
2019-02-28
由于理论推测最大的原子量不得超过 210,可以看出元素表里大部分放射性元素的核子数都是从 210 开始,列如钋
,镭
等。此时的放射性元素不再有稳定性,它们的原子核会随机抛出一个高能的 α 粒子,衰变成更小的原子核。当然,210 只是个参考值,像是锝
和钷
主要的同位素就具有放射性。

目前实验合成原子序最大的元素可能是第七周期的最后一个元素
,而若发现了原子序更大的元素则将被置于第八周期。根据 Glenn Theodore Seaborg 于 1969 年提出的扩展元素周期表,在第八周期以后的周期中,将会有 g 区元素的出现,即有部份的元素会存在有 g 轨域的电子,然而第八周期以后的元素都尚未能被合成或发现,所以此理论迄今未能被验证。
检视周期表的元素可以发现:低原子序的原子其质子数与中子数约相同,例如:He、C、N、O …等;但是当原子序逐渐增加时,中子数也会逐渐增加。如果一个原子核的质子数和中子数不相同,那么该原子核很容易发生放射性衰变到一个更低的能级,并且使得质子数和中子数更加相近。因此,质子数和中子数相同或很相近的原子更加不容易衰变。然而,当原子序逐渐增加时,因为质子之间的排斥力增强,需要更多的中子来平衡质子间的电磁作用力,所以周期表最后发现的那些元素都是在不稳定的状态下。

为何理论会推论最大的原子量不得超过 210 呢?根据目前的标准模型,中子和质子都由更小的夸克(quark)组成,其中,质子由 2 个上夸克和 1 个下夸克组成,中子由 1 个上夸克和 2 个下夸克组成。我们常说元电荷是不可分割的电荷单位量,但每个上夸克携带 +2/3 的元电荷,而下夸克携带 -1/3 的元电荷——这才使中子不带电(+2/3+(-1/3*2)=0),而质子带有 1 单位正电荷(+2/3*2+(-1/3)=1)。

不過,夸克就算正电荷少一些,但它们距离更近,静电斥力更大,却牢不可破地聚合起来,以至于我们从未观测到游离的夸克——这是因为夸克不仅携带电荷,还携带了”色荷”(color charge),被比电磁力更强大的强核力约束着。就像电荷分正负,物体在电磁力的作用下总倾向于电平衡,缔结成无电荷的整体;色荷分红绿蓝三种,夸克在强核力的作用下倾向于“色平衡”,缔结成无色荷的整体。而且强核力比电磁力强大得多,所以夸克们不得不先在更小的尺度上缔结成无色荷的整体,也就是中子和质子,再到大得多的尺度上构成无电荷的整体,也就是与电子结合成原子。
色平衡实际上主要负责将夸克禁闭在中子和质子内部,但中子和质子并无色荷,为何还能组成原子核呢?這是因为中子和质子虽然不是均匀的实体,其中也存在着涨落的虚夸克,形成了转瞬及时的介子(misoton),这些介子将利用随机溢出的强核力将中子和质子粘住,也就形成了各种原子核。介子提供的残余核力虽然比电磁力强,但只要超过了 1 飞米就会迅速衰减,而当核子数超过 210,原子核的直径就会逼近这个上限,质子们蠢蠢欲动,开始随机逃逸。
所以,才会说不可能存在原子量特别大的原子。至于原子量较大的原子会有什么特性?这类都可以称为“放射性元素”,是能够自发地从不稳定的原子核内部放出粒子或射线(如 α 射线、β 射线、γ 射线等),同时释放出能量,最终衰变形成稳定的元素而停止放射的元素。