複製鏈接
請複製以下鏈接發送給好友

擴展元素週期表

鎖定
擴展元素週期表最初西博格(美國已故核化學家,獲1951年諾貝爾化學獎。)於1969年所提出。這是個從正規的元素週期表所延伸來囊括尚未發現的元素的表格。所有未發現的元素都由IUPAC元素系統命名法作基礎命名,直到這個元素被發現、確實,並正式命名為止。
中文名
擴展元素週期表
外文名
Extended periodic table
所屬學科
化學
創造者
西博格
創造時間
1969年
包含元素
218個
命名法
IUPAC元素系統命名法

擴展元素週期表擴展説明

元素週期表中有七個週期,並以118號元素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週期,甚至第九週期。這額外的週期預期將會比第七週期容納更多的元素,因為經過計算新的g區將會出現。g區將容納18個元素,各週期中均存在部分填滿的g原子軌道。這種擁有八個週期的元素表最初由格倫·西奧多·西博格於1969年提出。 [2] 
第八或以上週期的元素未曾被合成或於自然發現。(2008年4月,有人宣稱發現122號元素Ubb存在於自然界中,但此被廣泛認為是錯誤的。) [3]  g區內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。此區域內的元素很可能高度不穩定,並具有放射性,且半衰期極短。然而穩定島理論預測126號元素Ubh會在穩定島內,不會有核裂變,但會有α衰變。而穩定島以外還能存在多少物理上可能的元素至今仍沒有結論。
根據量子力學對於原子結構解釋的軌道近似法,g區會對應不完全填滿的g軌道。不過,自旋-軌道作用會削弱軌道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。
g區在元素週期表中的位置(位於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於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,軌道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。第八週期的元素軌道預測會以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軌道,而把8p軌道留空。

擴展元素週期表元素週期表

包括g區的元素週期表有多個學者提出的多個模型,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·弗裏克模型(1973年)、Nefedov模型(2006年)和佩卡·皮寇模型(2010年)。

擴展元素週期表格倫·西奧多·西博格模型

1969年,格倫·西奧多·西博格根據構造原理提出了提出擴展元素週期表的概念:
格倫·西奧多·西博格 格倫·西奧多·西博格

擴展元素週期表布克哈德·弗裏克模型

1973年布克哈德·弗裏克(Burkhard Fricke)使用相對論性Hartree-Fock-Slater程序計算提出了另一種擴展元素週期表:
布克哈德·弗裏克 布克哈德·弗裏克
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區在元素週期表中的位置(位於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於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,軌道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。第八週期的元素軌道預測會以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軌道,而把8p軌道留空。
而布克哈德·弗裏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。

擴展元素週期表佩卡·皮寇模型

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(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軌道,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軌道和整個第8週期。
佩卡·皮寇 佩卡·皮寇

擴展元素週期表Nefedov模型

Nefedov在2006年也提出了一套模型。
Nefedov Nefedov

擴展元素週期表電子排布

電子排布
電子排布 電子排布

擴展元素週期表週期表的終結

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,因此電中性原子的原子序最大可達到173(Ust) [4]  ;缺少部分或全部核外電子的原子核則有可能達到更重的水平,但這樣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(en:Nuclear shell model)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體顯示。)不過,週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線中子滴線的限制。

擴展元素週期表玻爾模型的崩潰

理查德·費曼指出,根據玻爾模型,原子序大於137的元素,其內層軌道可能電子無法穩定存在,因為在1s原子軌道中的電子的速度v計算如下:
公式 公式
當中Z是原子序,α是描述電磁力強度的精細結構常數。 [1]  如此一來,任何原子序高於137的元素的1s軌道電子將會以高於光速c運行,物理上不可能。因此任何不建基於相對論的理論(如玻爾模型)不足以處理這種計算。
而若將其結果轉換成動量:
公式 公式
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着Uts會是元素週期表上的最後一個元素。

擴展元素週期表狄拉克方程式

相對論的狄拉克方程式可以計算出原子基態能量:
公式 公式
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。
在原子序數大於137時也會發生問題,因為基態能級為:
公式 公式
當中m0是電子的靜質量。而當原子序大於137,狄拉克基態的波函數是震盪的,而不是固定的,並且正能譜與負能譜之間沒有間隙,正如克萊因悖論所言。理查德·費曼(Richard Feynman)指出這個效應,因此137號元素(Uts)有時也被稱為feynmanium
當前考慮到核電荷分佈之有限延伸的計算,結果約等於173(unseptrium),非離子原子所屬的元素可能僅限於等於或低於這個結果。
參考資料