化學是在分子和原子的水平上研究物質的性質、組成、結構及變化規律和其應用、製備,以及物質間相互作用關係的科學。世界是由物質組成的,化學則是人類用以認識和改造物質世界的主要方法和手段之一,它是一門曆史悠久而又富有活力的學科,它的成就是社會文明的重要標誌。人類的生活能夠不斷提高和改善,化學的貢獻在其中起了重要的作用。化學是重要的基礎科學之一,在與物理學、生物學、自然地理學、天文學等學科的相互滲透中,得到了迅速的發展,也推動了其他學科和技術的發展。但化學同時也存在很多疑問,這些疑問推動著化學學科的進一步發展。
元素周期表的終點
學習化學,首先就要接觸化學元素周期表。我們知道,現在的化學元素周期表中有107個化學元素,但是這107是不是就是化學元素表的終點了呢?科學家們認為,還遠遠不夠,化學元素的大家庭還有更多的成員等待著被發現。其實,化學元素周期表就是在不斷地充實中壯大起來的。最初1896年俄國科學家門捷列夫發明元素周期表時,隻有63個元素,到19世紀,元素數增加到92個,到目前的21世紀,元素已經增加到107個……所以我們不能排除,元素還有逐步增加的可能。這也是化學學科當中最首要的謎題。
俄國化學家門捷列夫
我們肉眼看得見的物質(如樓房)或看不見的物質(如空氣),都是由什麼組成的?這一問題曾困擾人們好多年。由於人類的進步,到19世紀初期,經過科學家們的研究,終於揭開了物質世界的麵紗:世界上的一切物質都是由元素組成的。從堅硬的石頭到軟綿綿的棉花;從流動的水到飄浮的雲;從人的肌肉骨骼到極小的細菌;從高大的樹木到浮遊生物……一切都不例外。那麼元素大家庭的成員到底有多少個呢?19世紀時,科學家們認為隻有92個。直到1940年,美國加利福尼亞大學的麥克米倫教授和物理化學家艾貝爾森在鈾裂變後的產物中,才發現了93號新元素!他們倆把這新元素命名為“鎿”,鎿的希臘文原意是“海王星”,這名字是跟鈾緊密相連的,因為鈾的希臘文原意是“天王星”。鎿的發現,充分說明了鈾並不是周期表上的終點,說明化學元素遠沒有達到周期表上的終點,在鎿之後還有許多化學元素。鎿的發現,鼓舞著化學家在認識元素的道路上繼續前進!不多久,美國化學家西博格、沃爾和肯尼迪又在鈾礦石中發現了94號元素。他們把這一新元素命名為“鈈”,希臘文的原意是“冥王星”。這是因為鎿的希臘文原意是“海王星”,而冥王星是在海王星的外麵,當時人們認為它是太陽係中離太陽最遠的一個行星。鈈的發現在當時根本沒有引起人們的注意,人們隻是把它看作一種新元素而已,誰也沒有去研究它到底有什麼用處。但當人們發現了鈈可以製作原子彈之後,鈈就一下子青雲直上,成了原子舞台上非常難得的“明星”!而且,鈈的發現及廣泛應用,使人們對元素的認識,進入了一個新的階段:原來,世界上還有許多很重要的未被發現的新元素哩!於是,人們繼續努力,要尋找94號以後的“超鈈元素”。在1949年底,鈈的發現者——美國化學家西博格和加利福尼亞大學教授喬索合作,用質子轟擊鈈原子核,最先發現了95號元素和96號元素。他們將95號元素和96號元素分別命名為“镅”和“鋦”,用以紀念發現地點美洲和居裏夫婦(“鋦”的原意即“居裏”)。西博格和喬索繼續努力,在1949年又製得了97號元素——錇;在1950年製得了98號元素——鐦。錇的原意足“柏克立”。因為它是在柏克立城的回旋加速器幫助下製成的;鐦的原意是“加利福尼亞”,因為它是在加利福尼亞州的回旋加速器幫助下製成的。接著,人們又開始尋找99號元素和100號元素。當人們準備用回旋加速器製造出這兩種新元素之前,卻在另一個場合無意中發現了它們。那是在1952年11月,美國在太平洋上空爆炸了第一顆氫彈。當時,美國科學家在觀測這次爆炸產生的原子“碎片”時,發現竟夾雜著兩種新元索——99號和100號元素。1955年美國加利福尼亞大學在實驗室中製得了這兩種新元素。為了紀念在製成這兩種新元素前幾個月逝世的著名物理學家愛因斯坦和意大利科學家費米,分別把99號元素命名為“鎄”(原意即“愛因斯坦”),把100號元素命名為“镄”(原意即“費米”)。1955年,就在製得鎄以後,美國加利福尼亞大學的科學家們用氦核去轟擊鎄,使鎄原子核中增加兩個質子,變成了101號元素。他們把101號元素命名為“鍆”,以紀念化學元素周期律的創始人、俄羅斯化學家門捷列夫。緊接著,在1958年,加利福尼亞大學與瑞典的諾貝爾研究所合作,用碳離子去轟擊鋦,使鋦這個本來隻有一個質子的原子核,一下子增加了六個質子,製得了極少量的102號元素。他們用“諾貝爾研究所”的名字來命名它,叫做“锘”。到了1961年,美國加利福尼亞大學的科學家們著手製造103號元素。他們用原子核中含有五個質子的硼,去轟擊原子核中含有九十八個質子的鐦,進行原子“加法”:5+98=103,從而製得了103號元素。這個新元素被命名為“鐒”,以紀念當時剛去世的美國物理學家、回旋加速器的發明者勞倫斯。在1964年、1967年,蘇聯弗列羅夫領導的研究小組和美國的喬索及西博格等人,分別用不同的方法製得了104、105和106號元素。但是由於雙方都說是自己最早發現了新元素,所以,關於104號、105和106號元素的命名,至今仍爭論不休,沒有得到統一。1976年,蘇聯弗列羅夫等人著手試製107號元素。他們用24號元素——鉻的原子核,去轟擊83號元素的原子核。24+83=107,就這樣,107號元素被製成了。到目前為止,得到世界各國科學家公認的化學元素,總共有107種。然而,世界上到底存在有多少種化學元素?人們會不會無休止地把化學元素逐個製造出來呢?這個問題引起了人們激烈的爭論。有人認為,從100號元素镄以後,人們雖然合成了許多新元素,但是這些新元素的壽命卻越來越短。像107號元素,隻能存在1毫秒。照此推理下去,108號、109號、110號……這些元素的壽命可能更短,因此要人工合成新元素的希望將越來越渺茫。他們預言,即使今後人們還有可能再製成幾種新元素,但卻已為數不多了。但是,很多科學家認真研究了元素周期表,並推算出在108號元素以後,可能又會出現幾種“長命”的新元素!到底孰是孰非呢?迄今為止,尚無定論。