新元素奇异行为打破元素周期表规律(5)

　　以上这些现象都是直接相对论效应(direct relativistic effect)的结果，简单来说，就是由核电荷增大导致的。然而，一些竞争性效应的存在使事情并不那么简单。一方面直接相对论效应使得某些原子轨道更加稳定，另一方面“间接”相对论效应(indirect relativistic effect)却使d轨道和f轨道失去稳定。这是由于s电子和p电子造成了静电屏蔽(electrostatic screening)。当从离核较远处测量时，s电子和p电子所带的负电荷抵消了来自带正电的原子核的吸引，所以离原子核较远的电子受到的静电吸引不是更大，反而是更小。因此外层电子轨道应当向外膨胀，而不是向内收缩，这与上一段的描述是相悖的。

　　在日常生活中，一些关于元素的相对论效应是显而易见的。例如，相对论效应可以用来解释金为什么是金黄色，而在元素周期表中处于它正上方、同处d区的银却是银白色的。

　　处于元素周期表d区的金属原子与适当波长的光子相遇时，会发生电子跃迁。金属原子吸收光子的能量，使得电子能够从d轨道跃迁至位于其正上方的s轨道。在银原子中，这两个轨道间的能级差非常大，以致于需要位于频谱紫外区的光子才能触发该跃迁。而位于可见光区的光子能量低于紫外线，只能被反射而无法被吸收，所以在我们看来，银显得光亮如镜。

　　对于金而言，相对论效应导致的收缩一方面降低了s轨道的能级，同时还升高了d轨道的能级，使得这两个轨道间的能级差缩小。这样一来，跃迁所需的激发能降低——恰好与可见光区蓝光部分的光子能量相匹配。其他颜色区域的光子依然被反射，最终我们观察到的是缺少了蓝光的可见光，即蓝色的互补色——金黄色。

　　芬兰赫尔辛基大学的佩卡•皮克(Pekka Pyykkö)教授及其他研究人员先后预测了一系列相对论效应对金元素的影响，包括金原子能以令人惊讶的崭新方式与其他原子结合。他们的预言很快被实验证实，基于这种相互作用的化合物先后被发现，这一成果的意义不亚于当年门捷列夫对新元素的预言。皮克教授的成功预言包括金与惰性气体氙(这种气体的化学性质极不活泼)间的成键，以及金－碳叁键的存在。另外，还成功预言了一种球状分子，这种分子由1个钨原子与12个金原子构成，与全碳“富勒烯”(fullerene)，又称巴克球(buckyball)的性质极为相似。当钨与金在氦气中气化时，就会自发形成这种金富勒烯。