元素周期表上能背誦多少分鐘？

讓中學(xué)同學(xué)背元素周期表，他通常這樣回答。“氫氦鋰、溴、氮、氧、鈉鎂鋁硅、磷、硫、氯、鉀、鈣.”是。是的。元素周期表以氫開始。氫是宇宙中最多的元素，也是元素周期表中的1號(hào)元素。氫的原子核里有質(zhì)子。質(zhì)子的數(shù)量是元素性質(zhì)不同的決定因素，因此原子核中質(zhì)子的數(shù)量稱為原子序數(shù)。

原子核通常含有一個(gè)或多個(gè)中子，氫的同位素氘除外，氘的原子核只有一個(gè)質(zhì)子，沒有中子。那么問題來了，宇宙中有沒有沒有質(zhì)子，只有中子的元素？

氫是元素周期表中的1號(hào)元素

對(duì)0號(hào)要素的爭(zhēng)議

“零元素”一詞是德國物理學(xué)家安德烈馮安德羅波夫于1926年發(fā)明的，當(dāng)時(shí)沒有中子的概念，但安德羅波夫認(rèn)為這種元素的質(zhì)子數(shù)可能比氫少，因此將其放在元素周期表氫前面，稱為零號(hào)元素。

主流科學(xué)家認(rèn)為沒有質(zhì)子的元素，那其實(shí)是中子。只有有正電的質(zhì)子才能吸引電子形成穩(wěn)定的物質(zhì)，但單個(gè)中子不能稱之為元素。因此，在官方科學(xué)論文中很難找到“零元素”這樣的表達(dá)，相反，科幻小說中反復(fù)提及的東西代表了宇宙中密度極高的中子星。(威廉莎士比亞，溫斯頓，《現(xiàn)代科學(xué)》前情提要)。

中子星

Andropof最初開始將0號(hào)元素放在元素周期表中的氫上，后來科學(xué)家認(rèn)為這種排列不嚴(yán)格。我們知道元素周期表中第一個(gè)堿金屬的最外層電子數(shù)是1，0號(hào)元素沒有質(zhì)子。因此，其外層因?yàn)殡娮硬粦?yīng)該繞著原子核轉(zhuǎn)，所以轉(zhuǎn)移到氦上。(莎士比亞，氦，氦，氦，氦，氦，氦，氦。)

短命自由中子

一般來說，中子被嚴(yán)格綁在原子核上，通過強(qiáng)有力的作用與質(zhì)子綁在一起，獲得自由，就會(huì)成為“短命鬼”。

自由中子同時(shí)釋放電子和反電子中微子，同時(shí)變成質(zhì)子。自由中子的平均壽命約為14分42秒，半衰期只有10分11秒。

質(zhì)子和中子的差異

自由中子的衰退特性是天生的。因?yàn)橹凶佑蓛蓚€(gè)下夸克和一個(gè)上夸克組成。擺脫原子核強(qiáng)相互作用力的束縛，其中一個(gè)下夸克在弱相互作用力的主導(dǎo)下改變自己的“味道”，變成更輕的上夸克。在這個(gè)過程中，會(huì)釋放電子和反中微子。夸克的電荷變化時(shí)，中子從外部變成不帶電荷的質(zhì)子。

中子衰變?yōu)橘|(zhì)子很容易，但把質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶雍茈y。這需要消耗很多能量。質(zhì)子很穩(wěn)定。這就是為什么我們能找到很多氫原子和自由質(zhì)子，但很少發(fā)現(xiàn)自由中子。

質(zhì)子與中子之間的核力相互作用

中子星是自由中子的巢穴

博學(xué)的你一定很早就想到中子了。這是宇宙中廣泛存在的類星體，是比太陽更大的恒星死亡和崩塌后形成的致密行星。質(zhì)量大的星星燃燒其核心的氫和氦，就接近生命的盡頭。由于內(nèi)部的能量無法支撐外部強(qiáng)大的重力，恒星的中心瞬間釋放出劇烈的崩塌和巨大的能量。這就是超新星爆炸，中子星是超新星的殘骸。

中子星

半徑10 ~ 20公里內(nèi)聚集約2個(gè)太陽質(zhì)量的物質(zhì)，因此強(qiáng)大的壓力超過錢德拉塞卡極限，將電子推入質(zhì)子，使持續(xù)時(shí)間成為中子。

中子星上有大量的自由中子，但中子星也是分層的。它的核心是壓力很大，中子變成了更重的草子。超子核心的外部是自由中子層。中子星的最外層是由質(zhì)子、電子和中微子組成的表面，這些都是中子衰落后的產(chǎn)物。

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中子星分層

有人將中子星視為一個(gè)巨大的原子核，甚至稱它就是0號(hào)元素，這是不正確的。無論從宏觀還是微觀的角度來分析，中子星都是一個(gè)天體而不是單一的元素。中子不過是中子星的一個(gè)組成部分而已。

除了遙遠(yuǎn)的中子星外，我們周圍一些放射性物質(zhì)比如U235或Pu239在裂變過程中也能產(chǎn)生出高能量的中子，人們利用中子進(jìn)行鏈?zhǔn)椒磻?yīng)以進(jìn)行核能發(fā)電，同時(shí)也利用核裂變產(chǎn)生大量中子制造核武器，比如原子彈、氫彈和中子彈。中子彈是一種小型化的戰(zhàn)術(shù)氫彈，中子不帶電荷，大量熱中子可以輕松穿透堅(jiān)固掩體，殺傷里邊的人員，達(dá)到殺人不見血之目的。

中子是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的重要傳遞者

中子到底能不能被稱為0元素？

我們不能根據(jù)某些元素存在時(shí)間的長(zhǎng)短來判斷它的元素屬性，比如砹213的半衰期僅有125納秒，相比之下自由中子的壽命要長(zhǎng)多了呢！

2012年，科學(xué)家第一次觀測(cè)到在沒有質(zhì)子的情況下結(jié)合在一起的兩個(gè)中子 2n，盡管它的半衰期僅有10?22秒，但這足以證明中子并非絕對(duì)孤立存在。

中子整體不帶電荷，所以它不能拉住電子，令電子圍繞自己旋轉(zhuǎn)從而形成電子殼層。嚴(yán)格地說，中子不具備原子核最基本特征——可以穩(wěn)定擁有電子，這是它與其它所有元素不同的地方，也是它被踢出元素周期表的重要原因。有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中子可以與電子以離子（中子-電子對(duì)）的形態(tài)出現(xiàn)，因?yàn)楸M管中子對(duì)外不帶電，但它表面存在微小的電荷分布差，所以電子可以受軌域效應(yīng)束縛在中子附近運(yùn)動(dòng)。問題是這種束縛力極其微弱，電子很容易就被拿走，所以中子也不能因此與其它原子結(jié)合形成化學(xué)鍵。從這個(gè)角度看，中子是完全惰性的，把它放在惰性氣體這一列也不算冤枉它。

0號(hào)元素應(yīng)處的位置

元素周期表里沒有零號(hào)元素的位置，到目前為止科學(xué)文獻(xiàn)中也極少出現(xiàn)“0元素”一詞，這并不表明中子這種物質(zhì)注定繼續(xù)孤獨(dú)下去?！?元素”不代表“沒有元素”，或許未來有一天，當(dāng)科學(xué)界真正了解了中子，通過發(fā)揮創(chuàng)造性的思考，或許會(huì)將中子應(yīng)得的位置還給它，這就是零號(hào)元素——“Nu”。