元素周期表有尽头吗？如何找寻第119号元素

最新版的元素周期表，到118号元素鿫

目前人类已经发现了118种元素，刚好填完了元素周期表的七个完整周期。113号到118号超重元素是在2016年前后，由日本、俄罗斯、美国等国家的科学家发现并命名的。目前全球科研实力较强的国家都在开展新元素的探索和研究，不过由于技术上的限制，119号元素的诞生仍然是个谜。

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元素周期表发展史

元素周期表的发现是一个逐步演变和发展的过程，有多位科学家让其理论逐步完善，最终门捷列夫创建了现代意义上的元素周期表。

1789年，法国化学家安托万·拉瓦锡发布了包含33种化学元素的列表，并首次系统地将元素分为气体、金属、非金属和土质四类。之后，道尔顿、德贝赖纳、迈尔等众多科学家做出了积极的努力和探索。

拉瓦锡的元素表

1864年，英国化学家约翰·纽兰兹提出“八音律”（Law of Octaves），他发现当元素按照原子量排列时，每八个元素的化学性质会重复，类似于音乐中的八度音阶。尽管他的理论在当时受到了一些批评，但为后来门捷列夫发现现代元素周期表奠定了基础。

第一张元素周期表（1869年）

1869年，俄国化学家门捷列夫将当时已知的金、银、铜、铁、氧等63种元素都整理在一起，按照相对原子质量排列，创建了第一张现代意义上的元素周期表。门捷列夫的周期表不仅考虑了元素的原子量，还考虑到它们的化学性质，将具有相似性质的元素放在同一纵列中，并给未发现的元素留下了空位。

门捷列夫和他修订后的元素周期表

1913年，亨利·莫塞莱发现元素的物理和化学性质与其原子核中的正电荷（即质子数）有直接关系，而不是之前认为的与原子质量有关。他的成果修正了元素周期表的排列基础，使得周期表更加准确地反映了元素的内在规律。不幸的是，莫塞莱在一战期间牺牲，年仅27岁。

自门捷列夫1869年的元素周期表出现至今，约有700多个不同版本出版。除了众多矩形变化的形式外，其他像圆环、立方体、圆柱、楼房、螺旋形、双纽线、八角形的棱镜、金字塔、球体或三角形。这些替代品往往是为突出或强调元素的化学或物理性质，没有传统元素周期表展现元素性质规律的明显特点。

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寻找新元素

在元素周期表中，原子序数大于103的元素被称为超重元素。而从第93号元素开始，就很难在自然界中发现新的元素了，后来元素都是科学家通过人工合成的方法创造出来的。113号到118号超重元素是在2016年前后，由日本、俄罗斯、美国等国家的科学家发现并命名的。哪个国家的实验室最先发现新元素，那么这个国家或实验室就有权对这个新元素进行命名。

比如第113号元素鿭，就是用粒子加速器让30号锌和83号铋相互撞击，让两个原子核相互碰撞并融为一体产生的。不过因为原子核极其微小，日本科学家团队前前后后进行了大约400万亿次碰撞才产生了113号元素。

中国科学院近代物理研究所的超重元素研究加速器装置，是国际上技术领先的新元素研究利器，它拥有一条长达50多米的直线加速器，能实现14.8粒子微安流强、224兆电子伏能量的氩40束流稳定运行。根据中国科学院近代物理研究所所长孙志宇的介绍，要合成115号元素，在1个粒子微安的束流条件下，一天才能得到1个115号元素的粒子。这台14.8粒子微安的束流，那么同样一天就可以得到14个粒子。在相同的时间内，高级设备就让科学家得到一些产生概率更低的元素。

超重元素研究加速器装置也是大国重器

2016年，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）正式确认113号，115号，117号，118号四个新发现元素的英文名称及符号。2017年中国正式确认四个新的元素中文名。由于元素周期表已经填完七个周期，联合国将2019年定为国际元素周期表年。

最新定名的四种元素

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探寻神秘的119号元素

118号元素鿫被合成以后，目前全球科研实力较强的国家都在开展新元素的探索和研究，不过由于技术上的限制，使得这个119号元素的诞生仍然是个谜。

未来第119号元素会新开一行排在第8周期，它原子核里会有119个质子。科学家发现，沿着原来从114到118号元素的合成技术路线到119号不再适用了，需要去寻找新的理论路线。

一派科学家根据原子核壳模型理论，当质子增加时核内的凝聚力不再能平衡电荷斥力，重元素们的稳定性会越来越低，原子核会迅速分裂。

强流重离子加速器（HIAF）

然而，另一派科学家按原子核“壳层模型”预期，当质子数和中子数为双幻数关系时，元素会变得异常稳定，比如元素的质子数接近114、中子数接近184时，理论上存在一个超重核素的“稳定岛”，其半衰期可达1015年（目前114号元素仅有174个中子的同位素，其半衰期19秒，尚未获得184个中子的稳定核素）。

目前，国家重大科技基础设施——强流重离子加速器正在广东惠州建设中，预计2025年完工。这一大科学装置将为我国相关领域的科学研究提供国际上脉冲流强最高的重离子束流和精度最高的核质量环形谱仪，为我国核物理和核天体物理基础研究创造国际一流的实验条件。它将成为探寻119号元素的新利器。

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元素周期表有尽头吗？

对超重元素进行合成方面的研究有助于探索原子核质量存在的极限，最终确定元素周期表的边界，同时也是对原子核壳模型理论正确与否的实际检验。

芬兰的佩卡·皮克认为第八周期元素的排列可能和前七个周期的排列不太一样，这一周期的元素可能不会按照原子序数的顺序进行排列，而是由原子内的电子排列顺序来决定。他认为元素周期表会在173号元素结束。

日本宇昌弘光则认为119号元素之后就可能不会再有新的元素出现了。而支持“稳定岛”理论的科学家则幻想出218种元素的周期表。当然这些都是个别科学家目前的推测，还需要实验来验证他们的理论。

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每个新元素都非常有用

寻找发现新的元素，寻找它存在的极限，对于我们现有的科学理论是一个重要的检验。同时在这个过程中，发展的各种技术和方法也有很广阔的应用前景。如果真的找到长寿的超重元素，那么它也许可以作为核燃料，或放射性医学的原材料。

基础研究的特点之一就是成功之前，谁都不知道它有什么用。新元素研究就是这样一个领域，诞生之前，谁都难以判断它未来一定会在哪个领域产生影响，但是从以往的经验来看，每个元素的发现都会对人类生产生活产生巨大影响。

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编辑｜张毅

审核｜吴新

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