BBC：化学元素周期表会有完成的一天吗？

2016年有四种元素被加入元素周期表，包括在日本理化学研究所发现的第113号元鉨。

上一次元素周期表新增成员是在十年前，当时第113、115、117和118号元素被正式纳入。

国际监管机构还做出了一件此前只做过一次的事情：将其中一个元素以仍在世的物理学家命名。

尤里·奥加涅相（YuriOganessian）领导的俄美研究团队于2002年发现第118号元素（奥加涅松，oganesson）。由于该元素极度具放射性，只制造出很少它的原子，因此花了多年时间才确认其存在。

人们不禁会问：为何过去10年没有新的元素加入？会不会有一天，元素周期表被确认完成？



目前的元素周期表共有118种元素，分为七个周期且没有缺口；下方两行彩色区块是从主表中分离出来，以便于显示。

什么是元素周期表？

元素周期表本质上是一张化学元素的地图，由一格格标有缩写化学符号的方框组成，并且随时间推移不断被修订。

元素是一种由单一类型原子构成的纯物质。原子是构成物质的基本单位，其结构包括一个原子核——通常含有带正电的质子和不带电的中子——以及周围带负电的电子。

周期表中的各种元素构成了宇宙中我们所知的一切——包括人类本身。

19世纪初，人类已发现许多元素，但尚未有系统的整理方式。许多学者试图改变这一情况。

其中之一是英国化学家约翰·纽兰兹（John Newlands）。

他按照原子重量排列元素，发现每隔八个元素就会出现性质相似的情况。例如锂、钠和钾彼此间隔八位，且对水的反应相似。

他称此为“八度定律”。



俄国化学家门捷列夫被广泛认为是元素周期表之父。

被广泛视为“元素周期表之父”的俄国化学家德米特里·门捷列夫（DmitriMendeleev）进一步整理这一概念，提出了“周期律”。

他在1869年建立了一个以原子重量排列的框架。

与纽兰兹不同的是，门捷列夫为尚未发现的元素预留空位。后来这些元素被发现，证明了他的理论。

如今，元素是依据其原子序——即原子核中的质子数——来定义与排列。氢有1个质子，而奥加涅松则有118个。

同一栏的元素具有相似的化学性质，例如它们和其他物质的反应方式也相似。它们的物理性质（例如熔点）也常呈现出规律，使科学家能预测其行为。例如工程师就可以依此选择桥梁或飞机的材料。



工程师在选择具备特定性能的材料时必须格外谨慎，而元素周期表中的趋势可以为他们提供帮助。

若科学家认为发现了新元素，需经由国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）确认其存在并纳入周期表，这一过程可能需要数年时间。

目前普遍认为，地球上所有天然存在的元素都已被发现，它们构成了周期表的大部分。更重的元素则必须在实验室中，透过组合两种较轻元素人工制造。

随着科技进步，科学家能制造出更多超重元素。理论上虽然仍可尝试创造新元素，实际难度却越来越高。

制造新元素

伦敦国王学院成像化学与生物学系主任菲尔·布洛尔教授（Prof PhilBlower）教授表示，为了将较轻元素结合成更重的新元素，“我们必须使用能量更高的环境，这意味着建造更大型的回旋加速器或加速器”。

他指出：“元素变得越大越重，就越加不稳定，因为原子核中的质子彼此排斥。”



美国劳伦斯柏克莱国家实验室的研究人员透过使用一台直径88英吋、具有3公尺厚混凝土墙以隔绝辐射的回旋加速器，加速原子束，成功制造出第116号元素。

原子核中质子与中子的比例，决定其稳定性。带正电的质子彼此排斥，但中子的存在可以帮助它们维持结合。

伦敦国王学院研究员辛齐娅·伊姆贝蒂（CinziaImberti）解释：“当你制造愈重的元素时，就是在增加更多质子，因此需要更多中子来防止原子核崩解。”

元素可以拥有不同数量的中子，这些变体称为同位素。不稳定的同位素具有放射性，会透过释放辐射而衰变。



原子由集中于中心原子核的质子与中子构成，周围则环绕着电子。

卡迪夫大学化学家乔纳森·洛克（JonathanRourke）指出：“所有比铅（元素82）更重的元素都是放射性的，本质上不稳定，会分解。”

“我们就算能制造出其中一个原子，它也无法维持太久。”他说。

伊姆贝蒂表示，尤其是从第100号元素（镄）开始更是如此：“你只能制造出少量原子，了解一些基本性质，但它们没有实际用途。”

尽管如此，科学界仍持续寻找新的元素——未来可能开启周期表的新一行。

目前对119号与120号元素的多次尝试均未成功，但各研究团队仍在努力。科学家认为，探索这些极端元素有助于加深对原子运作、核稳定极限的理解，并检验核物理理论。

“你不仅要问我们能否将它制造出来，”伊姆贝蒂说，“还要考虑它是否能存在足够长时间，让我们能真正观察并了解它，在消失之前……获得一点有用的资讯。”