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編者按：門捷列夫的元素周期表伴隨了我們已整整150年，但在這期間內，化學家們卻仍然致力於根據最新的發現來修改和完善它，隨著越來越多的元素被發現和合成，元素周期表的形式也變得五花八門。本文譯自《紐約時報》中原標題為「Is It Time to Upend the Periodic Table」的文章，本文作者Siobhan Roberts。
Alex Eben Meyer
英國諾丁漢大學的化學家Martyn Poliakoff，知道了一個叫作元素周期表戰艦的遊戲後，忍不住便開始想像其元素的反向艦隊，也就是對手玩家的觀點。
沒想到，Poliakoff的這個念頭催生了一個瘋狂的想法。5月，恰逢聯合國教科文組織慶祝國際周期表誕生150周年，Martyn及其合作者，包括他的女兒——曼徹斯特大學實驗心理學家Ellen Poliakoff共同發表了一篇論文，其中提出了一項建議，那就是大刀闊斧地改革元素周期表。
「自1869年以來，幾代化學家提出了多種針對元素周期表形式的變化方法，為的就是讓它變得更加清晰，或者說更加有趣。」他們這樣寫道。
由俄羅斯化學家門捷列夫初步設計的標誌性元素周期表已經發展成按照原子序數排列的化學元素的二維排列，通常為18列。它展示了一種模式化的方法和趨勢，讓科學家能夠預測元素屬性，反應性，甚至是新元素。它被稱為「大自然的羅塞塔石碑」、「化學家的地圖」和「可能是迄今為止設計最緊湊和最有意義的知識彙編」。
Gregory Girolami在和妻子Vera Mainz的聯合採訪中說：「這就好比看一張美國地圖，如果我在緬因州，就可以看出那兒的氣溫會低於我在佛羅裡達的溫度。」他們二位都是伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的無機化學家，並在今年和雪城Le Moyne學院的化學家Carmen Giunta共同組織了一個150周年的學術研討會，這個研討會在聖地牙哥召開的美國化學學會全國會議召開期間期間舉行。
「如果你告訴我一個元素在某個地方，」Girolami博士說，「我可以告訴你很多關於它的事情，比如它是否是金屬，在地球上儲量是否豐富，只需要注意它在元素周期表中的位置就可以了。」
Mainz博士補充說：「如果你想和一個外星種族交流，那就建一個元素周期表，因為它的排布是通用的，不管你身在何處。」
網際網路資料庫中的元素周期表有1000多個版本，包括元素稀缺表，有形似蛋糕、鐘錶、樂高和三行詩的周期表，還有一些更多的技術改編。數學家、音樂家Tom Lehrer將其加入到音樂裡（吉爾伯特和沙利文），還有義大利化學家、作家和奧斯威辛集中營倖存者Primo Levi還把它當作特殊的回憶錄（即「元素周期表」）的基礎。
「許多人似乎相信只有一個真正的元素周期表，無論是已經存在的還是正在等著被發現的，他們都會不遺餘力地討論著不同類型元素周期表的有效性，」Poliakoff博士這麼說，他是個在Brady Haran製作的元素周期表系列視頻裡的YouTube名人。（在A.C.S.會議上，Poliakoff博士獲得了一份殊榮，為表彰他為普羅大眾清楚解釋了什麼是化學。）「我的感覺是，大多數類型的化學元素周期表都同樣有效，只取決於你想要的內容。」
反轉（the upside down）的版本旨在展示一個全新視角的價值觀。作者們寫道：「我們並沒有聲稱我們的版本比傳統的更「正確」，「但從一個新的觀點看問題往往會催生出新的想法。」
為什麼不按照字母順序排列呢？元素周期表給長期以來一直比較弱的調查領域帶來了穩固性。牛頓先生，在他1717年的著作《光學》裡第31個疑問中，根據反應性列出了化合物，並對其進行排序。1718年，第一個「親和表」是由法國化學家Étienne François Geoffroy製作的，它以圖形的形式對材料的反應性進行了排序，親近大自然的觀察家指出，某些化學元素如鋰，鈉和鉀——如今被稱為鹼金屬——都是軟的，可以漂浮在水面上。但是這種定性分類僅僅提供了一個不穩定的基礎。
突破始於1860年，當時的義大利化學家Stanislao Cannizzaro為原子量的討論奠定了基礎。在當時，有一些相互衝突的原子量循環列表，以及關於是什麼構成了原子與分子的不同假設。Cannizzaro列出了已知元素的原子量列表，以及價值觀的基本原理，並在德國卡爾斯魯厄的一次會議上作為小冊子發布了。
加州大學洛杉磯分校的歷史學家和科學哲學家Eric Scerri說：「在大約7年的時間裡，最初由我所謂的六個人同時發現的成果，在門捷列夫的時代達到了高潮。」Eric Scerri在元素周期表發展史方面也是個專家。（他的書《元素周期表：關於它的故事和意義》，將於10月被牛津大學出版社更新再版）。
1862年，法國的地質學家Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois製作了一個三維桌子，在它的金屬圓柱周圍刻著元素。根據「八行周期律」，倫敦的糖化學家John Newlands按照原子量來排列元素，八個一組。
「它會被嘲笑和摒棄的，「Scerri 博士說道。（當一個評論家問他，為什麼不按字幕順序排列元素？）
英國化學家 William Odling發現了「周期律」——一個元素族的性質，這些元素大致以規律的間隔重複出現。丹麥移民美國的Gustavus Hinrichs提出了徑向排序。「我把它叫作自行車輪周期表，」Scerri博士說。
德國化學家Lothar Meyer在1864年創建了一個部分周期表，接著在1869年給出了一個更完整的版本。凱斯西儲大學的科學歷史學家Alan Rocke認為：「在結構上，Meyer和門捷列夫的周期表非常相似」，他在A.C.S的周年研討會上發表關於Meyer的言論時這麼說。
Rocke博士說，最初，元素周期性及其卓越的預測能力似乎是一個「數學謎題」。在20世紀，元素周期性由量子物理學解釋——特別是物理學中電子如何圍繞原子核運動的部分。鋰，鈉和鉀，很好地排列在表的第一個垂直柱裡——即第一組，鹼金屬，銣，銫和鍅——在它們的外電子殼中都有一個電子。
這兩位化學家多年來製作了許多的周期表，並根據新發現和更好的數據不斷進行調整。但最終門捷列夫的元素周期表勝出了。當不同形式的周期表出現差異時，他便對應該出現的元素做出預測。雖然有些預測是不對的，但他卻準確地預言了三種元素的存在：鎵，鍺和鈧。
「預測在心理上是富有戲劇性的，」Scerri博士說。「如果一位科學家預言某事並且變成事實，那麼科學家就會知道自然的秘密，或者可以說是幾乎了解了未來。」
但科學很少通過革命推進，Scerri博士說：「科學是由數十萬研究人員開展的一項活動，而這些活動都有助於最終出現的大體情況。」
這也是這次周年紀念會的主題。費城科學歷史研究所的化學歷史學家Brigitte Van Tiggelen討論了關於發現錸的德國化學家Ida Noddack和奧地利瑞典物理學家Lise Meitner的工作，其中，Lise Meitner曾與Otto Hahn一起發現了鏷元素。Van Tiggelen博士是這本叫作《女性元素》的新書的編輯，這本書探討了30多個類似的故事，當然包括發現了鐳和釙的居裡夫人，她因為這個贏得過兩次諾貝爾獎。
「我們把展示傳播這些故事當作了一個公共的事業，」Van Tiggelen博士說。
再見，鍊金術在其眾多成就中，元素周期表使化學最終擺脫了鍊金術的汙點。牛頓在這方面沒什麼建樹：根據牛津英語詞典描述，他沉迷於「Chymistry」——即鍊金術的同義詞，以及識別能把賤金屬轉化為金的魔法石。
多年來，印第安納大學的科學歷史學家William Newman一直在實驗臺上重複著牛頓的工作，而最近，他正試圖找出牛頓的啤酒中所含的成分。
「牛頓所製造的一些化合物不在我們的資料庫中，」Newman博士說，他最近出版了一本書，叫作《鍊金術士牛頓：科學，謎團和尋求自然的「秘密之火」》，「他總結了在300年後仍未發現的新材料。」
即使已經在現代科學的光明照耀下，化學反應卻依然深深吸引著人們的目光，Scerri博士說：「在物理混合中，當你將A物質與B物質混合時，你會得到一些他們的總和。」但在化學中，A與B結合後，你會得到一些具有新性質的東西。
比如，我們看看鈉，這種銀色的有毒金屬，和氯，這種綠色的有毒氣體產生的反應。「當他們一起發生反應後，會產生出與它們二者截然不同的東西，不僅無毒，」——而且是白色的結晶——「它就是對生命至關重要的，我們所說的鹽，」Scerri博士說。「這簡直是太神奇了」。
一種鍊金術在元素周期表即將迎來光明之前還起著作用，核物理學家和放射化學家用新元素打破了界限。可以說，地球上自然存在的最重的元素是鈾，其原子序數為92（原子核中有92個質子），雖然已經發現了微量的錼（原子序數為93）和鈽(原子序數為94)。但是元素周期表包含的不僅只此，迄今為止最重的118號元素，oganesson，是個「超重」元素，它含有118個質子，半衰期為半毫秒。它最初於2002年由Yuri Oganessian和在莫斯科北部杜布納聯合核研究所的一個俄美跨洲研究小組研發而成的。
從2020年開始，科學家們將嘗試著在一個新落成的超重元素工廠，用靈敏度高100倍的實驗儀器合成119和120號元素。他們希望能達到「穩定島」，這是一個元素周期表的假想區，由壽命更長的超重元素所組成。
就像潘多拉的盒子一樣，超重元素的發現也產生了一些棘手的問題，Oganessian博士說。這些元素的表現方式是否與周期表預測的方式相同？但到目前為止，只有一些行為上的偏差是預料之中的。但隨著原子序數的增加，偏差也將迅速增加，這就挑戰了元素周期表系統的完整性。
元素周期表會繼續走下去嗎？抑或正如赫爾辛基大學的計算化學家PekkaPyykkö所說，他2016年論文的標題是：「周期表一切都是正確嗎（'PT OK'）？」也許，通過修改後是可以這麼說的，他總結道。Pyykkö博士制定了一個周期表，對元素進行化學分類，最大的原子序數能達到172。
然而，Pyykkö博士卻指出，發現最重的超重元素的概率，可要比在東京打高爾夫，還能再在富士山頂一桿進洞的可能性都要低的。
如果科學家們比較幸運的話，所產生的超級超重元素甚至可能有奇形怪狀的原子核，就像甜甜圈似的。
「沒有人真的相信這些，」Pyykkö博士說。「但這卻是一種理論上的可能性。」而另一種可能性是一種原子核，含有超乎尋常的數量的質子，或是中子，又或在理想的情況下，質子和中子都存在——也就是說，有足夠多的數量就可以排列成完整的亞原子殼了。
「其中許多存在的雙核神經核往往是具有最高的穩定性。」Pyykkö博士說。「如果你能找到雙倍的超乎尋常的原子核，那麼你就擁有了一個千載難逢的好機會。」
譯者： Hailey