现代炼“金”术

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1945年，美国橡树岭国家实验室的3位化学家在铀的裂变产物中分离出了第61号元素，并把它命名为钷。至此，门捷列夫元素周期表上的前92种元素在自然界中已被全部找到，给周期表“填空”的工作看似完满结束。但事实并非如此，就现在看来，它更像是一个新的开始。

背后的规律

元素周期律是自然界的客观规律，但它的具体表现形式——元素周期表却是许多科学家共同努力后的杰作。1829年，德国化学家贝莱纳首先敏锐地察觉到一些元素之间所表露的这种内在关系，发现一些性质相近的元素原子量之间存在一定的关系，提出了“三元素族”学说。尽管他找到的元素规律在人们看来带着太多偶然性，但他的发现为人类寻找元素间的规律开了先河。此后，科学家们又相继提出了“螺旋式”“六元素表”“八音律”等元素分类规律，但都未得到广泛的认同。

在前人的工作基础上，1869年，俄国化学家门捷列夫按照原子量递增的顺序将当时已经发现的63种元素进行排列，他惊奇地发现，相似的元素按照一定的间隔规律出现。门捷列夫按照这一结果制成一张表格，这便是人类历史上的第一张元素周期表，他还大胆地在表中留出了位置，预言到在原子量跳跃过大的元素中间存在着尚待发现的新元素。元素周期律的发现为以后元素的研究，新元素的探索，新物质、新材料的寻找，提供了一个可遵循的规律。

门捷列夫从理论上计算出这些尚未被发现的元素的最重要性质，例如在锌与砷之间的两个空格中，他预言这两个未知元素的性质分别为类铝和类硅。就在他预言后的四年，法国化学家布阿勃朗用光谱分析法，从锌矿中发现了镓。实验证明，镓的性质非常像铝，也就是门捷列夫预言的类铝。

现如今，人们对元素周期表的认识已经发生了本质的变化，对元素的认识已不仅仅局限于原子量，而能够从微观的角度，根据每个元素原子核内的质子数、中子数、外层电子的层数和最外层电子数量等原子的内在基本规律，来正确地解释周期表中各元素及其化合物性质的周期变化的趋势。

遥遥无期的尽头

由于时代的局限性，门捷列夫的元素周期表并不是完整无缺的。元素周期律发现以后，科学家们开始有目的地寻找新元素。化学家们曾认为，自然界存在的天然元素是92种， 因而当周期表中的前92种元素全部找到以后，人们都以为元素周期表可以画上句号了。可随后，人们又一鼓作气地找出了13种新元素。当人们开始断言105号元素是“真正的尽头”时，新元素很快拓展到了118号。

118号元素位置特殊，恰好位于周期表第七横行的末端，而且118号元素所在的纵列，也就是族里，从氦开始的元素全部都属于惰性元素，它们的最外层电子数都已被填满，从原子结构来说这应是一种最封闭，即最为稳定的外层结构。如此看来，发现新元素的任务似乎也可以圆满结束了。可是，这样的结论还没有来得及下，俄罗斯的杜布纳联合原子核研究所又宣布人工合成了119号元素。若该结果得以证实，将意味着一个新的周期就会出现，而且其后将有更多的元素等着被发现。如此一来，也引发了一个疑问，周期表到底有没有尽头？从理论上而言，核电荷数越来越大，质子间的排斥力将远远超过核力，会导致原子发生衰变，将无法形成稳定的原子核。但就目前而言，拓展元素周期表的竞赛还在继续。

有趣的是，有些科学家提出元素周期表还可以向负方向发展，这是由于科学上发现了正电子、负质子（反质子），在其他星球上是否存在由这些反质子和正电子以及中子组成的反原子呢？若有朝一日这种观点被实践证实，那么周期表中将出现核电荷数为负数的反元素，向负方向发展也就顺理成章了。

新元素得来不易

尽管越来越多的新元素被人工合成，但这一过程并不简单。铀之后的元素都有一个共同的的特点，那就是它们大都不稳定，很容易发生衰变。从第93号元素到118号元素，除93号元素镎（Np）和94号元素钚（Pu）在地球上有极微量地存在外，其他的那些在自然界中从未被发现，仅能通过人为创造条件分别发现。

人工合成新元素时，一般是通过“选出”两个相对较“轻”的元素，让它们的原子核相互高速碰撞。在这个过程中，有部分原子核由于相互撞击而“融合”到一起，“合成”为一个新的核，这就是我们期待的新元素。如科学家将含有96个质子的放射性元素锔作为标靶，然后用含有20个质子的钙原子核轰击锔原子核，从而制得116号元素。

合成新元素的原理，说起来并不复杂，然而要真正实现并不容易。困难首先在于，每次碰撞实验真正能产生“融合”的机会很微小，科学家必须想方设法增加“产量”，以便能够探测到新元素。其次，因为这些新元素极易衰变，极其不稳定，大多数被创造出来的新元素在衰变以前只能存在十亿分之一秒，这就对监测设备的灵敏度提出了很高的要求。此外，科学家还必须重复获得相同的结果，才会获得国际理论与应用化学联合会（IUPAC）的认可。如俄罗斯的杜布纳联合核研究所于2010年首次成功合成了117号元素，然而国际理论与应用化学联合会要求杜布纳联合核研究所再次合成该元素之后，才能正式批准将它加入元素周期表。时过两年，杜布纳联合核研究所才成功完成了验证工作，为117号元素正式加入周期表铺平了道路。

新元素的意义

对于普通人来说，很难想象科学家为何要费尽心力去找到新元素，这跟生活似乎没什么必要的联系。上学时虽背诵了化学元素周期表中一些元素，比如钠、钾、镁、碳、氢、氧等，但后面还有好长一段根本不知道是干什么用的，除了用于核反应的铀稍微熟悉点以外，其他的一些元素甚至有些连名字都不会读。发现一个新元素，值得这么隆重吗？增加了一个新化学元素，对我们的日常生活来说能意味着什么呢？

的确，就是目前在地球上发现的天然存在的元素，其中有很多人们也还是无法充分利用，更何况人工合成的元素。但这不代表它们的发现对人类就没有意义，至少它让我们知道，这个世界上还有很多物质是我们人类没有发现的，虽然这些都是合成的元素，但既然存在，就代表有，也许不久的将来我们发现了这样的物质，那么至少到那时我们心里已经对这种物质有了一个初步的认识。

探索、发现新元素是人类不断探索自然界奥秘的过程的一部分，也许合成新元素的科学意义远远高于实用意义。毫无疑问，合成这些超重元素使人类对物质世界的认识更加深入了，拓展了对物理世界的认知边界。随着对元素疆域的扩展，也许一块“新大陆”就会出现在人类面前。

（柳迪）

（试一试：在文中插图的括号中填入与图中物质对应的正确的元素符号。）