科学书屋■元素周期表到底会多长?


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2016年 , 日本发现的新元素“Nihonium”列入了化学课本的元素周期表 。
“Nihonium” 的原子序数为113号 , 与美国和俄罗斯发现的115号“Moscovium”、117号“Tennesine”和118号“Oganesson” , 共4个元素一起被正式列入元素周期表后 , 终于将第7周期全部填满了 。
研究人员还在努力发现更多的新元素 , 元素周期表到底会排到多少号呢?
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400万亿次碰撞
构成物质的粒子一般被称为原子 , 原子的种类称为元素 。 1869年俄罗斯化学家门捷列夫把当时已知的60多种元素按照重量和化学性质排出顺序 , 这便是最早的元素周期表 。 他还在元素周期表上给未发现的元素留出了空白 。 随后科学家们不断发现新元素 , 元素周期表的空白不断被填上 。
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原子由原子核和绕核运动的电子组成 。 元素按照原子核内质子数的“原子序数”加以区别 。 从93号元素开始 , 之后的原子在自然界中基本不存在 。 1940年代起 , 美欧和俄罗斯等国都争相开始通过人工的方式合成元素 。 主要是利用粒子加速器使离子高速运动 , 撞击另外的原子 , 促使原子核相互融合 。
Nihonium是首个由亚洲国家合成的元素 , 通过30号锌的离子与83号铋金属相互碰撞而成 。 让只有1万亿分之1厘米的原子核之间恰好能相互碰撞融合的概率极低 。 森田等人约进行了400万亿次的碰撞实验 , 最后终于成功合成了3个原子 。 该团队目前正在进行试验 , 为合成第8周期元素做准备 。
第8周期之后的处女地
那么 , 周期表是否存在尽头呢?2011年 , 芬兰化学家佩卡·皮克(Pekka Pyykk?)给出了一个回答 。 他制作了一张“终极周期表” , 囊括了在理论上有可能存在的全部元素 。
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周期表的周期显示的是电子围绕原子核运动的轨道 。 电子从靠近原子核的轨道依次排列 , 各轨道可容纳的电子数是固定的 。 如果最内层的轨道被填满 , 其周期就将结束 , 电子将排列至外层的轨道 。 根据皮克 的预测 , 电子的轨道只能达到第9周期 。
第8周期与此前周期不同的是 , 元素不一定按序数的大小顺序排列 。 序数由原子内的电子排列决定 , 但电子的排列模式被认为将在第8周期发生改变 。 139号和140号元素可能会被跳过 , 并出现在后面的位置 。
众所周知 , 在第6周期和第7周期从左侧开始第3列中的元素大量存在(镧系元素及锕系元素) 。 有预测称 , 在第8周期这种元素数量会更多 , 并因电子在轨道的排列方式不同分为2个系列 。
一般来说 , 排在同一列的元素具有相似的化学性质 。 不过 , 理化学研究所的羽场宏光表示 , “当一个元素很重的时候 , 它在周期表的位置和它的化学性质将不再一致” 。 森田强调“119号以后是科学的处女地” 。
根据皮克的预测 , 元素表将在172号结束 。 但也有说法认为 , 最后一个元素是173号 。 这是由于超重元素序数越大越容易衰变 , 一般认为在173号之后 , 元素存在的寿命接近于零 。
【科学书屋■元素周期表到底会多长?】不管如何 , “最后的元素”很可能超过170号 。 在其列入周期表的日子到来之前 , 或许还会有很多新发现 。