元素周期表需要重新设计吗？3大“怪异”使科学家对重设趋之若鹜

几乎每个化学实验室的墙上都有周期表。通常，我们把元素周期表的创建归功于俄罗斯化学家德米特里·门捷列夫。1869年，他将当时已知的63种元素写在卡片上，并根据它们的化学和物理性质进行排列。这是我们现在熟悉的元素周期表的雏形。

为庆祝元素周期表诞生150周年，联合国宣布2019年为化学元素周期表国际年。150年的风雨变化，情况不同，元素周期表能在接下来的150年生存吗？

图片说明:西奥多·本菲卡的螺旋周期表(1964)强调元素的连续来源:新科学家网站

随着我们对元素理解的加深，科学家们发现了元素周期表的许多“奇怪”的方面。有些人怀疑目前的元素周期表是否是最好的安排，并建议重新设计。在最近的一份报告中，英国杂志《新科学家》介绍了现有元素周期表的“怪异”方面以及科学家提出的替代方案。

氢应该“住”在哪里？

让我们从第一个氢开始。氢的最外层电子数是1，可能可以理解的是，它在目前的位置——在第1组，它在锂和钠之后，在最外层也只有一个电子。

然而，氢是一种气体，而不是金属，所以就其性质而言，它有点“道德上不合适”。

因为氢的外壳只能包含两个电子，而氢实际上只有一个电子，所以它处于不完美的状态，导致非常活跃的化学活动。从这个意义上说，氢类似于第17族元素——卤素元素，如氯。它们的外壳只需要一个电子就能完成，这使得氢和卤素元素具有相似的反应性。因此，氢在本质上比锂更接近氯。

为什么水银和黄金如此奇怪？

此外，元素周期表下的汞也是“怪异的”

汞在室温下是液态的。从这个意义上说，它与第12组的其他成员(包括锌和镉)完全不同，因为后两者是固体金属。

科学家解释说，在元素周期表中，后面元素的原子核中的质子带的正电荷越多，对原子核外电子的吸引力就越大，这意味着它们必须以越来越快的速度运行。根据爱因斯坦的相对论，这将导致它们的实际质量远远大于正常的电子质量，从而增加向内的拉力。

水银电子以高达光速58%的速度运行，这使得它们的电子轨道如此之近，以至于它们无法与其他原子连接，因此无法变成固体。

同样的原因也解释了为什么金是金——金属中一种独特的颜色:相对论效应改变了电子吸收光的方式。

f区问题

第3组有2个可能属于其他地方的元素。

电子以不同的轨道填充整个原子核的外壳，每个被电子填充的轨道进入下一个轨道。当我们向下看周期表，到达第57个元素(镧)时，电子开始进入一个新的轨道，即F轨道。为了反映这一点，元素周期表将构成F区的元素分别放在周期表下，从而在第3族中留下一个间隙。

这很容易理解，但是科学家们仍然在争论哪个元素在F区应该排在第一位。一些化学家坚持认为顺序应该根据电子的顺序来确定，即当前的顺序应该保持，镧和锕系元素应该排列在F区的最左边。另一些人认为，根据化学性质(如原子半径和熔点)，目前排在右边的镥和铷最好排在前面。

2016年，国际纯化学和应用化学联合会成立了一个工作组来解决这一争议，但短期内可能很难得出结论。

替代解决方案层出不穷。

所有这些问题使一些化学家确信，我们需要重新设计元素周期表的布局，以突出传统表中不明显的元素之间的相关性。

目前，在这方面不乏想法。科学家们已经提出了数百种周期表的版本(英国曼彻斯特城市大学的马克·里奇保存着这些周期表版本的互联网数据库)。其中，由西奥多·本菲尔德和退休的加拿大化学家费尔南多·杜福尔发明的看似圣诞树的3D版本尤其受欢迎。

其中，螺旋元素周期表以氢为中心，元素随着原子质量的增加呈螺旋增加。每个辐条上的元素(从中心到外围的直线)都有相同的属性，就像今天元素周期表中相同族的元素一样。

洛杉矶加利福尼亚大学的埃里克·雪利支持一个更激进的修改:通过将区域F中的所有30个元素放在当前的组2和组3之间，垂直列从18变为32。这样，周期表中的原子序数可以连续排列。

但是德国马克斯·普朗克数学研究所的吉列尔莫·雷斯特雷波更喜欢另一种方法。鉴于我们对元素化学反应性的理解日益加深，他研究了同一循环中元素的化学相似性是否与150年前相同。他的结论是，镧应该属于第3组，也就是说，不在目前的顺序。

重新设计元素周期表可能看起来像敦刻尔克式的探索，但它可能很快成为一项紧迫的任务。我们已经开始寻找元素119。它在哪里？它在元素周期表中的位置是什么？我们只能拭目以待。