為紀念俄國科學家門捷列夫（Dmitri Mendelev）發(fā)明元素周期表150周年，2019年被聯(lián)合國定為元素周期表國際年。這張表有著讓人無法忽略之美，因此在眾多的文藝作品，如電影《星球大戰(zhàn)》，還有大衛(wèi)鮑伊的歌中，都能看到向它致敬的內容。然而，除了美學意義，其作為一種科學圖譜，是否在150年后，還能代表元素的特征，并指導新元素的發(fā)現(xiàn)，是科學家們的心結和挑戰(zhàn)。

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(guī)律不謀而合。沒錯，正如在鋼琴上，每到第八個鍵就開啟下一個循環(huán)，好像第一個音符某種特性還在，只是發(fā)生在新的階梯上，元素周期表也有異曲同工之處。由于元素這種奇妙的周期性，我們將它分成了不同的周期、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(chǎn)生美妙的音樂，元素似乎也有許多組合方式，究竟哪一種才是最佳排序，長期以來，爭議從未停止過。有些化學家認為其中一些元素應當調整順序，有的則認為整個元素周期表應當重新規(guī)劃。

在最開始的時候，元素周期表是按照原子重量排序的，此后又改成了以質子數(shù)遞增排序，但眾所周知，原子的性質與其電子數(shù)也是極大相關的，又是否該按電子數(shù)來排序？

有個新方案看起來像圣誕樹

元素的性質與最外層電子數(shù)息息相關，目前表格型的設計將最外層電子數(shù)相同的元素放在同一個族中，盡管非?？茖W，但是依然存在瑕疵，例如氫的存在狀態(tài)是氫氣，跟其后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(shù)為2或8的時候，它處于最穩(wěn)定的結構，原子都有趨于穩(wěn)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。

為什么金和水銀看起來格格不入？

水銀在常溫下是液體，在形態(tài)上與其同主族的鋅和鎘等所有元素都不一樣，那么為什么它會排到了這一列？

元素周期表越往后，原子核中包含的質子數(shù)就越多，意味著原子核對其周圍原子產(chǎn)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(jīng)達到58%的光速。根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論，這會導致它們的有效質量顯著高于電子的正常質量，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，水銀由于其原子核拉力巨大，將外層電子緊緊縛住，以至于無法成鍵，只能以液體形式存在。而黃金作為金屬中顏色特殊的存在，也是由于相對論效應，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，當填滿了內層軌道后，才開始進入下一軌道。當元素周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著原子序數(shù)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，為了區(qū)別其近似的化學性質，我們將其單獨列于元素周期表之外，從而在第三族留下一個缺口。

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

從頭再來

一些化學家關注到了這些問題，并希望能重新繪制元素素周期表。

退休的加拿大化學家Fernando Dufour發(fā)明了一種看似圣誕樹的3D元素周期表。

Theodor Benfey設計了螺旋形的元素周期表，它的f塊向外凸出。

美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的Eric Scerri主張徹底變革：通過把F區(qū)的全部30種元素放進現(xiàn)在的第二和第三族之間，使豎列從18列變?yōu)?2列。這樣周期表中的原子序號就可以連續(xù)排列。

德國馬克斯?普朗克數(shù)學研究所的Guillermo Restrepo贊同鑭應屬于第三族——也就是說，不應該是當前的排布順序。

重寫元素周期表聽起來有些天方夜譚又遙不可及，但其實已經(jīng)非常迫切，119號元素即將被發(fā)現(xiàn)，它將在當前的元素周期表上何去何從呢……