變而來的黃金往往具有放射性

  排除了放射性衰變,還有什么方法可以把鉛變成金?科學家已經有了好幾個選擇。

  事實上,用鉛來制造黃金并不是一個好策略,因為鉛比金多3個質子。更好的選擇是使用汞(比金多1個質子)或鉑(比金少1個質子)

  將賤金屬轉化為黃金的最早實驗始于1924年。日本研究者(Nagoaka)和德國研究者(Miethe和Stammreich)各自獨立進行了實驗,將汞置于高電流中,使其轉變為黃金。然而,后來進行此類實驗的研究人員得到了負面的結果,使這些發現陷入爭議。因此,用電來點汞成金可能并不現實。

  另一種選擇是用質子和中子等亞原子粒子轟擊汞或鉑。1941年,研究人員用快中子轟擊汞,使這種金屬轉變為金和鉑。1936年,研究人員用氘核(具有一個質子和一個中子的原子核)轟擊鉑,使其產生放射性鉑同位素并衰變為金。

  如果你有大量可用的鉛,那或許也能用質子轟擊的方法獲得黃金。在1996年的一項實驗中,研究人員用600MeV的質子轟擊鉛之后獲得了金。

  你能獲取多少金子?

  如果你開始幻想通過這種方法來制造黃金致富,那還是早點放棄吧。首先,通過質子轟擊方法得到的黃金大部分都具有放射性,意味著它可能會衰變。不幸的是,目前還沒有任何化學方法能將放射性金轉化為普通金。

  其次,所有這些實驗所獲得的金質量都少于1毫克,價值幾乎可以忽略不計。一份實驗記錄中寫道,Miethe和Stammreich獲得的黃金只值1美元,卻花費了他們6萬美元!因此,即便你從這些實驗中得到了一些有價值的金子,你也已經債臺高筑了。

  對進行這些實驗的研究人員來說,他們更感興趣的是原子及其亞原子粒子的行為,而不是獲取黃金致富。事實上,他們更有可能通過這些實驗發現一些真正有用的東西,比如某種極為豐富且可持續的能源。

  科學家已經利用嬗變技術創造了一些新元素。钷、锝等元素以及鑭系和錒系中的許多元素都是人造的。2020年,有研究稱通過用鉍原子轟擊鋅原子的方法,創造出了一種原子序數為113的新元素。一名參與該項目的研究人員表示,在進行了40多億次轟擊之后,他們才三次制造出了這種元素。

編輯:徐菁
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