元素周期表是怎么被填滿的?


公元前6500左右,碳C、金Au、銅Cu被人類發(fā)現(xiàn)使用。(有些元素在自然界是游離態(tài)存在,一般發(fā)現(xiàn)的比較早)



公元前3500左右,鉛Pb被冶煉出來。

前3000年左右,中國和地中海文明發(fā)現(xiàn)了錫Sn,人類開始冶煉青銅,進入青銅時代。銻Sb被發(fā)現(xiàn)。(金屬活動性比較弱,發(fā)現(xiàn)的比較早)


前2000年左右,銀Ag開始使用。

前1500年左右,赫梯人第一個從鐵礦石中熔煉鐵Fe,各文明先后進入鐵器時代。

前1000年左右,水銀(汞Hg)和硫磺(硫S)在各文明地區(qū)被發(fā)現(xiàn)。


公元300年左右,中國晉代煉丹家葛洪分離出砷As單質(zhì)。西方化學史學家們一致認為從砷化合物中分離出單質(zhì)砷的是1250年德國煉金家阿爾伯特·馬格努斯。

15世紀,德意志煉金術士發(fā)現(xiàn)鉍Bi,中國人和印度人開始冶煉鋅Zn(我查的資料說法不一)。


1661年,英國化學家波義耳出版《懷疑派化學家》,提出近代化學元素概念。

1669,德國煉金術士波特蘭從人尿中分離出白磷,根據(jù)磷火將其命名為冷光。

1735,鈷Co被瑞典化學家布蘭特從輝鈷礦中分離,鉑Pt被西班牙希拉爾從金礦中發(fā)現(xiàn)。


1751,瑞典化學家克郎斯塔特分離出鎳Ni。

1737,英國赫羅特用火法分析鈷礦獲得一小塊鉍樣品,但不知何物。1753年英國若弗魯瓦和伯格曼確認鉍是一種化學元素。1757年法國人日夫魯瓦經(jīng)分析研究,確定為新元素。
1755,英國化學家辨認出氧化鈣和氧化鎂,確認了鎂Mg的存在,但未提取出單質(zhì)。

1766,卡文迪許從金屬與酸中制得氫氣H,并系統(tǒng)研究該元素。


1772,瑞典藥劑師舍勒發(fā)現(xiàn)氮N,后由法國科學家拉瓦錫確定是一種元素。


1774,英國普利斯特里分離并描述了氧氣O,舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣Cl,錳Mn被瑞典甘恩發(fā)現(xiàn)。



1778,鉬Mo被瑞典埃爾姆發(fā)現(xiàn)。

1782,德國礦物學家米勒·馮·賴興施泰因在研究德國金礦石時發(fā)現(xiàn)碲Te。


1781,舍勒發(fā)現(xiàn)白鎢礦,并提取出新的元素酸-鎢酸,1783年被西班牙人德普爾亞發(fā)現(xiàn)黑鎢礦也從中提取出鎢酸,同年,第一次得到了鎢W粉,并命名該元素。

1789,法國沃克蘭發(fā)現(xiàn)鈹Be,德國克拉普魯特發(fā)現(xiàn)鋯Zr。德國化學家克拉普羅特發(fā)現(xiàn)鈾U,用天王星的名字命名,這是人類發(fā)現(xiàn)的第一個放射性元素。



1791,英國人格列戈爾從礦石中發(fā)現(xiàn)鈦Ti,但未提取出純凈單質(zhì)。

1794,芬蘭加多林發(fā)現(xiàn)釔Y。

1797,法國沃克蘭在分析鉻鉛礦時發(fā)現(xiàn)鉻Cr。

1801,鈦、釩V、鈮Nb被確認,但未提取出單質(zhì)。


1802年,瑞典艾克保發(fā)現(xiàn)鉭Ta。?

1803年,英國沃拉斯頓從粗鉑中發(fā)現(xiàn)并分離出銠Rh,鈀Pb,瑞典貝采尼烏斯、德國克拉普羅特、瑞典希新格分別發(fā)現(xiàn)鈰Ce,英國化學家坦南特等人用王水溶解粗鉑時發(fā)現(xiàn)鋨Os、銥Tr。

后面有些圖片因沒保存丟失,請諒解,畢竟非常多的。

1808,英國道爾頓出版《化學哲學新體系》,提出原子理論。

1807-1808,英國化學家戴維用電解法先后制得鈉Na、鉀K、鈣Ca、鎂Mg、鍶Sr,鋇Ba。
1807,法國呂薩克用剛剛發(fā)現(xiàn)的鉀還原得到硼B(yǎng)。
1811,法國庫特瓦將智利硝石與海藻灰在酸性條件下混合發(fā)現(xiàn)碘I。
1817,鋰Li被電解制得,英國羅麥爾發(fā)現(xiàn)并制得鎘Cd。
1817-1823,瑞典貝采利烏斯先后制得硒Se、硅Si單質(zhì)。
1825,丹麥奧斯特得到鋁Al。
1826,法國巴拉德發(fā)現(xiàn)溴Br并確認。
1828,貝采利烏斯發(fā)現(xiàn)釷Th。
1839-1843,瑞典莫桑德爾先后發(fā)現(xiàn)鑭La、鋱Tb、鉺Er。
1860-1861,德國本生先后發(fā)現(xiàn)銫Cs、銣Rb。
1861,英國克魯克斯發(fā)現(xiàn)鉈Ti。
1863,德國賴希發(fā)現(xiàn)銦In
1869,俄國門捷列夫編制出元素周期表并提出元素周期律,預言了未被發(fā)現(xiàn)的鈧、鎵、鍺。

1875-1879,法國布瓦博德朗先后發(fā)現(xiàn)鎵Ga、釤Sm,瑞典尼爾松發(fā)現(xiàn)了鈧Sc,瑞典克利夫發(fā)現(xiàn)了鈥Ho和銩Tm。
1880,瑞士馬利納克發(fā)現(xiàn)了釓Gd。
1885,奧地利人威斯巴克從莫桑得爾認為是“新元素”的鐠釹混合物中發(fā)現(xiàn)了鐠Pr和釹Nd。
1886,布瓦普德朗發(fā)現(xiàn)了鏑Dy,德國德文勒發(fā)現(xiàn)鍺Ge。
這里提一下悲壯的氟F發(fā)現(xiàn)歷史:
1774年,舍勒在研究硫酸與螢石的反應時發(fā)現(xiàn)HF,并于1789年提出它的酸根與鹽酸酸根性質(zhì)相似的猜想。而后法國化學家呂薩克等繼續(xù)進行提純氫氟酸的研究,到了1819年無水氫氟酸雖然仍未分離,但其對玻璃以及硅酸鹽反應的本質(zhì)已被闡明。
19世紀初期安培給戴維的信中指出氫氟酸中存在著一種未知的化學元素。
1813年戴維,1836年喬治·諾克斯和托馬士·諾克斯,1850年弗累密,1869年哥爾, 都曾嘗試制備出氟單質(zhì),但最終都因條件不夠或無法分離而失敗,他們因長期接觸含氟化合物中毒而健康受損,最后逝世。
1886年,莫瓦桑通過復雜的實驗電解制得了黃綠色氣體——氟F。
1894,英國科學家瑞利由空氣密度預言并發(fā)現(xiàn)了第一種稀有氣體氬Ar。
到1898年,英國科學家拉姆塞與瑞利合作發(fā)現(xiàn)稀有氣體氦He、氖He、氪Kr、氙Xe。
1898,居里夫人和丈夫皮埃爾居里發(fā)現(xiàn)鐳Ra和釙Po,開始了化學家對放射性元素的探索。
1899,法國德比爾納發(fā)現(xiàn)錒Ac。
1901,法國德馬爾塞發(fā)現(xiàn)銪Eu。
1905,法國于爾班發(fā)現(xiàn)镥Lu。
1910,英國化學家F.索迪提出同位素假說。
1913,波蘭法揚斯發(fā)現(xiàn)鏷Pa。
1923,匈牙利海維塞發(fā)現(xiàn)鉿Hf。
1925,德國諾達克發(fā)現(xiàn)錸Re。
1932,量子力學的發(fā)展讓元素周期律的實質(zhì)逐漸明晰,原子核的質(zhì)子-中子理論被提出,同位素假說得以認證。
1937,美國勞倫斯制出锝Tc,這是第一種人工制得的放射性元素。
1939,法國佩麗發(fā)現(xiàn)鈁Fr,這是最后一種在自然界發(fā)現(xiàn)的元素。美國麥克米蘭制得镎Np。
1940,美國科爾森制得砹At。西博格制得钚Pu。
1944,西博格等人制得鋦Cm和镅Am。
1947,美國馬林斯基制得钷Pm。
1949,美國西博格和吉奧索等人工制得锫Bk。?
1950,美國西博格和吉奧索等人工制得锎Cf。
1952,美國吉奧索觀測氫彈爆炸時產(chǎn)生的原子“碎片”時發(fā)現(xiàn)锿Es和鐨Fm。?
1955,美國吉奧索等制得鍆Md。?
1958,美國加利福尼亞大學與瑞典諾貝爾研究所合作制得锘No。
1961,美國加利福尼亞大學科學家制得鐒Lr
1964-1974,蘇聯(lián)弗廖洛夫和美國吉奧索各自領導的科學小組分別人工制得鈩Rf、钅杜Db、??Sg。
1976,蘇聯(lián)弗廖洛夫領導的科學小組用鉻核轟擊鉍核制得??Bh
1982-1984,德國G.明岑貝格等人工合成?Mt、??Hs。
1994,歐洲科學家小組在德國達姆斯塔特合成??Ds、錀Rg。
1996,德國P.阿爾穆勃魯斯特和S.霍夫曼等在達姆斯塔特合成鎶Cn。
2000,俄美聯(lián)合團隊合成出鉝Lv。
2004,日本理化研究所和俄美聯(lián)合團隊先后成功合成出鉨Nh,俄美聯(lián)合團隊合成出鈇Fl、鏌Mc。
2006,俄美聯(lián)合團隊合成出氣奧Og。
2010,俄羅斯杜布納聯(lián)合核研究所成功合成出石田Ts。

至此,元素周期表終于填完了
嗎?

目前,德國亥姆霍茲重離子研究中心和俄羅斯杜布納聯(lián)合原子核研究所正在競賽,看誰先合成119號、120號,以及184號元素。
那為什么我們還要再合成新元素?有什么意義嗎?
60年代起,物理學界提出了超重元素的“穩(wěn)定島”假說。如果說穩(wěn)定存在的元素好比是高聳的陸地,不能穩(wěn)定存在的元素好比是無邊無際的海洋,那么能夠穩(wěn)定存在的超重元素就好像是海洋中露出水面的島嶼。
還有一個幻數(shù)的概念:滿足幻數(shù)的質(zhì)子數(shù)有,2、8、20、28、50、82……;滿足幻數(shù)的中子數(shù)有2、8、20、28、50、82、126……。例如,含有82個質(zhì)子和126個中子的鉛-208就是非常穩(wěn)定的雙幻核。
為了尋找下一個滿足幻數(shù)條件的重原子核,無數(shù)的研究人員懷揣著自身的執(zhí)念和國家的尊嚴不懈努力著。即便穩(wěn)定程度無法達到鉛-208的水平,但只要其壽命能不像其他同類元素一樣轉(zhuǎn)瞬即逝,我們就一定能找到這種超重元素的潛在用途。
合成超重元素的意義不僅只是為了尋找穩(wěn)定島。合成超重元素的過程可以幫助我們進一步了解原子核內(nèi)部的運行機制,這是物質(zhì)世界的終極奧秘之一。只有在正確認識規(guī)律的基礎上,才能嘗試對其加以運用。
在科學史上,與人類預測相違背的科學事實不在少數(shù),預想外的規(guī)律在很多時候都成為了引發(fā)新科技革命的導火索。在目前的超重元素合成歷程中,尚未出現(xiàn)顛覆式的科學發(fā)現(xiàn),不過現(xiàn)有科學理論卻在此過程中得到了反復的確證和加強。
最后,不斷挑戰(zhàn)新的超重核制備不僅能對人類現(xiàn)有技術水平起到提升和促進的作用,這一過程本身也是對真理的探索,是對人類好奇心的不斷滿足。
我們現(xiàn)在只是探索到科學的冰山一角,之后的科學發(fā)展還需要你我共勉。