«Химический элемент» — это все атомы во Вселенной, относящиеся к определенному типу. Определение этого «типа» претерпевало за последние сотни лет множество изменений, начиная с работ Джона Дальтона, автора первой современной атомной теории, примирившей использовавшиеся еще в древнегреческой философии понятия «атом» и «элемент» (кстати говоря, в ряде европейских языков слово element переводится еще и как «стихия»). Как известно, в исходной формулировке Периодического закона Менделеева фигурирует атомный вес, который, по мнению великого ученого, и определял периодические изменения свойств элементов. По состоянию на сегодняшний день в Периодическом законе свойством, которое определяет, к какому элементу относится атом, является заряд его ядра (эквивалентен количеству протонов в ядре). Например, если у нас есть атом с одним протоном в ядре, это всегда водород: это соответствие однозначно и работает в обе стороны.

Современные версии Периодической таблицы организованы таким образом, что элементы расположены в порядке возрастания заряда ядра, что более фундаментально. Интересный момент в истории химии заключается в том, что Менделеев, разумеется, не представлял себе, что в атоме есть положительно заряженное ядро, потому что работал до соответствующих экспериментов Резерфорда, но интуитивно расположил некоторые из элементов не в порядке увеличения атомного веса (хоть это и был его основной критерий), а в порядке изменения химических свойств соединений с участием атомов этих элементов. В итоге подобный подход был оправдан: когда новый критерий организации элементов стал общепринятым, эти ячейки остались на своих местах. Более того, все предсказанные Менделеевым элементы, которые должны были располагаться в «пустых» на тот момент ячейках таблицы, в итоге были обнаружены, а свойства простых веществ, образованных атомами этих элементов, находились в хорошем соответствии с его предсказаниями.

Чаще всего используются две версии Периодической таблицы. В обоих случаях это прямоугольная таблица из ячеек одинакового размера, расположенных в рядах (называются периодами) и колонках (называются группами). В короткопериодной таблице d-элементы расположены в две строчки, а в длиннопериодной они расположены в одну строчку в периоде. Именно длиннопериодная версия рекомендована ИЮПАК (Международный союз теоретической и прикладной химии — орган, который определяет всю химическую номенклатуру). Этот стандарт отображения принят во всем мире, но в наших школах почему-то к нему никак не привыкнут: короткопериодная версия таблицы все еще широко используется в российском образовании.

Из-за того, что подобное отображение набора элементов встречается чаще всего, все обычно так и визуализируют понятие «химический элемент», представляя себе какую-то таблицу конечного размера. На самом деле она совершенно не обязана быть такой. Нет никакого строгого квантово-механического ограничения на то, какого размера может быть атом и какой может быть заряд у его ядра, поэтому и ограничений на размерность таблицы тоже нет. Теоретически ряд элементов можно продолжать бесконечно, но слово «теоретически» здесь, конечно, является ключевым: научными исследованиями управляет не только интерес к окружающему миру, но и здравый смысл.

Параллельный и не менее интересный вопрос звучит следующим образом: «Сколько еще элементов мы сможем открыть?» Здесь возникает множество экспериментальных ограничений: по энергии (для обнаружения сверхтяжелых элементов нужны весьма недешевые ускорители), пределу детектирования (атомы новых элементов синтезируются в количестве десятков, а то и единиц), времени жизни определенных изотопов (оно может составлять мельчайшие доли секунды) и так далее.

Есть разные способы отобразить историю открытия новых элементов: например, последние 300 лет научной мысли на этом графике можно аппроксимировать прямой в координатах n-t. Но при взгляде на этот график становится очевидно, что скорость открытия химических элементов уменьшается (прямая «загибается»), и это совершенно логично, поскольку все легкие и тяжелые элементы мы уже либо обнаружили на Земле, либо синтезировали. Остались только сверхтяжелые трансурановые элементы, поиск которых сопряжен со всеми проблемами, которые я обозначил выше (вероятность обнаружить хотя бы один стабильный изотоп для этих элементов стремится к нулю). И возникает не вполне научный, но законный вопрос: насколько это целесообразно? Поиск таких элементов весьма интересен, но практического применения, кроме оправдания некоторых предположений о так называемых «островках стабильности» и экспериментального подтверждения теоретических предсказаний об орбиталях принципиально новой формы, не имеет.