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扩展元素周期表本文重定向自 Utp

目前的元素周期表中有七个周期,并以118号元素(Og)终结。如果有更高原子序数的元素被发现,则它将会被置于第八周期、甚至第九周期。这额外的周期预期将会比第七周期容纳更多的元素,因为经过计算新的g区将会出现。g区将容纳18个元素,各周期中均存在部分填满的g原子轨道。这种拥有八个周期的元素表最初由格伦·西奥多·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发现。(2008年4月,有人宣称发现122号元素Ubb存在于自然界中,但此被广泛认为是错误的。)g区内第一个元素的原子序数应该为121(Ubu)。根据IUPAC元素系统命名法命名为Unbiunium,符号Ubu。此区域内的元素很可能高度不稳定,并具有放射性,且半衰期极短。然而稳定岛理论预测126号元素Ubh会在稳定岛内,不会有核裂变,但会有α衰变。而稳定岛以外还能存在多少物理上可能的元素至今仍没有结论。

根据量子力学对于原子结构解释的轨道近似法,g区会对应不完全填满的g轨道。不过,自旋-轨道作用会削弱轨道近似法所得结果的正确性,这可能会发生在较大原子序的元素上。

包括g区的元素周期表

包括g区的元素周期表有多个学着提出的多个模型,下面列出较知名的几种,分别为格伦·西奥多·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)。

格伦·西奥多·西博格模型

1969年,格伦·西奥多·西博格根据构造原理提出了提出扩展元素周期表的概念:

格伦·西奥多·西博格模型
(超重元素不一定依下表的次序排列)
1 1
H
2
He
2 3
Li
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Bne
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Bup
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Bus
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Buo

布克哈德·弗里克模型

1973年布克哈德·弗里克(Burkhard Fricke)使用相对论性Hartree-Fock-Slater程序计算提出了另一种扩展元素周期表:

布克哈德·弗里克模型
(超重元素不一定依下表的次序排列)
1 1
H
2
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2 3
Li
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5
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以上所有理论上存在但并未发现的元素均根据IUPAC元素系统命名法命名,而该名将会一直沿用直到这个元素被发现、证实,并被赋予正式名称。

g区在元素周期表中的位置(位于f区的左边、右边或中间)仍然是不肯定的。上表所示的位置是建于构造原理在更高原子序的元素还成立的前提上,但这假设不一定正确。对于118号元素,轨道1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p、4d、4f、5s、5p、5d、5f、6s、6p、6d、7s及7p应会被占据,其余则为空。第八周期的元素轨道预测会以8s5g6f7d8p的顺序填满。然而,从大约122号元素开始,电子层间过于接近,使计算电子的位置时发生问题。例如,经过计算,165号及166号元素(如果存在)会占据9s轨道,而把8p轨道留空。

而布克哈德·弗里克模型的预测最高可以推广到184号元素在周期表上的位置。

佩卡·皮寇模型

并非所有模型都按照较轻元素的趋势排列超重元素。例如佩卡·皮寇英语Pekka Pyykkö利用电脑模型计算出原子序直到Z=172的元素的位置,并发现有若干元素不在构造原理预期的位置。5g区后,他的计算预测元素139及140会占据8p轨道,元素141开始才再继续占据6f区。元素165至168可能在第9周期(9s和9p),之后的元素169至172再填满8p轨道和整个第8周期。

佩卡·皮寇模型不按构造原理排列的元素以粗体显示。
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Nefedov模型

Nefedov在2006年也提出了一套模型。

Nefedov模型
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Th
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Pa
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U
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Cm
97
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Es
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Fm
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Md
102
No
103
Lr
104
Rf
105
Db
106
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Bh
108
Hs
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Mt
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Ds
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Rg
112
Cn
113
Nh
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115
Mc
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Lv
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电子排布

化学元素 预测电子排布
118 Og 稀有气体 [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p6
119 Uue Ununennium 碱金属 [Og] 8s1
120 Ubn Unbinilium 碱土金属 [Og] 8s2
121 Ubu Unbiunium 超锕系元素 [Og] 8s2 8p1
1/2
122 Ubb Unbibium 超锕系元素 [Og] 7d1 8s2 8p1
1/2
123 Ubt Unbitrium 超锕系元素 [Og] 6f2 8s2 8p1
1/2
124 Ubq Unbiquadium 超锕系元素 [Og] 6f3 8s2 8p1
1/2
125 Ubp Unbipentium 超锕系元素 [Og] 5g1 6f2 8s2 8p2
1/2
126 Ubh Unbihexium 超锕系元素 [Og] 5g2 6f3 8s2 8p1
1/2
127 Ubs Unbiseptium 超锕系元素 [Og] 5g3 6f2 8s2 8p2
1/2
128 Ubo Unbioctium 超锕系元素 [Og] 5g4 6f2 8s2 8p2
1/2
129 Ube Unbiennium 超锕系元素 [Og] 5g4 6f3 7d1 8s2 8p1
1/2
130 Utn Untrinilium 超锕系元素 [Og] 5g5 6f3 7d1 8s2 8p1
1/2
131 Utu Untriunium 超锕系元素 [Og] 5g6 6f3 8s2 8p2
1/2
132 Utb Untribium 超锕系元素 [Og] 5g7 6f3 8s2 8p2
1/2
133 Utt Untritrium 超锕系元素 [Og] 5g8 6f3 8s2 8p2
1/2
134 Utq Untriquadium 超锕系元素 [Og] 5g8 6f4 8s2 8p2
1/2
135 Utp Untripentium 超锕系元素 [Og] 5g9 6f4 8s2 8p2
1/2
136 Uth Untrihexium 超锕系元素 [Og] 5g10 6f4 8s2 8p2
1/2
137 Uts Untriseptium 超锕系元素 [Og] 5g11 6f4 8s2 8p2
1/2
138 Uto Untrioctium 超锕系元素 [Og] 5g12 6f3 7d1 8s2 8p2
1/2
139 Ute Untriennium 超锕系元素 [Og] 5g13 6f2 7d2 8s2 8p2
1/2
140 Uqn Unquadnilium 超锕系元素 [Og] 5g14 6f3 7d1 8s2 8p2
1/2
141 Uqu Unquadunium 超锕系元素 [Og] 5g15 6f2 7d2 8s2 8p2
1/2
142 Uqb Unquadbium 超锕系元素 [Og] 5g16 6f2 7d2 8s2 8p2
1/2
143 Uqt Unquadtrium 超锕系元素 [Og] 5g17 6f2 7d2 8s2 8p2
1/2
144 Uqq Unquadquadium 超锕系元素 [Og] 5g17 6f2 7d3 8s2 8p2
1/2
145 Uqp Unquadpentium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f3 7d2 8s2 8p2
1/2
146 Uqh Unquadhexium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f4 7d2 8s2 8p2
1/2
147 Uqs Unquadseptium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f5 7d2 8s2 8p2
1/2
148 Uqo Unquadoctium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f6 7d2 8s2 8p2
1/2
149 Uqe Unquadennium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f6 7d3 8s2 8p2
1/2
150 Upn Unpentnilium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f7 7d3 8s2 8p2
1/2
151 Upu Unpentunium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f8 7d3 8s2 8p2
1/2
152 Upb Unpentbium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f9 7d3 8s2 8p2
1/2
153 Upt Unpenttrium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f10 7d3 8s2 8p2
1/2
154 Upq Unpentquadium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f11 7d3 8s2 8p2
1/2
155 Upp Unpentpentium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f12 7d3 8s2 8p2
1/2
156 Uph Unpenthexium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f13 7d3 8s2 8p2
1/2
157 Ups Unpentseptium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f14 7d3 8s2 8p2
1/2
158 Upo Unpentoctium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d4 8s2 8p2
1/2
159 Upe Unpentennium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d4 8s2 8p2
1/2
9s1
160 Uhn Unhexnilium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d5 8s2 8p2
1/2
9s1
161 Uhu Unhexunium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d6 8s2 8p2
1/2
9s1
162 Uhb Unhexbium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d7 8s2 8p2
1/2
9s1
163 Uht Unhextrium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d8 8s2 8p2
1/2
9s1
164 Uhq Unhexquadium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d10 8s2 8p2
1/2
165 Uhp Unhexpentium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d10 8s2 8p2
1/2
9s1
166 Uhh Unhexhexium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d10 8s2 8p2
1/2
9s2
167 Uhs Unhexseptium 贫金属 [Og] 5g18 6f14 7d10 8s2 8p2
1/2
9s2 9p1
1/2
168 Uho Unhexoctium 贫金属 [Og] 5g18 6f14 7d10 8s2 8p2
1/2
9s2 9p2
1/2
169 Uhe Unhexennium 贫金属 [Og] 5g18 6f14 7d10 8s2 8p2
1/2
8p1
3/2
9s2 9p2
1/2
170 Usn Unseptnilium 贫金属 [Og] 5g18 6f14 7d10 8s2 8p2
1/2
8p2
3/2
9s2 9p2
1/2
171 Usu Unseptunium 卤素 [Og] 5g18 6f14 7d10 8s2 8p2
1/2
8p3
3/2
9s2 9p2
1/2
172 Usb Unseptbium 稀有气体 [Og] 5g18 6f14 7d10 8s2 8p2
1/2
8p4
3/2
9s2 9p2
1/2
173 Ust Unsepttrium 碱金属 [Usb] 6g1
184 Uoq Unoctquadium 超临界原子 [Usb] 6g5 7f4 8d3

Fricke模型

化学元素 预测电子排布
(根据Fricke)
[Og] = [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p6
119 Uue Ununennium 碱金属 [Og] 8s1
120 Ubn Unbinilium 碱土金属 [Og] 8s2
121 Ubu Unbiunium 超锕系元素 [Og] 8s2 8p1
1/2
122 Ubb Unbibium 超锕系元素 [Og] 7d1 8s2 8p1
1/2
123 Ubt Unbitrium 超锕系元素 [Og] 6f1 7d1 8s2 8p1
1/2
124 Ubq Unbiquadium 超锕系元素 [Og] 6f3 8s2 8p1
1/2
125 Ubp Unbipentium 超锕系元素 [Og] 5g1 6f3 8s2 8p1
1/2
126 Ubh Unbihexium 超锕系元素 [Og] 5g2 6f2 7d1 8s2 8p1
1/2
127 Ubs Unbiseptium 超锕系元素 [Og] 5g3 6f2 8s2 8p2
1/2
128 Ubo Unbioctium 超锕系元素 [Og] 5g4 6f2 8s2 8p2
1/2
129 Ube Unbiennium 超锕系元素 [Og] 5g5 6f2 8s2 8p2
1/2
130 Utn Untrinilium 超锕系元素 [Og] 5g6 6f2 8s2 8p2
1/2
131 Utu Untriunium 超锕系元素 [Og] 5g7 6f2 8s2 8p2
1/2
132 Utb Untribium 超锕系元素 [Og] 5g8 6f2 8s2 8p2
1/2
133 Utt Untritrium 超锕系元素 [Og] 5g8 6f3 8s2 8p2
1/2
134 Utq Untriquadium 超锕系元素 [Og] 5g8 6f4 8s2 8p2
1/2
135 Utp Untripentium 超锕系元素 [Og] 5g9 6f4 8s2 8p2
1/2
136 Uth Untrihexium 超锕系元素 [Og] 5g10 6f4 8s2 8p2
1/2
137 Uts Untriseptium 超锕系元素 [Og] 5g11 6f3 7d1 8s2 8p2
1/2
138 Uto Untrioctium 超锕系元素 [Og] 5g12 6f3 7d1 8s2 8p2
1/2
139 Ute Untriennium 超锕系元素 [Og] 5g13 6f2 7d2 8s2 8p2
1/2
140 Uqn Unquadnilium 超锕系元素 [Og] 5g14 6f3 7d1 8s2 8p2
1/2
141 Uqu Unquadunium 超锕系元素 [Og] 5g15 6f2 7d2 8s2 8p2
1/2
142 Uqb Unquadbium 超锕系元素 [Og] 5g16 6f2 7d2 8s2 8p2
1/2
143 Uqt Unquadtrium 超锕系元素 [Og] 5g17 6f2 7d2 8s2 8p2
1/2
144 Uqq Unquadquadium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f1 7d3 8s2 8p2
1/2
145 Uqp Unquadpentium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f3 7d2 8s2 8p2
1/2
146 Uqh Unquadhexium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f4 7d2 8s2 8p2
1/2
147 Uqs Unquadseptium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f5 7d2 8s2 8p2
1/2
148 Uqo Unquadoctium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f6 7d2 8s2 8p2
1/2
149 Uqe Unquadennium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f6 7d3 8s2 8p2
1/2
150 Upn Unpentnilium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f6 7d4 8s2 8p2
1/2
151 Upu Unpentunium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f8 7d3 8s2 8p2
1/2
152 Upb Unpentbium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f9 7d3 8s2 8p2
1/2
153 Upt Unpenttrium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f11 7d2 8s2 8p2
1/2
154 Upq Unpentquadium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f12 7d2 8s2 8p2
1/2
155 Upp Unpentpentium 超锕系元素 [Og] 5g18 6f13 7d2 8s2 8p2
1/2
156 Uph Unpenthexium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d2 8s2 8p2
1/2
157 Ups Unpentseptium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d3 8s2 8p2
1/2
158 Upo Unpentoctium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d4 8s2 8p2
1/2
159 Upe Unpentennium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d4 8s2 8p2
1/2
9s1
160 Uhn Unhexnilium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d5 8s2 8p2
1/2
9s1
161 Uhu Unhexunium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d6 8s2 8p2
1/2
9s1
162 Uhb Unhexbium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d8 8s2 8p2
1/2
163 Uht Unhextrium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d9 8s2 8p2
1/2
164 Uhq Unhexquadium 过渡金属 [Og] 5g18 6f14 7d10 8s2 8p2
1/2
165 Uhp Unhexpentium 碱金属 [Uhq] 9s1
166 Uhh Unhexhexium 碱土金属 [Uhq] 9s2
167 Uhs Unhexseptium 贫金属 [Uhq] 9s2 9p1
1/2
168 Uho Unhexoctium 贫金属 [Uhq] 9s2 9p2
1/2
169 Uhe Unhexennium 贫金属 [Uhq] 8p1
3/2
9s2 9p2
1/2
170 Usn Unseptnilium 贫金属 [Uhq] 8p2
3/2
9s2 9p2
1/2
171 Usu Unseptunium 卤素 [Uhq] 8p3
3/2
9s2 9p2
1/2
172 Usb Unseptbium 稀有气体 [Uhq] 8p4
3/2
9s2 9p2
1/2
173 Ust Unsepttrium 碱金属 [Usb] 6g1
184 Uoq Unoctquadium 超临界原子 [Usb] 6g5 7f4 8d3

周期表的终结

我们仍不知道存在多少物理上可能的元素。光速限制了电子在更大电子层中运行,因此电中性原子的原子序最大可达到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,但这样的原子核根据核外电子排布分区将变得无意义;核壳层模型则限制离子状态的元素最大至210号。(这类元素在上表以灰色底色及斜体显示。)不过,有研究认为周期表有可能在更早的地方就结束了,或许就在稳定岛之内,代表元素的数目将为大约126个。

另外,元素表及核素表的扩展也受质子滴线和中子滴线的限制。

玻尔模型

理查德·费曼指出,根据玻尔模型,原子序大于137的元素,其内层轨道可能电子无法稳定存在,因为在1s原子轨道中的电子的速度v计算如下:

当中Z原子序α是描述电磁力强度的精细结构常数。在这个计算中,任何原子序高于137的元素的1s轨道电子速度计算结果会比光速c还大,因此任何不建基于相对论的理论(如波尔模型)不足以处理这种计算。

而若将其结果转换成动量:

对于任意高的p,我们可以找到满足该等式的v < c。且电子的速度与原子核存在与否无关,因此此计算矛盾并不意味着Uts会是元素周期表上的最后一个元素。

相对论狄拉克方程

相对论的狄拉克方程可以计算出原子的基态能量:

其中,m为电子静止质量、c为光速、z为质子数、α为精细结构常数。

m0表示电子的静质量,则其基态能量为:

当质子数为138或更大时,根号中将会出现负值,导致其值不是实数,因而导致狄拉克基态的波函数是震荡的,并且正能谱与负能谱之间没有间隙,正如克莱因悖论英语Klein paradox所言。

注释

  1. ^ 譬如,位于g1列的元素可能在价电子层拥有刚好一颗电子(如名所示),但也可能有更多,甚至没有电子。
  2. ^ 诸如“g1”等标号根据马德隆规则推论,但此规则只是根据观测归纳出来,便是其中的例外。

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外部链接

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