第117号元素原子核。
铝原子的简单电子壳。
早期的人造元素都是利用较轻原子轰击较重原子生成的。但是,德国重离子研究实验室则找到了另一种方式,即利用聚合两种中等大小的原子核,比如利用锌、镍和铬离子轰击铅和铋。通过这样的方式,德国重离子研究实验室发现了第108号元素,并将其命名为??。近年来,新元素的生成则很少靠单打独斗,更多则是联合研究的成果。比如此次发现的四种新元素,既有美国人的功劳,也有俄罗斯和德国人的贡献。国际纯粹与应用化学联合会表示,最早确信发现第117号元素和第115号元素的人包括俄罗斯杜布纳联合核研究所、美国橡树岭国家实验室以及劳伦斯利福摩尔国家实验室等几家单位,他们的成果来自于2010年到2012年间的各项实验。杜布纳联合核研究所和劳伦斯利福摩尔国家实验室于2006年开始合作,并成功发现了第118号元素。
当然,这些成果并非是毫无争议的。俄罗斯人一直对将第113号元素认定由日本人发明而耿耿于怀。第113号元素被国际纯粹与应用化学联合会确认为由日本理化学研究所旗下仁科加速器研究中心的超重元素研究小组“森田研究小组”发现。俄罗斯人认为,杜布纳联合核研究所最早于2003年就已首次利用钙轰击镅,而日本人的实验则是在一年后,日本人是利用锌离子轰击铋。
铬原子的复杂电子壳。
带负电荷的电子。
所有这些争议的核心是,究竟什么才算是真正有说服力的结果。国际纯粹与应用化学联合会的专家决定了这一结果,但这种决定毕竟很主观。这些元素是通过对它们的放射性衰变特点进行检测的。每一种同位素拥有不同的衰变过程,每一种同位素分别以自己的速度进行衰变,以半衰期进行测量。由于这种微弱的信号必须在与其它原子核聚合过程中进行探测,因此确定哪一家声明更有说服力并不容易。
考虑到这些难点,我们似乎已经看到了原子大小的上限。但是,我们还是有很好的理由进入周期表的第八行。开启元素周期表第八行确实令人振奋,因为这将意味着我们不再像以往那样生成原子。原子中的电子是以电子壳的形式排列的,每一层电子壳拥有特定的电子数量,正是这些电子壳决定了原子的行为方式以及周期表的形状。第一层壳通常容纳2个电子,氢原子有1个,氦有2个。第二层壳可以容纳8个电子。这就是为什么周期表的第二行有8个成员。更高层的电子壳拥有更多的电子。
新发现的四种新元素是元素周期表第七行的最后成员。如果我们能够发现第119号元素,它将是第八行首个成员,因此这种元素第八层壳的电子数为1个。不过,这种极端的元素可能会打破现有周期表的组织规则。每一列的元素拥有相似的特性, 这是因为它们的最外层电子壳以同样的方式排列。比如,最左侧一列的元素都是活性金属,在它们的外层壳只有一个电子。这是一种不稳定状态,原子有可能失去自己唯一的电子。相反,最右侧一列外层壳电子满员,这就意味着它们是很难发生化学反应的,因此它们被称为惰性气体。