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  • 1 # 句理

    翻開元素週期表,你或許會被那一百多個小格子以及格子中的資訊迷惑了頭腦,但作為“掌管”著這個物質世界的元素規律的集合,元素週期表的重要性不言而喻。

    位於第六週期的金和鉑,對於一些人來說,更是誘惑十足。作為貴金屬,自古以來,黃金就被看作是財富的象徵。

    古時,由於性質穩定,且易於開採,黃金就被作為一種貨幣,在市場流通;如今,隨著黃金退出流通貨幣的舞臺,其更多的被用來製作飾品及期貨交易。

    金和鉑的密度很大,金的密度19.32g/cm³,鉑的密度是21.46g/cm³。而在人們的印象中,很重的金屬大都具有放射性,因此坊間就流傳有“黃金飾品具有放射性,趕緊摘掉”的謠言。

    這個邏輯看似很有道理,因為金屬的密度和元素序數有關,一般來說,元素序數大的金屬,密度也較大,大到一定程度,便具有放射性,比如用於製造原子彈的鈾以及用於核電站核燃料的鈽,它們具有較大的密度,同時又因為具有放射性被利用。

    但科學世界具有普遍性的同時,也存在著特例,不能只用一條規律就總結出全部。

    金屬晶體與金屬密度

    作為元素週期表的“大頭”,金屬原子在自然界中多以化合物的形式存在,只是少數的金屬會以金屬單質的形式存在,就比如金、鉑,因為它們具有極強的穩定性。

    為了用於生產生活,就不得不把金屬從化合物(礦石)中提煉出來,不同金屬的提煉方式不同,在很大程度上決定了一種金屬的價格。

    提煉出來的金屬單質便以晶體的方式存在,金屬原子按照特定的方式堆積,形成不同型別的晶體結構。

    金屬晶體常見的堆積方式有四種:簡單立方堆積(52%)、體心立方堆積(68%)、六方最密堆積(74%)和麵心立方最密堆積(74%),不同堆積方式的空間利用率不同,括號內即為空間利用率,空間利用率越高,則意味著原子堆積的越緊密。

    因此,金屬的密度除了與原子的相對原子質量有關外,還與晶體採取何種堆積方式有關。

    金和鉑採取面心立方堆積,空間利用率最大,而比其相對原子質量還要大的鈾有三種晶體結構:斜方晶體、四方晶體、體心立方晶體,空間利用率都不如黃金晶體的高,因此,雖然鈾(92)的原子序數比金(79)、鉑(78)大,但密度較小。

    金、鉑的確存在有放射性同位素

    地球上存在有一百多種元素,而每種元素都有多種同位素,如果某種元素的所有同位素都具有放射性,則稱該元素為放射性元素。原子序數大於83(鉍)的元素都是放射性元素,某些原子序數小於83的元素也是放射性元素,如鎝和鉕。

    貴為最穩定的金屬元素,金也具有多種同位素,金主要有五種同位素,只有金-197不具有放射性,其他同位素皆具有放射性,其中,金-195的半衰期最長,186天;金-198的半衰期最短,2.69天。

    因此,上面那個謠言存在著一定的科學道理。

    但是,由於半衰期較短,在自然界中存在的黃金,皆是金-197,即金-197的丰度為100%,大可不必擔心黃金首飾的放射性對人體產生傷害。

    金的放射性同位素Au-198曾經被建議作為核武器中一種鹽彈(Salted bomb)的原料,而鈷是另一種建議且較為人知的原料,可製成鈷彈(Cobalt bomb)。

    一層由黃金製成的外罩在熱核武器放出的高能量中子通量(neutron flux)放射後,會發生核反應,並放射出約0.411MeV的伽馬射線。但由於技術難度以及研發成本較高等原因,此武器的製造、測試及使用仍未被人所知。

    與金為同門兄弟的鉑有六種天然同位素:Pt-190、Pt-192、Pt-194、Pt-195、Pt-196和Pt-198。其中丰度最高的是Pt-195,佔了所有自然鉑元素的33.83%。

    同位素Pt-190的丰度最低,僅為0.01%,而Pt-190也是唯一一個具有放射性的同位素,但其半衰期有6.5×10^11年。人工合成的鉑同位素共有31種,原子量在166和202之間,所以已知的鉑同位素總共有37種。

    在人造同位素之中,穩定性最低的是166Pt,其半衰期只有300 µs;而最穩定的則是193Pt,其半衰期為50年。大部份鉑同位素都會混合進行β衰變和α衰變,188Pt、191Pt和193Pt主要以電子捕獲的方式衰變,190Pt和198Pt進行雙β衰變。

    小結

    雖然金和鉑比鈾等部分放射性元素的原子序數小,但由於採用了空間利用率較高的堆積方式,所以密度較大。

    雖然是很穩定的金屬,但金和鉑也存在放射性同位素,只不過要麼半衰期太短,不存在;要麼太長,放射性不明顯。

    不要進行過多的推理

    因此,無論在科學的世界還是現實世界,都不要進行過多的推理,因為過多的推理會讓真理消失。

    如果下次有人問你“黃金有沒有放射性”,你可以很明確的告訴他:“沒有。”或者和他開一個玩笑:“黃金的放射性比鈾的還要強。”

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