元素周期表
自19世纪元素周期表问世以来,人类不断对其进行研究和合成。今天,元素周期表上有100多种元素。各种形状和性质的元素使许多化学爱好者准备好收集这些神奇的物质。如果你想收集世界上所有的元素,你应该怎么做?
有钱,而且必须非常有钱,比如比尔盖茨。事实上,比尔盖茨确实做到了。在他的办公室里,一整面墙都用来收集化学元素。
比尔盖茨邀请电影明星威尔史密斯参加一个活动。他说他不收集放射性元素,他把几乎所有能收集到的元素都放在了那面墙上。
亿万富翁收集所有元素似乎很难,但即使比尔盖茨打算收集放射性元素,也是行不通的。元素周期表中元素的价格差异很大。据说最贵的元素每克价格接近3000亿元。
这个元素是什么?编制元素周期表有多难?为什么元素周期表中元素的价格相差如此之大?
接下来,本文将解答元素周期表中元素的出现及其化学性质。最后,让我们看看比尔·盖茨没有收集到的元素周期表。它要多少钱?
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钋有毒且价格昂贵
我们可以先看看压在比尔·盖茨钱包上的钋元素——钋210。天然存在的钋210是铀238和镭226衰变的结果,它们是高放射性污染物。
它是19世纪初由居里夫妇在沥青铀矿发现的。由于其高放射性,钋在20世纪成为代顿计划的一部分,并被认为是一种潜在的核武器中子助推器。
但后来这种放射性元素辐射到其他地区,原子弹主要是用其他放射性元素提出来的。在1950年代,美国原子能委员会(现为美国能源部)研究了使用钋作为卫星放射性同位素热点发生器热源的可能性。
最后,在选择实验发展的过程中,实验室选择了具有半衰期的钚238作为能源,钋210的2.5瓦原子电池败下阵来。这并不是说钋电池就扔进了垃圾桶,拿来当热源就好了。
钋210可以发射大量的α粒子。如果这些粒子被致密材料携带一小段距离,它们可以将动能转化为热能。
一克钋210可以产生140瓦的热能。例如,前苏联发射的“月球漫步者”发射器内装有钋210热源电池,可以保证机器在月球夜间冷却其内部部件的温度。
说到钋的毒性,可能有人知道这种放射性元素毒性很大,但这种毒性是可以合理控制在安全使用范围内的。钋210和其他钋同位素可对活生物体造成严重的放射毒性损害。
钋210的毒性是氢氰酸的25万倍。一克钋210可以杀死5000万人,并使另外5000万人患病。
与其他放射性元素类似,这种毒物是由电离辐射α粒子引起的。钋210虽然剧毒,但在人体外是无害的。由于α粒子的能量非常微弱,无法穿透人体皮肤,因此只能通过必要的实验防护来暴露这种放射性危害。
然而,钋颗粒具有很强的生物蓄积性,这种生物蓄积性污染存在于烟草、土壤和海洋生物中。话虽如此,只要钋210不接触人体心脏而被直接吸收,这种元素相对于其他放射性元素来说还是比较安全的。
这种元素的存量非常稀少,人工合成也很困难。同时具有很高的科研价值、开发价值和使用价值。
因此,钋元素的成本并不低于合成和开发。据称钋元素每克售价2950亿元,价值接近3000亿,是最贵的元素。
所以你看,就算比尔盖茨要收集放射性元素,光是钋元素就够亿万富翁喝一壶了,这还不算其他昂贵的元素。除了钋,还有哪些元素比较贵?
稀有放射性元素
事实上,这些放射性元素价格昂贵的主要原因之一是它们难以测量且产量稀少。
锎是另一个很好的例子。
加州大学伯克利分校于1950年代首次通过用α粒子撞击锔而创造了锎。锎属于锕系元素,是第六大人工超铀元素,同样具有高放射性。
它的表面是银白色的金属,拥有三种晶体结构,分别存在于三个世界中,尤其是在常压、高温或高压的条件下。在室温下,锎金属在空气中会慢慢失去光泽。
在已知的20种锎同位素中,锎-251是最稳定的,半衰期为898年。
由于所有锎同位素的半衰期都小于898年,因此自然产生的锎会衰变并消失。科学家们认为,锎是在行星诞生和超新星爆发时产生的,超新星中物质的衰变对应于锎-254的半衰期,但这一估计仍有待商榷。
此外,在核爆炸和铀含量高的矿床中,重元素在中子俘获和β衰变后可能会自发产生极少量的锎。
现在标准的锎合成在实验室,合成过程非常复杂。实验室中的锎在核反应堆和粒子加速器中,锎249在被中子撞击后立即发生β衰变,然后形成锎250。
锎主要用于探测器和核医学。例如,在宫颈癌和脑癌的治疗中,一些治疗方法是利用锎产生的中子。
此外,在飞机、间谍和武器部件中,锎可以解决工业问题和研究需要。
锎还具有很高的科研价值,这也决定了它本身的价值。并且世界上只有两个设施可以生产锎,一个在美国,一个在俄罗斯,而且产量很低。根据2003年的生产记录,这两个装置年产锎252分别为0.25克和0.025克,市场价格约为11亿元/克。
如果没有特定的生产需要,世界上的锎储量并不是很大。
说到放射性元素,除了价格昂贵、生产困难之外,还有一点就是难以储存。一般来说,放射性元素越长,半衰期越短,这就增加了它的储存难度。有些元素甚至可能存在很短的时间,
同时,有些元素对于科研来说还是很重要的,永远不能卖,只能用于科研。
所以,想要收集元素周期表上的所有元素,钱的问题是次要的。此外,项目集合的变化会导致项目价格发生变化。不同形态的元素,例如金属晶体,比普通的金属形态更贵,纯度和形状是决定元素价格的重要因素。
有钱人的行为差不多就够了。如果他们真的想收集它,他们将不得不破产。对于一般的化学爱好者或收藏家来说,收集元素周期表是必做之事。