2012年6月9日 星期六

化學教科書又要改版了!

化學元素周期表剛剛多了兩個新成員:元素 114 和 116,前者命名 Flerovium (Fl),後者命名 Livermorium (Lv)。對普通人而言,兩個名字都是「佢識我我唔識佢」,究竟有什麼意義,為什麼改這些名字呢?

躋身周期表是非常嚴肅的一件事。這樣重的元素自然界找不到,人工製造是把兩顆較輕的原子結合,以元素 116 為例,科學家用粒子加速器把原子序 96 的 curium 與原子序 20 的 calcium 相撞,由於帶正電的原子核互相排斥,相撞速度必須夠快,兩顆原子才能二合為一,但又不能太快,否則便會撞散;即使結合成功,新原子並不穩定,很快衰變,科學家就是憑衰變時釋出的一連串粒子推測新元素的存在。一次成功並不足夠,必須很多次實驗累積很多數據新發現才算滿意。

誰決定滿意不滿意?由 International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) 及 International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP) 組成的委員會決定,當他們認為某新元素證據充分之後,發現者可以替元素命名,命名建議再經五個月公開咨詢,通過才正式納入周期表。由最初發現至「躋身正統」往往需時經年,以元素 114 為例,早在 1999 年已初見端倪,十幾年後的今天才正式成為周期表元素,可以說審批程序嚴謹,可以說委員會工作效率低,可以說抱持懷疑態度、不斷要求更多證據的科學家「玩嘢」或「拉布」,視乎你的取態。

根據 IUPAC,兩個新元素由兩所實驗室合作發現,分別是俄羅斯 Dubna 市的 Joint Institute for Nuclear Research 及美國加州 Livermore 市的 Lawrence Livermore National Laboratory。留心的讀者會發現,元素 116(Livermorium)就是以後者的所在地命名,根據公平原則,另一新元素的命名「主導權」應歸俄羅斯一方了。沒錯,上說 Joint Institute for Nuclear Research,裏面實際進行硏究的單位名為 Flerov Laboratory of Nuclear Reactions,以紀念俄國著名核子物理學家 Georgiy N. Flerov,亦是元素 114(Flerovium)名字的由來。

世上只有三個實驗室擁有製造新元素的能力,上面說了兩個,第三個是德國 Darmstadt 市的 GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research,又看看他們愛給元素什麼樣的名字。周期表上一次更新在去年 11 月,一口氣加了三個新元素,全部由他們命名:

元素 112,copernicium,Cn:紀念哥白尼(Nicolaus Copernicus),五百年前提倡地球繞着太陽轉那位。
元素 111,roentgenium,Rg:紀念X光發現者 Wilhelm Roentgen,德國人,第一屆諾貝爾物理學獎得主。
元素 110,darmstadtium,Ds:實驗室所在地。

若能洞悉「字根」,不難估計是哪國取的名字,他們愛用實驗室地名、本國或本洲科學家姓氏,唯一難處是某些地名或人名未必為公眾所廣知。沿着周期表下行:

元素 109,Meitnerium,Mt:Lise Meitner,德國奧地利女科學家,在德國硏究。
元素 108,Hassium,Hs:源自德文「Hesse」,實驗室所在州份。
元素 107,Bohrium,Bh:波爾(Niels Bohr),丹麥人,中學教科書必定提及、量子物理學奠基者之一,二戰時期曾逃往美國,但主要學術貢獻在歐洲完成,屬於歐洲人多過北美人。此元素名稱由德人建議。
元素 106,Seaborgium,Sg:Glenn Seaborg,美國化學家,顯然是美國人取的名字。
元素 105,Dubnium,Db:Dubna 市,上述俄國實驗室所在地。
元素 104,Rutherfordium,Rf:Ernest Rutherford,紐西蘭人,另一位中學教科書必定提及的偉大科學家,主要在英國及加拿大工作,不折不扣的 Anglo-Saxon。此元素名稱由美國人建議。

大家注意,嚴謹的命名程序建立了不過十幾年;向來元素名稱都是約定俗成的,不同地區可有不同叫法,上世紀九十年代要把名稱標準化的時候,元素 108 及以下便曾有過一番爭論,最終的「標準共識」可說是德、美、俄三國學術界較勁的結果,或多或少顯示各實驗室的國際地位。

(2012 年 6 月 9 日 信報副刋)

15 則留言:

  1. Meitner曾在德國工作,但應該是奥地利(或瑞典)人吧?

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  2. 噢,正確正確。多謝指正。

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  3. 我不管... 我還是會用uuh uuq 等系統化的名字!

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  4. 哈哈,你一定是化學 professional,做硏究的?

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  5. Dr seaborg was a famous and very good professor at Berkeley. He also discovered californium and berkelium. I was lucky to attend his lecture once.

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  6. Why I check my periodic table app is different?
    114 - Ununquadium (Uuq) and 116 - Ununhexium (Uuh)

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  7. 那些 Uux 只是一些 placeholder,在正式發現及命名之前畀住個名佢,屬暫時性的。

    換句話說,周期表上有名稱的格仔,實際上不一定存在。

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  8. 阿Nick你好,我是科學盲,有個問題想請教。

    元素周期表是否已經窮盡了所有「可能的」元素?我的意思是,一個未被發現(或製造)的元素,只是未有實物對應。例如116在未被製造之前,我們已經事先知道它是怎樣的(96和20結合),只不過於現實世界還沒有這個組合出現。
    這個講法是否正確?

    如果這講法是正確的話,這是否表示我們不可能發現一些「絕對地新」,也就是於元素周期表中沒有位置的元素?

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  9. 周期表未窮盡所有「可能的」元素,因為「可能的」元素是無窮盡的。

    舉元素 116 為例,116 這數字叫 atomic number,即是質子的數目,元素 116 有 116 粒質子,是故可以由 96 粒質子的 curium 與 20 粒質子的 calcium 合成。理論上,質子數目沒有上限,如果人類活得夠長,不斷把質子數目推上,元素 200 甚至 1000 都是「可能的」。理論上。

    原子核內,除了質子,還有中子。質子數目決定那是什麼元素,中子數目決定原子核的穩定性。Uranium(92粒質子)以上的元素不穩定,因為無論中子幾多粒,也不能穩定這麼多質子,這牽涉量子力學,我也不太懂。

    以後的新元素是否全都不穩定?未必。科學家預計,當質子數目達到 120 幾左右,便可能見到一些穩定的元素。現在他們如此努力不斷加質子,其中一個目的就是到達 120 幾這段「傳說中」的 island of stability。

    元素 119 已在硏製之中,在我死之前,應該知道 island of stability 是否真有其事。

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  10. 感謝Nick Lee詳盡的解釋。
    我想問有沒有好的科學入門書介紹?(中英皆可)

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  11. 無喎……

    一般 popular science 書只談某某 topic,並非 general 的入門。要入門,何不看看初中教科書?當然不用整本讀,例如今次想學原子結構,便只讀相關章節。

    其實不必刻意入門,只需開始看書,任何的書。到 amazon.com,搜尋 "napolean's buttons",便看到很多關於化學的科普書籍,從那裡開始不錯。

    不一定要買,可以抄下書名,看公立圖書館有沒有。

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  12. 已經發現咗,等緊verify同approve,未有正名,所以文章沒說。

    https://www-pls.llnl.gov/?url=science_and_technology-chemistry-elements_113_and_115

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  13. 補充:之前的113不夠肯定,現在日本又製造了113,再等確認。

    Japanese Physicists Claim Clinching Observation of New Superheavy Element
    http://news.sciencemag.org/scienceinsider/2012/09/japanese-physicists-claim-clinch.html

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