從“金木水火土”談起 解讀元素周期表是怎樣“煉”成的

據《科技日報》報道，今年3月，一個由日本理化學研究所、中國科學院蘭州近代物理研究所及德國重離子核科學研究所等組成的國際研究小組，利用重離子直線加速器（RILAC），成功合成了超重元素原子序數116號的（?立）同位素292Lv和293Lv，人們對於元素的探索又邁出了重要一步。一時間關於元素周期表的探討成為人們關注的焦點，人類對元素的分類歷經了怎樣的歷程？元素周期表是怎麼來的？新聞中的超重元素又是什麼概念？

元素分類的探索

人類對於元素進行分類由來已久，最早可以追溯到上古時代我國的“五行”學說——將元素分為金木水火土五大類。北京師范大學化學學院劉正平教授在接受人民網的採訪時介紹，18世紀人們把元素分為金屬、非金屬、氣體和土質四大類，根據原子量來研究元素的方法則始於19世紀初。1829年，德國化學家德貝萊納提出了“三元素組”，1864年，邁爾發表了《六元素表》，將表中各元素按原子量排列成序。1865年，紐蘭茲又提出一個叫做“八音律”的理論，他把元素按原子量遞增的順序進行排列，發現第八種元素的性質和第一種元素的性質幾乎一致。這種像音樂中八度音似的“八音律”，進一步揭示了元素的性質和元素原子量之間的密切聯系。化學歷史發展至此，人類已經掌握根據原子量來研究元素的規律，但還未有重大突破。

元素周期表的誕生

如果你翻開一本《新華字典》，佔據最后一頁的就是元素周期表了。它是什麼時候登上歷史舞台的呢？據新華網報道，1869年俄國化學家門捷列夫依照原子量大小對當時已知的63種元素依次排列，並編制了化學元素周期表。劉正平教授說：“當時年僅35歲的門捷列夫，明確提出了——‘元素的性質隨原子量的增加，呈周期性的變化’這一規律，並把這個規律命名為‘元素周期律’。接著，他又把元素將原子量由小到大分成幾個周期，並把原子量大的那一周期重疊在原子量小的周期下面。這樣性質相似的元素就落在同一縱行裡，制成了‘元素周期表’。”

在耶路撒冷希伯來大學，一名兒童進行化學實驗。（尹棟遜/新華社）

元素周期表的發明有重大的意義。中學一級教師、北京市第四十一中學化學老師王玲表示，元素周期表在哲學、自然科學、生產實踐各方面都有重要意義，它為合成新元素、預測新元素的結構和性質提供了線索。

迄今為止所有超重元素都是人工合成的

文章一開始提到的元素是超重元素，那究竟什麼樣的元素才是超重元素呢？據新華網介紹，元素周期表序號104號及以后的元素被稱為超重元素，迄今為止所有的超重元素均為人工合成的。中學一級教師、北京市第四十一中學物理老師楊靜介紹，將兩個預先選擇好的原子核結合到一起，讓它們加起來正好能包含你所希望制造的超重元素質子數，這就是制造超重元素的基本理論。例如，為了制造含有115個質子的新元素“moscovium”，科學家們就把鈣（20個質子）與?（95個質子）結合到了一起。當然，實際操作的過程遠比描述的要復雜許多。（郭秀芹）

本文由北京師范大學化學學院劉正平教授進行科學性把關。