大爆炸后“仅仅”过了379000年，氢和氦原子就开始出现了。
现在要实现的是利用光化学过程来大大减少反应所需电力的新形式[2]。这样产出的氢气是一种极好的超轻能源载体，而且它储量丰富、对环境友好——氧化产物是水，作为燃料有着广阔的前景。
与氢分子相反，H阴离子是一种强碱和强还原剂，而H+则是一种强酸和强氧化剂；无（或很少）水合的质子在超强酸的环境下可以轻易将烷烃转变为碳正离子[8]。
在发现2H和3H后不久，化学老师被告知[1]要谨慎使用“一种元素的同位素的化学性质相同”这一论断，然而即使在今天，这句提醒也经常被忽略。
氚元素的衰变会激发荧光体，比如掺有铜的硫化锌，在没有电池或外部电源的情况下，其自发光可持续多年。
氦有着所有元素中最低的熔点和沸点，而且在2K以下，氦会转化为超流体，黏度消失，同时获得极高的导热能力。这些性质使得氦具有绝佳的制冷能力，使其成为冷却超导磁体的理想制冷剂。
无论比喻上还是现实中，氦都是最（冷）酷的元素。
II
作为将要驱动下一代电动汽车的锂离子电池的主要原料，锂元素的身价可能在21世纪上涨到黄金的级别[1]。鉴于这种元素在地壳中并不是均匀分布的，已经有流言声称，安第斯山脉边上的南美诸国可能很快会成为“下一个中东”。现有储量[2],[3],[4]和预期消耗[1]之间的矛盾预示着，如果在接下来的五十年里，所有的车辆都改为使用电力驱动，恐怕会出现锂资源危机，届时锂会像今天的化石燃料一样价格飙升。
室温下，锂单质是电正性最强的金属（标准电极电位为-3.04V，暴露在空气中时其银白色表面会因氧化而褪色），同时也是最轻（6.94g/mol）和密度最小（0.53g/cm3）的固体元素，而且极其易燃。由于极度活泼，在自然界中锂仅以化合物的形式存在于卤水或硬岩矿物中，而单质锂则必须在矿物油或真空安瓿中进行无水保存。
由于有助于缓解污染、全球变暖和化石燃料短缺等诸多问题，能量存储科技已经变得前所未有地重要，而锂离子电池技术正是发展可再生能源和电动汽车的一时之选。
储存每千瓦时电能大约需要消耗0.8kg的Li2CO3——而这个数字并不会随着新研发的电池技术而降低，比如锂-空气电池或是锂-硫电池都需要在负极加入额外的锂才能正常工作。
从硬岩中开采锂既辛苦又昂贵，而如今大部分（83%）的锂产量来自高盐湖泊以及其干涸后留下的盐盘：盐水首先被从湖中泵出，进入浅池中，然后太阳能会将盐水浓缩成为富含氯化锂的卤水；在这种卤水中投入苏打，Li2CO3就会沉淀出来。虽然海水中含有总量相当大的锂元素，但从海水中进行锂的提取更为困难，而且昂贵。
如果要把现在每年生产的5000万辆汽车[4]全部改装成“插电式混合动力汽车”（同时装有7kW·h时锂离子电池驱动的电动引擎以及内燃机），现在的Li2CO3产量仅能满足一半的需求；而如果要以需要40kW·h车载电池的全电驱动车辆来考虑的话，锂需求将是一个天文数字。这些数字使人担忧起数十年内将要到来的锂短缺，这不免让人觉着前景黯淡。但愿这一令人警觉的全球态势能驱使研究者探索新的电池技术[5]，以缓解我们对锂的依赖。幸运的是，如果考虑到回收利用，问题的严重性会有所下降——金属锂的低熔点（180℃）及其氟盐、碳酸盐以及磷酸盐的低溶解度使得锂的回收相当容易。扩大对盐卤资源的利用，同时提高回收系统的效率，应当可以满足完全依赖锂离子电池的“动力革命”的需求，从而降低地缘政治风险。
也许铍最有意思的新可能性是在量子计算机中——铍离子可能被用作量子计算机的处理器。有160个量子程序已经在这样的量子计算机上经过了测试，其中有80%得到了正确结果。看起来通过使用基于铍的处理单元有可能实现更大的量子计算系统[1]。
有机化学家眼中的碳，就像“纽约客”眼中的世界：曼哈顿的边界即是天涯海角。在有机化学家们看来，碳构成了药物、杀虫剂和染料的骨架，它美丽、可预见，而且标准。这些奇妙的造物拯救生命、使作物增产，还能方便地给T恤衫印上时髦的标语。
碳所能构成的稳定结构的种类之多，在元素周期表中无可匹敌。在20世纪80年代，富勒烯的加入进一步扩充了本来就极为可观的碳的同素异形体列表（其中包括了钻石、石墨和无定形碳）。估测表明，碳有可能构成的小分子的种类，甚至要多于整个宇宙中所有原子的数量。这保证了在可预见的未来，有机化学家都不会失业。
如果将有机化学称为碳的第一个世界，那第二个世界便是钢。没有碳的铁仍然足够用来钉钉马掌，但若是要造些耐用的大件就有些捉襟见肘。然而只要在铁里加入1%上下的碳，就产生了钢——有了钢就能造不少有用的东西了，比如推土机，抑或是1000m的大楼。碳的这一功能是通过其结构特性生效的。纯铁形成的常规晶体是由最密堆积的铁原子层所构成的，这些铁原子层之间可以互相滑动，而层间的滑动会使纯铁在较轻的负载下就产生结构断裂。碳能够协助解决这一问题，因为碳原子能嵌入铁的晶格结构中的间隙位置。虽然碳的嵌入位置没有规律可循，但间隙碳原子所导致的作用力已足以阻止铁原子的层间滑动，因而提高了其强度，这就产生了坚韧的钢。然而此处并没有原子层面的美学在起作用，规律性或是动人的几何美感并不存在于此。实际上，连含碳的多少都可以上下浮动，并由此为钢带来硬度、延展性、抗拉强度等宏观性质上的不同。“宏观性质”，看到这四个字，几乎就可以看到有机化学家们开始瑟瑟发抖。
碳的第三个世界同样也是宏观性质的世界。这个世界一言以蔽之便是“塑料”。塑料，或者说高分子聚合物，完全改变了制造物品的方法。由碳构成的聚合物单体能够轻松地互相连接，所构成的多种多样的聚合物则具有可塑性、可降解性等的广泛性能。在20世纪上半叶需要数十道工序才能制成的物品，在下半叶可能只需要将聚合物对着模具一挤便能完成。不管在世界的哪个角落，拥有人工晶状体或是开心乐园餐玩具的人们都为此而感到开心。
但对有机化学家而言，比起碳在它的各个世界里所扮演的其他角色，单纯地为了能量而烧掉碳，肯定就像是在寒冷时焚书取暖，或是在饥饿时吃掉来年的粮种一样。这意味着相当程度的“饮鸩止渴”，也是对碳所能创造的种种奇迹的背叛。
不能助燃也不能维生的氮气是“讨厌”甚至“死气沉沉”的。然而在接下来的300年里，第7号元素的经历完全称得上举世无双：参与有机合成，制造爆炸物，发电，污染食物，以及解明DNA（脱氧核糖核酸）的结构。
氮位于第5主族的顶部，这一族也被贴切地称为“窒素”（pnictides），得名于希腊语的“使窒息”一词。这一族的其他成员也同样是生死之道的高手：砷同时是剧毒和良药；磷可以使人求死不得，但同时也是DNA骨架的组成部分。
想要安全地运输氢燃料，一种可能的方式便是通过氨-硼烷配合物（H2N-BH3）。新型的太阳能电池[4]同样依靠含有金属-氮键的染料来捕捉环境光，这让我们能够制成柔韧、高效并且价廉物美的设备。
战争可以说彻底依赖着氮化合物的支持。哈勃法（由氮气和氢气工业催化合成氨气的方法）是在第一次世界大战时发展起来的，在此之前，炸药的制备原料则是鸟粪石中高浓度的硝酸盐。氮的高爆倾向同样延伸到了三硝基甲苯（TNT）、硝酸铵、硝化甘油和三碘化氮上——最后一位会在羽毛碰触之下就解体，作为演出道具来说相当震撼人心。就算知道叠氮化合物和四唑类化合物等具有高氮/碳比的分子一般会具有爆炸性，化学家们仍然把持不住自己。
氮的这种生死两面性贯穿了整个医药史。氮往往与恶臭和死亡联系在一起，哪怕空气中仅有极微量的尸胺和腐胺——死亡的生物组织会散发出这两种挥发性的胺类——我们也能闻到。古人就了解的毒剂，氰化物里面就有含氮的碳—氮官能团。觉得头晕了吗？能使人恢复清醒的“嗅盐”中往往也含有碳酸铵。苯胺类染料虽然一开始被认为是煤焦油中的无用废料，后来却表现出了强大的生物活性，推动了现代制药业的发展[6]。
想想氮具有的侵蚀、催化、养育和摧毁的能力，氮证明了自己“了无生气”的恶名实在是错得离谱。
和惰性气体具有填满的电子层类似，氧在原子核中同样存在层级。如果核子数量正好填满了特定的数值，原子核将会获得超出结合能以外的额外稳定性，在质子或中子数正好是“幻数”，也即2、8、20、28、50、82或126时，就会出现这种现象。氧最常见的同位素16O8具有8个质子和8个中子，因而是具有“双幻数”的原子核。氧的丰度正是这一现象的写照：在整个宇宙中，氧是第三多的元素，只排在氢和氦之后。
氧在元素周期表中位于第二周期VIA族，这是一种具有极高反应活性的非金属原子，能与几乎所有其他元素形成化合物。氧在宇宙中的丰度，加上它的化学性质，使它得以参与包括从组建和保护星球（作为硅酸盐材料的一部分，以及形成臭氧层）到构成生命（DNA、蛋白质、脂质和碳水化合物），还有新陈代谢（光合作用和呼吸作用）在内的各种过程。地壳、地幔、大气层、地表水，以及生物库——在地球上，氧无所不在。将这些氧库联系起来的是氧交换，而作为主要温室气体的二氧化碳则是这一过程中的重要中介。
氧在文明史的各个角落都参与了演出，从能量的产生（无论是通过水循环还是作为通用氧化剂）到农作，以及作为织物和陶瓷，还有药物的成分之一。
对氧同位素（16O、17O和18O）比例的测量是解析自然过程的利器。
太阳系中最古老的物体——“碳质球粒”陨石中的富钙铝包体——中所含有的氧，其同位素之间的比例与传统的同位素效应[5]所能产生的结果是相矛盾的。
这一结果可能是因为受到同位素的光化学自屏蔽影响，或者由依赖于对称性而非传统的质量效应的、可以产生类似的异常同位素分布的化学反应导致的[6]。然而，就在最近，对起源号探测器收集的太阳风样品的分析表明[7]，其同位素分布和陨石中的并不相同，而这种太阳风可以反映出太阳系内主要氧储量的同位素构成。
太阳内的氧同位素分布实际上可能并不能反映陨石和类地行星上最初的同位素分布情况。因而，这种星云中氧最初的构成比例，以及这些天体接下来是如何产出现在我们所见到众多类地行星和陨石的，仍然是一个未解之谜。
自然界中存在的铀包含了三种同位素：铀-238、铀-235和铀-234（丰度分别为99.28%、0.73%和0.005%），但它们之间性质差异很小，难以进行分离。最后，六氟化铀的挥发性成为导向分离成功的关键发现：现行的富集流程采用气体扩散-离心法，依赖的便是两种同位素的六氟化物之间微小的相对原子质量之差。保证这项技术不扩散是现代政治的重头大戏之一。
化学史上的一座里程碑也是借由氟的使用而奠定的：1962年，尼尔·巴特利特（NeilBartlett）制备了氟化氙，这证明了惰性气体的反应活性，也挑战了一种被广为接受的观点——“惰性气体不反应”。这引发了一系列包括氟化氪和氟化氡在内的惰性气体氟化物及其衍生物的制备。
由于氟极小的原子半径和共价性，在有机分子上用氟取代氢或氧能构成极其稳定的碳—氟共价键，这往往能够产生大量具有奇妙特性的新化合物，最著名的例子莫过于不粘锅上广泛使用的特氟龙（聚四氟乙烯）。
碳—氢和碳—氟键长区别不大，但在药物设计上，碳—氟的稳定性，以及其强大的吸电子能力能提供不少非常令人愉快的特性，而且大多数有机氟化物都可以安全应用，不必考虑释放出有毒氟化物的问题。例如在芳环的对位上进行氟化，得到的产物不会在体内被酶转化为有毒的过氧化物。当下，大约20%的医药产品，以及30%的农用化合物都含有氟，而且这一比例仍在上升。但有机氟化物也可能有剧毒。
由于其在大气层中极高的动力学稳定性，氟氯烃（CFCs）在冰箱和气溶胶中被广泛应用，但在平流层中它却会带来破坏臭氧层的灾难。
在工业应用上，高活性和低助催化剂/催化剂比能极大地降低支出。
惰性气体——氦、氖、氩、氪和氙都是空气中的“少数派”。
1898年6月，含氖馏分被蒸馏出来。被分离出的第10号元素呈现出独特的光谱线，发射出明亮的红橙色光。这种光芒现在被用来照亮人们夜游城市的旅程。应用广泛的氦氖激光器中也利用了这种红色光束。条形码扫描仪、CD播放机和一些医疗应用（如激光眼科手术和血细胞分析）中都使用了氦氖激光器。
化学家们试图让惰性气体参与反应，但早期的尝试都是不成功的。然而，没有其他负面结果比这些失败的尝试证实了更多的信息：这种对反应的抗拒成为现代化学键理论的基本规则，该理论着重考虑元素的价电子壳层。就惰性气体而言，其填满的价电子壳层导致了它们的反应惰性。
如果化学键是通过电子共享或捐赠形成的，那么可以合理地预期，从氦到氙的惰性将逐步降低。沿着周期表从氦下降到氙，极化率按顺序增加、电离电位逐渐减小到与常见的可氧化分子差不多的数值。
氖比氦大，且拥有被占满的p轨道。这被认为会产生更少的有效静电相互作用和更高的轨道斥力，并使氖的化合物不稳定或只是轻微稳定。
III
凡尔纳在1865年写成的小说《从地球到月球》中生动地写道：“这种宝贵的金属具有银的洁白、黄金般的坚不可摧、铁的韧性、铜的可熔性以及玻璃的亮度。它易于被制造，分布广泛，是大多数岩石的基础成分，且比铁轻三倍，似乎就是为了给我们提供月球炮弹的材料而生。”但那个时候铝的价格仍与银差不多。
超过90%的硅被用来制造含硅化学品及合金，比如汽车行业的富铝合金，以及被广泛用作润滑油、树脂、橡胶或者密封胶的硅脂（特征为含有硅氧键和硅碳键）等。而以沙子形式存在的二氧化硅则是玻璃和混凝土这些最常用材料的基础原料。气凝胶，由于其体积的90%都被孔洞所占据，属于极轻的二氧化硅形式，因此是非常有效的绝缘材料。这些应用固然非常重要，但硅对当今科技和生活方式产生的最深刻影响却要归于其整体储量中的一小部分（约5%），即用于包括电脑芯片、功率晶体管、太阳能电池以及液晶显示器和半导体探测器等各种电子器件中的高纯硅。而硅集成电路的微型化也使得微电子学有了长足的进步，这一领域正在进一步向纳电子学进军。
微电子器件所需要的高纯硅制备过程较为烦琐，通常涉及由粗金属硅到氯硅烷的转变（含有硅氯键的化合物），经过分离提纯后用氢还原成多晶硅，再制成硅晶圆（光滑的薄盘）。
IV
钾最危险的用途是将其氯化物溶液注射到血液中。这种静脉注射足以致命，并在美国的一些州被用来实施死刑，不过这种溶液也会被用来治疗缺钾症。医疗事故悲剧以及可怕的连环杀人案中都有氯化钾水溶液的身影，因为它很难被发现，这样致死的原因常常被误认为是自然死亡[2]。要识别钾中毒，就需要进行快速的分析，这使得在犯罪小说中使用氯化钾非常“不合时宜”，因为及时的毒理分析会让作家被迫早早地透露全盘剧情[3]。
以硝石（硝酸钾）为例，它曾经是最重要的钾化合物，在古代火器的火药中，与更吸湿的类似物硝酸钠相比，硝酸钾是更出色的氧化剂。
事实上，许多过渡金属化合物都有异常丰富的颜色，这使它们成为理想的颜料。它们丰富的氧化还原化学也是它们在生物系统中应用的关键所在（譬如光合作用中的锰）。氧化还原反应当然也是电化学的核心，全钒液流电池已经被设计出来，用以在液体电解质而非电极中储存能量。
过渡金属也有令人兴奋的物理学现象。当它们以固态形式结合在一起时，会形成凝聚态物理学家口中的强关联电子体系，一些特别的特性就会显现出来。比如铁的导电性和铁磁性，它们是自古以来就为人类所利用的两个例子，例如基于磁铁矿的指南针。铁是一个被利用得如此充分，以至于人类历史上有一个完整的时代都以它来命名。20世纪80年代中期，人们发现了某些铜氧化物在液氮冷却下可以变成超导体，这一发现为K.阿勒克斯·缪勒（K.AlexMüller）和约翰内斯·格奥尔格·贝德诺尔茨（JohannesGeorgBednorz）赢得了1987年的诺贝尔物理学奖。在同一年代，人们发现薄铁铬薄膜对外加磁场有巨大的电流响应，这种性质现在被称为巨磁阻效应，它支撑了大部分的信息存储技术（阿尔伯特·费尔（AlbertFert）和彼得·格林贝格（PeterGrünberg）因在这一领域的贡献而赢得了2007年的诺贝尔物理学奖）。所有这些特性都来自于这些体系中电子的不同编排，这些电子似乎有无穷多种排列方式，而材料科学家们现在越来越能够熟练地操控它们。
二氧化钒是一种典型的被冷却到室温以下时会从金属导体转化为绝缘体的氧化物。事实上，这种金属-绝缘体的转变可以通过调节一系列外部参数（如压力、掺杂和外加电场等）来控制。由于这种转变伴随着电阻率和透明度的显著变化，因此二氧化钒已被广泛应用在涂料和传感器上。
虽然如今人们已经知道六价铬化合物有毒且致癌，但之前诸如PbCrO4和Pb2OCrO4（分别为铬黄和铬红）等含铬颜料很受欢迎。自古以来，铬的颜色一直受到高度追捧——红宝石只不过是掺杂铬的结晶氧化铝，而蓝宝石中的粉红色调也来自氧化铝晶格中的微量铬。祖母绿，一种绿柱石——Be3Al2(SiO3)6，其绿色也源自少量的铬。
金子是给女主人的，银是给侍女的，铜是给精于生意的手艺人的。“很好！”男爵坐在大厅说，“但是铁，冷铁，是金属之王。”以上是1907年诺贝尔文学奖获得者吉卜林的诗歌《冷铁》（ColdIron）的开头。
绝大多数美国人都知道，镍的用途之一是作为硬币的材料——五美分硬币正是因此被称为“镍币”（nickel）的。虽然一枚镍币的面值一直是五美分，但这些年间它的镍含量一直在最初以及现在的25%与“战时镍币”的零含量之间波动。
作为d区过渡金属之一，镍左边紧挨铁钴，右边则邻接铜锌。因为具有d轨道电子的原因，过渡金属络合物往往色彩夺目，能够显示出种类繁多的明快颜色。
和元素周期表上的近邻们一样，镍在生物过程中发挥着极为重要的作用。对于包括我们小肠中的有益微生物在内的大量微生物而言，为了生存下去，镍是不可或缺的。不幸的是，对于有害微生物而言，镍同样是其存活的关键。例如，会引起膀胱感染的某些大肠杆菌菌株中就具有镍铁氢化酶，其作用就是催化氢分子与质子和电子（一个氢分子生成两个质子和两个电子）间相互转换——这一反应是细胞内产能过程的一部分；胃溃疡的病因之一——幽门螺杆菌，能够在胃内的酸性环境下生存的原因正是一种名为脲酶的含镍蛋白，这种蛋白会将尿素分解为氨和二氧化碳，从而中和了酸性。因此，为了治疗胃溃疡，科学家正在考察以幽门螺杆菌的镍摄入过程为标靶的药物。
第30号元素紧紧吸引住它的d轨道电子，这就是为什么它的化合物没有展现出我们通常看到的d区元素的鲜艳色彩。实际上，由于d电子壳层被填满，锌和其他第12副族元素并不是严格意义上的“过渡”元素——它们有时被称为后过渡金属或“荣誉”过渡金属。
镓是一种柔软的银色金属，导电能力一般。作为第4周期元素[1]，它的性质正如预期的一样介于铝和铟之间。与铝全满的2p电子层相比，由于3d电子层的屏蔽较差，镓也因此具有比铝更高的电离能，或许更重要的是镓比预期值小得多的原子半径——130pm，几乎和铝原子一样大。异常小的原子半径作为一个影响因素赋予了镓最为人熟知的特性。金属镓在室温下质地柔软，温度只要再上升9℃——相当于伊利诺伊州天气温暖时的温度，或者说比人体体温低几个摄氏度——就熔化了。19世纪的化学家经常利用这个特性来玩恶作剧：拿镓打造一个汤匙，并和茶一起递给一位毫无戒心的客人。汤匙在搅拌茶叶时迅速融化，令客人目瞪口呆。更具意义的是，低熔点意味着液相的镓在可利用且可达到的温度范围内表现出金属性质。
如果有一种元素可以体现“化合物的好坏取决于它们的用途”这一观点，那一定是砷。
砷在地球上的丰度排在第20位，且在生命体中普遍存在，因此砷中毒对世界上的很多人都构成了真正的威胁。在像孟加拉这样的国家，人们经常通过挖井来获取干净、新鲜的饮用水，从而避免从充斥着致病微生物的死水池塘中取水。不幸的是，因为许多地区的深层地质状况导致地下水常常被砷污染，所以砷中毒症状变得越来越普遍。据估计，孟加拉约有7000万人已经接触了高剂量的砷。
在许多国家，人们可以从肉、海产品、大米、面条和面包中获取膳食硒，但不管是摄入太多还是太少，都会导致严重后果。“只要一个脱水巴西坚果，人体就可以获取每日推荐膳食摄入量的硒。”[2]（美国国家科学院医学研究所推荐成人每天摄入55μg）。硒缺乏会导致心脏疾病或削弱免疫系统功能；然而摄入过多又会导致硒中毒，症状有皮肤变色、呼吸带有蒜臭和精神疲惫，每天摄入超过5mg会致死。医学研究所制定的成人可耐受最大摄入量为每天400μg，因此人们需要注意很多保健品的每日剂量中含有50～200μg硒。
每种元素都有点各自不同的“精神分裂”。碳的多重人格在其著名的同素异形体——钻石和石墨——上表现得淋漓尽致；过渡金属则可以从乏味的灰色砖块变成缤纷多彩的盐；而即便众所周知的惰性气体，例如氙，只要“哄”好了，也能和元素周期表的其他成员结合，反应出包括氟化物和氧化物在内的各种奇特产物。溴也不例外。它端坐在p区元素的中央，既是最为致命的元素之一，同时也具有精妙而有用的特性。
虽然溴是一种比较活泼且难以预测的元素，它在分子生物学的进步中却扮演了重要的角色：伊红（Eosin，也作曙红），一种多溴染料，正是因为含有这种重原子才保证了对光的有效吸收。虽然能取代它的染料并非不存在，但在有另一种小分子化合物苏木精协同时，伊红几乎能将细胞质和其他多种蛋白质组成的结构进行全方位的染色（虽然要注意的是，细胞核更倾向于被苏木精染色）。染色后的细胞图像相当醒目，其中饱满的紫色正是来自曙红。
KrF2和KrF+所具有的超强氧化能力已被用来合成其他一般条件下难以获得的银（III）、镍（IV）、金（V）的高价化合物，以及其他诸如TcVIIOF5（含+7价锝）、OsVIIIO2F4（含＋8价锇）、ClVIIF6+（含＋7价氯）和BrVIIF6+（含+7价溴）这样异乎寻常的化学物种。这些应用充分展示了作为本源的氪化合物KrF2并非仅仅是科学志里的化学奇想，它也是化学家工具箱中的一员干将。1938年，在氪元素大名的启发下，超人的母星被命名为氪星，这个星球上的一种强大的物质被称为氪石。“超级氧化物”KrF2、KrF+和Kr2F3+可以夺取其他强氧化物的电子，而氪石可以夺取超人的能量，它们之间的类比当然纯粹是个巧合吧。
V
毋庸置疑，第37号元素属于元素周期表中的第1主族，它拥有与其他碱金属相似的特性。铷是一种低熔点（39.3℃）软金属，可与水发生剧烈反应，甚至比钠水反应（典型的高中教学演示实验）和钾水反应（过于危险以至于不能在课堂上演示）还要剧烈——这与同族元素原子序数增加时，价电子能量也随之增加这一原则一致。铷与水反应产生的氢气在空气中会燃烧，事实上，铷本身在空气中也可以自燃。
在我们的日常生活中，锶的其他用途更多与一些冷门应用有关，包括仿钻（钛酸锶）、夜光玩具（掺杂铕的铝酸锶）和脱敏牙膏（氯化锶）。
当然，第38号元素还有一种久经考验的应用，那便是它的红色火焰。根据描述者的不同喜好，这种火焰可能被描述为绯红、猩红或者紫红。1918年的《化工新闻》报道，锶在英国的唯一用途是生产信号灯、照明弹以及烟火。如今，仍有30%的锶化合物（如氯化物、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐或草酸盐）被用于制造各种烟火。如果你看到紫色烟火，它们也很可能含有锶盐，这是锶盐与发蓝光的铜盐结合后的效果。
在人体中，锶的吸收方式与其同族邻近元素钙相似，主要沉积在骨骼内。这使得锶相对无害，它甚至还被研究用于预防和治疗骨骼疾病，如骨质疏松症。不过，这也使由核反应堆和核试验产生的、寿命最长的放射性同位素锶-90变得危险，因为被吸收的锶-90可能会引发骨癌。但是通过控制摄入量，锶-89和锶-90也被用于已经扩散到骨头的癌症的放射治疗。
到最后，阿伦尼乌斯发现的这块黑色矿石被证实为含有8种稀土元素（铒、铽、镱、钪、铥、钬、镝和镥）的氧化物。等到了20世纪20年代，第39号元素在元素周期表上的符号从早期的Yt改成了现今的Y。
和元素周期表第3族上面的邻居钪一样，钇的化学性质和镧系元素相似，由此它们被统称为稀土元素。这意味着，如同生产镧系元素一样，钇也可以从独居石和氟碳铈矿等矿石所含的混合氧化物中分离得到。随后可以通过将其制备成氟化钇，再经钙金属还原的方法来进行单质钇的提纯。
然而钇最重要的影响也许还是其在高温超导体（零电阻）发现过程中所扮演的角色。1986年，贝德诺尔茨和米勒发现一种镧基铜酸钙钛矿(La2CuO3)在绝对温度35K下显示出超导特性，为此他们第二年就被授予了诺贝尔物理学奖[6]。另外在1987年，美国的物理学家发现Y1.2Ba0.8CuO4（常被简称为YBCO）在93K时就可以发生超导现象，该超导临界温度的提升具有重要现实意义，因为这在液氮沸点(77K)以上，是一个实际可行的制冷温度[7]。该发现激发了更多的研究力量投入到寻找更高临界温度的超导体的工作中——理想是实现室温以上的超导，虽然至今仍未可得。
锆石——对化学家来说即硅酸锆（ZrSiO4）——是一种自古以来就为人所知的半宝石。由于其具有高折射率，切割和抛光后的锆石晶体能闪耀出奇光异彩。透明的锆石酷似钻石。锆石中的金属成分最早是克拉普罗特于1789年在柏林分析该物质的晶体时确定的。同年他还发现了铀，如今这两种金属元素对于核能发电都至关重要。
合金，即锆锡合金，被用作氧化铀燃料部件的包壳。该材料在高温下耐腐蚀，且不会吸收中子，因此不会产生放射性。核工业几乎消耗了所有的锆金属产能，一些核电站配备的锆合金管足有数公里长。虽说如此，它在水冷反应堆中仍有可能发生腐蚀[1]，有时这会引发事故。尽管该金属接触温度低于900℃的水是稳定的，但在此温度以上，它们会反应生成氧化物和氢气。正是这个过程导致了1979年发生在美国三里岛的爆炸，以及2011年地震和海啸后发生在福岛的爆炸。
全球纯二氧化锆的年产量接近25000t，被用于化妆品、止汗剂、食品包装，甚至被制成仿钻。二氧化锆最出人意料的应用是超强陶瓷。这一领域的研究主要由军方推动，目标是用非金属制造坦克发动机，以避免使用润滑油和冷却系统。最终，新一代坚韧而耐热的陶瓷材料被开发出来，它比硬化钢更坚固锋利，成为制造业中优质的高速切削工具。一些日常用品中也有二氧化锆的身影，比如刀、剪刀和高尔夫球杆。同时，因为它的耐用性和生物相容性，它也被用来制造牙贴面。
二氧化锆可以形成三种不同的晶体结构：单斜晶、四方晶以及最受欢迎的立方二氧化锆（通常简称为CZ），后者的晶体结构与金刚石相同，甚至更加光彩夺目。用二氧化锆制成的仿钻可以通过掺杂其他金属氧化物着色：微量的铬能让其变身绿宝石，铈能赋予其红色，掺杂钕则是紫色。二氧化锆的一个更严肃的用途是形成坚韧并能抵御化学腐蚀的涂层。二氧化锆陶瓷层能够保护喷气发动机的桨叶以及燃气涡轮机，同时该陶瓷层还兼具隔热作用。
锆的金属单体也被用于某些合金中——比如增加钢的强度并提升其可加工性。由于其生物相容性——在生命体中无已知的功能或毒性，它也被用于外科植入物和假体中。金属锆在高温下仍能保持稳定，因此可用来保护重返地球大气层时被加热的太空飞行器。锆的储量是铜和锌的两倍，更是铅的十倍多。由于锆被认为是完全无毒和对环境无害的，它的应用或许还将持续增长。例如，它可以被添加到颜料中用以取代其中仍然需要的少量铅化合物。
经与陨石进行成分比较后发现，据信地球上应该存在的很多铌实际上却“失踪”了，地质学家认为[1]它们可能储藏在地球核心的深层硅酸盐中。其余的铌在地壳中分布也不均衡——主要分布在巴西和加拿大，这促使人们积极地寻找新的矿藏。最近在一些地缘政治敏感地区（如阿富汗南部地区[2]和刚果民主共和国）发现了大量矿藏。
如果你询问有机化学家有什么铌能促进的反应，大多数时候你只会看到茫然的目光。铌的有机化学性质目前尚未得到广泛的探索，但是铌仍然在令人意想不到的地方找到了其合成用途。
铌还启发了美丽的化学艺术。帕梅拉·祖瑞尔（PamelaZurer）满怀憧憬地描述[7]如何在金属铌表面上通过电镀铌氧化物薄膜得到折射的、闪闪发光的表面——不同的薄膜厚度还可以产生不同的颜色。该技术已应用于艺术和商业领域，如奥地利铸造的绿色、粉红色和紫色的收藏用欧元硬币。
这个被低估的金属的未来会怎样？毫无疑问，铌在能量存储和有机合成中的应用会增加。但也许最令人兴奋的是用其构建新型的无机框架，作为分子筛、半晶及核壳颗粒用于生物质转化和太阳能收集。经过了两个世纪后，铌或许终于能获得一些迟来的认可。
然而，利用钼化合物进行催化不是人类首创。早在人类在地球繁衍之前，含钼酶就已经在催化推进几个关键反应了——而且至今仍在继续。其中一个反应是将大气中的氮气转化为氨。在工业上实现该转换需要反应温度高于30℃并且压力大于200bar（1bar=100kPa）。与之形成鲜明对比的是，与某些植物共生的固氮细菌利用固氮酶在生理条件下就能实现这个过程。大多数固氮酶在其活性位点具有一个钼原子，该活性位点是由7个铁原子、9个硫原子、1个被高柠檬酸配体封端的钼原子和组氨酸残基组成的团簇。
在元素周期表最初囊括的92种元素中，锝是最后一个被发现的，
元素周期表中的第7族略显怪异。当门捷列夫构想出第一版元素周期表时，它是唯一一个仅含有一个已知元素（锰）的元素族。
第43号元素的正式发现要归功于埃米利奥·塞格雷（EmilioSegrè）和他的团队。他们称之为“锝”，锝是第1～92号元素中最后被发现的，且事实上它首先是被合成而不是在自然界中分离得到的。它也是唯一一个在意大利——更确切地说，是在西西里的巴勒莫“发现的”元素。
一种普遍的观点是，地球形成时可能就已存在的锝已逐渐衰变，因为即使是其寿命最长的同位素的半衰期相比于地球的寿命来说也太短了。但是到1956年，日本放射化学家黑田和夫（PaulKuroda）预测也许地球深处曾经有过自然核反应器的存在。五年后，他报道了非洲一种沥青铀矿样品中，每千克中含有2×10-10g的锝-99。1962年，一支法国科学家团队在研究来自非洲加蓬共和国的岩石样品时，证实了黑田和夫的早期关于自然核反应器的预测，并进一步分析表明这些矿物中也含有微量锝，因此，反驳了教科书中“地球上没有天然锝”这一常规表述。
再看天空，早在1952年，在一些所谓的红巨星内就检测到了锝的存在，但是我们自己的太阳里却没有，这一事实在证明太阳比较年轻这一说法中是非常重要的证据。另外，由于锝同位素的半衰期与红巨星寿命相比较短，因此表明元素是在星球内形成的，从而支持星球核合成中等质量元素这一理论。
1988年，即催化转化器在瑞典成为新车必备件的前一年，我邂逅了这种银白色贵金属的一种非同寻常的形态——50g紫色粉末——市值是当时一个研究生半年的工资。这个价格同时反映了第45号元素一贯是最贵的铂族金属（PGMs），以及极难被氧化成分子化合物的事实。铑的价格随着外部因素而波动，例如会随着汽车销量增长或者环境立法变严格而增高。另外，因其生产仅由少数国家主导，尤其是南非，所以旷工、罢工或者当地政治局势都可能严重影响到国际市场。
铑也有几种确知的人工放射性同位素，包括几种亚稳态的核同质异能素。其中之一的铑-103m由钌-103衰变得来，已经被作为癌症治疗剂来研究了[2]。然而鉴于它短暂的半衰期（59min），以及三价铑配合物缓慢的配体交换速率，合成并使用铑-103m化合物需谨慎加以规划。多种基于Rh24+核心的配合物有望成为抗癌化合物。最近有一个令人兴奋的进展，一种拥有一个被标示了有机荧光团的配体的二铑（II）化合物，已被证明能被癌细胞以一种不同于吸收自由配体的方式所吸收[3]。该发现表明了这种铑—铑键化合物新的应用可能性，或能鼓励大型制药企业从它们的有机舒适区中走出来，就像40年前开发基于元素铂（元素周期表上和铑在对角线上的邻居）的顺铂类药物那样，大力开发铑基新药。
2010年，钯化学在工业界和化学界以外也成为舆论热点。这一年的诺贝尔奖颁发给了赫克、根岸英一和铃木章，以表彰他们在开发利用钯催化制备碳—碳键化合物方面的贡献。他们研究的化学反应，以及受他们的启发而发展起来的许多类似的化学反应，已经对化学家制备有机化合物的方法产生了深远的影响。这些化合物已被应用到从工业材料到药品等各式各样的产品中。此外，钯在过去数十年一直被用作瓦克法的催化剂，该工艺被认为是最早获得工业应用的有机金属化合物反应。
在过渡金属中，具有空配位位置的非饱和金属原子会是良好的催化剂。而二价钯就是核外电子排布为d8的几种金属离子之一，这样的金属离子倾向于形成刚好有两个空的轴向配位位置的正方形平面结构。
钯当然具有一些独特的性质。它的基态电子结构是4d105s0，使其成为唯一同时拥有全满d轨道和全空s轨道前沿的过渡金属。此外，钯的d-p轨道跃迁的最低能量明显大于其他类似金属[2]的对应跃迁能量。这两个事实似乎表明，钯的催化活性主要是由其（与5s和5p轨道低比例杂化的）4d轨道电子实现的，这也在某种程度上导致了钯能够“刚好适合”催化烯烃反应。
银的开采、精炼和使用已有数千年的历史。银被制作成饰品和器具用于交易，也被用作货币体系的基础（在法语中，银和钱是同一个词“argent”）。古埃及人早在公元前2500年就曾将银板植入头骨，古希腊人和罗马人则会用银制容器防止液体腐败。因此，将银币投入许愿井和许愿池的传统之所以产生是为了给水除菌，进而保持人们身体健康。公元659年，在中国就出现了最早的使用银膏来修复牙齿的记录。如今的补牙银汞中依然有20%～35%的银（其余主要是汞，还含有一些锡、铜和锌）。
据估计，目前地壳中的银储量约为550000t；银的世界总产量在2009年超过了2700t。每年大约有700t银被用于异相催化（例如环氧乙烷和甲醛的生产，以及尾气净化），这比用于制作首饰的更多。
虽然传统上我们会认为银是“第二好”的金属，仅次于金，比如奖牌的用料便是如此。但银持有三项世界之最：最好的导电性（被应用于音频线、电源开关以及断路器）、标准情况下最亮的元素（制作镜子和一些光学用途）以及是具有最好导热性的金属。银对氧是稳定的，但在水和硫化氢的存在下（比如有羊毛、乳胶、鸡蛋或洋葱的时候），会生成硫化银而失去光泽，这一现象是银器和首饰的常识。纯银太软，不能用来制造物品，通常会与其他金属制成合金；例如“925银”含有92.5%的银，通常情况下会掺入铜、锗、锌或铂，以在保留其延展性的同时增强其强度，同时还可以降低铸件孔隙率及增强抗腐蚀性。
在银的历史中，有相当重要的一段属于由涅普斯（Niépce）和达盖尔（Daguerre）于19世纪30年代发明的黑白摄影。黑白照片最初是在硝酸银和白垩的混合物基础上制成的，如今也仍然依赖于用明胶基质稳定的光敏卤化银制成的胶片。银除了常用于艺术和医用放射成像之外，还可以用于质量控制。
银离子在低浓度下（如约1ng/L）就对细菌有剧毒，但真核细胞可以承受高出10～100倍的浓度[3]——接触浓度过高的银会导致不可逆的皮肤变灰（银质沉着病），但不会造成严重损伤。
直到第二次世界大战期间，铟才有了首次大规模应用。因为其良好的延展性，铟被加工成飞机发动机轴承的润滑薄膜层。直到20世纪50年代末，润滑以及大约同时期出现的第二种铟应用——焊接，就是铟仅有的两种用途。
作为一种高效的中子吸收剂，铟被用于制造核反应堆的控制棒。其合金的低熔点（某些种类可低至50℃）对焊接很有用，也让其成为用于热调节器和消防喷淋头[1]中的高性能保险丝。但让铟引起人们广泛兴趣的是在铟锡氧化物（ITO）性能上突破性的发现。如今，由于ITO在人们生活中所扮演的极其广泛和常见的角色，美国能源部[2]正在对第49号元素日趋枯竭的供应提出严正预警。铟昂贵而又稀有，ITO则脆而易碎、不可弯折，但在克服这些问题后人们能利用ITO制造出高价值的产品，比如触屏设备、智能手机和液晶屏电视。ITO是一种独特的材料，它既导电又透光[3]，而其透光性是上述所有应用所需求的关键性能。此外，它是大多数太阳能电池的重要组成部分，无论它们的主成分是何种材料，其外侧吸光层的电路通常都是用透明ITO实现的[4]。
目前的触摸屏市场正在迅速增长，虽然我们仍不大清楚全球的铟储量有多少——因为它仍然只是开采其他金属（主要是锌和锡）的副产品，但据估计，铟的供应量只够满足我们不断增长的需求至2020年。因此，随着它越来越稀有，其价格越来越贵亦在预料之中。
如今，锡化合物存在于防污涂料、聚氯乙烯管，甚至你的骨骼中——骨骼是锡化合物易在人体内聚集的部位。在即将到来的电池科学和电子产品的浪潮中，这种富有光泽的银白色金属也将起到一定的作用——或好或坏。
但是锡依然没有过时。它独特的导电性、电子结构和易于形成合金的倾向，使它在太阳能和下一代电子设备中扮演了一个新的角色。传统的合金（如镍钛合金）已经被吸光范围更广且导电性能更好的镍锡锶和锡氧化物所取代。以锡为基础的纳米粒子有望成为锂离子电池的下一代阳极材料，这也激发了人们对其形成过程和特性进行深入研究的兴趣。
锑是一种类金属，而不是真正的金属，它有四种同素异形体：最稳定的是金属性的灰锑，还有非金属性的黄锑、黑锑和白色的爆炸性锑。不同寻常的是，金属锑在遇冷时体积会稍微膨胀，仅有四种元素表现出这种“冷胀”性质。锑通常以三价或五价态形成化合物。例如超强的路易斯酸SbF5，它与氟化氢可形成已知最强的超强酸氟锑酸（pH约为-31.3）；氟锑酸甚至能够给碳氢化合物加质子，从而形成碳正离子和氢分子。
由于金属锑能够与锂化合为具有高理论锂容量的Li3Sb，因此锑还被认为是可以被用于高能量密度锂离子电池的很有前景的阳极材料。
乔治·马洛里（GeorgeMallory）用来解释他为何攀登珠穆朗玛峰时所说的话，原因之一就是“因为它就在那儿”（“Becauseitisthere”）。
碲在工业中最主要的应用是在冶金业，它是一种很重要的合金添加剂。添加过碲的钢和铜都更易加工，还可以用来铸铁使热冲击降至最低，从而减少疲劳。碲的另外一个重要的工业应用是在橡胶工业中用作催化剂和硫化剂。这些应用不需要高纯碲。然而，电子工业在一些新演变中的应用中对高纯碲的需求正在增长。例如，碲在新开发的相转变记忆芯片中的应用，以及可复写CD、DVD以及蓝光光碟中的应用。
碘是生物体必需的微量元素。一般人体内含有10～20mg的碘，其中90%以上储存在甲状腺中，用于合成甲状腺激素三碘甲状腺原氨酸（T3）及甲状腺素四碘甲状腺原氨酸（T4）。这两个碘代有机生物分子均依赖于卤键[6]来实现其功能。人体在一套复杂的酶系统中通过一系列加碘/去碘反应来保障甲状腺激素处于健康水平：O…I卤键使得上述反应具有极高的官能团选择性。为了让由T3和T4控制的新陈代谢正常进行，碘的摄入极其重要：如果不能从食物中获取足够的碘，将导致精神疾病及甲状腺肿。
VI
动物和人体中的铯生物学行为与钾相似，不过通常情况下，铯穿越细胞膜时要比更轻的类似物慢[2]。食入或吸入的可溶性铯几乎能完全被血液吸收，然后分布在整个软组织中。在1～2天内，体内大部分的铯会积累在骨骼肌中。铯从成人体内排出需数月，从儿童体内排出需数周。促排放射性铯的推荐治疗方法是口服普鲁士蓝（亚铁氰化铁），它能与肠道分泌出的铯原子结合，并阻止这些铯再被吸收回血液。
最近几十年核放射尘产生的人造同位素铯-137无处不在，并且产生了一种令人始料未及的用途。通过测量铯-137的特征γ辐射，可以无损检验据称历史悠久的红酒是否真的产于核爆炸事件发生之前。
虽然会引起相当的不适，但硫酸钡确实可以被从消化系统的上下两端引入人体，以作为X射线扫描的造影剂用于检测肠胃疾病。尽管钡离子是有毒的——会严重干扰钙和钾的代谢反应，诱发心律失常和颤抖并导致瘫痪——但硫酸钡的不溶性能确保它可以被安全地摄入与排出。与硫酸钡形成对比的是，碳酸钡因其可以溶于胃酸而被用于鼠药。尽管钡具有毒性，但在一些植物中可以观察到钡的吸收和积累。绿藻甚至需要钡才能长得好，但钡在绿藻生长中的具体作用仍不明确[2]。巴西坚果可含有多至1%的钡，此外它还含一些硒（摄入过量也会中毒），因此食用巴西坚果需要注意适度[3]。
如果说在镧系元素的历史上有一条主线的话，那就是它们始终拒绝轻易分开彼此。4f区元素化学性质上的相似性困惑了19世纪的化学家几十年，直到采用了一种新的分析技术才最终将镨从它的藏身之处梳理出来。
1838年，瑞典化学家莫桑德分离出了一种新元素——镧，这是一种自1803年以来一直隐藏在贝采利乌斯发现的铈中的金属[1]。两年后，莫桑德发现铈中还有另一种金属，正是这一组分使他的铈样品略带紫色[2]。他将该元素命名为“didymium”，源自希腊语中的“孪生”一词。Didymium与镧有着很多相似的性质，看起来就像是来自同一个“合子”矿石的异卵双胞胎。1878年以后，当人们发现来自不同地区的didymium的可见光谱不同时，便开始怀疑didymium中也许包含了不止一种元素[3]，但didymium之名依然在元素周期表中继续存在了40多年。它是唯一一个在1869年门捷列夫版的元素周期表中存在，而现代版本的元素周期表中却不存在的元素。
19世纪80年代早期，奥地利化学家韦尔斯巴赫通过重复分级结晶来分离稀土元素。这一方法依赖于镧系双硝酸铵盐间微小的溶解度差别，操作既烦琐又费时。1885年，韦尔斯巴赫的努力工作得到了回报，他发现了一个新元素。他宣布didymium其实是两种元素的混合体[4]，他并没有按照惯例只命名较少的组分，而是得意地提出了两个新名字。他将产生绿色盐化合物的较少组分命名为“镨”（praseodymium），而主要组分则重命名为“钕”（neodymium）。在此之前，没有任何其他已被普遍承认的元素，因在其中分离出另一种新元素而被重新命名。然而，也没有任何同时代的化学家质疑这一霸道行为。同时，莫桑德早在1858年就已经过世，所以并没有机会为didymium做任何抗争。但是，近年来有人提出[1]，韦尔斯巴赫有些自命不凡，因为他只从didymium中分离出一种新元素，应该将其中一种元素命名为“didymium”[5]。在19世纪晚期的稀土元素探索热中，虽然韦尔斯巴赫并不是唯一一个用“neo-”作为前缀给元素命名的人，却只有他取的新名字最终存留了下来（其他很多元素的发现都是有误的）。
钕在19世纪的主要应用是铈镧稀土合金，其中含有少量的钕和镨。铈镧稀土合金是铁铈齐的一种组分，常用作打火机的火石。仅次于此的另一个主要应用是玻璃着色。将氧化钕熔融到玻璃中，玻璃会根据环境光源的不同而产生从暖粉色到蓝色的各种色调。在激光领域，钕掺杂的玻璃激光介质在大功率应用中非常重要，比如激光核聚变研究。
1937年，在劳伦斯伯克利国家实验室的回旋加速器中，一块钼箔被氘束轰击了几个月后，在其中鉴定出锝元素，这之后人们意识到元素周期表上的空白可以用一种新的方式来填补。如果在自然界中找不到某种元素，也许可以在实验室中制造出来。
稀土元素的一个重要用途是用于制备高强度磁铁。
德马塞选择这个名字的原因仍然是一个谜。有趣的是，他并不从属于任何大学，在申请加入法国科学院失败后一直运营着一间独立实验室。作为科学家，他比较特立独行：他曾经研究过有机化学、有机金属化学和无机化学，最后成为一名卓越的光谱学家；他也曾经旅行多国，研究当地的地质学和文化[2]。可能正是因为这种对化学各领域和对世界各国的开放心态，使他在元素命名上选择了欧洲（Europe），而不是法国或巴黎——此时钫（Francium，以法国“France”命名）和镥（Lutetium，以巴黎古称“Lutetia”命名）尚未被发现。
镝既是一种诅咒，也是一种祝福。稀土元素化合物的化学相似性使得它们的元素分离非常困难，需要大量的矿石来完成。
尽管涉及镧系元素的相互作用很弱，但它们的磁各向异性却可以产生崭新特性。这些特性如今在分子自旋电子学的框架里得到了积极的研究——为了探索利用这些分子开发新电子产品的可能性。然而，想要实现使用这些分子的新的自旋电子应用，就必须通过详细的量子力学研究来理解并解释稀土元素的电子和磁性结构。
回到最初的那个问题，“为什么我们要对镝感兴趣？”已经变成了“为什么我们要对磁各向异性感兴趣？”我一贯认为，化学家必须解决关于结构性质关联的所有问题。比如，合理解释在发现分子磁性现象时出现的金属离子室温下的非常规的磁矩。我们需要有针对更复杂现象的阐释以及更好的化学理论，以将磁各向异性这样的概念转化为实际应用。
三价铒离子具有大量分布规则且寿命较长的激发态，使它成为理论红外探测器的实验证明的完美材料。通过固体中特定离子连续激发能级依次吸收光子来对光子进行检测和计数，即利用超激发作为光子检测器[2]。对于光子检测，上述的上转换路径严格依赖于从基态到连续激发态的线性吸收，但是三价铒离子直接吸收光子的效率不高。这个问题直到1966年才迎来一次突破，弗朗索瓦·奥泽尔（FranoisAuzel）在这一年证实了可以通过辅助离子间接捕获光，再将能量转移给铒。这对于实现超激发十分有利。铒激光器[3]的工作机制与该机制类似，目前该类激光器被应用于口腔和皮肤的护理中。
利用有机金属配体和技术，我们可以制备出不遵循既定规则的d区金属化合物。研究这些化合物的基本电子结构和成键的微妙之处，可以帮助我们更好地理解并相应地操控那些更重、具有相对论效应，且常常带放射性的f区金属。f区金属的反应活性是可再生能源、磁技术和核废料管理的关键。
像许多其他镧系元素一样，镱是一个被研究得相对较少的元素。它能被用作不锈钢的增强剂。而由于在高压下会变成半导体的性质，所以镱也可以被用于制造应力计。另外，它的放射性同位素（镱-169）被用在了便携式X射线机中。镱比较新的一个应用是原子钟，利用超冷镱-174来计时，这种原子钟经过500亿年后[8]（地球年龄的10倍以上），误差也不会超过1s。
在所有已知元素中，第74号元素在多个方面位居第一——它是具有最高熔点的金属，也是生物体所能利用的最重的元素；与此同时，它的碳化物还表现出接近钻石的硬度。这一元素在文学中也有着特殊的地位，它曾被用来命名一位著名的舅舅[1]（《钨丝舅舅》，UncleTungsten）。
钨在很多常见物品中均有应用，如圆珠笔（碳化钨材料）、电器元件（灯丝、电阻和X射线管）、硬化合金（钢）、切削工具（高速钢）及超级合金[
18世纪，德国地质学家鲁道尔夫·埃里希·拉斯伯（RudolfErichRaspe）曾经提出，可以将三氧化钨的明黄色用于艺术创作。他表示这种颜料“美丽远超特纳黄”（TurnerYellow）[6]。现在三氧化钨也被用作染料。“
染料。“二战”期间，钨成为了一种战略物资，因为它的高耐热性及其合金的高强度使其成为穿甲弹的首选组分之一[5]。
钨的氧化物是首个被发现的电致变色材料。
电致变色材料的商用前景是巨大的，例如应用于显示器上，或是应用在智能窗户上以限制通过的光线及热量。一些智能窗户已经面世，并将很快应用在最先进的汽车及建筑中。
伊达·塔克，正是她在1934年提出原子核可能分裂成多个碎片，即发生核裂变。但当时她的推测基本被无视了，且一直持续到1939年哈恩、施特拉斯曼和迈特纳在实验中真的发现了核裂变现象。无人支持伊达·塔克提出的假说，主要原因似乎要归结于她在1925年宣称发现第43号元素所产生的争议大大损伤了她的声誉。
铼的化学性质复杂多变。所有已知元素中，铼的价态种类是最多的，从-1，0，+1，+2一路到+7，其最常见的化合态是+7。
最近，二硼化铼这种构成相对简单的化合物吸引了不少注意：该化合物是所有已知物质中最硬物质之一，但和其他超硬材料（例如钻石）不同，制造二硼化铼并不需要高压[8]。虽然铼是所有稳定元素中最后一个被发现的，但是它的性质和应用仍然是相当重要的。
锇是最稀有的稳定元素，它在地壳中的平均丰度约为每200t含有1g。如今，工业用的锇是精炼镍和一些更常见的铂族金属时的副产品。一辆汽车的后座就能轻松装下锇的全球年产量（约500kg），这一产量不到黄金的1/5000。
人们很早就知道元素周期表中的锇和铱这一对邻居是所有金属中密度最高的（两者密度都是铅密度的2倍多），但哪一个更重一直是个争议不断的问题。直接通过称量已知体积的样品得到的密度并不十分精确，部分原因在于很难保证样品中毫无内部空隙。更好的办法是借助它们的晶体结构和原子重量加以计算。可是，因为它们的密度实在是太接近了，所以测量精度的提高会时不时地让最重元素这一称号易主。
锇虽然稀缺，价格却比黄金便宜得多，这是因为锇缺少商业用途。蓝灰色、硬而脆的锇金属在外观和手感上多少欠缺些吸引力。尽管如此，第76号元素仍然拥有一些可圈可点的特性。锇金属在外部压力下有很强的抗压能力，它拥有在所有物质中最低的可压缩性，甚至可与钻石媲美。锇可以和铂族金属其他元素混合形成合金，因其高硬度而具有特殊应用，比如电路触点、机器的耐磨部件和高端钢笔的笔尖。
虽然它的金属形态几乎没有什么实际应用，但锇的化学性质却不迟钝——它具有从2一直到+8价的11种不同氧化态；这种多样性只有钌以及其他一些过渡金属可以与之相比。此外，锇（以及铁、钌和氙）所拥有的高达+8价的氧化态是所有元素中在正常环境下观察到的最高价态。
锇最有价值的化合物是其四氧化物OsO4——一种在显微镜观测和指纹检测中被用作着色剂的无色固体。在一些工业制程中四氧化锇也被用作催化剂，例如某些抗肥胖和抗糖尿病药物的制备过程。
最近77号元素因为分离出来的化合物[IrO4]+，而在化学界爆出了新闻[5]。该化合物中，铱达到了+9价，是已知的最高氧化态，此前从未被发现过。这也使铱成为了具有最广的氧化态范围（从-3价一直到+9价）的元素。
铱对于我们星球远古时代的影响比其在现世的发展更惊人，它涉及了一场巨大的席卷全球的灾难事件。6500万年前发生的白垩纪-古近纪（K-Pg）物种灭绝事件，致使地球上包括所有的非鸟类恐龙在内的70%的动植物物种消失。地质记录印在了K-Pg界线上，即一层薄薄的沉积层，该沉积层内的铱含量非常高——远远高于其在地壳中的自然丰度。而小行星多含有大量的铱元素，所以路易斯·阿尔瓦雷茨（LuisAlvarez）和他的同事们[6]据此假设是小行星的撞击造成了K-Pg物种灭绝事件，随后一个大小与该假设匹配的陨石坑在墨西哥尤卡坦半岛被发现。此外，在K-Pg界线之上一直没有发现恐龙化石的这一事实，进一步印证了恐龙灭绝是因一颗含有大量铱的小行星撞击所致的理论。今日地壳中很大一部分铱应该是来自于那颗小行星的撞击。
金是最贵重的元素，因此它在金融、艺术以及珠宝界处于核心地位。一些伟大的文物，比如图坦卡蒙木乃伊的面具，能够至今仍保持着几千年前被刚刚制造出来时的美丽，就要归功于这种性质。金也是财富的代名词，炼金术士用了数百年一直妄图用基础元素来制造出金；曾有一个被称为水银派（Mercurialists）的炼金学派认为金是能由汞和硫制成的。
在化学上，它往往被认为是一种比较无聊的元素。然而，自20世纪80年代至今，情况已大有不同。将金分成仅含有几个原子的微小的纳米级碎片，它就会成为一种异常有效的催化剂，而催化剂是制造如今大部分商品的关键。
众所周知，炼金术中的哲学思想为现代化学的原理和规程奠定了基础，而汞正是炼金术研究的核心。欧洲的炼金术士认为汞是所有金属的主要成分，并且可以与其他金属结合变成黄金。
汞的化学符号是Hg，来自其早期的名字“hydrargyrum”。这个在拉丁语中意为“水银”的名称，得名于汞那闪亮的液体金属形态，这也是其俗称水银（quicksilver）的起源。汞是室温下唯一一种液态金属，这种现象最近被证明是由相对论效应而产生[1]。
高密的液态金属是一种非常有用的材料。因此，汞有着广泛的应用，从温度计、气压计到电开关、电池、牙科用汞齐、灯泡甚至用于高倍天文望远镜的液压系统。在化工生产中，汞也被广泛应用于电解槽。
汞的无机形态一般是从大气中沉淀的，这些产物的浓度足够低，所以不会产生健康问题。然而，相当数量的厌氧微生物具有将无机汞转化为甲基汞的能力。2013年，负责汞甲基化的基因已经被识别出来，这使我们有可能根据汞甲基化的能力筛选微生物[3]。水生和陆生食物链中的生物放大作用，会使在食物链中处于高位的动物（包括食肉鱼、吃鱼的哺乳动物和以昆虫为食的鸟类）累积了足以中毒的甲基汞。
摄入看似无害、无色、几乎无味的铊盐，会导致胃和神经系统紊乱，并使器官快速衰竭。在低剂量的情况下，症状显现得比较缓慢，很容易被归于其他疾病。这让铊中毒相当隐蔽，也是铊被称为投毒者的最佳之选的原因。铊中毒的一个典型特征是毛发大量脱落。
铊被发现后不久，人们就注意到其毒性很大，因此将铊广泛地用作鼠药。后来由于发生了许多悲惨的事故和谋杀案，许多国家认定铊不安全，并禁止使用。1961年，阿加莎·克里斯蒂（AgathaChristie）在小说《白马酒店》中写到了铊，并因此而挽救了一条生命。事情是这样的：1977年，一名来自卡塔尔的19个月大女婴因患有严重的未知疾病，被送往伦敦的哈默尔史密斯医院。没有确切的诊断结果，医生束手无策。幸运的是，有一位护士正在读《白马酒店》，并意识到患者的症状与克里斯蒂虚构的受害者之间的相似之处。患者尿液样本中的确检出了高含量的铊，医生据此使用了铊解毒剂——普鲁士蓝，它能与铊结合并促使其排出体外。《白马酒店》之后的重印版描述了这个案例[2]，并附上了致谢：“感谢已故的阿加莎·克里斯蒂，她的临床描述是如此出色和敏锐；感谢梅特兰护士让我们了解到最新的文学作品。”
铅这种柔韧且易于延展的重金属储量丰富，易于使用。而且，它的性质还可以通过与其他金属（如铜或锑）形成合金来加以调整。这些性质使铅具有广泛的应用，比如用来制作遍及罗马帝国的水管。铅在工业革命中也发挥了关键作用。
纯铅是青白色的，并且具有明亮光泽。当没有已知的同素异形体干扰时[2]，铅会结晶成面心立方结构的晶体。暴露在潮湿的空气中后，纯铅的光泽会很快因为表面形成的铅氧化物而消失。这层氧化物会保护内部的金属。自然界中的铅很少以单质形式存在，但常与其他金属一起形成矿石——地壳中最丰富的铅矿石是方铅矿（PbS）。自然形成的铅是铀和钍在经过氡-222的放射衰变过程之后产生的。铅有四种稳定的同位素（铅-204、铅-206、铅-207和铅-208），其中前三种被用于推测岩石的年龄。铅化合物主要存在+2和+4两种氧化态，前者更常见。
按照目前的使用率估算，铅这个我们依赖了几千年的金属将在大约四十年内耗尽。这个情况也产生了一些积极影响，在这种趋势下，我们重新对铅的回收技术以及燃料电池技术的进展产生了兴趣。
铋现在正在越来越多的场合代替具有高毒性的金属铅。因为两者密度相近，而不少国家已经禁止在射猎水鸟的时候使用铅弹了。铋同时也是最具反磁性的材料之一——和石墨一样，在磁场中会被排斥开来——因此被用于制造磁悬浮列车，这种列车的行驶速度能超过400km/h。
铋是一种用途广泛、相当环保的金属。在环保意识日趋高涨的当下，可以预见，从有机合成到工程学，像铋这样的环保金属将会得到更多的应用。
钋是元素周期表中的第84号元素，是一种在自然界以极低丰度存在的天然放射性物质。1898年7月，居里夫妇宣布[1]他们发现了钋。这是利用他们新开发的放射化学分离法发现的第一个元素。他们用皮埃尔自己设计的静电计检测从原始沥青铀矿中分离出来的每一种物质。他们慎重地写道：“我们相信从沥青铀矿中提取的物质含有一种以前未曾发现的金属，其分析性质与铋相似。如果该新金属被确认存在，我们希望将它命名为‘钋’（polonium），以此纪念我们其中一人的祖国。”
1911年，居里夫人因发现钋和镭而获得诺贝尔化学奖。
钋有41个同位素，相对原子质量分布于187～227之间。其中最多的天然同位素是钋-210，它是天然铀衰变过程的放射性产物。
同位素钋-210几乎是专门的α粒子放射源，半衰期为138.4天，因此它的放射性和毒性都很高[3]。除了放射毒性，它在约50℃的低温即可挥发，并且极易黏附在玻璃上，导致它很难被处理，因此人们对它的化学性质仍然知之甚少[4]。
元素钋-210有一些特殊的用途，例如用于研究α粒子各种效应以及校准辐射探测器。它也是一种高能量密度的热源，并且可以和铍混合后制备小型中子源。不过，或许最广为人知的是它罕见而奇毒无比的肝毒性[3]，它也会侵害骨髓、胃肠道和中枢神经系统。据估计，它对人的致死剂量不超过10μg。在被发现后不久，它就展示了它的辐射毒性。当时从居里实验室的蒸馏器皿中意外释放的钋导致了一名技术人员死亡。
钋的毒性超过氢氰酸的一万倍，除了肉毒杆菌毒素外，它是已知的毒性最大的物质之一。在土壤中，钋-210被黏土矿和有机物所吸收。特别是已知它会在烟草植物中富集，导致它以出人意料的显著剂量存在于香烟中。对于吸烟者来说，这可不是什么好消息。要知道，针对钋中毒的治疗仅有过为数不多的少量研究，迄今为止唯一推荐的解毒物只有硫醇基螯合剂。
第87号元素最终是在1939年由一名卓越的法国女性玛格丽特·佩里（MargueritePerey）发现的。她学术生涯的开端正是担任在巴黎的居里夫人本人的实验助理。佩里迅速掌握了提纯和操作放射性物质方面的技能，于是她被指派去检测元素周期表中的第89号元素锕的放射性。她是第一个观察到锕本身（而非它的衰变产物）产生的α和β辐射的人，并在此基础上从三个自然存在的放射性衰变序列之中发现了一个信号微弱但重要的分支。通过分析数据，她发现了一个半衰期为21min的新元素。当她后来被邀请为该元素命名时，她选择了“francium”来纪念她出生的国家[2]。这个选择同样也是对法国科学家们为放射性研究不断做出贡献的纪念。亨利·贝克勒尔（HenriBcquerel）发现了放射性现象本身；居里夫人分离了放射性元素钋和镭；德比埃尔内发现了锕——这一领域中的这些里程碑式的成就全部发生在那几年，而且都是在法国。
在自然界中存在的元素里，钫是最后被发现的元素之一，也是继砹之后第二稀有的元素。根据丰度估计，整个地壳中大约只含有30g的钫。由于半衰期太短，钫是仅有的几个没有实际用途的元素之一。尽管如此，钫拥有所有元素中最大的原子直径（大至2.7）以及仅有一个外壳电子这一特征，使其吸引了众多研究者的注意。
居里夫妇从数吨沥青铀矿中提取了几毫克高放射性的氯化镭。但是直到1910年，居里夫人和德比埃尔内才通过使用汞阴电极电解它的氯化物而分离出了纯金属镭。
第88号元素被选为定义放射性强度的原始单位居里（Ci）的基准，1Ci等于1g纯镭-226衰变所产生的放射量，这确立了第88号元素的重要性。后来，国际单位制单位贝克勒尔（Becquerel，Bq）于1975年设立。一个Bq相当于每秒有一个原子发生衰变，而1Ci等于37GBq。
在成功分离元素镭一年后，居里夫人因发现钋和镭而获得诺贝尔化学奖。第88号元素在元素周期表上位于钡的下方，和第2族的其他元素一样，它是一种柔软、闪亮、银白色的金属。它是铀的衰变产物，有30多种同位素，都具有放射性，半衰期从仅仅几纳秒到1600年不等。
最臭名昭著的是[2]，镭过去被广泛应用于钟表表盘的油漆中，以使钟表在黑暗中发光。从事这项细节工作的女工必须经常用嘴唇将画笔舔成尖尖的形状。这样，她们每次都会摄入少量的镭，从而导致严重贫血、牙齿脱落、下巴腐烂、骨癌，以及最终的死亡。尽管她们日益恶化的健康状况被忽视得太久太久了，但这些被称为“镭女”的女工终于在1927年对钟表制造商提起了诉讼，并且最后在庭外达成和解。终于，镭的受欢迎程度一落千丈。
尽管目前大多数研究围绕其化学特性展开，但也许钍最具颠覆性的潜在用途在其核化学中，基于钍的核反应堆理论的可行性早已得到公认。然而，技术上的困难以及倾向于使用铀反应堆的意愿（有些人认为根本原因在于铀反应堆在生成裂变核弹所需的钚原料方面更具优势）阻碍了钍反应堆的商业化发展。自然界的钍几乎全部是钍-232，因此不需要采用成本高昂的同位素富集工艺，相比现今的铀反应堆，这将带来显著的潜在利益。
或许钍反应堆的最大优点是它们的安全性以及对环境相对较小的危害性。与产生的废料数千年后仍有害的铀反应堆不同，拟建中的液态氟化钍反应堆产生的83%的废料可在10年内实现无害化，而剩余的17%在300年后也可无害化。钍反应堆也不仅仅是一个抽象的概念，印度政府对钍能有浓厚的兴趣，因为印度拥有世界上大约1/3的钍储量，2002年印度政府批准了一座快中子增殖反应堆示范电厂的开工建设。
因为镤的稀有、分离困难、放射毒性以及商业用途缺乏，几乎没有使用镤来开展的化学研究。20世纪50年代，核能的发展和对铀作为武器级战略资源的认识，激发了对基于钍的核燃料循环的研究，而镤在钍燃料循环中扮演了重要的角色。因为镤的这一新用途，有约100g镤被从60t提取过铀的底泥中分离出来。这100g镤让美国的镤化学先驱H.W.柯比（H.W.Kirby）在20世纪50年代推测认为，接下来的十年里，镤化学中大量的“迷信与巫术”将会被消灭[5]。
要找个正能量的、有趣或者让人心头一暖的铀元素段子几乎是个不可能的任务——下面这个黑色幽默[1]就反映了人类对这种元素的邪恶印象：“原本铀元素几块钱就能弄一吨，直到科学家发现了能用它杀人。”但让我们来重新审视一下铀吧，一个有趣的事实值得注意：地球内部的热量正是主要来自于铀、钍和钾-40的衰变放热，是这种热量让地球的外核保持液态，使地幔产生对流，并最终引发板块运动。
在自然界自然存在的众多元素中，铀是原子序数最高的。
从19世纪末到20世纪中叶，铀曾经被广泛利用，例如使用二氧化铀给玻璃上色以使之带有黄绿色泽（因为这种颜色而被命名为“凡士林玻璃”（Vaselineglass））。
铀-235可以产生链式的核裂变反应。这不仅带来了核电产业，也为第一件在实战中使用的核武器“小男孩”提供了基础。铀在核武器中的应用理所当然地使人们谈铀色变。但实际上，普通的铀只具有微弱的放射性——铀-238的半衰期长达4.468×109年——而且其衰变时放出的阿尔法粒子穿透力弱，单靠皮肤就可以阻挡，所以只要不吸入或吞入，贫铀（主要成分是铀-238）平时用起来并不危险。
铀出色的催化活性可能并不是一个孤立事件。在“曼哈顿计划”，也即第二次世界大战中开发有史以来第一种核武器的进程中，铀的有机金属化学研究也开始了。
从元素周期表第89号的锕到第103号的铹，这些具有放射性的化学元素组成了锕系元素。这一组元素在化学教学中往往被忽略掉，至少在美国是如此。
不同于铀和钚，镎-237是整个元素周期表上穆斯堡尔效应最好的原子核之一——在探查价电子以确认氧化态和成键情况方面，穆斯堡尔谱是一种相当宝贵的工具。
钚对20世纪产生了无可争议的影响。先是1945年8月，在日本长崎爆炸的原子弹对结束第二次世界大战起到了至关重要的作用，后来它又是冷战时期核军备竞赛的关键。
1940年，西博格及其同事首次制备和分离出了钚。当时钚是由使用氘核轰击铀靶而获得的，但这一成就一直被保密到第二次世界大战结束。
西博格用它命名了第94号元素，延续了周期表中在它之前的锕系元素——镎和铀——以太阳系最外层行星命名的传统[1]。
严格来说的话，钚是天然存在的，1951年D.F.佩帕德（D.F.Peppard）从铀矿中分离出极少量的钚-239。但它仅占地球岩石层质量的2×10-19%，因此地球上几乎所有的钚都是在核反应堆中人工生产的。
哈恩于1938年发现了铀的核裂变，引发了人们对纳粹德国可能致力于开发核武器的担忧。这促使了第二次世界大战期间旨在开发核武器的“曼哈顿计划”的设立。其间，钚被确定为合适的裂变材料。在被发现不到4年后，钚这一新元素就迎来了千克级量产。德国于1945年5月投降，因此，欧洲战场的战争在核武器的实战准备完成之前就结束了。于是核武器转而被用来对付日本，并极大地加速了太平洋地区战争的结束过程。尽管战争结束，钚的大规模生产又因美苏核军备竞赛而得以继续。如今，这批核武储备中的大多数推动了对钚金属老化过程的必需研究。自发辐射会导致钚的物理性质逐渐发生改变，但人们仍不太了解这一转化过程的具体细节。
所有已知的钚同位素都是放射性的，其中最稳定的同位素（钚-244）的半衰期约为8000万年。其他一些同位素，特别是钚-239，能够自我维持核链式反应，释放出巨大的能量。它有六种同素异形体，以至于它被戏称为“物理学家的梦想，工程师的梦魇”[2]。其能量相近的不同晶相之间极易相互转换，微小的刺激就能导致前后物性大相径庭。它的“delta”型同素异形体是唯一已知的具有负热膨胀系数的金属，意味着当它被加热时体积会收缩。
钚可以在发电或是科研用的核反应堆中作为燃料。2010年，核电站满足了全球超过13%的电力需求[4]。作为高强度中子辐射源的科研用反应堆也是非常宝贵的设备。这样的反应堆中子源可以用在中子衍射实验中。钚的非裂变同位素钚-238可以在放射性同位素发电装置（即核电池）中得到利用，它结合了长工作寿命和高能量密度。
它适合为无人太空船提供电能，例如“好奇号”火星漫游车和“新地平线号”探测器。“新地平线号”探测器在2015年到达了冥王星并收集了数据，它的仪器由10.9kg238PuO2所驱动[5]。因此，在以天体命名的所有元素中，钚是迄今为止唯一一个飞往其同名天体的元素。
或许钚本该以罗马双面神雅努斯（Janus）的名字命名。它的历史清晰地展现了科学探索中的矛盾。没有任何科学发现是天然善良或是邪恶的，它的用途决定了它如何被看待。
“曼哈顿计划”催生出了世界上的首枚原子弹。原子弹的原理是基于铀和钚的两种可裂变的特定同位素产生的链式反应。从天然铀中浓缩得到的铀-235被用于制造第一枚核武器。1945年8月6日，代号为“小男孩”的原子弹在广岛被投下。三天后，第二枚原子弹“胖子”被投放在了长崎。为了制造这枚原子弹，研究者通过核增殖反应堆中的高密度中子将高储量的铀-238转化为钚-239。
在项目早期，研究者就意识到：如果想安全运输“胖子”原子弹中的钚-239，并且保证它只在需要的时候才达到临界状态（临界状态是指核链式反应能够自持的临界物理状态），那么就要仔细研究和了解钚中所含有的全部杂质[1]。
通过使用高能阿尔法粒子（氦核）轰击铀-238和钚-239的样本，增殖反应堆中的环境得以被重现出来。在轰击钚-239时，产生了现在被称为“锔”的第96号元素；而在轰击铀-238时，则生成了第95号元素。
在利用氦-4辐照铀-238后，他们发现了一种前所未见的低能量辐射——钚-241的β衰变。这一过程将一个中子转变成质子，从而产生了一个原子序数为95、相对原子质量为241的元素。
镅是唯一一个政府要求人们带回家的放射性元素——二氧化镅是烟雾探测器的重要组成部分。在探测器核心的一个密封金属盒内，约有0.3μg的镅-241，它们会释放阿尔法射线。阿尔法辐射使空气电离，产生的小电荷让探测器知道一切正常。然而，当大烟雾颗粒吸收阿尔法辐射时，空气电离的数量及相对应的电流会减少，从而触发探测器发出警报。
尽管钚的放射性被用于为深空探测卫星提供热核能源，但由于易裂变，钚的交易和使用的规定越来越严格。另一方面，镅是非裂变的，这使得欧洲的太空科学家们考虑在未来的任务中[5]，将其作为钚的替代品。
为纪念居里（Curie）夫妇，第4号超铀元素被命名为“锔”（curium）。
1952年11月1日，在一场代号“常春藤麦克”的绝密实验中，美国引爆了“香肠”——世界上的首颗氢弹。爆炸将太平洋岛屿伊鲁吉拉伯岛（Elugelab）整个地夷为平地，但这次实验并非只有毁灭，因为同时有两种新元素在爆炸中诞生，即之后被命名为“锿”和“镄”的两种元素。此次核爆威力巨大，甚至胜过第一、二次世界大战中所有使用过的高能炸药的威力总和[1]。在一瞬间，大量的中子[2]（1024～1025cm2）冲进炸弹中的铀原子堆里。有些铀原子一个就能捕获15个中子而形成极重的铀同位素，随后进一步快速经历7次β衰变，就生成了原子序为99、相对原子质量为253的新元素。
锿开启了用著名科学家名字命名新元素的潮流，很难想象有谁会不喜欢这样的荣誉。但对于爱因斯坦来说，用他的名字为锿命名似乎有些讽刺，因为他是一名和平主义者，强烈反对研发氢弹。
当时的预测认为，大规模核爆的副产物中会含有未被发现的重超铀元素，这是因为高中子通量可能使得铀能在一瞬间多次俘获中子。
对原子序数Z≥100的重元素的化学性质进行研究是极其困难的。因为这些元素原子的半衰期很短，必须在加速器上生成，而且一次只能制备几个甚至常常是仅有一个原子。所以实验程序必须重复数百次甚至数千次才能产生具有统计显著性的结果。
这些测量结果不仅可以证明铹是一个f区锕系元素，也可以证明它是一个d区过渡金属或是一个p区元素，这就使得关于它在元素周期表上位置的问题愈加扑朔迷离。
在这块化学遇上物理的边界地带，任何事都不应被视为理所当然，我们要时刻谨记，就像一样，即使是已经印在周期表上的新超重元素，也不能保证它再没有有待发现的更稳定的同位素了。
科学家们并不能简单地假定元素的性质符合周期表趋势，尤其是对重元素来讲。事实上，原子核内的诸多质子使邻近的电子加速至光速量级，从而使电子的质量由于相对论效应而增加。这会导致它们的轨道偏离它们本应遵循的假定轨道。在较轻的元素中，这种现象基本上无法观察到，但原子序数大于等于104的超锕系元素，是研究这些效应的理想“实验室”。
1981年，位于德国达姆施塔特的GSI亥姆霍兹重离子研究中心[1]首次确认超重元素的存在，并以现代原子物理和核物理的奠基人之一尼尔斯·玻尔（NielsBohr）命名。简单地把置于第7族，意味着其化学性质与它正上方的铼类似——假设元素周期变化规律在表末仍成立。然而，这些变化规律不应该在表末仍成立，实际上理论显示它们肯定不适用了。
如今广泛使用的元素周期表最初是由门捷列夫于1869年提出的，元素在表上按照相对原子质量由小至大排列。后来门捷列夫的原表被扩充，纳入了惰性气体和镧系元素。1913年莫塞莱进一步修改了周期表，将元素按它们的X射线能量（与原子序数的平方成正比）大小排列，这解决了一些伤脑筋的问题——一些元素在原表中的位置和它们的化学特性并不一致。例如，碲和碘互换了位置，从而落到了它们各自应该属于的族里。
锕系元素之后是一系列的过渡金属元素，它们最外层的电子开始填充之前被弃的6d轨道。这些“超重”元素的特性预计在很大程度上受到了相对论效应的影响，因为内层电子的速度接近光速且紧密结合。这些效应应该对化学键有非常深刻的影响，传统的周期表上对元素性质的向下以及横向的外推终将在某点上产生误导，不再适用。因此对这些超重元素的化学性质进行研究是检测理论推导以及测定相对论效应影响的关键。例如，有研究表明（第105号元素）的化学性质并非严格遵守第5族元素向下的趋势。
了“冷”核聚变（铁和铋等两种早期元素间的碰撞）和“热”核聚变（以锕系放射性核素为标靶）技术。在热核聚变中，研究人员使用一束较轻元素（如碳或氧）的原子轰击重核（如锿或钚）标靶。
20世纪五六十年代间，围绕着许多超镄元素的发现权归属问题，来自冷战双方国家的实验室（主要是劳伦斯伯克利国家实验室和杜布纳联合核子研究所）打起了细致而又激烈的笔墨官司。
在第109号元素被发现时，由于此前新元素发现所导致的纠纷，国际纯粹与应用化学联合会已建议不要过早提出新元素的名称。但好在没有其他人宣称发现了第109号元素，因而得以避免超镄元素的命名之争。GSI建议的命名没有受到挑战，并于1997年[2]被国际纯粹与应用化学联合会正式接受。安布鲁斯特对这个命名的解释是，“将正义还给这位德国种族主义的受害者，同时也公正地评价她对科学工作的终身奉献”[3]，这显然指的是核物理学家迈特纳。
迈特纳的故事一部分是一部迫害史，她首先因女性身份而受到歧视，其后因犹太人身份而被迫逃离纳粹德国；另外一部分是她与长期合作的同事、曾经的朋友哈恩发生了痛苦的反目。在分析哈恩和施特拉斯曼用中子轰击铀却产生了更轻元素这一令人困惑的化学发现的过程中，她发挥了举足轻重的作用。她和她的侄子奥托·弗里施（OttoFrisch）一起首次对这一过程——核裂变进行了理论解释。尽管合作了几十年，并且成果颇丰，然而哈恩令人不齿地公开否定了她在核裂变发现中的贡献。这使她在很大程度上被边缘化了。
哈恩因“发现重核的裂变”独自获得了1944年的诺贝尔化学奖，但历史也许对迈特纳更友好——尽管当时看来并非如此。如今，她未能共同获得诺贝尔奖被普遍认为是不公平的，她和那些有一个元素以他们的名字命名的研究者们同属于一个比获得诺奖门槛更高的“俱乐部”。重要的现实应用将会是对迈特纳更合适的致敬。
即使是在一次一原子的级别上，至今为止都无法对开展化学研究。的化学和物理性质基本上是通过理论计算之后，再与其他第9族和第7周期的元素类比推测得到的。
1994年11月，镍-62和铅-208之间的冷聚变反应首次生成了的同位素-269[1]。冷聚变是指在较低激发能的聚变过程中形成一个新原子核的过程，这一概念已经被德国达姆施塔特GSI加速器实验室的团队成功地应用到了超重核合成当中，而元素也以它的诞生城市达姆施塔特命名。
实验超重元素化学极具挑战性，而更重的元素似乎有些比更激动人心的性质。因此，关于的实验化学目前还无人尝试，而它的化学性质也只处于理论预测阶段。预测结果表明，其基态电子排布与其较轻的同族元素不同，但它们却有相当相似的化学性质。对所有超重元素而言，相对论效应都是非常重要的。这种效应是由于内层电子被重原子核中的大量质子（有110个质子）所产生的强电场加速至极高速度而产生的[4]。
元素周期表上最重的元素并非天然存在，它们在核聚变反应中产生，这类反应要么是小心翼翼地在世界上少有的几个实验室里进行，要么就是发生在热核反应中。
与围绕其他一些超重元素的激烈争论（激烈到那个时期被称为“超镄元素战争”时期）相反，第111号元素的识别和命名过程非常简单直接。按照传统，发现者们提出了一个名字和符号，然后很快就被接受了。2004年，为了纪念发现X射线的德国物理学家威廉·伦琴（WilhelmRntgen），unununium被命名为“”（Roentgenium）[4]。伦琴的这一发现为他赢得了1901年的第一届诺贝尔物理学奖。
人工合成的极不稳定的超锕元素不能很好地被用于实验化学，但科学家们没有被困难吓倒，并已开发出极精密的专门技术用于进行详细的单原子研究，不过目前还是没能探测的反应。研究人员转而用量子力学方法探索第111号元素，用相对论的狄拉克方程代替非相对论的薛定谔方程，为预测超重元素的化学性质提供了一条激动人心的途径。
在元素周期表的底部，随着原子核变得越来越大，电荷越来越多，电子愈发接近相对论速度，使得原子的行为不同于以往的预期。相对论效应已知对于理解金的电子结构——进而理解金的性质——有重要影响，而金正是在第11族正上方的邻居；相对论效应对超重元素至关重要。
到1996年，我们做好了合成第112号元素的准备。我们选择了下述离子束和标靶材料，以使两者的质子数加起来为112：进行轰击的是具有30个质子和40个中子的锌离子束，而标靶则是具有82个质子和126个中子的铅原子核，于是我们得到了具有112个质子和166个中子的新元素——原子质量为278的新元素。
尽管参与反应的原子核并不会轻易融合，更多的情况下是被质子间的巨大电荷斥力弹开，因此将两个原子核（锌和铅）强加到一起需要相当大的能量，但这一壁垒可以被越过，随后的原子核间吸引力便会引发核聚变。这一反应会放出能量，于是这一放热反应所产生的热原子核就会放射出一个中子以冷却下来，留下一个原子质量277的原子核供我们研究。
即便使用了最强大的离子束进行轰击，我们一个星期也只合成了一个第112号元素的原子。2000年的另一次实验使我们得以测量第二个原子，而2004年日本理化研究所的实验室又制造出两个原子，从而确认了我们测得的数据。
第112号元素应当以天文学家尼古拉·哥白尼的名字命名，因此提出将其命名为“”（Copernicium），并以“Cn”作为对应缩写。哥白尼生活在五百年前，他的时代见证了中世纪到现代的转型；他深刻地影响了当时的政治和哲学思考，并在实验的基础上对现代科学的兴起做出了贡献。他对天体的描述同样适用于其他的小物体因吸引力围绕大质量中心运行的系统。在微观层面上，电子围绕着原子核运行的原子也符合这一模型。以为例，就是112个电子围绕着由112个质子和165个中子组成的原子核运行。
这些元素都是在核反应堆中产生的短命的人造元素，
通过4次α衰变转化为-262，接下来又进一步分裂成两个更小的碎片。
元素周期表中最后的天然元素是钚。钚的半衰期与地球的年龄相当，人们只在氟碳铈矿中发现过微量的钚。第94号元素钚之后的所有元素都是在世界上的少数几个实验室中通过核融合反应得到的，最近的发现主要来自正在进行的杜布纳-利弗莫尔实验室的合作，他们于2004年发现了。
原子核由质子和中子的壳层组成，它们非常像化学理论中我们熟悉的电子壳层。一个完全填满的壳层所含有的中子数和质子数会是所谓的“幻数”，这将赋予元素特别的稳定性。四十多年来，人们预测壳层闭合会发生在质子数为114和中子数为184时。然而，尽管在很久以前大多数科学家就壳层闭合的中子数达成了一致，但壳层闭合的质子数很大程度上取决于预测中使用的核结构模型。
不同于电子结构，核子之间的强相互作用是难以精确建模的，预测的壳层闭合质子数还有120、122甚至126。因此，完善这些核结构模型需要对超重元素的放射性衰变特性进行精确测量。
超重元素的衰变类型主要有两种：阿尔法衰变和自发裂变。前者是贝克勒尔在1898年发现的，是一个重原子核自发放射出一个阿尔法粒子(4He)的过程，也是诸多重于铅的原子核的典型衰变特征。后者则是原子核分裂成两个碎片的过程，由弗廖罗夫和康斯坦丁·佩特里亚克（KonstantinPetrjak）于1940年发现，该过程只存在于锕系和超锕元素中，且发生概率随原子序数的增加而迅速增加。根据经典（宏观）核理论，只有比Z=100（镄）原子序数大的元素才会发生自发裂变。
原子核会变得不容易进行阿尔法衰变，但更容易发生自发裂变，最终该衰变链会终止于自发裂变。
电子在超重元素内比在较轻原子内移动得快得多。
还需要开展更多的模型研究去确定一个最有效率的可以产生这些超重元素的方法，但是，“化学的疆域已至超重元素的稳定岛”[7]。科学家不太可能用充满的试管去做实验，但是新发现也许离我们并不遥远。
热聚变反应能够在接近我们认为可能找到“稳定岛”的区域生成原子核。“稳定岛”是一群相对稳定的原子核（与它们的邻居相比），预计要么具有114个质子，要么质子数介于120和126之间，并且具有184个中子。如果“稳定岛”确实存在，那么岛上的原子核的确切位置和衰变特性将是我们进一步了解原子核结构的强大工具。
能证明生成了6个第117号元素原子的证据[1],[2]：首先是-297的生成，然后它迅速释放出3个或4个中子，形成两个同位素。这其实是一条α衰变链上的一段，之后它们会继续衰变为和。对给定反应生成特定元素的概率的度量被称为核反应截面——而生成的反应的核反应截面非常非常之小，因此只要检测到少量这样的衰变链就能使一个实验称得上成功。
拥有一个以你名字命名的元素是非常罕见的。事实上，迄今只有两位科学家在有生之年里享有如此殊荣，他们分别是西博格和奥加涅相。当我们见过奥加涅相之后，直叹实至名归。他的一位同事曾经这么跟我讲，当他第一次踏入俄罗斯杜布纳联合核子研究所（JINR），走进奥加涅相的项目大厅时，眼前是一片前所未见的壮观景象。忽略掉那些重达2000t的磁铁、束流线和正在安装的用来搜寻第119号和第120号元素的全新回旋加速器，这里真正的区别在于拥有奥加涅相：“当你为尤里工作时，这地方就不再像一个实验室了，”他解释道，“仿佛一个歌剧院——他就是导演。”
60年来，奥加涅相凭借自己的创造力、科学技能和领导才能，不断突破元素周期表的界限。他是出生于俄罗斯顿河畔罗斯托夫的亚美尼亚后裔，年轻的奥加涅相起初的梦想是成为一名建筑师，但后来他进入了莫斯科工程物理研究所。在那里，他加入了格奥尔基·弗廖罗夫（GeorgyFlerov）领导的苏维埃元素猎人组织。一路上，他开创了“冷聚变”技术，最终帮助寻获了第107～113号元素，后来又开创了使用富含中子的钙-48的“热聚变”反应技术，为世界带来了以及其之后的多个元素。现代科学的一项重要内容是合作，奥加涅相正是用热情、洞察力和永不满足的科学好奇心来培养合作关系，感染合作者的。
今天，我们知道元素周期表上最后一个元素的发现是无可争议的，但它的结构和性质仍然是一个谜。没有任何化学实验在该放射性巨头上开展，294Og会发生α衰变，而其半衰期连1ms都不到。
然而，理论模型表明它可能并不遵循周期规律。你可能会认为，作为一种惰性气体，的价电子壳层是封闭的，为充满的7s27p6结构。但在2017年，美国和新西兰合作的一个项目却预测情况并非如此[7]。
相对论效应，即相对性导致的预期行为和观察行为之间的差异，可能会导致壳体结构的损失。这些效应在元素周期表中随处可见，效应随着原子核的增大而增加。
这是自然的音符，也是科学的旋律。
关于科学与美，朱光潜先生有一段论述：“‘地球绕日运行’‘勾方加股方等于弦方’一类的科学事实，和《密罗斯爱神》或《第九交响曲》一样可以摄魂震魄。科学家去寻求这一类的事实，穷到究竟，也正因为它们可以摄魂震魄。所以科学的活动也还是一种艺术的活动，不但善与美是一体，真与美也并没有隔阂。”