新元素奇异行为打破元素周期表规律(3)

　　在最早的元素周期表中，包括门捷列夫和其他研究人员设计的那个版本在内，每个周期(即每一行)的长度总是8个元素位置。然而不久之后，人们发现第四、第五周期的长度应当是18个元素位置。而第四、第五周期与前面周期相比，多出的那块区域，被称为过渡金属(它们一般位于周期表的中间)。第六周期更长，包含32种元素，多出的14种元素被称为镧系元素(镧系元素的英文最初为lanthanides，最近更名为lanthanoids)。

　　从1937年开始，核物理学家通过合成手段获得新元素，他们最先得到的是锝元素。锝元素的合成填补了那时公认的、周期表的4大空白之一，这4个空缺的元素位于1号氢元素至92号铀元素之间。此后，其余三个空白也很快被填补，其中砹和钷由人工合成，钫从自然界中发现。然而在这些空白被填补之后，随着铀元素之后的新元素不断被发现，周期表中又留下了更多空白。

　　美国化学家格伦•西博格(Glenn Seaborg)意识到，类似于镧系元素，锕、钍、镤、铀以及之后的10种元素形成了一个新的系列，即锕系元素(actinides或actinoids)。由于这两个系列元素的加入会使元素周期表显得太宽，故在标准的元素周期表中，这两个分别包含14种元素的系列被单独分块列出，置于底端。

　　正如20世纪上半叶科学家意识到的那样，元素性质的周期性变化根源于量子物理学(quantum physics)，尤其是与物理学中绕核运动的电子轨道(orbit)有关。电子轨道具有不连续的(discrete)形状和尺寸。轨道的类型，或者叫“轨函”(orbital)与原子序数无关。第一周期的原子只有一种类型的轨道，我们称其为s轨道，可以容纳1～2个电子(氢原子有1个电子；氦原子有2个电子)。第二、三周期的原子各增加一个s轨道，外加3个p轨道。由于每个轨道可以容纳1～2个电子，于是这4个轨道一共可容纳8个电子——这就是最初周期表中第二、三周期长度为8的由来。第四、五周期除了s、p型轨道外，还增加了可以容纳10个电子的d型轨道，因而将本周期长度延长至18。以此类推，元素周期表中的最后两个周期拥有s、p、d以及可容纳14个电子的f型轨道，故包含32种元素(18+14)。