奥加内松(Og)是最重的化学元素元素周期表,但自 2002 年首次合成以来,其特性已被证明难以测量。
现在,先进的计算机模拟已经填补了一些空白,事实证明这种元素比许多人预期的还要奇怪。
在原子水平上,奥加内森的行为在几个关键方面与较轻元素显着不同? 这可以为这些超重元素的工作原理提供一些基本的见解。
国际科学家团队进行的模拟表明,奥加内松的电子、质子和中子并不遵循与其他粒子相同的规则惰性气体元素的分组方式,这可能会对我们如何理解元素周期表的这一部分产生重大影响。
氙(上)、氡(中)和 Oganesson(下)的电子结构。 (P. Jerabek 等人和 APS/Alan Stonebraker)
“超重元素代表了核质量和电荷的极限,”一位研究人员说,来自密歇根州立大学的 Witek Nazarewicz。 “它们居住在核景观的偏远角落,其范围未知。”
“与超重系统有关的问题处于核和原子物理以及化学研究的前沿。”
根据与 Oganesson 相同的稀有气体族中的较轻元素,玻尔模型在原子中,电子占据原子核周围的某些轨道或位置,在中心周围形成壳状基团。
计算称为定位函数用于计算这些电子壳层的位置,但这是由奥加内森原子产生的大静电力,规则狭义相对论参加进来。
考虑到这一点,研究人员使用了适应性的费米子定位函数,称为电子定位函数计算电子在奥加内松中的位置。 事实证明,电子壳层变得几乎无法区分,在原子核周围产生了一种电子气。
换句话说,在最基本的层面上,它不像其他惰性气体,例如氙或者氖根本不。
“从理论上讲,我们认为它与这个家族的其他成员具有相同的稀有气体结构,”一位研究人员说,Peter Schwerdtfeger,来自新西兰梅西大学。
“然而,在我们的计算中,我们预测奥加内松或多或少会失去其壳层结构并变成电子的污点。”
根据研究人员的计算,同样的涂抹或特殊气体状态也适用于超重核内的中子,尽管质子被证明保留了某种壳状状态。
我们在这里谈论一些深层次的量子物理学,但这一切意味着奥加内森似乎并不像它分组的其他元素。 例如,其电子的特殊斑点形成可能意味着它比其他惰性气体更具化学反应性。
另一个可能的结果是 Oganesson 原子会聚集成一个固体在室温下,而不是像通常在气体中那样相互反弹。
现在请记住,这些只是计算机模拟,尽管非常复杂? 它们不是对奥加内松本身的研究。 这种元素太难生产,而且持续时间很短,我们无法用通常的方式真正检查它。
但现在我们对 118 号元素的结构和性质有了这些预测,科学家们可以通过实验来尝试检验这些假设。 这是研究的下一阶段。
进一步来说,这些见解甚至可以帮助我们弄清楚如何产生持续时间超过一毫秒的奥加内森原子。
“计算是利用我们目前拥有的工具了解 [oganesson] 行为的唯一方法,而且它们确实提供了一些有趣的发现,”施韦特费格说。
该研究发表于物理评论快报。