供參考:如果元素週期表上的所有元素同時接觸會發生什麼? 供參考:如果元素週期表上的所有元素同時接觸會發生什麼?

供參考:如果元素週期表上的所有元素同時接觸會發生什麼?

供參考:如果元素週期表上的所有元素同時接觸會發生什麼?

有兩種方法可以驗證這一點,但這兩種方法都不切實際。一種方法需要數十台大型強子對撞機的能量。另一種方法可能會產生一大鍋燃燒的鈽。然而,這兩種方法最終都可能產生一氧化碳和一堆鐵鏽和鹽,而不是某種酷炫的「科學怪人」元素。

紐約大學理論化學家馬克·塔克曼解釋說,如果你把每種元素的單個原子扔進一個盒子裡,它們不會形成一個包含所有元素的超分子。原子由中子和質子組成的原子核以及圍繞其高速運動的固定數量的電子組成。分子的形成是由於原子的電子軌道重疊,從而有效地將原子結合在一起。塔克曼說,當你把所有原子混合在一起時,最終得到的分子會受到相鄰元素的影響。

例如,氧的反應活性非常強,如果它離氫最近,就會生成氫氧化物;如果它離碳最近,就會生成一氧化碳。 「這種隨機的反應特性幾乎適用於所有元素,」塔克曼說,「你可以重複這個實驗100次,得到100種不同的組合。」某些元素,例如稀有氣體,不會與任何物質發生反應,所以最終只會得到這些元素以及一些常見的雙原子和三原子分子。

以光速的99.999%——這是位於日內瓦附近歐洲核子研究中心(CERN)粒子物理實驗室的大型強子對撞機(LHC)中粒子的最高速度——將原子碰撞在一起,或許能融合幾個原子核,但不會形成那種酷炫的「弗蘭肯斯坦」元素。更可能的情況是,它們會融合成夸克-膠子等離子體,也就是宇宙形成之初就存在的理論物質。 「但它們存在的時間只有不到一秒就會衰變,」塔克曼說。 “而且,你需要118台LHC——每台來加速一種元素——才能完成這項實驗。”

德州大學理論化學研究所所長約翰·斯坦頓解釋說,另一種方法是將每種元素的粉末或每種氣體的少量氣體倒入密封容器中,觀察會發生什麼。雖然至今無人嘗試過這種實驗,但史丹頓認為實驗過程會是這樣的:「氧氣會與鋰或鈉反應並燃燒,使容器內的溫度升高到極高的程度,最終導致災難性的後果。石墨碳粉末也會燃燒。大約有25種放射性元素,它們會讓你的混合混合物變得相當危險。燃燒的鈽危險。吸入空氣中的放射性物質會迅速導致死亡。」

史丹頓說,一旦情況穩定下來,結果就會像只有原子的情況一樣乏味。碳和氧會生成一氧化碳和二氧化碳。氮氣非常穩定,會保持原狀。稀有氣體不會發生反應,有些金屬,例如金和鉑,也不會發生反應,因為它們大多以純淨形式存在。那些發生反應的物質會生成鐵鏽和鹽。 「熱力學再次佔上風,」他說。 “事物總是會達到平衡,在這種情況下,平衡狀態是幾種常見、穩定的化合物的混合物。”

有什麼一直想了解的科學問題嗎?請推文給@PopSciFYIGuy 或發送電子郵件至 [email protected]

本文原刊於 PopularScience.com,日期為 2010 年 11 月 29 日。