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关于元素周期表，我们时常会听到这样一个论断，那就是随着倒数第二个元素，也就是第117 号元素的出现，117 号元素 元素周期表被填满了。相信很多人都会有和我一样的疑问，元素周期表怎么会被“填满”呢，按理说它应该是无穷无尽的才是，那么这个“填满”究竟意味着什么呢？ 对化学这一学科来说，元素周期表被填满了又意味着什么呢，好了做完了让我抓狂的宇宙十大法则，我现在心情十分平静，我们就慢慢来聊一下元素周期表的终结，首先我们来看一下这个填满元素周期表的元素。 这哥们就是117 号元素，元素符号为Ts Ts 一般我们可能直观地认为，填满元素周期表的应该是第118 号元素，但118 号元素OG 其实早在2006 年就被人工合成。 而117 号元素的合成还要晚四年，是在2010 年由美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室，橡树岭国家实验室，和俄罗斯杜布纳联合核研究所的科学家们同时完成的 劳伦斯利弗莫尔国家实验室，Ts 的命名源自“田纳西州”。 Ts 的出现，填补了元素周期表上最后一格空白的归属，可以说自从门捷列夫1869 年提出元素周期表以来，这张著名的表格就一直随着新元素的发现而不断扩大，时隔140 多年后，门捷列夫当年的直觉，终于以一种非凡的方式被实现，在140 多年前，门捷列夫只留下了一张不全的周期表 门捷列夫的周期表，为许多当时未知的元素预留了位置。 他告诉世人，元素周期表不仅仅是所有元素由轻到重的简单罗列，我们还能依据它来预测各元素的物理性质与化学性质，门捷列夫之所以会产生如此天才的想法，是因为虽然当时发现的元素还不多，只有63 种。 但将它们按原子质量进行增序排列后，他注意到这些元素的某些属性在排列中，呈现出了周期性的特点，那就是随着原子序数的增大，各种元素的颜色、外观与化学反应等属性，都体现出了周期性变化。比如原子质量为19 的氟，它可以与金属发生剧烈的反应，而位于同一序列的原子质量为35 的氯，以及原子质量为80 的溴，也呈现出了类似的特点，同样的原子质量40 的钙，与原子质量137 的钡都能在高温下保持固态，等等这些。 于是门捷列夫便从中归纳出了一个普遍原理 门捷列夫 他将其称之为“周期性原理”，并在此基础上，将有着相似化学性质的元素列在了同一列，同时留下了大片的空白，1875 年门捷列夫的预言首次获得证实。法国化学家布瓦博德朗发现了镓，填补了周期表中的第一个空格，之后在1879 年，人们发现了钪，1886 年又发现了锗，这些元素的发现，无一例外地证实了门捷列夫的预言。不过对于当时的人们来说 元素为什么会呈现出这样一种周期性规律，人们是并不清楚的，这个问题的解决，要得益于量子力学的出现。20 世纪初随着量子力学的不断发展，终于在1925 年，人们得出了关于元素周期表的解释，那就是元素性质的周期性，是原子核外各层电子的排布状况所决定的。也就是说某个元素的化学性质，并不取决于它的原子质量，而是取决于原子最外层的电子数，而周期表上位于同一列的元素，也都有着相同的最外层电子数，按照这一规律，人们便得到了一张118 格的元素周期表。 元素周期表 那么为什么是118 呢，为什么不是881 呢？为什么不是八万呢?其实理论上可以存在无穷多的元素，但所有的计算结果都表明,拥有超过特定数目质子的原子核是无法形成的，因为它们都太不稳定，仅能存在极短的时间。 当然了118 只是一种情况，不同的模型得出的临界质子数也不相同，有些模型中，可以存在的元素的最大序数是172 或是173，还有一些模型的结果是137，不过不管多少，人们的结论是相同的，那就是虽然理论上存在无穷多的元素，但当质子数大到一定程度的时候，元素存在的时间极其短暂，即使在宇宙某些极端的环境中可以生成，但存在的时间也几乎可以忽略不计。 其实虽然我们说现在元素周期表已经被填满了，但核物理学家一直没有放弃寻找更大元素的努力，比如119 号和120 号元素。 稳定岛理论 由于元素中一些幻数的存在，一些超重元素可能具有较高的稳定性，存在的时间可能达到几分钟甚至几年，当然了这只是猜想。 就在量子力学给出元素周期表确证的同一年，最后一个天然元素，75 号元素类锰，也就是铼，被德国化学家诺达克于锰铁矿中发现，之后人类便走上了人工合成元素的漫漫长路，1940 年科学家，成功合成了第一个人造元素93 号元素镎，之后钚、镅等超铀元素也都相继被合成。 随着2006 年118 号元素OG 的成功合成 118 号元素 元素周期表上就差一个位置虚位以待了，那么这个117 号元素为什么这么难呢，我们简单看一下合成的过程，就知道这是怎样的巨大难题，首先科学家对一份镅元素样本，在美国橡树岭国家实验室进行了18 个月的辐射 镅 橡树岭国家实验室 并对其进行充分提纯后，得到了13 毫克极不稳定的锫
锫 随后这份具有高度放射性的锫被带回德国美因茨，制成靶体后，又被送到了德国赫尔姆霍茨重离子研究中心 在那里的加速器中接受钙离子束的轰击，在几个月的狂轰滥炸后，科学家对样本进行检验，在其中终于找到了117 号元素的痕迹，可见就这样一点微不足道的收获，正是实验技术突破极限的成就。 而同一时期，俄罗斯杜布纳联合原子核研究所，也成功完成了类似实验，就这样元素周期表被填满了。看着满满当当的元素周期表，估计很多物理学家和核物理学家的心情是满足的，以门捷列夫开端，到117 号元素的成功制造，人类终于完成了这场140 多年的接力赛，这期间多少人将毕生的心血都倾注其中。也有太多人甚至为此付出了宝贵的生命，同时随着越来越重的元素被逐一发现，门捷列夫的天才设想，也一次次地被证实，但是瑕疵还是存在的，那就是一些重元素与周期性原理的预测并不完全吻合，周期性原理的可靠性遭到了挑战，特别是对于一些超重元素来说，周期性原理甚至完全不适用，完全失去了意义。 最后得到的元素性质与周期性的预测完全不一样，其实不只是这些人造的重元素与超重元素，一些较轻的天然元素也呈现了反常的状态，比如第一副族中的金是黄色的，上面的银却是灰白色的，还比如汞，这哥们在常温下呈现为液态，而其他所有金属元素常温下都是固态的，还有84 号元素钋的晶体结构是立方体，而位于它上方的52 号元素碲，则有着六边形的晶体结构，那么我们该如何解释这些反常现象呢?这就要用到相对论了,随着原子序数的增加,原子核中质子数上升,核电荷增强,这使得离原子核较近的电子获得了更高的运动速度,按照这个趋势,当原子核中质子达到100 左右时,电子的运动速度将变得极大,以致产生显著的相对论效应,由于质能转换,如此一来元素的质量也随之增大,又反过来影响到原子内电子的排布以及它们的运动轨迹,比如说在上世界90 年代科学家就发现，104 号元素钅卢，在溶液状态下竟然能像钚一样反应，要知道这哥俩在周期表中可是相隔了10 个纵列，另外105 号元素钅杜，甚至与相隔14 列的91 号元素镤，有着相似的化学性质，还有虽然106 号元素钅喜的化学性质，与周期表的预测相吻合，但它的性质却与同族中的相邻元素钼和钨，有着较大的差异，像上面这些例子还有很多，我们就不一一列举了。 可见元素周期表到了后面部分，我们就无法根据周期性原理，仅仅通过同族元素的化学性质来推测其他元素的属性，不过我们还要了解的是，超重原子核领域的研究其实还处于刚刚起步的状态，还有很多未解之谜需要去破解，就比如114 号元素鈇，它就要比理论预言拥有更显著的相对论效应。 但毋庸置疑的是，对于超重元素来说，我们已经无法从它们在元素周期表中的位置，来准确预测其化学性质了。所以说到现在为止，元素周期表已经失去了预测功能，它被填满了，当然了填满了并不等于被掏空了，就像牛顿万有引力定律一样，任何事物都有其历史属性，存在于一定的历史范畴之中，甚至是地心说这样的，我们现在看来荒诞不经的理论，也在历史上发挥了巨大的作用。这些贡献我们都不能抹杀，至于元素周期表失效的事实，也早在所有人的预料之中，这就是科学的发展，也是人类的进步，况且元素周期表还并没有被取代，它根据核外电子排布状况对元素化学性质进行分类的方式，对我们仍然有着巨大的意义，仍然是最基本的化学元素分类法。门捷列夫的宏伟构想走到了尽头，但化学的发展却依然消无声息地日新月异。 |
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