BBC：化學元素周期表會有完成的一天嗎？

2016年有四種元素被加入元素周期表，包括在日本理化學研究所發現的第113號元鉨。

上一次元素周期表新增成員是在十年前，當時第113、115、117和118號元素被正式納入。

國際監管機構還做出了一件此前隻做過一次的事情：將其中一個元素以仍在世的物理學家命名。

尤裏·奧加涅相（Yuri Oganessian）領導的俄美研究團隊於2002年發現第118號元素（奧加涅鬆，oganesson）。由於該元素極度具放射性，隻製造出很少它的原子，因此花了多年時間才確認其存在。

人們不禁會問：為何過去10年沒有新的元素加入？會不會有一天，元素周期表被確認完成？

目前的元素周期表共有118種元素，分為七個周期且沒有缺口；下方兩行彩色區塊是從主表中分離出來，以便於顯示。

什麽是元素周期表？

元素周期表本質上是一張化學元素的地圖，由一格格標有縮寫化學符號的方框組成，並且隨時間推移不斷被修訂。

元素是一種由單一類型原子構成的純物質。原子是構成物質的基本單位，其結構包括一個原子核——通常含有帶正電的質子和不帶電的中子——以及周圍帶負電的電子。

周期表中的各種元素構成了宇宙中我們所知的一切——包括人類本身。

19世紀初，人類已發現許多元素，但尚未有係統的整理方式。許多學者試圖改變這一情況。

其中之一是英國化學家約翰·紐蘭茲（John Newlands）。

他按照原子重量排列元素，發現每隔八個元素就會出現性質相似的情況。例如鋰、鈉和鉀彼此間隔八位，且對水的反應相似。

他稱此為“八度定律”。

俄國化學家門捷列夫被廣泛認為是元素周期表之父。

被廣泛視為“元素周期表之父”的俄國化學家德米特裏·門捷列夫（Dmitri Mendeleev）進一步整理這一概念，提出了“周期律”。

他在1869年建立了一個以原子重量排列的框架。

與紐蘭茲不同的是，門捷列夫為尚未發現的元素預留空位。後來這些元素被發現，證明了他的理論。

如今，元素是依據其原子序——即原子核中的質子數——來定義與排列。氫有1個質子，而奧加涅鬆則有118個。

同一欄的元素具有相似的化學性質，例如它們和其他物質的反應方式也相似。它們的物理性質（例如熔點）也常呈現出規律，使科學家能預測其行為。例如工程師就可以依此選擇橋梁或飛機的材料。

工程師在選擇具備特定性能的材料時必須格外謹慎，而元素周期表中的趨勢可以為他們提供幫助。

若科學家認為發現了新元素，需經由國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）確認其存在並納入周期表，這一過程可能需要數年時間。

目前普遍認為，地球上所有天然存在的元素都已被發現，它們構成了周期表的大部分。更重的元素則必須在實驗室中，透過組合兩種較輕元素人工製造。

隨著科技進步，科學家能製造出更多超重元素。理論上雖然仍可嚐試創造新元素，實際難度卻越來越高。

製造新元素

倫敦國王學院成像化學與生物學係主任菲爾·布洛爾教授（Prof Phil Blower）教授表示，為了將較輕元素結合成更重的新元素，“我們必須使用能量更高的環境，這意味著建造更大型的回旋加速器或加速器”。

他指出：“元素變得越大越重，就越加不穩定，因為原子核中的質子彼此排斥。”

美國勞倫斯柏克萊國家實驗室的研究人員透過使用一台直徑88英吋、具有3公尺厚混凝土牆以隔絕輻射的回旋加速器，加速原子束，成功製造出第116號元素。

原子核中質子與中子的比例，決定其穩定性。帶正電的質子彼此排斥，但中子的存在可以幫助它們維持結合。

倫敦國王學院研究員辛齊婭·伊姆貝蒂（Cinzia Imberti）解釋：“當你製造愈重的元素時，就是在增加更多質子，因此需要更多中子來防止原子核崩解。”

元素可以擁有不同數量的中子，這些變體稱為同位素。不穩定的同位素具有放射性，會透過釋放輻射而衰變。

原子由集中於中心原子核的質子與中子構成，周圍則環繞著電子。

卡迪夫大學化學家喬納森·洛克（Jonathan Rourke）指出：“所有比鉛（元素82）更重的元素都是放射性的，本質上不穩定，會分解。”

“我們就算能製造出其中一個原子，它也無法維持太久。”他說。

伊姆貝蒂表示，尤其是從第100號元素（镄）開始更是如此：“你隻能製造出少量原子，了解一些基本性質，但它們沒有實際用途。”

盡管如此，科學界仍持續尋找新的元素——未來可能開啟周期表的新一行。

目前對119號與120號元素的多次嚐試均未成功，但各研究團隊仍在努力。科學家認為，探索這些極端元素有助於加深對原子運作、核穩定極限的理解，並檢驗核物理理論。

“你不僅要問我們能否將它製造出來，”伊姆貝蒂說，“還要考慮它是否能存在足夠長時間，讓我們能真正觀察並了解它，在消失之前……獲得一點有用的資訊。”