Können wir neue Substanzen erzeugen, indem wir die Anzahl der Protonen im Kern künstlich verändern?

Dieser Artikel basiert auf der Beantwortung ähnlicher Fragen von Internetnutzern. Meine Antwort lautet: Natürlich können Sie das, und das ist nichts Neues. Dieses Prinzip ist den Wissenschaftlern seit langem bekannt und wird seit fast 100 Jahren angewendet. Das Ergebnis sind die heutigen 118 Elemente, von denen 26 durch künstliche Veränderung der Protonenzahl im Atomkern entstehen.

Natürlich müssen diese 26 Elemente in der Natur vorkommen, sonst können sie nicht künstlich hergestellt werden. Das Problem besteht jedoch darin, dass einige Elemente in der Natur zu selten und schwer zu beschaffen sind. manche Elemente haben eine zu kurze Halbwertszeit. Beispielsweise können einige gasförmige Elemente unter natürlichen Bedingungen kaum eine Sekunde lang existieren und können nur künstlich gewonnen werden.

Das Periodensystem ist die Konstruktionsgrundlage für künstliche Elemente. Das Periodensystem ist eine der größten wissenschaftlichen Entdeckungen der Menschheit. Es listet einige scheinbar nicht miteinander verbundene Elemente auf und bildet so nach und nach ein vollständiges System natürlicher Elemente, fördert die Entwicklung der modernen Chemie und enthüllt die Geheimnisse der natürlichen Materie, wodurch die Menschheit ein tieferes Verständnis der Naturgesetze erlangt. Es hat eine bahnbrechende Bedeutung.

Der erste, der das Periodensystem veröffentlichte, war der russische Chemiker Mendelejew, der 1869 die erste Generation des Periodensystems vorstellte. Danach führten Chemiker aus verschiedenen Ländern weitere Periodensysteme ein und verbesserten sie. Allmählich wurde das Periodensystem zu einem unersetzlichen Werkzeug in der modernen Chemie.

Mittlerweile gibt es weltweit über 170 verschiedene Periodensysteme. Im Periodensystem sind die Elemente nach ihrer Ordnungszahl angeordnet, wobei das kleinste Element die Nummer 1 hat. Eine horizontale Zeile stellt eine Periode dar, eine Spalte eine Gruppe. Der Atomradius nimmt von links nach rechts ab und von oben nach unten zu.

Das Periodensystem umfasst heute sieben Hauptgruppen, sieben Nebengruppen, die Gruppe VIII und die Gruppe 0. Die Elemente werden in der Reihenfolge nummeriert, in der sie im Periodensystem erscheinen. die Zahl ist ihre Ordnungszahl. Die Beziehung zwischen Ordnungszahl und Atomstruktur eines Elements lautet: Anzahl der Protonen = Ordnungszahl = Anzahl der Elektronen außerhalb des Kerns = Kernladungszahl.

Als Mendelejews Periodensystem erstmals erstellt wurde, gab es nur 63 Elemente. Er ordnete diese Elemente nach ihrer Größe und sagte erfolgreich Gallium, Scandium und Germanium voraus, die zu diesem Zeitpunkt noch nicht entdeckt worden waren. Mit der Weiterentwicklung des Periodensystems entdeckten die Menschen immer mehr Muster in der Anordnung der Elemente und entdeckten immer mehr fehlende Elemente in der Mitte. Ihr Verständnis für die Eigenschaften der Elemente vertiefte sich immer mehr.

Eine der wichtigsten Bedeutungen des Periodensystems besteht daher darin, dass es den Wissenschaftlern dabei hilft, die darin fehlenden Elemente zu finden, oder, einfacher ausgedrückt, die Elemente mit Lücken in den Ordnungszahlen. Wenn ein Element in der Natur nicht vorkommt, versuchen Sie, es künstlich zu erzeugen. Zu dieser Zeit wusste man bereits, dass die Eigenschaften eines Elements durch die Anzahl der Protonen im Atom bestimmt werden, sodass neue Elemente durch einfaches Ändern der Anzahl der Protonen im Atom erhalten werden können.

Im Periodensystem gibt es beispielsweise bereits das Element 42, Molybdän, und das Element 44, Ruthenium. Man weiß, dass die Anzahl der Protonen in den Kernen dieser beiden Elemente 42 bzw. 44 beträgt. Es muss ein neues Element zwischen ihnen geben. Wenn die Anzahl der Protonen 43 beträgt, kann dieses neue Element gewonnen werden.

Aber wie verändert man die Anzahl der Protonen in einem Atomkern? Wissenschaftler erforschen dies seit vielen Jahren.

Erst 1937 verwendete Ernest Lawrence, ein Physiker an der University of California in Berkeley, das von ihm erfundene Zyklotron, um den Molybdänkern des Elements 41 mit dem Deuteriumkern des Elements 1 zu „bombardieren“ und so das Element 43 zu erhalten. Dies war das erste künstliche Element, das von Menschenhand gewonnen wurde, und es erhielt den Namen „Technetium“ (Tc). Die ursprüngliche Bedeutung von „Technetium“ im Griechischen ist „künstlich hergestellt“.

Die 26 künstlichen Elemente werden alle durch „Addition“ gewonnen. Mittlerweile hat der Mensch herausgefunden, dass es im Universum insgesamt 118 Elemente gibt, von denen 92 in der Natur vorkommen und 26 Elemente durch künstliche Erzeugung entstanden sind. Die Methoden zur künstlichen Herstellung von Elementen werden ausnahmslos alle durch die Methode der „Addition“ erreicht.

Was bedeutet „Addition“? Dabei werden zwei Elemente mit kleinerer Ordnungszahl zu einem größeren Element verschmolzen. Der Fachbegriff für diese „Additions“-Methode lautet Kernfusion oder Kernfusion. Das erste künstliche Element, „Technetium“, wurde durch den Beschuss eines Molybdänkerns mit 42 Protonen mit einem Deuteriumkern mit nur 1 Proton erzeugt, wodurch der Kern zu einem „Technetium“-Kern mit 43 Protonen fusionierte. Auf diese Weise wurde „Technetium“ gewonnen.

Diese „Addition“ ist sehr schwierig, da sie extrem hohen Druck und hohe Temperaturen erfordert, damit die Atomkerne miteinander verschmelzen können. Obwohl die Menschen zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckten, dass man durch Addition neue Elemente gewinnen kann, fehlte ihnen die Methode dafür. Sie konnten nur hoffen, ihren Durst zu stillen, waren jedoch nicht in der Lage, dies zu erreichen.

Erst 1931 erfand Lawrence das Zyklotron, ein Gerät, das Atomkerne auf extrem hohe Energien beschleunigen und dann zwei Atomkerne zur Kollision bringen konnte, wodurch die künstliche Erzeugung neuer Elemente möglich wurde. Später erzeugte er mit seinem Beschleuniger das erste künstliche Element, „Technetium“, wofür er den Nobelpreis für Physik erhielt.

Das von ihm erfundene Zyklotron wurde als „Atomkanone“ bezeichnet, was bedeutet, dass ein Atomkern mit extrem hoher Geschwindigkeit wie eine Kanonenkugel auf einen anderen Atomkern abgefeuert werden kann. Diese Geschwindigkeit ist natürlich um ein Vielfaches höher als die einer Kanonenkugel.

Alle künstlichen Elemente werden durch diese „Additions“-Methode gewonnen. Beispielsweise bombardierten Wissenschaftler Californium mit der Ordnungszahl 98 mit Bor mit der Ordnungszahl 5, um Lawrencium mit der Ordnungszahl 103 zu erhalten. Blei mit der Ordnungszahl 82 wurde mit Chrom mit der Ordnungszahl 24 beschossen, um das Element 106 zu erhalten, und Californium mit der Ordnungszahl 98 wurde mit Calcium mit dem Atomkoeffizienten 20 beschossen, um Ozon mit der Ordnungszahl 118 zu erhalten.

Die Menschheit ist immer auf dem Weg der Entdeckungen, und es gibt kein Ende. Bisher gibt es 26 künstliche Elemente, und zwar: 43 Technetium (T), 61 Promethium (Pm), 95 Americium (Am), 96 Curium (Cm), 97 Berkelium (Bk), 98 Californium (Cf), 99 Einsteinium (Es), 100 Fermium (Fm), 101 Mendelevium (Md), 102 Nobelium (No), 103 Lawrencium (Lr), 104 Rhodium (Rf), 105 Fermium (Fm), 106 Mendelevium (Md), 107 Nobelium (No), 108 Lawrencium (Lr), 109 Rhodium (Rf), 110 106 Sphenanthera (Db), 107 Sphenanthera (Sg), 108 Sphenanthera (Bh), 109 Sphenanthera (Mt), 110 Sphenanthera (Ds), 111 Sphenanthera (Rg), 112 Sphenanthera (Cn), 113 Sphenanthera (Uut/Nh), 114 Sphenanthera (Fl), 115 Sphenanthera (Mc), 116 Sphenanthera (Lv), 117 Sphenanthera (Ts), 118 Sphenanthera (Og).

Sie fragen sich vielleicht, warum einige der chinesischen Schriftzeichen aus einem Radikal und einem Zeichen bestehen. Dies liegt daran, dass die chinesischen Schriftzeichen dieser Elemente nicht auf Computern eingegeben werden können. Da es Gerüchte gibt, dass man nur die Hälfte einer Figur erkennt, nennen wir es einfach so.

Zu diesem Zeitpunkt sind alle Lücken im Periodensystem gefüllt und alle in Zukunft neu entdeckten Elemente werden Elemente nach Nummer 118 sein. Mit Ausnahme von Nr. 43 und Nr. 61 sind alle verbleibenden künstlichen Elemente radioaktive Elemente. Sie kommen in der Natur nur äußerst selten vor, sind äußerst instabil oder haben eine sehr kurze Halbwertszeit, sodass sie in der Natur nur schwer zu gewinnen sind und einige von ihnen selbst bei künstlicher Herstellung nur schwer haltbar sind.

Für das Element 118, Og, haben Wissenschaftler beispielsweise zahllose Experimente im Zyklotron durchgeführt, konnten in den Experimenten von 2003 und 2005 jedoch nur drei Atome gewinnen. Es sind nur drei Atome, und um es zu überwachen, sind äußerst hochentwickelte Instrumente erforderlich. Die Halbwertszeit dieses Elements beträgt nur 12 Millisekunden, was bedeutet, dass es innerhalb eines Augenblicks verschwindet.

Viele Wissenschaftler synthetisieren immer noch Elemente mit höheren Nummern, und einige haben sogar Namen bekommen, wie etwa Element 119 Uue, Element 120 Ubn und Element 121 usw., aber es wird zunehmend schwieriger, diese Elemente zu erhalten, und sie existieren immer noch nur in der Vorstellung. Es gibt große Kontroversen darüber, wie die endgültige Nummer des Periodensystems aussehen wird, also können wir nur abwarten und sehen.

Kurz gesagt: Mit der Entwicklung der modernen Wissenschaft erlangt der Mensch ein tieferes Verständnis der Naturgesetze und sein Verständnis der chemischen Elemente wird weiterhin Durchbrüche erzielen. Die Wissenschaft ist immer auf dem Weg, schreitet durch ständige Entdeckungen und Korrekturen voran und begleitet und fördert den kontinuierlichen Fortschritt der menschlichen Zivilisation. Was denken Sie? Willkommen zur Diskussion, danke fürs Lesen.

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