本文转自：原理

○ 明年是门捷列夫创造出元素周期表的150周年。因此，联合国宣布将2019年定为化学元素周期表国际年（IYPT 2019）。| 图片来源：IUPAC

众所周知的元素周期表，虽然已经接近150周岁的“高龄”，但它所含有的元素种类至今仍在继续增长。在2016年，就新增了Nh、Mc、Ts 和 Og四种元素，它们的原子数（即原子核中质子的数量）分别为113、115、117和118，这一数值决定了它们的化学性质以及在周期表中的位置。

在2002年到2006年期间，世界各地科学家通过重离子聚变反应制造出了这四种新的元素。之后，科学家再用了十年的时间才最终确认它们在元素周期表中的位置。

○ 存在比Og更重的元素吗？| 图片来源：Erin O'Donnell, National Superconducting Cyclotron Laboratory, and Andy Sproles, Oak Ridge National Laboratory

在元素周期表中，“超重元素”一词通常是指原子数大于或等于104的化学元素。已知的所有超重核都具有放射性；它们都是在核实验室中通过合成而获得的。在1994年至2004年期间，通过在实验中运用铅或铋，科学家得到了原子数为110到113的较轻同位素。当原子数达到113时，反应生成截面会迅速下降，因此若想要继续使用这种方法来获得更重的元素将会极度困难。

而使用与富含中子的Ca-48粒子束和锕系元素有关的热核聚变反应让这一领域发生了革命性的改变，在1998到2008年期间，这一方法让科学家测量到超过50种原子数在114到118的新元素的同位素。2006年合成的Og-294标志着目前核电荷与质量的极限，而且它非常的不稳定，会迅速的进行衰变，半衰期仅为0.89毫秒，这一时间对于化学研究来说实在太短。这意味着计算它的电子和核结构是退而求其次的最佳选择。

现在，科学家想要知道的问题是：可以存在的最重的核和原子是什么？自然界中是否存在长生命周期的超重核？超重核能否在恒星中产生？元素周期表的最后一个元素会是什么？那些超重原子的化学性质又是什么？这些问题的部分答案可以在核物理学教授Witold Nazarewicz最近发表于《自然-物理》的论文中找到。

○ Witold Nazarewicz探讨元素周期表的论文发表于6月4日的《自然-物理》杂志上。| 图片来源：[1]

据预测，当原子的质子数多达172个时，就能在核力的作用下，物理性地形成一个结合在一起的原子核。正是这种核力阻止了原子的解体，但它能维持的时常只有几分之一秒。

如上文中提到的，这些在实验室中制造的原子核非常不稳定，它们会在形成后不久就发生自发性的衰变。对于比Og还重的物质，这一过程可能极快，以至于它们没有足够的时间吸引并捕获一个电子来形成原子。因此它们的整个生命周期都将以一种质子与中子的聚集形态存在。但如果真是这样的话，这将挑战科学家现有对“原子”的定义和理解方式。那么，原子将不能再被描述成一个有电子环绕的中心核。

目前，我们并不知道这样的原子核是否真的可以形成。科学家们正在缓慢但坚定地接近这一答案。他们在不知道那些元素会是什么样子、会有怎样性质的情况下，将它们逐个合成。119号元素的搜寻工作也正在全球几个实验室中进行。

Nazarewicz说：“核理论缺乏能够可靠预测合成元素时所需的最佳条件的能力，所以在发现什么东西之前，你只能靠猜测、以及核聚变实验的开展。而通过这种方法，可能需耗费多年的努力。”

如果119号元素一旦被确认，它将开启元素周期表的第8行周期。Nazarewicz表示，实验已经在进行中，我们或许离这一发现已经不远了。

除此之外，还有一个令人兴奋的问题依然存在，那就是超重核是否能在太空中生成？人们认为这些超重元素是可以在中子星合并中形成的，因为这种恒星碰撞的力量非常强大，以致于足以撼动宇宙的结构。在中子很丰富的恒星环境中，一个原子核能与更多的中子融合，形成更重的同位素。它们会具有相同的质子数，因此仍是相同的元素，但质量更大。而它们面临的挑战是——重核非常的不稳定，以至于早在更多的中子被加入来形成这些超重核之前，重核就已经分解了。这会阻碍重核在恒星中的产生。科学家希望通过更加先进的模拟，从可被观测到的合成元素模式中“看到”这些难以捉摸的原子核。

随着实验能力的提高，科学家们将搜寻这些更重的元素，并将它们添加到元素周期表上。而与此同时，他们只能凭想象来设想这些奇异的元素将会有怎样神奇的应用。

参考来源：

[1] http://www.nature.com/articles/s41567-018-0163-3

[2] https://www.frib.msu.edu/news/2018/oganesson-periodic.html