重寫元素週期表，迫在眉睫還是天方夜譚？

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爲紀念俄國科學家門捷列夫（Dmitri Mendelev）發明元素週期表150週年，2019年被聯合國定爲元素週期表國際年。這張表有着讓人無法忽略之美，因此在衆多的文藝作品，如電影《星球大戰》，還有大衛鮑伊的歌中，都能看到向它致敬的內容。然而，除了美學意義，其作爲一種科學圖譜，是否在150年後，還能代表元素的特徵，並指導新元素的發現，是科學家們的心結和挑戰。

150多年前，在人們最開始研究化學元素的時候，運用的是一種叫“八度法”的法則，略曉音律的人都能看出這個法則與音高的規律不謀而合。沒錯，正如在鋼琴上，每到第八個鍵就開啓下一個循環，好像第一個音符某種特性還在，只是發生在新的階梯上，元素週期表也有異曲同工之處。由於元素這種奇妙的週期性，我們將它分成了不同的週期、主族、副族……比如稀有氣體的0族。

正如音符有各種排列方式產生美妙的音樂，元素似乎也有許多組合方式，究竟哪一種纔是最佳排序，長期以來，爭議從未停止過。有些化學家認爲其中一些元素應當調整順序，有的則認爲整個元素週期表應當重新規劃。

在最開始的時候，元素週期表是按照原子重量排序的，此後又改成了以質子數遞增排序，但衆所周知，原子的性質與其電子數也是極大相關的，又是否該按電子數來排序？

有個新方案看起來像聖誕樹

元素的性質與最外層電子數息息相關，目前表格型的設計將最外層電子數相同的元素放在同一個族中，儘管非常科學，但是依然存在瑕疵，例如氫的存在狀態是氫氣，跟其後的活潑金屬不是一類物質，將它們歸結在一個族中未免有失偏頗。

當原子或原子團最外層電子數爲2或8的時候，它處於最穩定的結構，原子都有趨於穩定的性質，因此氫原子在一起都結合成了氫氣。從這一層面而言，似乎把氫歸納到鹵族更加合適。

爲什麼金和水銀看起來格格不入？

水銀在常溫下是液體，在形態上與其同主族的鋅和鎘等所有元素都不一樣，那麼爲什麼它會排到了這一列？

元素週期表越往後，原子核中包含的質子數就越多，意味着原子覈對其周圍原子產生的引力越大，電子繞核運動的速度越快，到了水銀這個位置，電子已經達到58%的光速。根據愛因斯坦的狹義相對論，這會導致它們的有效質量顯着高於電子的正常質量，將加劇了它們受到的向內拉力。

固體的形成需要原子間成鍵，水銀由於其原子核拉力巨大，將外層電子緊緊縛住，以至於無法成鍵，只能以液體形式存在。而黃金作爲金屬中顏色特殊的存在，也是由於相對論效應，改變了電子吸收光的方式。

鑭系和錒系的迷思

我們知道電子圍繞原子核運行有特定的軌道，當填滿了內層軌道後，纔開始進入下一軌道。當元素週期表按此排序進入到鑭系和錒系的時候，鑭系和錒系兩個系列的元素隨着原子序數的增加都只在內層軌道（相應的4f和5f軌道）充填電子，其外層軌道（相應的6s、5d和7s、6d軌道）的電子排布基本相同，爲了區別其近似的化學性質，我們將其單獨列於元素週期表之外，從而在第三族留下一個缺口。

然而，科學家對F區中哪些元素應該排在最前面仍有爭議。一些化學家堅持認爲，應按電子的排序來確定順序，即維持現在的順序，把鑭和錒排在F區最左側。還有人認爲，按化學性質（如原子半徑和熔點）來看，把目前排在最右的鑥和鐒排在最前面更好。