第八周期及以后的零族元素会是一种金属吗？ 第1页

泻药QWQ

这个问题……非常简单，也非常复杂。

简单是因为，占据零族元素的稀有气体和金属并不是像金属和非金属一样完全对立的两个概念，一个元素完全可以既有金属的性质也有稀有气体的性质。而且目前我们所发现的元素中就有一个非常特殊的，既是金属也有稀有气体很多性质的元素——这个元素并不是什么刚发现的带放射性的幺蛾子，也不是一种大家了解得很少的元素，甚至可以说这个元素就是我们最早发现的几种元素之一。

这个元素就是汞。

首先不要打我QWQ。

然后步入正题。虽然具体规则很多，也有很多例外，我们是这么定义金属的：宏观层面上看起来亮闪闪的，导电导热性比较强的一块东西。微观层面上，固态或者液态的金属是靠金属键绑在一起的，金属的前几个电离能一般比较低，电子亲和力也很低，最外层的几个电子都非常容易从原子中飞出来成为在原子外面徘徊的离域电子，宏观上就表现为能够导电。原先那个原子也因为电子的失去就很容易形成阳离子，所以我们在日常生活中基本上看不到稳定的负价金属（不过主要还是因为地球的大气是氧化性的，还原性的大气下负价金属应该会更加常见，但基本上金属还是倾向于失去电子就是了）。

然后与此同时，稀有气体大体的性质如下：单原子气体，基本上不参与任何化学反应，大气层含量比较少，通电以后会发出好看的光。微观层面上，稀有气体的电离能很高，电子亲和力很低，一个既不愿意给电子，也不愿意再拿一个电子的原子，一般情况下不会参与化学反应，毕竟化学反应很大程度上就是电子之间的互相反应。

没有人会怀疑汞不是金属：能导电，像其他金属一样亮闪闪的，而且目前似乎也没有发现汞阴离子这种幺蛾子。哪怕是像水一样从指缝中流过，人们也不会定义汞因为是液态就不是金属，毕竟铯，铷，镓这种典型的金属也很容易液化，并且在变成液态后保留绝大部分的金属性质，也毕竟没有人硬性规定金属就一定是固态的。

然而乍一看，汞和稀有气体基本上没有什么共同点：稀有气体有八电子稳定结构，而汞的最外层电子是两个；稀有气体熔沸点都很低，液态范围也很小，通常只有几K，和这些元素一比汞的熔沸点真的是高出天际了，而且液态范围将近400K，虽然和其他金属比起来很小，还是比液态范围最大的稀有气体多出了近一百倍；就算退一万步，说汞是非常不活泼的元素，和那些本来叫惰性气体的元素比起来，汞简直就是要上天。

问题出在气态汞身上。金属的熔沸点一般而言都很高，所以我们对气态金属了解得很少。然而，就先有观察而言，我们在气化一块锂元素之后，我们会发现锂原子倾向于在气态状态下抱团取暖，与其他锂原子形成小分子，从Li2一直到Li6都有。作为非常典型的金属，说其他金属也倾向于在气态状态下形成小簇也不能算是完全的信口拈来。与此相对的，汞蒸气里面的汞原子都是一个一个分开来的，就像是稀有气体一样。具体原理牵扯到相对论效应，和钫没铯活泼，锆铪两种元素化学性质上基本没区别，乃至金子的金色有着相同的来源。一句话概括相对论效应就是各个电子层里的s亚层电子移动速度太快导致s亚层开始集体收缩，汞元素的电子排布[Xe]4f14 5d10 6s2，6s亚层收缩了，从6s亚层移走电子就更加困难了，而因为6p亚层没有收缩得那么厉害，加一个电子也不容易。这使得汞元素的电子排布非常稳定，也非常不活泼。值得一提的是汞的第一电子亲和力大约是-0.5eV，这种电子亲和力为负的现象在金属中算是凤毛麟角，反倒是所有稀有气体都有的一个性质，汞的第一电离能也是出奇地高，大约1007eV，同周期真正的稀有气体氡第一电离能也就比这个值多了30eV，远远高于其他金属，甚至超过了很多连真正的金属都算不上的类金属。

然后我们看一下汞的几个邻居，金元素因为距离填满6s亚层的电子就差一个，而且因为相对论效应，6s轨道距离原子核更近了，受到更多的来自原子核的吸引力，某种程度上而言金元素和卤素也有很大一部分的性质重叠（比如负一价态的金元素异常稳定之类的）。汞元素后面的铊，铅，铋等元素也因此与同族的其他元素有着很大的性质区别，铊元素刚发现的时候甚至直接被归到碱金属元素里了，而且铊元素吸收到身体里也很容易被身体误认为是碱金属钠或者是钾，干扰这些碱金属参与的代谢反应。如果说汞的性质没有那么像稀有气体，或许上述提到的邻近元素的性质也不会这么奇怪。

说了这些，就是想说明一点：稀有气体和金属并不是完全冲突的两个概念，我们很少把稀有气体算作非金属也是有其原因的。因此，如果一个稀有气体有金属的特性，理论上而言不仅是可行的，也是现实的。

那么，现在解答为什么我会说这个问题很复杂。

元素周期表目前才刚刚填充完第七周期，我们就已经在里面发现了很多不符合正常规律的特例了：碲的相对原子质量比后面一个元素碘的要高，使得门捷列夫第一次排序元素周期表的时候都在考虑这两个元素要不要调换一下位置；说好的过渡金属最外层都是两个电子的，在最乖的第四周期我们就看到铬和铜这两个反例了，别提第五周期里面除了铌，钼，铑，银这几个元素瞎填充电子，还有钯这个在基态第五层电子层里干脆连一个电子都没有的奇葩了；然后呢，好不容易解释了为什么铬这一族的元素习惯性把最外层的一个电子移动到里面一层去，到了第六周期钨元素的最外层又变回两个电子了；更不要后面相对论效应搞出的一连串幺蛾子……

我们很庆幸，目前我们所发现的七个周期虽然七上八下层出不穷，但好歹也能排出一个能够说服人的表。问题是，第八周期元素周期表会变成什么样，谁也不知道。

目前有三个理论预测下一个稀有气体元素是什么，并且每一个理论都有每一个理论特有的说服力，当然啦，现在也没有任何人知道这到底是不是真的，而且还是那句话，目前对我们来说，量子力学唯一的定论就是不要下定论。

第一个假说是最基本的“构造原理”，即电子都会规规矩矩地按照先s轨道然后p然后d然后f，g，h这样填充下去。这样来看的话，我们下一个零族元素会是168号元素。如果按照玻尔模型预测的话，元素周期表到137号就结束了，也就不存在第八周期的零族元素了。不过我们也不能完全迷信玻尔模型，毕竟玻尔模型也就只能在氢原子这种只有一个质子和一个电子的原子里发挥全部作用，后面的元素也或多或少不再完全符合玻尔模型做出来的预测，我们也要做好到了某个阶段玻尔模型就没有用的准备。

如果是168号元素的话，那意味着相对论效应这些影响很多放射性元素理化性质的因素并没有在我们不知道的范围内超纲，也意味着没有更多的其他我们所不知道的因素影响元素周期表接下来的排序。这对我们来说是再简单不过的了，毕竟如果没有其他因素干扰，ceteris paribus，168号元素的很多性质我们现在已经可以通过已知的元素推断出来了：比如，它的电子排布应该是[Og]5g18 6f14 7d10 8s2 8p6 这样的（妈耶缩减版都这么长了把电子排布式写完的话要得多长啊）。和它上面元素Og一样，168号元素应该也没有严格的电子排布分层，而是一团均匀的自由电子云如同大气层一样罩在原子核上方。Og由于原子半径足够大，它的第一电离能已经接近铅元素的第一电离能了，那么我们完全可以预测说第八周期的零族元素168号元素是具有足够的金属性的。而且168号元素正好落在金属-非金属分割线上，它的金属性可以说是很强的，而且主要的化合价可能是+2，+4，+6这三个。

当然，这只是理想状态。按照目前这种只有大体规律，放大来看我行我素的状态来看，上面这个假说究竟有多少几率是成立的，我们心中……也该有个数吧。

第二个假说是芬兰科学家佩卡·皮寇（Pekka Pyykkö）提出来的，他用电脑模型所模拟的情况，发现了由于电子轨道互相重叠的部分太大，在5g的轨道填充完毕后，139号元素和140号元素会莫名其妙地优先填充8p亚层上的电子，然后填完一个轨道两个电子以后就又莫名其妙地不填充了，从141号元素开始，继续填充6f的电子。6f填充完了以后，接下来的电子跑到9s亚层上了，然后9p再填充两个电子，才到最后把8p亚层上的电子填充完。

这种超车听起来很烦，但是如果做成元素周期表，就是你会发现，138号元素后面就突然跳到141号元素去了，然后接着向右，你会发现两个失踪的139和140号元素出现在164号元素后面了。然后140号元素后面接着的不是141号，也不是165号，而是莫名其妙出现的169号元素。165到168号元素……你们怎么到第九周期去了？

这种古怪的现象导致按照这个理论出现的第八周期零族元素将会是172号元素，也叫USB元素。电子排布式应该是[Og]5g18 6f14 7d10 8s2 8p6 9s2 9p2。这多出来的4个第四层电子很有可能会导致USB元素的实际理化性质与用氡和Og推算出来的结果相比有很大的不同，但是很有可能USB会比Og更像稀有气体。我们目前已经知道因为强大的相对论效应，电子排布式和USB元素很像的114号元素Fl连p轨道上面的电子都被波及了，导致不仅s亚层上的电子难以移走，本来不受太大影响的p亚层层里面的其中一个轨道也因为p亚层电子移动速度太快而收缩了。

还是ceteris paribus，其他因素不变，USB也有可能会受到这个因素的牵制，使得第九层的电子难以移走，甚至有可能比埋得比第八层电子还要深。这意味着两点：要么USB比Og甚至氡更加像稀有气体，要么我们就要接受价电子不等于最外层电子这个事实。

听起来哪个都不是很令人安心呢。

然而，至少上述理论里，USB还勉强能算是一个第八周期的元素，毕竟填充的是8p的轨道。根据1973年科学家布克哈德·弗里克（Burkhard Fricke）提出的理论里，第八周期压根就没有零族元素了。他用程序计算的时候发现了由于后面电子层实在是过于接近，电子填充开始出现很大的问题，直接导致了很多超越我们目前想象的灾难性后果。其中，和我们目前这个问题关系最大的，就是再填充电子的时候，因为8p和9p实在是太过接近了，电子们都直接跳过8p轨道，直接去填充9p轨道了。

如果现实是这样，那么不要说是理化性质，这个元素的存在本身就是一个问题了。这个元素甚至连一个像样的电子排布式都写不出来了，更不用提在元素周期表里面排在哪里了。听起来似乎很吓人，因为它的确很吓人……如果这个理论被证明是正确的，我们目前所了解的有关超重元素的知识会被完全改写，很多目前尚还管用的公式和定理很可能会全线崩溃，甚至我们已知的量子物理学会被全新的一个概念统治。那个时代的元素们，很有可能会以一种全新的，支离破碎的，乃至超自然的排列顺序组合在一起。可能到时候他们看待零族元素就和现在我们看待拉瓦锡最初的元素表一样，觉得自己的先祖是有多么可笑，连那些最基本的知识都不知道。

虽然上升到这种哲学并不是我回答这个问题的本意，但是我只是想说，我们所不知道的一切都有超越我们想象的潜力。就比如说第八周期的零族元素，哪怕只有一步之遥，我们也不知道这一步究竟通向哪里。

所以回到最初的答案：第八周期零族元素会不会是稀有气体金属，这个问题的答案非常简单，简单到已经有标准答案提供给我们了。但是同时，答案非常复杂，因为我们现在的水平，还没有确定我们到底有没有读懂题目。

以上，本答案可能有不严谨的地方，欢迎大家围观，讨论，提出问题。撕逼就不要了吧QWQ。

嗯就酱，本来想一句话回答完的问题扯了这么多【逃

2月26日更新（我这里还是25号就很烦）

一觉醒来突然多了160多个赞，小透明受宠若惊((((；ﾟДﾟ)))))))

难道被大V临幸了吗QWQ