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为什么不在实验室“炼金”?因为每克成本高达35万亿美元……

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在实验室里制造黄金可行吗?

当然可以,你只需要准备好核反应堆、粒子加速器,或者干脆引发一场超新星爆发……

地球上大部分的黄金都源自外太空。

当大质量恒星在超新星爆发中毁灭,或与中子星发生碰撞时,它们释放出的惊人能量将轻元素融合成金等重金属。这些黄金原子散落在宇宙各处,被困在形成初期的地球中,并最终出现在地表,闪耀夺目。


图源:space

得益于现代科技的“魔法”,现在我们可以在实验室里模拟这种过程,让科学家实现点石成金。然而,这需要耗费巨大的能量,以至于这种尝试极度低效,作为一项产业来说基本上毫无意义。

每一个金(Gold)原子中心都有一个含有79个质子的原子核(因此其原子序数为79)。理论上,你可以去掉一个质子变成铂(Platinum,原子序数78),或者增加一个质子变成汞(Mercury,原子序数80)。


铂,图源:Wikipedia

不过,这说起来容易做起来难。

黄金在化学性质上几乎是惰性的,是活性最低的化学元素之一。它高度稳定的原子结构能够抵御绝大多数试图改变它的力量。

寻找其“阿喀琉斯之踵”的方法之一是利用核反应——即通过增加或减少质子来改变原子核的过程。

1941年的一项实验证明,如果以正确的方式用中子轰击汞,它会弹出一个质子并产生金。虽然产生的是金的放射性同位素,但那确实是黄金。同样,通过铂的核反应使其获得一个质子,也能产生放射性金。

另一种制造黄金的方法是在粒子加速器中干预原子。在欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机中,物理学家通过让铅(Lead,原子序数82)原子核相互碰撞创造出了金。

铅原子核之间极高能量的碰撞会产生夸克-胶子等离子体——这是一种炽热且致密的物质状态,被认为在大爆炸后约百万分之一秒内充满了宇宙。碰撞的原子核在互不“接触”的情况下擦肩而过,在电磁场中激起强烈的涟漪,剥离掉三个质子,从而产生金。

与核反应类似,这个过程对能量的要求极高,且尽管投入了海量能量,最终只能产生“转瞬即逝”的微量黄金。

简而言之,制造出价值几美元的合成金,需要耗费价值数百万美元的能量和设备。对于某些方法来说,成本甚至更高。


在氯气中通过化学传输反应形成的合成金晶体。

图源:Alchemist-hp

诺贝尔奖得主、化学家格伦·西奥多·西博格(Glenn Seaborg)曾在20世纪80年代著名的系列实验中,在劳伦斯伯克利国家实验室将铋(Bismuth,原子序数83)原子转化为金。


左:一块铋料斗晶体,展现阶梯状晶体结构和彩虹色,这些颜色由表面氧化膜中光线干涉产生。

右:一块1厘米3立方英寸的未氧化铋金属

图源:Wikipedia

他利用粒子加速器用碳原子核轰击铋,削去了足够多的质子,使部分原子核蜕变成了金。


西博格的实验证明了可行性,但这绝对不是什么致富捷径。据美联社报道,西博格曾评价道:“按照这个实验的成本,生产一克黄金的造价将超过35万亿美元”

来源:iflscience


人们都曾好奇过世间万物是由什么构成的。历史上的科学家们在付出了几百年的努力之后,终于将构成万物的基本单位—一个个化学元素从自然界中寻找出来并排列规整,得到了现在家喻户晓的元素周期表。但是我们在接触元素周期表的时候,往往看到的都是枯燥的文字和数据,因此许多人也梦想着一睹这些“世界的基石”的真容。

在这本书中,作者将一一展现他收藏的几百件精致的化学元素样品,从一碰到水就会发生剧烈反应的铯,到性质稳定、色泽金黄耀眼、被用于制作珠宝首饰的金,再到会强烈腐蚀所触及的一切物质的氟。这些元素样品都被作者拍摄成精美的照片并配以生动的文字讲解,能让你在观察到它们令人震撼的外表的同时,了解这些有趣的样品是如何制成的,从而更深入地理解化学元素。

本书包含数百幅化学元素样品照片,对于化学爱好者、正在学习化学的学生来说都是非常有价值的课外参考资料。


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