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最近，中国科学院近代物理研究所与合作单位的科研人员首次合成新核素锇-160、钨-156。我们都知道，元素是由质子数相同的同一类原子的总称，而核素是指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。此次新核素的发现，不由得让人想到元素的往事。

很多人上学时都背过元素周期表，记性稍微好一点的很快就背下来了，可你知道你背的元素周期表之外，还有很多“版本”的元素周期表吗？你又是否知道，一种“萌新”化学元素，想“入坑”元素周期表又有多难？本文带你走进元素周期表的冷门知识。

元素周期表

01 元素周期表的创制

1869年3月初的一天，在俄罗斯化学协会的会议上，门捷列夫委托《俄罗斯化学学会志》的主编门舒特金宣读了他新写的论文《元素性质和原子量的关系》，而他本人则从按原定计划，按照自由经济协会委托他任务，离开彼得堡到外省继续考察干酪制造厂去了。

这看似平平无奇按部就班的日子，实则却宣告了一项伟大科学发现——元素周期律的诞生。

从现代观点看来，门捷列夫关于元素的性质周期地随着它们的原子量而改变的说法是有问题的。尽管在后来，原子中存在电子、矿物中存在放射性元素等令人激动的现象陆续被发现，门捷列夫却并未受此激励而进一步优化他的周期表——这也是一些科学家受到年龄影响而逐渐失去创造力的普遍现象。而后人为了研究元素的各类属性的演变，创制了很多有趣的元素周期表。

斯托尼的圆形螺线周期表（来源：参考文献【2】）

哈金斯和霍尔的圆柱式周期表（来源：参考文献【3】）

例如,斯托尼于1888年发表了圆形螺线周期表，可以表示元素的相对原子量等于其半径与变角的函数。再比如，三维式周期表曾为许多人所提倡，其中最有意义的恐怕要数哈金斯和霍尔于1916年提出的圆柱式周期表。他们设计了两个同轴圆柱。主族元素位于外圆柱上，而副族元素则位于内圆柱上以示它们是过渡元素。

除了在圆柱底部标记族数外，周期表还在竖直方向以原子量作标尺，这样不仅可在图上显示元素的周期和族数，还可把各元素的同位素也一并列出。他们就将当时已知的放射性同位素也在图中列出。元素周期表的形式不下百种，其中有些还把原子容积、能级、电负性等性质融入周期表的。

以至于在2023年，诺贝尔化学奖授予“量子点的发现与合成”的时候，也有人说元素周期表从此拥有第三个维度。这恐怕也是除了原子核外电子层数以及外层电子数之外，把纳米的尺度也考虑到元素性质的一种说法。而实际上，我们可以看到，元素周期表的维度何止3个！

2023年荣获诺贝尔化学奖的Moungi G. Bawendi、Louis E. Brus和Alexei I. Ekimov（来源：诺贝尔奖官网）

在所有这些“版本”的元素周期表中，由丹麦化学家朱利叶斯·汤姆森在1885年提出的，并被玻尔于1920年代初优化的塔式元素周期表曾经取得了不错的成果。

02 玻尔的周期表——72号元素的争夺战

自从玻尔在1913年提出原子结构理论以后，就一直有解释元素周期系的理想。

塔式元素周期表（来源：参考文献【3】）

第72号元素的发现，是玻尔元素周期系理论取得成功的一个著名例子。1911年法国科学家乌尔班宣布发现了第72号元素，认为其属于稀土元素，并给它起名为“锯”（Celtium）。

1922年5月，法国人道维列宣布了更加“可靠”的结果，据说从样品中找到了极其微弱的谱线，可以证明这两条谱线是来自于稀土元素的“锯”。乌尔班在一篇文章中得意地宣称：“锯已经结论性地在化学元素中赢得了自己的地位。”

玻尔的老师卢瑟福在《自然》杂志上发表了一篇短文，承认了乌尔班等人的结果。

乌尔班和道维列把第72号元素当成是稀土元素，并且在稀土中寻找它。这和玻尔的元素周期系理论相矛盾，按照玻尔的理论，第72号元素应该和第40号元素锆核外电子排列相似，所以具有相似的化学性质，并不属于稀土元素。

同时，道维列的工作也引起了其他人的质疑，有人说根本没有看到锯的谱线。道维列给出了让人无语的回答：“是的，这是可能的，因为今天不是一个晴天！”不久后，事件就迎来了反转。瑞典化学家赫维西和荷兰物理学家科斯特在挪威和格陵兰所产的锆石中发现了真正的第72号元素，并命名为铪（hafnium），从而证实了玻尔的看法。

后来，科斯特等人又进行了艰苦的工作，直至分离出了第72号元素。正如玻尔所指出的，第72号元素之所以迟迟未被发现，不是因为它在某些样品中含量太少，而是由于它在性质上和锆元素太相似。

作为权威仲裁人的卢瑟福，很快又承认了科斯特等人的优先权，这场关于72号元素的争夺战才告结束。

03 新元素的命名——竞争与规则

72号元素的故事，只是元素发现与命名史的一个缩影。尽管1947年在伦敦举行的国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）会议，初步规定了元素的命名应该遵循的规则。但有时候，这样的竞争竟然会上升到国家的层面。

在1960年代，美国和苏联分别发现了104号元素。由于双方发现的先后次序不清，两国科学家对其命名产生了争议；直到1997年IUPAC才将其命名为（rutherfordium）。

到现在，新元素的确认和命名已经有了一套相对严谨的流程。大致如下：

首先需要确认发现实验室的优先权。IUPAC与国际理论和应用物理学联合会（IUPA）会组成联合工作组（JWP），要求实验室给出发现元素的相关支持文件，并对这些文件包含的数据进行审查。

这是一个慎重的过程。例如，在审查第110号元素时，JWP对德国Hofmann等人的数据认为是令人放心的，由此评估：元素110已被此次合作发现。而对美国实验室的数据，JWP评论认为尚不能满足要求。

审核完优先权之后，JWP会告知发现者和IUPAC无机化学部门。在收到JWP的报告后两个月内IUPAC无机部门将邀请发现者提出一个名称和符号供考虑。提案必须附上选择的理由。元素的名称一般取自神话概念或人物（包括天文物体）， 矿物或类似物质，一个地方或地理区域，元素的属性，科学家等。 举例来说， 105 号元素为 dubnium，化学符号为 Db（）是以俄罗斯杜布纳联合核研究所 Dubna 为该元素命名。106 号元素为 seaborgium，化学符号为 Sg （），这是以化学家格伦·西博格( Seaborg G．T．) 的名字来命名的。107号元素为 bohrium，化学符号为Bh（），这是玻尔的名字来命名的。

无机化学部门会检查提议的名称和符号的适用性，如果满意，将会把临时建议书发送给15名专家、其他相关委员会的官员、跨部门委员会，并把信息发布在IUPAC网站上供感兴趣的个人查阅；还将征求IUPAP的意见。如果出现异议，无机化学部门将与相关实验室将想办法去更改或替代原有名称。

当这些流程完成后，新元素名称的最终建议，将由《纯粹与应用化学》的联合出版。

由此可见，我们朗朗上口的元素周期表口诀，背后经历了多少科学家的艰辛、劳苦和汗水，正是这种精神，推动着人类探索化学世界的步伐不断前进！

参考文献

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