2010年，俄羅斯的研究人員宣佈他們合成了117號元素的最初幾個原子核。這種新型原子尚未命名，因為科學界傳統上會等待獨立確認，然後才會為新元素命名。但除非有意外，117號元素現在已經永久地在元素週期表中佔據了一席之地。
所有高達116號的元素，加上118號元素，此前都已被發現，而117號元素填補了底行的最後一個空白。這一成就標誌著歷史上的一個獨特時刻。當德米特里·門捷列夫——也是俄羅斯人——和其他人在1860年代建立元素週期表時，這是第一個組織當時科學界已知的所有元素的宏大方案。門捷列夫在他的表格中留下了幾個空白，並且大膽地猜測，總有一天會發現新的元素來填補這些空白。隨後對該表格進行了無數次修訂，但所有表格都存在空白——直到現在。隨著117號元素的出現，元素週期表首次變得完整。
門捷列夫的幽靈可能會享受他的願景的勝利——至少在一段時間內是這樣，直到化學家和核物理學家合成出接下來的幾個元素，需要新增新的行，並可能留下新的空白。
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然而，即使最後幾塊拼圖正在就位，一些更根本的東西開始顯得不對勁。這可能會破壞該表格存在的根本理由：賦予元素週期表名稱的週期性模式。
門捷列夫不僅預測了尚未被發現的元素的存在；更值得注意的是，他根據這些週期性模式正確地猜測了它們的化學性質。但是，隨著原子序數——原子核中質子的數量——越來越高，一些新新增的元素不再像週期律要求的那樣表現；也就是說，它們的化學相互作用，例如它們與其他原子形成的鍵型別，與元素週期表中同一列的其他元素不同。原因是，最重原子核周圍軌道中的一些電子的速度達到了接近光速的相當一部分。用物理學術語來說，它們變得“相對論性”，導致原子的行為與其在週期表中的位置所預期的不同。此外，準確預測每個原子的軌道結構將如何展開極其具有挑戰性。因此，即使門捷列夫的創造已經填滿並取得了成功，它可能已經開始失去其解釋和預測能力。
完全成功
儘管迄今為止已經出版了1000多個版本的元素週期表，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個基本特徵。當元素按原子序數（最初的嘗試使用原子量）順序排列時，它們的化學性質往往在特定的元素序列後重復出現。例如，如果我們從鋰開始並向前移動八個位置，我們就會到達鈉，鈉具有許多相似的特徵——兩者都是軟到可以用刀切割的金屬，並且都與水劇烈反應。如果我們再向前移動八個位置，我們就會到達鉀，鉀也很軟並且與水反應，依此類推。
在最早的元素週期表中，包括門捷列夫以及其他人設計的週期表，每個週期——以及每行的長度——始終為八個。然而，很快就清楚地表明，第四周期和第五週期不是在八個元素之後重複，而是在18個元素之後重複。相應地，表格的第四行和第五行比之前的行更寬，以容納額外的元素塊（過渡金屬，在熟悉的元素週期表檢視中，它們位於中間）。事實證明，第六週期甚至更長，包含32個元素，因為其中包含了一系列14個元素，稱為鑭系元素——最近更名為鑭系元素。
1937年，核物理學家開始合成新元素，從鎝開始。它填補了當時已知的表格中的四個空白之一，該表格從1（氫）延伸到92（鈾）。其他三個缺失的部分很快也隨之而來，其中兩個是合成的（砈和鉕），第三個是在自然界中發現的（鍅）。但是，即使這些空白正在被填補，新的發現也在鈾之後被新增到元素週期表中，留下了新的空白。
美國化學家格倫·西博格意識到，錒、釷和鏷，連同鈾和隨後的10個元素，都是一個新系列的一部分，該系列與鑭系元素一樣，有14個元素，並被稱為錒系元素或錒系元素。（由於這兩個系列中的額外元素會使表格更寬，因此標準元素週期表將這兩個14元素系列顯示在底部的單獨區塊中。）
正如科學家在20世紀上半葉意識到的那樣，元素的週期性根植於量子物理學，特別是電子如何圍繞原子核執行的物理學。電子的軌道具有離散的形狀和大小範圍。原子序數較大的原子具有與原子序數較小的原子相同的軌道型別或“軌道”，同時新增新的型別。第一週期只有一種型別，命名為s，它可以被一個或兩個電子佔據（氫一個；氦兩個）。第二週期和第三週期各增加一個s型軌道，再加上三個新型別p軌道。同樣，這四個軌道中的每一個都可以被一個或兩個電子佔據，總共可以容納八個電子——這導致了原始版本週期表中週期為八的週期性。第四周期和第五週期除了s型和p型之外，還有第三種類型d，它為電子增加了額外的10個位置，從而將週期擴充套件到18個。最後，最後兩個週期具有s、p、d和f型別的軌道，長度為32個元素（18 + 14）。
當尤里·奧加涅相和他在莫斯科附近核研究聯合研究所的合作者宣佈他們合成了難以捉摸的117號元素時，最後一行中的所有元素都已就位。表格結構與原子結構之間的密切聯絡意味著表格的完成不僅僅是美學或組織紙質資訊的問題。118號元素是唯一一個所有s、p、d和f軌道都充滿電子的元素。
如果將來合成出更多元素，它們將在表格的全新一行中佔據一席之地。119號元素，最有可能下一個出現的元素[參見前頁的方框]，將開始一個新的週期——再次從最簡單的軌道型別s軌道開始。119號元素和隨後的120號元素將佔據第八週期的前兩個位置。但是，對於121號元素，至少在原則上，一個全新的區塊將開始，這將涉及以前從未遇到過的軌道：g軌道。與之前一樣，新的軌道型別為電子增加了新的可能性，從而延長了週期性，增加了列數。這個元素區塊將把表格擴充套件到多達50列（儘管化學家已經設計出更緊湊的方式來排列這種擴充套件表格）。
一個完整的表格——一個所有行都填滿的表格——似乎是門捷列夫夢想的最終實現。如果不是阿爾伯特·愛因斯坦和他的狹義相對論，情況可能就是這樣了。
變壞了嗎？
當我們從較低的原子序數移動到較高的原子序數時，由於額外的質子，核電荷增加。隨著核電荷的增加，內層軌道中電子的速度也會增加——以至於狹義相對論開始在解釋它們的行為中發揮更大的作用。這種效應導致內層軌道的大小收縮，並使它們更穩定。這種收緊對其他s軌道和p軌道產生連鎖反應，它們也收緊，包括“價”軌道，即最外層軌道，它們控制化學性質。
所有這些現象都歸於直接相對論效應，廣義上講，它隨著每個原子核上的電荷增加而增加。然而，一些競爭效應使事情變得更加複雜。直接相對論效應穩定某些軌道，而另一種“間接”相對論效應則使d軌道和f軌道不穩定。這是一種s電子和p電子的靜電遮蔽，它們的負電荷部分中和了從更遠處測量的原子核正電荷的吸引力。因此，對於遠處的電子來說，原子核似乎具有較小而非較大的靜電吸引力。
一些相對論效應對元素的影響在日常生活中顯而易見。例如，它們解釋了金的顏色，這使其與元素週期表d軌道區塊中圍繞它的無色元素區分開來——例如，位於金正上方的銀。
當d區金屬的原子受到波長合適的 photons 撞擊時，會發生躍遷。它吸收 photons， photons 的能量使電子從 d 軌道躍遷到正上方的 s 軌道。在銀中，軌道能量之間的這個間隙相當大，因此需要光譜的紫外線區域中的 photons 才能觸發躍遷。但是，可見光光譜中的 photons 比紫外線能量低，只會反彈，因此在我們的眼中，該材料看起來像一面近乎完美的鏡子。
在金中，相對論收縮降低了 s 軌道的能量，同時提高了 d 軌道的能量，從而縮小了兩個能級之間的間隙。現在，躍遷需要更少的能量——正好是光譜藍色部分中的 photons 所攜帶的能量。然而，所有其他顏色的 photons 仍然會反彈，我們觀察到的是白光減去藍光——這產生了特徵性的金黃色。
赫爾辛基大學的 Pekka Pyykkö 和其他人繼續預測了相對論對金的許多影響，包括金可以以令人驚訝的新方式與其他原子結合。他們期望從這種相互作用中產生的化合物隨後被發現，這一壯舉在某種程度上與門捷列夫預測新元素的壯舉相提並論。Pyykkö 成功預測了金與稀有氣體氙氣之間的鍵——氙氣通常非常惰性——以及金與碳之間的三鍵。另一個成功案例是球形分子，它包含一個鎢金屬原子和 12 個金原子，類似於全碳“富勒烯”，更廣為人知的是巴克球。當鎢和金在氦氣中蒸發時，這種金富勒烯會自發形成。
相對論量子力學計算也已被證明在研究金簇如何充當催化劑方面不可或缺——例如，分解汽車尾氣中典型的有毒化學物質——即使塊狀金是出了名的惰性。
超重元素帶來的驚喜
即使隨著相對論效應的出現，金等元素仍然沒有太偏離預期的特性。直到最近，新元素在很大程度上仍然與其在元素週期表中的位置所預期的性質相符。但是，更糟糕（或者可能更有趣）的驚喜還在後頭。對最近發現的一些元素的化學性質進行的一些測試已經開始顯示出元素週期律可能存在的嚴重裂縫。
核物理學家使用粒子加速器將重原子核粉碎在一起，從而能夠產生“超重”元素——原子序數超過103的元素。20世紀90年代早期對鑪（104）和𨧀（105）進行的實驗已經表明，這些元素的性質與根據它們在元素週期表中的位置所預期的性質不符。例如，加州大學伯克利分校的 Ken Czerwinski 和他的同事發現，在溶液中，鑪的反應方式類似於鈽，鈽是在元素週期表中距離較遠的元素。同樣，𨧀也顯示出更像鏷元素的跡象，鏷元素在元素週期表中也相當遙遠。根據元素週期律，這兩個元素應該表現得像元素週期表中直接位於它們上方的元素，即鉿和鉭。
在最近的工作中，科學家們已經能夠合成出極少量的新超重元素：117號元素的發現是基於對僅六個原子的觀察。超重元素也往往非常不穩定，會在不到一秒的時間內衰變成較輕的元素。專家們大多隻能觀察這種核衰變的碎片，從中獲得有關其原子核物理和化學性質的資訊。在這種情況下，透過傳統的“溼”化學方法——將物質放入燒瓶中並觀察它與其他化學物質的反應——來研究化學性質是不可能的。然而，科學家們已經提出了巧妙的技術來研究這些元素，一次一個原子。
與對104號元素和105號元素進行的化學實驗相比，對接下來兩個元素進行的化學實驗令人失望。𨭎（106）和𨨏（107）似乎表現得正如門捷列夫所猜測的那樣，這激發了研究人員為他們的學術論文起了諸如“奇怪的普通𨭎”和“無聊的𨨏”之類的標題。元素週期律似乎又恢復了正常。
在112號元素的情況下，化學家和物理學家一直在嘗試評估該元素的行為更像元素週期表中直接位於其上方的汞，還是像一些相對論計算預測的那樣像稀有氣體氡。在這些實驗中，團隊合成了112號元素的原子，以及一些汞和氡的重同位素。（儘管汞和氡天然大量存在，但研究人員使用合成的同位素，因為他們可以在與產生較重元素的條件相同的條件下生產它們，而不是依賴於適用於更豐富的較輕元素宏觀性質的資料。）
然後，實驗人員讓所有這些原子沉積在保持在極低溫度並部分塗有金和部分塗有冰的表面上。如果112號元素真的像金屬一樣，它將與金結合。如果它更像稀有氣體氡，它將傾向於沉積在冰上。迄今為止，不同的實驗室獲得了不同的結果，情況仍遠未確定。
相對論對114號元素的影響也有待觀察。瑞士保羅·謝勒研究所的 Robert Eichler 和他的小組報告的初步結果表明，這裡有一些真正的驚喜，因為與理論的分歧非常明顯。
元素週期表的新增內容肯定會接踵而至，對這些元素化學性質的研究將有助於闡明這一難題。一個更普遍的問題是元素週期表是否有盡頭。總體共識是，當質子數量變得太大時，原子核將無法形成，即使是短暫的瞬間。但關於新元素將在哪裡停止，意見似乎有所不同。在假設原子核是點狀的計算中，極限似乎在137號元素。其他考慮了原子核體積的專家估計，最終元素的原子序數為172或173。
對於非常重的原子，元素週期表中同一列的元素行為相似的原則是否仍然有效，目前尚不清楚。至少在可預見的未來，這個問題沒有重大的實際意義。超重領域預測能力的喪失不會影響元素週期表其餘部分的有用性。典型的化學家永遠不會接觸到任何原子序數最高的元素：這些元素的原子核都非常不穩定，這意味著它們在產生後瞬間就會衰變成較輕的元素。
儘管如此，狹義相對論效應的問題觸及了化學作為一門學科的核心。如果元素週期律確實失去其效力，那麼化學在某種意義上將更加依賴物理學，而保持不變的元素週期律將有助於該領域保持一定程度的獨立性。與此同時，也許，門捷列夫的幽靈應該放鬆一下，驚歎於他最喜歡的智力成果的成功。