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我们能把铅变成金吗?可以!但是它有放射性


时间:2021-06-01  来源:  作者:  点击次数:


中世纪炼金术士所做的很多事情都没有涉及到真正的科学问题

中世纪炼金术士所做的许多事情并不涉及真正的科学问题

新浪科技新闻北京时间6月1日,据外媒报道,你有没有梦想过一夜暴富?从铅等廉价金属中提取黄金似乎是一个有吸引力的想法,这是中世纪炼金术士试图实现的目标。于是,他们构思了一种“贤者石”,在西方炼金术中也被称为“灵丹妙药”。它能给食者长生不老,治愈一切疾病的能力,带来无数财富。“万能药”最令人兴奋的特点之一是它可以把任何贱金属,包括铅,变成闪闪发光的金子。这种将一种元素转化为另一种元素的过程被称为“嬗变”。

但“灵丹妙药”只是传说中的东西,历史上的炼金术士从来没有把铅变成金。它们注定要失败,因为没有常规的化学反应能把铅变成金。那么,在现代世界,科学家能否随着化学知识和先进工具的不断发展完成这一化学壮举呢?

事实上,铅等贱金属以某种方式转化为黄金是可能的,但从中能获得多少黄金是个问题。

 什么是元素?

先说元素的基本概念。把铅变成金意味着把一种元素变成另一种元素。每个元素由组成原子核的质子数(称为原子序数)和中子数(质子质量中子质量=质量数)定义;对于元素的定义来说,电子数并没有那么重要。

铅的原子序数是82,即原子核中有82个质子,而金的原子序数是79。要把一种元素变成另一种元素,就要改变原子核内的质子数。

在保持质子数不变的情况下,如果我们改变原子核中的中子数,就会产生相同元素的不同“味道”,即同位素。铅有四种天然稳定同位素,还有许多实验室生产的其他同位素。在所有稳定元素中,铅的原子数最高,其三种同位素是较重元素主要核衰变链的终点。

元素的转变

每一种元素都是由组成原子核的质子数(称为原子序数)和中子数(质子质量+中子质量=质量数)来定义的

每种元素都由构成原子核的质子数(称为原子序数)和中子数(质子质量中子质量=质量数)来定义

作为亚原子粒子,质子和中子被强大的核力束缚,保持原子核稳定,需要巨大的能量来克服这些力。从原子核中取出一个质子或中子,就像在灵魂不纯的时候试图举起雷神之锤,在原子中加入一个亚原子粒子,就像试图迫使同极的磁铁接触。而且,增加或减少亚原子粒子的过程会释放过多的能量。

如果我们确实成功地改变了原子核的组成呢?答案是这样会打乱元素内力平衡,从而给元素带来“认同危机”。这种元素会开始释放亚原子粒子,达到更稳定的状态,类似于放射性衰变的过程。

 通过辐射来嬗变

原子核较大的原子无法很好地控制自己的尺寸,使其不稳定。它们会通过释放质子和中子(衰变)、电子(衰变)和电磁辐射(衰变,即释放射线)来减轻额外的重量。

元素周期表中铋(原子序数83)之后的大多数元素都是放射性元素。然而,放射性衰变不是生产黄金的好方法。首先,放射性元素衰变为更常见的元素需要数月(几年甚至几千年)。例如,镭-226的半衰期为1600年。其次,放射性衰变释放的辐射会导致癌症和甲状腺问题等疾病。

第三,铀、钍、镭经过衰变最终变成铅。铅是一种稳定的元素,不会进一步衰变。这很可惜,因为金只比铅少三个质子。

  亚原子粒子轰击

用人工方法转变而来的黄金往往具有放射性

通过人工方法转化的黄金通常具有放射性

排除放射性衰变,有什么方法可以把铅变成金?科学家已经有了几种选择。

其实用铅炼金不是什么好策略,因为铅比金多三个质子。更好的选择是使用汞(比金多一个质子)或铂(比金少一个质子)

将贱金属转化为黄金的最早实验始于1924年。日本研究人员(内卡)和德国研究人员(米耶和斯塔姆雷奇)独立开展了自己的工作

了实验,将汞置于高电流中,使其转变为黄金。然而,后来进行此类实验的研究人员得到了负面的结果,使这些发现陷入争议。因此,用电来点汞成金可能并不现实。

  另一种选择是用质子和中子等亚原子粒子轰击汞或铂。1941年,研究人员用快中子轰击汞,使这种金属转变为金和铂。1936年,研究人员用氘核(具有一个质子和一个中子的原子核)轰击铂,使其产生放射性铂同位素并衰变为金。

  如果你有大量可用的铅,那或许也能用质子轰击的方法获得黄金。在1996年的一项实验中,研究人员用600MeV的质子轰击铅之后获得了金。

  你能获取多少金子?

  如果你开始幻想通过这种方法来制造黄金致富,那还是早点放弃吧。首先,通过质子轰击方法得到的黄金大部分都具有放射性,意味着它可能会衰变。不幸的是,目前还没有任何化学方法能将放射性金转化为普通金。

  其次,所有这些实验所获得的金质量都少于1毫克,价值几乎可以忽略不计。一份实验记录中写道,Miethe和Stammreich获得的黄金只值1美元,却花费了他们6万美元!因此,即便你从这些实验中得到了一些有价值的金子,你也已经债台高筑了。

  对进行这些实验的研究人员来说,他们更感兴趣的是原子及其亚原子粒子的行为,而不是获取黄金致富。事实上,他们更有可能通过这些实验发现一些真正有用的东西,比如某种极为丰富且可持续的能源。

  科学家已经利用嬗变技术创造了一些新元素。钷、锝等元素以及镧系和锕系中的许多元素都是人造的。2020年,有研究称通过用铋原子轰击锌原子的方法,创造出了一种原子序数为113的新元素。一名参与该项目的研究人员表示,在进行了40多亿次轰击之后,他们才三次制造出了这种元素。(任天)


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