元素周期表，这下就填满啦？

馒头老妖

2015年12月30日，国际纯化学与应用化学联合会（IUPAC）公布了一个大新闻：将对第113、115、117和118号元素，在今年正式予以命名。很多媒体都惊呼：“化学元素周期表被填满了！”

那么，到底这几个元素是何方神圣，它们的发现又有什么意义呢？以及，元素周期表真的已经彻底完成了吗？

这事，还得从门捷列夫老先生开始说起。

“纸牌游戏”里的大名堂

对于化学元素周期表，各位读者一定都非常熟悉。门捷列夫的贡献，就在于他看到了纷繁的现象背后的本质，把自然界中存在的各种元素，按照其原子量（一个原子核中，质子和中子的数目之和），以从上到下、从左到右的顺序排列成了一个序列。

而有了这个序列，人类对于各种化学元素的研究，就能够有的放矢了：我们可以预测某个未知元素的性质，甚至可以去“制造”某种元素！

因为，既然元素的性质仅由其原子序数决定，那我们只要造出具有某个序数的原子，就能获得一种新的元素了：无论它在宇宙中是否已经存在，理论上，我们都可以通过一个简单的加减法将其合成出来。

比如，我们可以用一个硼原子（B，原子序数为5）作为炮弹，去轰击一个锎原子（Cf，原子序数为98），得到的新原子的序数就是：5+98=103。

当这个新元素真的被制造出来，并获得证实之后，IUPAC决定，用物理学家欧内斯特·劳伦斯（Ernest Lawrence，1901-1958）的名字来给它命名，因为正是劳伦斯提出了这种“原子大炮”的构想。所以，它现在就叫做：铹（Lr）。

造个新元素，就这么简单？

原子大炮的理论，听起来相当令人振奋。这似乎就是在说，人类可以不断地找到新元素了？这话或许只对了一半。

的确，在劳伦斯之后，各国科学家都在按照这个理论，努力制造出元素周期表中没有的新元素来，一个个空白迅速被填补。这些元素，常被我们称为“人造元素”，因为它们在自然界中原本并不存在；而制造它们的装置，常用的就是粒子加速器。

但是，经过高速发展的阶段后，制造新元素的步伐逐渐慢了下来。这主要是因为越重的元素（也就是原子里包含的质子、中子的总数越大），其原子核中质子的相互排斥作用就越强，从而使得它们越发地不稳定，合成难度随之变大。

有多不稳定呢？比如，铹（260 Lr）的半衰期只有3分钟，也就是说，一堆铹元素放在那儿，3分钟后就只剩下一半了，另一半已经分裂而变成其他元素。而鈇原子（284 Fl）的半衰期仅有4毫秒，其他一些人造元素的半衰期，甚至只能用微秒来衡量。

同时，要获得这些“沉重”的元素，所需要的“炮弹” 和“靶子”（被轰击的元素）都必须是原子序数很大的原子；而要让它们以极高的速度碰撞，自然就需要更强的能量、更庞大的装置。换句话说，需要越来越大的时间与资源耗费。

即便你成功地合成了某个新元素，你还得证明你确实做到了。用大型电子对撞机，每次“开炮”能产生的新元素，只有寥寥几个原子，而且还是稍纵即逝的，想要证实它们的存在并不容易。实际上，每一个新元素被首次制造出来之后，都要等待很长的时间，等到同行科学家重复出了这个发现，它才能获得IUPAC的正式认可。

正因为如此，一开头我们提到的那4种元素，并不是一夜之间突然冒出来的。比如，115号元素，早在2003年就被俄罗斯科学家公开报道；117号元素则由俄-美联合小组在2010年发现，都是到了今天才被IUPAC认可的。

为啥还要做呢？

那么，既然费时费力，人类为什么要执着于创造新的元素呢？

首先，这不是因为它们有什么独特的作用。实际上，从第100号元素（镄）之后的诸多人造元素，都还没有找到商业用途，尽管人类付出了很多努力。即便真的能把它们用在什么地方，它们极昂贵的制造成本，也绝对足以让绝大多数地球人望而却步。

但对于科学家而言，它们又是颇有意义的事情。它们的发现，让元素周期表的第7周期得以填满，但这绝对不意味着周期表“已经完成”。聪明的读者可能已经想到，如果我们拿这些新发现的元素当作靶子，用其他原子去轰击，岂不是又可以得到原子序数更大的新元素？尽管这种任务肯定是难度空前的，但从理论上，我们没有理由否定这种可能性。说元素周期表“完成”，恐怕为时尚早；而这种未知的世界，本身就有着极大的吸引力。

同时，在创造这些新元素的过程中，需要克服的技术难题有很多很多，这个攻坚的过程也会催生新技术、新理论的诞生，就像一只下金蛋的鹅，为化学家、物理学家、工程师们提供新的问题与思路。

更重要的是，元素周期表本身，也可能因此而得到修正和升华。还记得牛顿三定律吗？在低速的状态下，它无疑是万物通用的规则，但到了接近光速的层面，它就必须扩展成为相对论了。门捷列夫创造的元素周期表，至今依然是高度准确的，但它在未来是否依然坚不可摧？有些化学家认为，如果将元素周期表再往下拓展一个周期，也就是制造出“更重”的元素来，我们熟知的一些规则就可能不再适用，比如著名的●马德隆规则，或许就要进行修正。如果真有那一天，人类对于化学的认知将会有一个质的飞跃，其意义不亚于元素周期表的发现本身。

而为了达到这些遥远的彼岸，就必须先跨过第7周期这个门槛。此次IUPAC认可了这4种新元素的发现，既是一个重大成绩，又是一个新的起点。

P.S. 或许，借用拇姬先生的一句话，可以总结这种探索的价值：“三亿年前，当第一条两栖鱼类爬上岸边时，其他鱼可能也问过它：爬上去又有什么用呢？”