元素周期表，這下就填滿啦？

饅頭老妖

2015年12月30日，國際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）公布了一個大新聞：將對第113、115、117和118號元素，在今年正式予以命名。很多媒體都驚呼：“化學(xué)元素周期表被填滿了！”

那么，到底這幾個元素是何方神圣，它們的發(fā)現(xiàn)又有什么意義呢？以及，元素周期表真的已經(jīng)徹底完成了嗎？

這事，還得從門捷列夫老先生開始說起。

“紙牌游戲”里的大名堂

對于化學(xué)元素周期表，各位讀者一定都非常熟悉。門捷列夫的貢獻(xiàn)，就在于他看到了紛繁的現(xiàn)象背后的本質(zhì)，把自然界中存在的各種元素，按照其原子量（一個原子核中，質(zhì)子和中子的數(shù)目之和），以從上到下、從左到右的順序排列成了一個序列。

而有了這個序列，人類對于各種化學(xué)元素的研究，就能夠有的放矢了：我們可以預(yù)測某個未知元素的性質(zhì)，甚至可以去“制造”某種元素！

因為，既然元素的性質(zhì)僅由其原子序數(shù)決定，那我們只要造出具有某個序數(shù)的原子，就能獲得一種新的元素了：無論它在宇宙中是否已經(jīng)存在，理論上，我們都可以通過一個簡單的加減法將其合成出來。

比如，我們可以用一個硼原子（B，原子序數(shù)為5）作為炮彈，去轟擊一個锎原子（Cf，原子序數(shù)為98），得到的新原子的序數(shù)就是：5+98=103。

當(dāng)這個新元素真的被制造出來，并獲得證實之后，IUPAC決定，用物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·勞倫斯（Ernest Lawrence，1901-1958）的名字來給它命名，因為正是勞倫斯提出了這種“原子大炮”的構(gòu)想。所以，它現(xiàn)在就叫做：鐒（Lr）。

造個新元素，就這么簡單？

原子大炮的理論，聽起來相當(dāng)令人振奮。這似乎就是在說，人類可以不斷地找到新元素了？這話或許只對了一半。

的確，在勞倫斯之后，各國科學(xué)家都在按照這個理論，努力制造出元素周期表中沒有的新元素來，一個個空白迅速被填補(bǔ)。這些元素，常被我們稱為“人造元素”，因為它們在自然界中原本并不存在；而制造它們的裝置，常用的就是粒子加速器。

但是，經(jīng)過高速發(fā)展的階段后，制造新元素的步伐逐漸慢了下來。這主要是因為越重的元素（也就是原子里包含的質(zhì)子、中子的總數(shù)越大），其原子核中質(zhì)子的相互排斥作用就越強(qiáng)，從而使得它們越發(fā)地不穩(wěn)定，合成難度隨之變大。

有多不穩(wěn)定呢？比如，鐒（260 Lr）的半衰期只有3分鐘，也就是說，一堆鐒元素放在那兒，3分鐘后就只剩下一半了，另一半已經(jīng)分裂而變成其他元素。而鈇原子（284 Fl）的半衰期僅有4毫秒，其他一些人造元素的半衰期，甚至只能用微秒來衡量。

同時，要獲得這些“沉重”的元素，所需要的“炮彈” 和“靶子”（被轟擊的元素）都必須是原子序數(shù)很大的原子；而要讓它們以極高的速度碰撞，自然就需要更強(qiáng)的能量、更龐大的裝置。換句話說，需要越來越大的時間與資源耗費。

即便你成功地合成了某個新元素，你還得證明你確實做到了。用大型電子對撞機(jī)，每次“開炮”能產(chǎn)生的新元素，只有寥寥幾個原子，而且還是稍縱即逝的，想要證實它們的存在并不容易。實際上，每一個新元素被首次制造出來之后，都要等待很長的時間，等到同行科學(xué)家重復(fù)出了這個發(fā)現(xiàn)，它才能獲得IUPAC的正式認(rèn)可。

正因為如此，一開頭我們提到的那4種元素，并不是一夜之間突然冒出來的。比如，115號元素，早在2003年就被俄羅斯科學(xué)家公開報道；117號元素則由俄-美聯(lián)合小組在2010年發(fā)現(xiàn)，都是到了今天才被IUPAC認(rèn)可的。

為啥還要做呢？

那么，既然費時費力，人類為什么要執(zhí)著于創(chuàng)造新的元素呢？

首先，這不是因為它們有什么獨特的作用。實際上，從第100號元素（鐨）之后的諸多人造元素，都還沒有找到商業(yè)用途，盡管人類付出了很多努力。即便真的能把它們用在什么地方，它們極昂貴的制造成本，也絕對足以讓絕大多數(shù)地球人望而卻步。

但對于科學(xué)家而言，它們又是頗有意義的事情。它們的發(fā)現(xiàn)，讓元素周期表的第7周期得以填滿，但這絕對不意味著周期表“已經(jīng)完成”。聰明的讀者可能已經(jīng)想到，如果我們拿這些新發(fā)現(xiàn)的元素當(dāng)作靶子，用其他原子去轟擊，豈不是又可以得到原子序數(shù)更大的新元素？盡管這種任務(wù)肯定是難度空前的，但從理論上，我們沒有理由否定這種可能性。說元素周期表“完成”，恐怕為時尚早；而這種未知的世界，本身就有著極大的吸引力。

同時，在創(chuàng)造這些新元素的過程中，需要克服的技術(shù)難題有很多很多，這個攻堅的過程也會催生新技術(shù)、新理論的誕生，就像一只下金蛋的鵝，為化學(xué)家、物理學(xué)家、工程師們提供新的問題與思路。

更重要的是，元素周期表本身，也可能因此而得到修正和升華。還記得牛頓三定律嗎？在低速的狀態(tài)下，它無疑是萬物通用的規(guī)則，但到了接近光速的層面，它就必須擴(kuò)展成為相對論了。門捷列夫創(chuàng)造的元素周期表，至今依然是高度準(zhǔn)確的，但它在未來是否依然堅不可摧？有些化學(xué)家認(rèn)為，如果將元素周期表再往下拓展一個周期，也就是制造出“更重”的元素來，我們熟知的一些規(guī)則就可能不再適用，比如著名的●馬德隆規(guī)則，或許就要進(jìn)行修正。如果真有那一天，人類對于化學(xué)的認(rèn)知將會有一個質(zhì)的飛躍，其意義不亞于元素周期表的發(fā)現(xiàn)本身。

而為了達(dá)到這些遙遠(yuǎn)的彼岸，就必須先跨過第7周期這個門檻。此次IUPAC認(rèn)可了這4種新元素的發(fā)現(xiàn)，既是一個重大成績，又是一個新的起點。

P.S. 或許，借用拇姬先生的一句話，可以總結(jié)這種探索的價值：“三億年前，當(dāng)?shù)谝粭l兩棲魚類爬上岸邊時，其他魚可能也問過它：爬上去又有什么用呢？”