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扩展元素周期表

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目前的元素周期表中有七個周期,並以118號元素Uuo終結。如果有更高原子序數的元素被發現,則它將會被置於第八周期,甚至第九周期。這額外的周期預期將會比第七周期容納更多的元素,因爲經過計算新的g區將會出現。g區將容納18個元素,各周期中均存在部分填滿的g原子軌域。這種擁有八個周期的元素表最初由格倫·西奧多·西博格于1969年提出。[1]

第八或以上周期的元素未曾被合成或于自然發現。(2008年4月,有人宣稱發現122號元素Ubb存在于自然界中,但此被廣泛認爲是錯誤的。[2])g區内第一個元素的原子序數應該為121。根據IUPAC元素系統命名法命名爲unbiunium,符號Ubu。此區域内的元素很可能高度不穩定,並具有放射性,且半衰期極短。然而稳定岛理论預測126號元素Ubh會在穩定島内,不會有核裂變,但會有α衰變。而穩定島以外還能存在多少物理上可能的元素至今仍沒有結論。

根據量子力學對於原子結構解釋的軌域近似法,g區會對應不完全填滿的g軌域。不過,自旋-軌道作用會削弱軌域近似法所得結果的正確性,這可能會發生在較大原子序的元素上。[註 1]

包括g區的元素周期表[编辑]

擴展元素周期表[註 2]
(超重元素不一定依下表的次序排列)
1 1
H
2
He
2 3
Li
4
Be
5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3 11
Na
12
Mg
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4 19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5 37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6 55
Cs
56
Ba
57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7 87
Fr
88
Ra
89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr
104
Rf
钅卢
105
Db
钅杜
106
Sg
钅喜
107
Bh
钅波
108
Hs
钅黑
109
Mt
钅麦
110
Ds
钅达
111
Rg
钅仑
112
Cn
钅哥
113
Uut
114
Fl
钅夫
115
Uup
116
Lv
钅立
117
Uus
118
Uuo
8 119
Uue
120
Ubn
121
Ubu
122
Ubb
123
Ubt
124
Ubq
125
Ubp
126
Ubh
127
Ubs
128
Ubo
129
Ube
130
Utn
131
Utu
132
Utb
133
Utt
134
Utq
135
Utp
136
Uth
137
Uts
138
Uto
139
Ute
140
Uqn
141
Uqu
142
Uqb
143
Uqt
144
Uqq
145
Uqp
146
Uqh
147
Uqs
148
Uqo
149
Uqe
150
Upn
151
Upu
152
Upb
153
Upt
154
Upq
155
Upp
156
Uph
157
Ups
158
Upo
159
Upe
160
Uhn
161
Uhu
162
Uhb
163
Uht
164
Uhq
165
Uhp
166
Uhh
167
Uhs
168
Uho
9 169
Uhe
170
Usn
171
Usu
172
Usb
173
Ust
174
Usq
175
Usp
176
Ush
177
Uss
178
Uso
179
Use
180
Uon
181
Uou
182
Uob
183
Uot
184
Uoq
185
Uop
186
Uoh
187
Uos
188
Uoo
189
Uoe
190
Uen
191
Ueu
192
Ueb
193
Uet
194
Ueq
195
Uep
196
Ueh
197
Ues
198
Ueo
199
Uee
200
Bnn
201
Bnu
202
Bnb
203
Bnt
204
Bnq
205
Bnp
206
Bnh
207
Bns
208
Bno
209
Bne
210
Bun
211
Buu
212
Bub
213
But
214
Buq
215
Bup
216
Buh
217
Bus
218
Buo

元素分區

以上所有理論上存在但並未發現的元素均根據IUPAC元素系統命名法命名,而該名將會一直沿用直到這個元素被發現、證實,並被賦予正式名稱。

g區在元素周期表中的位置(位于f區的左邊、右邊或中間)仍然是不肯定的。上表所示的位置是建于構造原理在更高原子序的元素還成立的前提上,但這假設不一定正確。對於118號元素,軌域1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p、4d、4f、5s、5p、5d、5f、6s、6p、6d、7s及7p應會被佔據,其餘則為空。第八周期的元素軌域預測會以8s、5g、6f、7d、8p的順序填滿。然而,從大約122號元素開始,電子層間過於接近,使計算電子的位置時發生問題。例如,經過計算,165號及166號元素(如果存在)會佔據9s軌域,而把8p軌域留空。[3]

Pyykkö模型[编辑]

並非所有模型都按照較輕元素的趨勢排列超重元素。例如,Pekka Pyykkö利用電腦模型計算出原子序直到Z=172的元素的位置,並發現有若干元素不在構造原理預期的位置。5g區後,他的計算預測元素139及140會佔據8p軌域,元素141開始才再繼續佔據6f區。元素165至168可能在第9週期(9s和9p),之後的元素169至172再填滿8p軌域和整個第8週期。[4]

Pyykkö模型不按構造原理排列的元素以粗體顯示。
8 119
Uue
120
Ubn
121
Ubu
122
Ubb
123
Ubt
124
Ubq
125
Ubp
126
Ubh
127
Ubs
128
Ubo
129
Ube
130
Utn
131
Utu
132
Utb
133
Utt
134
Utq
135
Utp
136
Uth
137
Uts
138
Uto
141
Uqu
142
Uqb
143
Uqt
144
Uqq
145
Uqp
146
Uqh
147
Uqs
148
Uqo
149
Uqe
150
Upn
151
Upu
152
Upb
153
Upt
154
Upq
155
Upp
156
Uph
157
Ups
158
Upo
159
Upe
160
Uhn
161
Uhu
162
Uhb
163
Uht
164
Uhq
139
Ute
140
Uqn
169
Uhe
170
Usn
171
Usu
172
Usb
9 165
Uhp
166
Uhh
167
Uhs
168
Uho

周期表的終結[编辑]

我們仍不知道存在多少物理上可能的元素。光速限制了電子在更大電子層中運行,因此电中性原子的原子序最大可達到173[5];缺少部分或全部核外电子的原子核则有可能达到更重的水平,但这样的原子核根據核外電子排布分區將變得無意義;核殼層模型(en:Nuclear shell model)則限制離子狀態的元素最大至210號。[來源請求](這類元素在上表以灰色底色及斜体顯示。)不過,周期表有可能在更早的地方就結束了,或許就在穩定島之內,[6]代表元素的數目將為大約126個。[7]

另外,元素表及核素表的擴展也受質子滴綫中子滴綫的限制。

玻爾模型的崩潰[编辑]

玻爾模型在原子序達到137之後會有問題,因爲在1s原子軌域中的電子的速度v計算如下:

v = Z \alpha c \approx \frac{Z c}{137.036}

當中Z原子序α是描述電磁力強度的精細結構常數[8]如此一來,任何原子序高於137的元素的1s軌域電子將會以高於光速c運行,物理上不可能。因此任何不建基於相對論的理論(如波爾模型)不足以處理這種計算。

狄拉克方程式[编辑]

相對論狄拉克方程式原子序大於137時也會發生問題,因爲基態能級為:

E=m_0 c^2 \sqrt{1-Z^2 \alpha^2}

當中m0是電子的靜質量。而當原子序大於137,狄拉克基態的波函數是震蕩的,而不是固定的,並且正能譜與負能譜之間沒有間隙,正如克萊因悖論所言。[9]理查德·費曼(Richard Feynman)指出這個效應,因此137號元素(Uts)有時也被稱爲feynmanium

當前考慮到核電荷分佈之有限延伸的計算,結果約等於173(unseptrium),非離子原子所屬的元素可能僅限於等於或低於這個結果。[5]

注释[编辑]

  1. ^ 譬如,位于g1列的元素可能在價電子層擁有剛好一顆電子(如名所示),但也可能有更多,甚至沒有電子。
  2. ^ 諸如“g1”等標號根據馬德隆規則推論,但此規則只是根據觀測歸納出來,便是其中的例外。

参考文献[编辑]

引用[编辑]

  1. ^ http://acs.lbl.gov/Seaborg.talks/65th-anniv/29.html
  2. ^ Heaviest element claim criticised
  3. ^ Pekka Pyykkö, Peter Schwerdtfeger (2004), Relativistic electronic structure theory, p 23.
  4. ^ Pekka Pyykkö, Peter Schwerdtfeger (2004), Relativistic electronic structure theory, p 23.(review)
  5. ^ 5.0 5.1 Walter Greiner and Stefan Schramm, Am. J. Phys. 76, 509 (2008), and references therein.
  6. ^ http://www.britannica.com/EBchecked/topic/603220/transuranium-element
  7. ^ S. Cwiok, P.-H. Heenen and W. Nazarewicz (2005). "Shape coexistence and triaxiality in the superheavy nuclei". Nature 433: 705.
  8. ^ See for example R. Eisberg and R. Resnick, Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles, Wiley (New York: 1985).
  9. ^ James D. Bjorken and Sidney D. Drell, Relativistic Quantum Mechanics, McGraw-Hill (New York:1964).

网页[编辑]

外部鏈接[编辑]

參見[编辑]