2010年，俄罗斯的研究人员宣布他们合成了117号元素的最初几个原子核。这种新型原子尚未命名，因为科学界传统上会等待独立确认，然后才会为新元素命名。但除非有意外，117号元素现在已经永久地在元素周期表中占据了一席之地。
所有高达116号的元素，加上118号元素，此前都已被发现，而117号元素填补了底行的最后一个空白。这一成就标志着历史上的一个独特时刻。当德米特里·门捷列夫——也是俄罗斯人——和其他人在1860年代创建元素周期表时，这是第一个组织当时科学界已知的所有元素的宏大方案。门捷列夫在他的表格中留下了几个空白，并且大胆地猜测，总有一天会发现新的元素来填补这些空白。随后对该表格进行了无数次修订，但所有表格都存在空白——直到现在。随着117号元素的出现，元素周期表首次变得完整。
门捷列夫的幽灵可能会享受他的愿景的胜利——至少在一段时间内是这样，直到化学家和核物理学家合成出接下来的几个元素，需要添加新的行，并可能留下新的空白。
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然而，即使最后几块拼图正在就位，一些更根本的东西开始显得不对劲。这可能会破坏该表格存在的根本理由：赋予元素周期表名称的周期性模式。
门捷列夫不仅预测了尚未被发现的元素的存在；更值得注意的是，他根据这些周期性模式正确地猜测了它们的化学性质。但是，随着原子序数——原子核中质子的数量——越来越高，一些新添加的元素不再像周期律要求的那样表现；也就是说，它们的化学相互作用，例如它们与其他原子形成的键类型，与元素周期表中同一列的其他元素不同。原因是，最重原子核周围轨道中的一些电子的速度达到了接近光速的相当一部分。用物理学术语来说，它们变得“相对论性”，导致原子的行为与其在周期表中的位置所预期的不同。此外，准确预测每个原子的轨道结构将如何展开极其具有挑战性。因此，即使门捷列夫的创造已经填满并取得了成功，它可能已经开始失去其解释和预测能力。
完全成功
尽管迄今为止已经出版了1000多个版本的元素周期表，元素排列以及其中包含的元素有所不同，但所有版本都具有一个基本特征。当元素按原子序数（最初的尝试使用原子量）顺序排列时，它们的化学性质往往在特定的元素序列后重复出现。例如，如果我们从锂开始并向前移动八个位置，我们就会到达钠，钠具有许多相似的特征——两者都是软到可以用刀切割的金属，并且都与水剧烈反应。如果我们再向前移动八个位置，我们就会到达钾，钾也很软并且与水反应，依此类推。
在最早的元素周期表中，包括门捷列夫以及其他人设计的周期表，每个周期——以及每行的长度——始终为八个。然而，很快就清楚地表明，第四周期和第五周期不是在八个元素之后重复，而是在18个元素之后重复。相应地，表格的第四行和第五行比之前的行更宽，以容纳额外的元素块（过渡金属，在熟悉的元素周期表视图中，它们位于中间）。事实证明，第六周期甚至更长，包含32个元素，因为其中包含了一系列14个元素，称为镧系元素——最近更名为镧系元素。
1937年，核物理学家开始合成新元素，从锝开始。它填补了当时已知的表格中的四个空白之一，该表格从1（氢）延伸到92（铀）。其他三个缺失的部分很快也随之而来，其中两个是合成的（砹和钷），第三个是在自然界中发现的（钫）。但是，即使这些空白正在被填补，新的发现也在铀之后被添加到元素周期表中，留下了新的空白。
美国化学家格伦·西博格意识到，锕、钍和镤，连同铀和随后的10个元素，都是一个新系列的一部分，该系列与镧系元素一样，有14个元素，并被称为锕系元素或锕系元素。（由于这两个系列中的额外元素会使表格更宽，因此标准元素周期表将这两个14元素系列显示在底部的单独区块中。）
正如科学家在20世纪上半叶意识到的那样，元素的周期性根植于量子物理学，特别是电子如何围绕原子核运行的物理学。电子的轨道具有离散的形状和大小范围。原子序数较大的原子具有与原子序数较小的原子相同的轨道类型或“轨道”，同时添加新的类型。第一周期只有一种类型，命名为s，它可以被一个或两个电子占据（氢一个；氦两个）。第二周期和第三周期各增加一个s型轨道，再加上三个新类型p轨道。同样，这四个轨道中的每一个都可以被一个或两个电子占据，总共可以容纳八个电子——这导致了原始版本周期表中周期为八的周期性。第四周期和第五周期除了s型和p型之外，还有第三种类型d，它为电子增加了额外的10个位置，从而将周期扩展到18个。最后，最后两个周期具有s、p、d和f类型的轨道，长度为32个元素（18 + 14）。
当尤里·奥加涅相和他在莫斯科附近核研究联合研究所的合作者宣布他们合成了难以捉摸的117号元素时，最后一行中的所有元素都已就位。表格结构与原子结构之间的密切联系意味着表格的完成不仅仅是美学或组织纸质信息的问题。118号元素是唯一一个所有s、p、d和f轨道都充满电子的元素。
如果将来合成出更多元素，它们将在表格的全新一行中占据一席之地。119号元素，最有可能下一个出现的元素[参见前页的方框]，将开始一个新的周期——再次从最简单的轨道类型s轨道开始。119号元素和随后的120号元素将占据第八周期的前两个位置。但是，对于121号元素，至少在原则上，一个全新的区块将开始，这将涉及以前从未遇到过的轨道：g轨道。与之前一样，新的轨道类型为电子增加了新的可能性，从而延长了周期性，增加了列数。这个元素区块将把表格扩展到多达50列（尽管化学家已经设计出更紧凑的方式来排列这种扩展表格）。
一个完整的表格——一个所有行都填满的表格——似乎是门捷列夫梦想的最终实现。如果不是阿尔伯特·爱因斯坦和他的狭义相对论，情况可能就是这样了。
变坏了吗？
当我们从较低的原子序数移动到较高的原子序数时，由于额外的质子，核电荷增加。随着核电荷的增加，内层轨道中电子的速度也会增加——以至于狭义相对论开始在解释它们的行为中发挥更大的作用。这种效应导致内层轨道的大小收缩，并使它们更稳定。这种收紧对其他s轨道和p轨道产生连锁反应，它们也收紧，包括“价”轨道，即最外层轨道，它们控制化学性质。
所有这些现象都归于直接相对论效应，广义上讲，它随着每个原子核上的电荷增加而增加。然而，一些竞争效应使事情变得更加复杂。直接相对论效应稳定某些轨道，而另一种“间接”相对论效应则使d轨道和f轨道不稳定。这是一种s电子和p电子的静电屏蔽，它们的负电荷部分中和了从更远处测量的原子核正电荷的吸引力。因此，对于远处的电子来说，原子核似乎具有较小而非较大的静电吸引力。
一些相对论效应对元素的影响在日常生活中显而易见。例如，它们解释了金的颜色，这使其与元素周期表d轨道区块中围绕它的无色元素区分开来——例如，位于金正上方的银。
当d区金属的原子受到波长合适的 photons 撞击时，会发生跃迁。它吸收 photons， photons 的能量使电子从 d 轨道跃迁到正上方的 s 轨道。在银中，轨道能量之间的这个间隙相当大，因此需要光谱的紫外线区域中的 photons 才能触发跃迁。但是，可见光光谱中的 photons 比紫外线能量低，只会反弹，因此在我们的眼中，该材料看起来像一面近乎完美的镜子。
在金中，相对论收缩降低了 s 轨道的能量，同时提高了 d 轨道的能量，从而缩小了两个能级之间的间隙。现在，跃迁需要更少的能量——正好是光谱蓝色部分中的 photons 所携带的能量。然而，所有其他颜色的 photons 仍然会反弹，我们观察到的是白光减去蓝光——这产生了特征性的金黄色。
赫尔辛基大学的 Pekka Pyykkö 和其他人继续预测了相对论对金的许多影响，包括金可以以令人惊讶的新方式与其他原子结合。他们期望从这种相互作用中产生的化合物随后被发现，这一壮举在某种程度上与门捷列夫预测新元素的壮举相提并论。Pyykkö 成功预测了金与稀有气体氙气之间的键——氙气通常非常惰性——以及金与碳之间的三键。另一个成功案例是球形分子，它包含一个钨金属原子和 12 个金原子，类似于全碳“富勒烯”，更广为人知的是巴克球。当钨和金在氦气中蒸发时，这种金富勒烯会自发形成。
相对论量子力学计算也已被证明在研究金簇如何充当催化剂方面不可或缺——例如，分解汽车尾气中典型的有毒化学物质——即使块状金是出了名的惰性。
超重元素带来的惊喜
即使随着相对论效应的出现，金等元素仍然没有太偏离预期的特性。直到最近，新元素在很大程度上仍然与其在元素周期表中的位置所预期的性质相符。但是，更糟糕（或者可能更有趣）的惊喜还在后头。对最近发现的一些元素的化学性质进行的一些测试已经开始显示出元素周期律可能存在的严重裂缝。
核物理学家使用粒子加速器将重原子核粉碎在一起，从而能够产生“超重”元素——原子序数超过103的元素。20世纪90年代早期对鑪（104）和𨧀（105）进行的实验已经表明，这些元素的性质与根据它们在元素周期表中的位置所预期的性质不符。例如，加州大学伯克利分校的 Ken Czerwinski 和他的同事发现，在溶液中，鑪的反应方式类似于钚，钚是在元素周期表中距离较远的元素。同样，𨧀也显示出更像镤元素的迹象，镤元素在元素周期表中也相当遥远。根据元素周期律，这两个元素应该表现得像元素周期表中直接位于它们上方的元素，即铪和钽。
在最近的工作中，科学家们已经能够合成出极少量的新超重元素：117号元素的发现是基于对仅六个原子的观察。超重元素也往往非常不稳定，会在不到一秒的时间内衰变成较轻的元素。专家们大多只能观察这种核衰变的碎片，从中获得有关其原子核物理和化学性质的信息。在这种情况下，通过传统的“湿”化学方法——将物质放入烧瓶中并观察它与其他化学物质的反应——来研究化学性质是不可能的。然而，科学家们已经提出了巧妙的技术来研究这些元素，一次一个原子。
与对104号元素和105号元素进行的化学实验相比，对接下来两个元素进行的化学实验令人失望。𨭎（106）和𨨏（107）似乎表现得正如门捷列夫所猜测的那样，这激发了研究人员为他们的学术论文起了诸如“奇怪的普通𨭎”和“无聊的𨨏”之类的标题。元素周期律似乎又恢复了正常。
在112号元素的情况下，化学家和物理学家一直在尝试评估该元素的行为更像元素周期表中直接位于其上方的汞，还是像一些相对论计算预测的那样像稀有气体氡。在这些实验中，团队合成了112号元素的原子，以及一些汞和氡的重同位素。（尽管汞和氡天然大量存在，但研究人员使用合成的同位素，因为他们可以在与产生较重元素的条件相同的条件下生产它们，而不是依赖于适用于更丰富的较轻元素宏观性质的数据。）
然后，实验人员让所有这些原子沉积在保持在极低温度并部分涂有金和部分涂有冰的表面上。如果112号元素真的像金属一样，它将与金结合。如果它更像稀有气体氡，它将倾向于沉积在冰上。迄今为止，不同的实验室获得了不同的结果，情况仍远未确定。
相对论对114号元素的影响也有待观察。瑞士保罗·谢勒研究所的 Robert Eichler 和他的小组报告的初步结果表明，这里有一些真正的惊喜，因为与理论的分歧非常明显。
元素周期表的新增内容肯定会接踵而至，对这些元素化学性质的研究将有助于阐明这一难题。一个更普遍的问题是元素周期表是否有尽头。总体共识是，当质子数量变得太大时，原子核将无法形成，即使是短暂的瞬间。但关于新元素将在哪里停止，意见似乎有所不同。在假设原子核是点状的计算中，极限似乎在137号元素。其他考虑了原子核体积的专家估计，最终元素的原子序数为172或173。
对于非常重的原子，元素周期表中同一列的元素行为相似的原则是否仍然有效，目前尚不清楚。至少在可预见的未来，这个问题没有重大的实际意义。超重领域预测能力的丧失不会影响元素周期表其余部分的有用性。典型的化学家永远不会接触到任何原子序数最高的元素：这些元素的原子核都非常不稳定，这意味着它们在产生后瞬间就会衰变成较轻的元素。
尽管如此，狭义相对论效应的问题触及了化学作为一门学科的核心。如果元素周期律确实失去其效力，那么化学在某种意义上将更加依赖物理学，而保持不变的元素周期律将有助于该领域保持一定程度的独立性。与此同时，也许，门捷列夫的幽灵应该放松一下，惊叹于他最喜欢的智力成果的成功。