扩展元素周期表

目前的元素周期表中有七個周期，並以118號元素鿫（Og）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。這些額外的周期預期將會比第七周期容納更多的元素，因為經過計算新的g區將會出現，第八及第九週期將在32個元素的基礎上額外包含18個g區元素，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。 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，有人宣稱在自然界中發現122號元素Ubb，但該報告被廣泛認為是錯誤的。）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為Unbiunium，符號Ubu。此區域内的元素很可能具有放射性，並且高度不穩定，半衰期極短。然而稳定岛理论預測位於126號元素Ubh附近的元素將處於穩定島内，不會有自發分裂，但會發生α衰變，且這些元素的部分同位素可能具有相對極長的半衰期。而穩定島之後還能存在多少物理上可能的元素至今仍沒有定論。 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。 包括g區的元素周期表有多個學著提出的多個模型，下面列出較知名的幾種，分別為格倫·西奧多·西博格模型（1969年）、布克哈德·弗里克模型（1973年）、Nefedov模型（2006年）和佩卡·皮寇模型（2010年）。 1969年，格倫·西奧多·西博格根據構造原理提出了提出扩展元素周期表的概念： 元素分区 1973年布克哈德·弗里克（Burkhard Fricke）使用相對論性Hartree-Fock-Slater程序計算提出了另一種扩展元素周期表： 元素分区 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。 而布克哈德·弗里克模型的預測最高可以推廣到184號元素在週期表上的位置。 並非所有模型都按照較輕元素的趨勢排列超重元素。例如佩卡·皮寇（英语：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。 Nefedov在2006年也提出了一套模型。 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（Ust）；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；核殼層模型則限制離子狀態的元素最大至210號。（這類元素在上表以灰色底色及斜体顯示。）不過，有研究認為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，代表元素的數目將為大約126個。 另外，元素表及核素表的擴展也受質子滴綫和中子滴綫的限制。 理查德·費曼指出，根據玻爾模型，原子序大於137的元素，其內層軌域可能電子無法穩定存在，因爲在1s原子軌域中的電子的速度v計算如下： v = Z α c ≈ Z c 137.036 {\displaystyle v=Z\alpha c\approx {\frac {Zc}{137.036}}} 當中Z是原子序，α是描述電磁力強度的精細結構常數。在這個計算中，任何原子序高於137的元素的1s軌域電子速度計算結果會比光速c還大，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。 而若將其結果轉換成動量： p = m v 1 − v 2 / c 2 {\displaystyle p={\frac {mv}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}} 對於任意高的p，我們可以找到滿足該等式的v < c。且電子的速度與原子核存在與否無關，因此此計算矛盾並不意味著Uts會是元素週期表上的最後一個元素。 相對論的狄拉克方程可以計算出原子的基態能量： E = m c 2 1 + Z 2 α 2 n − ( j + 1 / 2 ) + ( j + 1 / 2 ) 2 − Z 2 α 2 , {\displaystyle E={\frac {mc^{2}}{\sqrt {1+{\frac {Z^{2}\alpha ^{2}}{n-(j+1/2)+{\sqrt {(j+1/2)^{2}-Z^{2}\alpha ^{2}}}}}}}},} 其中，m為電子靜止質量、c為光速、z為質子數、α為精細結構常數。 以m0表示電子的靜質量，則其基態能量為： E = m 0 c 2 1 − Z 2 α 2 ≈ m 0 c 2 1 − ( Z 137.036 ) 2 {\displaystyle E=m_{0}c^{2}{\sqrt {1-Z^{2}\alpha ^{2}}}\approx m_{0}c^{2}{\sqrt {1-({Z \over 137.036})^{2}}}} 當質子數為138或更大時，根號中將會出現負值，導致其值不是實數，因而導致狄拉克基態的波函數是震蕩的，並且正能譜與負能譜之間沒有間隙，正如克萊因悖論（英语：Klein paradox）所言。 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。 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，銅便是其中的例外。 An Early History of LBNL by Dr. Glenn T. Seaborg. [2009-10-28]. （原始内容存档于2009-08-13）.  Heaviest element claim criticised. rsc.org. [2018-10-27]. （原始内容存档于2016-03-04）.  Fricke, B.; Greiner, W.; Waber, J. T. The continuation of the periodic table up to Z = 172. The chemistry of superheavy elements. Theoretica Chimica Acta. 1971-09-XX, 21 (3): 235–260. ISSN 0040-5744. doi:10.1007/BF01172015 （英语）.  请检查|date=中的日期值 (帮助) Schwerdtfeger, Peter; Pyykkö, Pekka. [Abteilungsexemplar] Relativistic electronic structure theory: : (dedicated to Pekka Pyykkö on the occation of his 60th birthday). Theoretical and computational chemistry 1. ed. Amsterdam [u.a.]: Elsevier. 2002 [2021-04-25]. ISBN 978-0-444-51249-9. （原始内容存档于2021-04-26） （英语）.  引文格式1维护：冗余文本 (link) Fricke, B.; Greiner, W.; Waber, J. T. The continuation of the periodic table up to Z = 172. The chemistry of superheavy elements. Theoretica Chimica Acta. 1971-09-XX, 21 (3): 235–260. ISSN 0040-5744. doi:10.1007/BF01172015 （英语）.  请检查|date=中的日期值 (帮助) Nefedov, V. I.; Trzhaskovskaya, M. B.; Yarzhemskii, V. G. Electronic configurations and the periodic table for superheavy elements. Doklady Physical Chemistry. 2006-06-XX, 408 (2): 149–151. ISSN 0012-5016. doi:10.1134/S0012501606060029 （英语）.  请检查|date=中的日期值 (帮助) Hoffman, Darleane C.; Lee, Diana M.; Pershina, Valeria. Transactinides and the future elements. Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (编). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements 3rd. Dordrecht, The Netherlands: Springer Science+Business Media. 2006. ISBN 1-4020-3555-1.  Fricke, Burkhard. Superheavy elements a prediction of their chemical and physical properties. Recent Impact of Physics on Inorganic Chemistry 21. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. 1975: 89–144. ISBN 978-3-540-07109-9. doi:10.1007/bfb0116498 （英语）.  Fricke, B.; Soff, G. Dirac-Fock-Slater calculations for the elements Z = 100, fermium, to Z = 173. Atomic Data and Nuclear Data Tables. 1977-01-XX, 19 (1): 83–95 [2021-04-25]. Bibcode:1977ADNDT..19...83F. doi:10.1016/0092-640X(77)90010-9. （原始内容存档于2020-07-27） （英语）.  请检查|date=中的日期值 (帮助) 存档副本 (PDF). [2018-09-06]. （原始内容 (PDF)存档于2016-10-13）.  Reinhardt, Joachim; Greiner, Walter. Probing Supercritical Fields with Real and with Artificial Nuclei. Greiner, Walter (编). Nuclear Physics: Present and Future. Cham: Springer International Publishing. 2015: 195–210. ISBN 978-3-319-10198-9. doi:10.1007/978-3-319-10199-6_19 （英语）.  Marrus, Richard. Physics of Highly-Ionized Atoms. Springer Science & Business Media. 2012-12-06: 42-43 [2018-09-08]. ISBN 978-1-4613-0833-1. （原始内容存档于2021-04-28） （英语）.  Penneman, R. A.; Mann, J. B.; Jørgensen, C. K. Speculations on the chemistry of superheavy elements such as Z = 164. Chemical Physics Letters. February 1971, 8 (4): 321–326. Bibcode:1971CPL.....8..321P. doi:10.1016/0009-2614(71)80054-4.  Greiner, Walter; Schramm, Stefan. Resource Letter QEDV-1: The QED vacuum. American Journal of Physics. 2008-06-XX, 76 (6): 509–518 [2021-04-25]. ISSN 0002-9505. doi:10.1119/1.2820395. （原始内容存档于2021-05-12） （英语）.  请检查|date=中的日期值 (帮助) Extension of the periodic table. britannica.com. [2018-09-06]. （原始内容存档于2018-09-06）.  transuranium element - Definition & Examples. [2018-10-27]. （原始内容存档于2010-11-30）.  Ćwiok, S.; Heenen, P.-H.; Nazarewicz, W. Shape coexistence and triaxiality in the superheavy nuclei. Nature. 2005-02-XX, 433 (7027): 705–709 [2021-04-25]. ISSN 0028-0836. doi:10.1038/nature03336. （原始内容存档于2021-04-15） （英语）.  请检查|date=中的日期值 (帮助) Philip Ball. how many more chemical elements are there for us to find?. BBC. 2016-01-15 [2017-07-18]. （原始内容存档于2021-08-16）.  Eisberg, R.; Resnick, R.; Sullivan, Jeremiah D. Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles. Physics Today. 1975-12-XX, 28 (12): 51–52 [2021-04-25]. ISSN 0031-9228. doi:10.1063/1.3069243. （原始内容存档于2017-12-21） （英语）.  请检查|date=中的日期值 (帮助) When Will We Reach the End of the Periodic Table?. smithsonian. [2017-07-18]. （原始内容存档于2022-03-24）.  Sam Kean. ununseptium ugly name beautiful element. slate.com. 2010-08-09 [2017-07-18]. （原始内容存档于2021-06-14）. Einstein's theory of relativity says nothing can go faster than light. If you do the math, electrons could suddenly violate the laws of relativity around element 137, untriseptium  Okun, Lev B. The Concept of Mass. Physics Today（英语：Physics Today）. 1989-06-XX, 42 (6): 31–36 [2021-04-25]. Bibcode:1989PhT....42f..31O. ISSN 0031-9228. doi:10.1063/1.881171. （原始内容存档于2021-05-05） （英语）.  请检查|date=中的日期值 (帮助) 引用错误：没有为名为rsc的参考文献提供内容 Greiner, Walter. Relativistic Quantum Mechanics. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. 1995. ISBN 978-3-540-99535-7. doi:10.1007/978-3-642-88082-7 （英语）.  http://www.springerlink.com/content/j303171428652143/ [永久失效連結] g-軌域的圖像. 肯塔基大学. [2009-10-28]. （原始内容存档于2021-02-11）.  元素的扩展元素周期表 （页面存档备份，存于互联网档案馆） 化学主题 元素周期表 电子排布 核殼層模型 同位素列表 未發現元素列表