元素周期表会永远持续下去吗？有可能被新的发现推翻吗？

鲁超，赛先生

截至 2009 年，奥格涅斯扬领导多方团队发现了 117 号元素“钅田”（一说石田），元素周期表的第七周期已经全部被填补完整，共有 118 枚元素。

第七周期就是元素周期表的终结吗？元素周期表会不会有个尽头呢？

一、玻尔模型

根据玻尔模型，1s 轨道电子的速度公式如下：

也就是说，如果原子序数超过 137，1s 轨道电子的速度就要超光速了。这显然不可能，所以很多人认为 137 号元素就是元素周期表的终点，这个数字恰好是精细结构常数的倒数。有传言，费曼就持这个观点，他还因此把 137 号元素命名为：femanmanium。

二、狄拉克海

玻尔模型没有考虑 1s 电子的相对论效应，如要考虑，则必须请出狄拉克方程。根据狄拉克方程的预言，真空并不空，而是一片“狄拉克海”。

这是根据狄拉克方程的电子基态能量：

当 Z>173 时，将出现非常奇怪的现象。如果距离原子核最近的 1s 亚层没有电子的话，原子核的电场将从真空里抓出一个电子填进 1s 亚层，同时自发辐射出一个正电子。

从下面这个能量图上，可以看出，当 Z>173 时，1s 电子的能级就低于 -mc2 了，好像潜水了一样。

有人认为 Z>173 的元素不会存在，其实不然。

Z>173 元素的原子被称为“超临界原子”，原子核周围的强场被限制在一个非常小的空间内，由于 1s 亚层的能级已经潜入真空的最低能量之下，泡利不相容原理会禁止进一步自发地产生电子对。

总之，科学家们认为超临界原子的电子结构并不是什么瓶颈，所以元素周期表的终点可能更加取决于原子核的稳定性，而不是电子壳层的稳定性。

是啊，到了第七周期的尾部，元素的半衰期越来越短，115 号元素“钅莫”以后，已发现的最稳定同位素的半衰期没有超过 1 秒的，118 号元素“奥气”的最稳定同位素 Og294 的半衰期只有 0.69 毫秒。按照这个规律，更重的元素半衰期将更短，瞬间就会发生衰变。那么，再往下去寻找新元素，还有意义吗？

三、稳定岛理论

从梅耶女士提出幻数理论之后，物理学家们开始不断深入到原子核的内部，西博格在此基础上提出了稳定岛理论，拥有某些“幻数”的质子数和中子数的核素可能会更加稳定。

稳定岛理论预言，126、138、154 和 164 等号元素都可能是比较稳定的元素，但这也仅仅是预言而已。

关于“幻数理论”和“稳定岛理论”，请参阅下面的帖子。

四、小结一下各位专家的声音：

Richard Feynman：137

Yogendra Gambhir：146

Pekka Pyykkö：172

Albert Khazan：155

Walter Greiner：没有最高的

总结一下：

1，到目前为止，还没有一个最有说服力的理论能完全回答这个问题：元素周期表有没有终结点。

2，到目前为止，人类发现的最高原子序数的元素就是 118 号元素“奥气”。

3，IUPAC 定义，一种元素只有它的半衰期大于 10^-14 秒，才可以被认为是一种元素。因为如果半衰期更短，就没有足够时间形成电子云。

4，不管怎样，“元素周期表有没有终结点”这是一个好问题，指引着我们去理解电子壳层甚至原子核内部的奥秘。

前 118 号元素的故事都已经记录在我的专栏里，欢迎大家互相学习交流。

已出书，好物推荐一下

参考：