123,123,123

微信咨詢

咨詢QQ

咨詢電話

公眾號

TOP

首頁 > 知識 > 其他

科學(xué)研究：在高壓下化學(xué)成分會改變的重元素

來源：環(huán)球科學(xué)

發(fā)布時間：2021-06-10

瀏覽次數(shù)：1137

科學(xué)研究：在高壓下化學(xué)成分會改變的重元素

散發(fā)著橙色輝光的鋦晶體，研究者們正是用它來監(jiān)測在施加壓力下其化學(xué)性質(zhì)的變化。圖片來源：Thomas Albrecht-Schmitt / Nature

一項新的研究表明，一種已知最重的元素可被人們操控的程度比之前人們所想的更大。這一發(fā)現(xiàn)或為發(fā)展核燃料回收以及放射性元素的長期儲存鋪平了道路。

通過使用兩塊金剛石擠壓樣品的方式，一支國際研究團隊向我們展示出了元素周期表中的第96號元素，同時也是最后一種仍能被肉眼看到的元素——鋦，在高壓下會發(fā)生怎樣的響應(yīng)。

這支團隊由佛羅里達州立大學(xué)的Thomas Albrecht-Schmitt教授及其在布法羅大學(xué)和亞琛大學(xué)的合作者帶領(lǐng)。他們發(fā)現(xiàn)，鋦的外層電子的行為會隨著縮短其與周圍更輕的原子的距離而改變，這會直接影響到其與其他元素成鍵的能力。這項發(fā)現(xiàn)已發(fā)表于《自然》雜志。

“這是完全出乎預(yù)料的，因為鋦的化學(xué)性質(zhì)本應(yīng)使它抗拒這類變化，”Albrech-Schmitt說道，“簡短來說，鋦是相當惰性的?！?/div>

雖然只有某些鋦化合物展現(xiàn)出了這種變化，但這對科學(xué)家們而言仍然十分有趣，因為正常情況下鋦對其性質(zhì)的改變是完全抗拒的。

除Albrecht-Schmitt之外，領(lǐng)導(dǎo)這項研究的還有布法羅大學(xué)的化學(xué)教授Jochen Autschbach和Eva Zurek，以及位于德國的亞琛大學(xué)的研究員Manfred Speldrich。

鋦的電子層。圖片來源：維基百科

Albrecht-Schmitt的實驗室的總體任務(wù)便是更好地理解這些位于周期表底部的錒系重元素，這一項工作也是其中一部分。在2016年，他得到了美國能源部一千萬美元的資助，用以成立錒元素科學(xué)與技術(shù)中心，主要著眼于加速對于清理核廢料的科學(xué)研究。

盡管這些重元素已經(jīng)被填進了元素周期表，然而在很大程度上它們對科學(xué)家們來說仍然是個謎，尤其是與氧或者氮這樣的輕元素相比較的時候?！斑@項實驗所展現(xiàn)出來的是，我們對這些元素的化學(xué)性質(zhì)的控制能力遠比我們所認為的要強，這是十分激動人心的，”Albrecht-Schmitt說道。

“我們所研究的三價鋦離子的外層電子層是半滿的，這是非常難以形成化學(xué)鍵的，”布法羅大學(xué)的Larkin講座化學(xué)教授Autschbach說道，“而實驗與理論相結(jié)合的方法顯示，通過給一塊含有三價鋦離子，有機硫和銨離子的晶體施加高壓，會導(dǎo)致鋦的外層電子參與和硫形成共價鍵。這一發(fā)現(xiàn)有可能對研究這些化學(xué)惰性的錒系殼層電子的神秘行為有引導(dǎo)作用?！?/div>

Autschbach在布法羅大學(xué)的研究小組通過計算幫助解釋了在高壓實驗中發(fā)生了什么，揭示了含有鋦元素的化合物在被金剛石擠壓時鋦的具體行為。Zurek的團隊則通過確定這些化合物在高壓下的晶體結(jié)構(gòu)，為計算工作打下了基礎(chǔ)。

發(fā)光的鋦金屬。鋦的放射性很高，因此會在黑暗中發(fā)出紫光。圖片來源：維基百科

“在高壓下，物質(zhì)和材料的性質(zhì)可能會與常壓條件下完全不同，這也使得在高壓研究中的發(fā)現(xiàn)總是那么令人激動，”Zurek說道。

進行核廢料回收和設(shè)計長期儲存放射性元素的彈性材料都需要用到化學(xué)分離過程，而對重元素的更深了解可以為如何控制這些化學(xué)分離過程提供更多的策略，Albrecht-Schmitt說道。研究團隊相信他們獲取的這些與鋦元素相關(guān)的結(jié)果也能轉(zhuǎn)換到其他重元素的研究當中。

目前，這支研究團隊準備接著這項工作繼續(xù)研究，為更重的元素，例如锎和锿設(shè)計類似的實驗。壓力對這些元素產(chǎn)生的效應(yīng)可能會比他們在鋦元素上所發(fā)現(xiàn)的更加顯著。

翻譯：馬新雨

審校：郝豪

引進來源：佛羅里達州立大學(xué)

引進鏈接：https://phys.org/news/2020-07-fsu-news-scientists-heavy-element.html

關(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復(fù)【最新活動】，了解近期科普活動
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復(fù)【研學(xué)營】，了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團體定制】，了解最新團體定制活動
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動詳情
?