䥑

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䥑（拼音：mài，注音：ㄇㄞˋ，音同「麥」；英語：Meitnerium），是一種人工合成的化學元素，其化學符號为Mt，原子序數为109。䥑是一種放射性極強的超重元素及錒系後元素，其所有同位素的半衰期都很短，非常不穩定，其中壽命最長的是²⁷⁸Mt，半衰期僅約4.5秒。䥑是9族最重的元素，但由於沒有足夠穩定的同位素，因此目前未能通過化學實驗來驗證䥑的性質是否符合元素週期律。

䥑   ₁₀₉Mt

氫（非金屬） 氦（惰性氣體） 鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體） 鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體） 鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體） 銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體） 銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體） 鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體） 銥 ↑ 䥑 ↓ (Upe) 𨭆 ← 䥑 → 鐽
概況
名稱·符號·序數	䥑（Meitnerium）·Mt·109
元素類別	未知 可能為過渡金屬^[1]^[2]
族·週期·區	9 ·7·d
標準原子質量	[278]
电子排布	[Rn] 5f^14 6d^7 7s^2 （計算值）^[1]^[3] 2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 （預測）
歷史
發現	重離子研究所（1982年）
物理性質
物態	固體（預測）^[2]
密度	（接近室温） 37.4（預測）^[1] g·cm^−3
蒸氣壓
原子性質
氧化态	9, 8, 6, 4, 3, 1（預測）^[1]^[4]^[5]
电离能	第一：800.8（估值）^[1] kJ·mol^−1 第二：1823.6（估值）^[1] kJ·mol^−1 第三：2904.2（估值）^[1] kJ·mol^−1 （更多）
原子半径	122（預測）^[1] pm
共价半径	129（估值）^[6] pm
雜項
晶体结构	面心立方 （預測）^[2]
磁序	順磁性（預測）^[7]
CAS号	54038-01-6
最穩定同位素
主条目：䥑的同位素 同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變 方式 能量（MeV） 產物 ^278Mt syn 7.6 s α 9.6 ^274Bh ^276Mt syn 0.72 s α 9.71 ^272Bh ^274Mt syn 0.44 s α 9.76 ^270Bh ^270mMt? syn 1.1 s α ^266Bh 此處只列出半衰期超過0.1秒的同位素

德國達姆施塔特重離子研究所的研究團隊在1982年首次合成出䥑元素。其名稱得自奧地利、瑞典原子物理學家莉澤·邁特納。

概述

此节转录于最重元素概论。 (编辑 | 历史)

参见：超重元素 § 概论

 

核聚变反应的图示。两个原子核融合成一个，并发射出一个中子。在这一刻，这个反应和用来创造新元素的反应是相似的，唯一可能的区别是它有时会释放几个中子，或者根本不释放中子。

外部视频链接
基于澳大利亚国立大学的计算，核聚变未成功的可视化^[8]

超重元素^[a]的原子核是在两个不同大小的原子核^[b]的聚变中产生的。粗略地说，两个原子核的质量之差越大，两者发生反应的可能性就越大。^[14]由较重原子核组成的物质会作為靶子，被较轻原子核的粒子束轰击。两个原子核只能在距离足够近的时候，才能聚变成一个原子核。原子核（全部都有正电荷）会因为静电排斥而相互排斥，所以只有两个原子核的距离足够短时，强核力才能克服这个排斥力并发生聚变。粒子束因此被粒子加速器大大加速，以使这种排斥力与粒子束的速度相比变得微不足道。^[15]不过，只是靠得足够近不足以使两个原子核聚变：当两个原子核逼近彼此时，它们通常会在一起约10⁻²⁰秒后裂变（产物不需要和反应物相同），而非形成单独的原子核。^[15][16]如果聚变发生了，两个原子核产生的一个原子核会处于激发态^[17]，被称为复合原子核（英语：compound nucleus），非常不稳定。^[15]为了达到更稳定的状态，这个暂时存在的原子核可能会直接核裂变，^[18]或是放出一些带走激发能量的中子。如果这些激发能量不足以使中子被放出，复合原子核就会放出γ射线。这个过程会在原子核碰撞后的10⁻¹⁶秒发生，并创造出更稳定的原子核。^[18]联合工作团队（英语：IUPAC/IUPAP Joint Working Party）（JWP）定义，化学元素的原子核只有10⁻¹⁴秒内不进行放射性衰变，才能被识别出来，这个值大约是原子核得到它的外层电子，显示其化学性质所需的时间。^[19][c]

粒子束穿过目标后，会到达下一个腔室——分离室。如果反应产生了新的原子核，它就会被这个粒子束携带。^[21]在分离室中，新产生的原子核会从其它核素（原本的粒子束和其它反应产物）中分离，^[d]并转移到半导体探测器（英语：Semiconductor detector）中，在这里停止原子核。这时标记撞击探测器的确切位置、能量和到达时间。^[21]这个转移需要10⁻⁶秒的时间，意即这个原子核需要存活这么长的时间才能被检测到。^[24]衰变被记录后，这个原子核被再次记录，并测量位置、衰变能量和衰变时间。^[21]

原子核的稳定性源自于强核力，但强核力的作用距离很短，随着原子核越来越大，强核力对最外层的核子（质子和中子）的影响减弱。同时，原子核会被质子之间，范围不受限制的静电排斥力撕裂。^[25]超重元素^[26]的主要衰变方式——α衰变和自发裂变都是这种排斥引起的。^[e]α衰变由发射出去的α粒子记录，在实际衰变之前很容易确定衰变产物。如果这样的衰变或一系列连续衰变产生了一个已知的原子核，则可以很容易地确定反应的原始产物。^[f]（衰变链中的所有衰变都必须在同一个地方发生。）^[21] 已知的原子核可以通过它经历的衰变的特定特征来识别，例如衰变能量（或更具体地说，发射粒子的动能）。^[g]然而，自发裂变会产生各种分裂产物，因此无法从其分裂产物确定原始核素。^[h]

嘗試合成超重元素的物理学家可以获得的信息是探测器收集到的信息：粒子到达探测器的位置、能量和时间，以及粒子衰变的信息。物理学家分析这些数据并试图得出结论，確認它确实是由新元素引起的，而非由不同的核素引起的。如果提供的数据不足以得出创造出来的核素确实是新元素的结论，并且对观察到的影响没有其他解释，就可能在解释数据时出现错误。^[i]

歷史

發現

此元素在1982年8月29日由彼得·安布鲁斯特和哥特佛萊德·明岑貝格（英语：Gottfried Münzenberg）領導的研究團隊所合成出來，此團隊位於德國黑森邦達姆施塔特的重離子研究所。^[38] 他們利用鐵-58離子轟擊鉍-209合成了²⁶⁶Mt的單一原子：

${\displaystyle \,_{83}^{209}\mathrm {Bi} +\,_{26}^{58}\mathrm {Fe} \to \,_{109}^{266}\mathrm {Mt} +\,_{0}^{1}\mathrm {n} }$ 

命名

根据IUPAC元素系统命名法，䥑的舊稱是Unnilennium，來自1、0、9的拉丁語寫法。

1997年8月27日IUPAC正式對國際上分歧較大的101至109號元素的重新英文定名中，Meitnerium正式作為109號元素的命名，以紀念奧地利、瑞典原子物理學家莉澤·邁特納（Lise Meitner）。^[39]

全國科學技術名詞化學名詞審定委員會據此於1998年7月8日重新审定、公佈101至109號元素的中文命名，其中首次給出109號元素中文名：「䥑」（mài，音同「麥」）^[40][41][42]。

未來實驗

日本理化學研究所的一個團隊已表示有計劃研究以下反應：

${\displaystyle \,_{96}^{248}\mathrm {Cm} +\,_{13}^{27}\mathrm {Al} \to \,_{109}^{275}\mathrm {Mt} ^{*}\to \,?}$ 

同位素與核特性

目前已知的䥑同位素共有8個，質量數分別為266、268、270和274-278，全部都具有極高的放射性，半衰期極短，非常不穩定，且質量數越大的同位素穩定性越高，其中最長壽的同位素為䥑-278，半衰期約4.5秒，也是目前發現最重的䥑同位素。未經確認的同位素䥑-282可能具有更長的半衰期，為67秒。除了䥑-278外，其他壽命較長的同位素有䥑-276和䥑-274，半衰期分別為0.45秒和0.44秒，剩下5種同位素的半衰期都在20毫秒以下。大多數䥑同位素主要發生α衰變，有些則會進行自發裂變。^[43]

䥑-268和䥑-270具有已知但未經證實的同核異構體。^[43]

核合成

能產生Z=109复核的目標、發射體組合

下表列出各種可用以產生109號元素的目標、發射體組合。

目標	發射體	CN	結果
^208Pb	^59Co	^267Mt	反應成功
^209Bi	^58Fe	^267Mt	反應成功
^232Th	^41K	^273Mt	尚未嘗試
^231Pa	^40Ar	^271Mt	尚未嘗試
^238U	^37Cl	^275Mt	至今失敗
^237Np	^36S	^275Mt	尚未嘗試
^244Pu	^31P	^275Mt	尚未嘗試
^242Pu	^31P	^273Mt	尚未嘗試
^243Am	^30Si	^273Mt	尚未嘗試
^248Cm	^27Al	^275Mt	尚未嘗試
^250Cm	^27Al	^277Mt	尚未嘗試
^249Bk	^26Mg	^275Mt	尚未嘗試
^249Cf	^23Na	^272Mt	尚未嘗試
^251Cf	^23Na	^274Mt	尚未嘗試
^254Es	^22Ne	^276Mt	至今失敗

作為衰變產物

科學家也曾在更重元素的衰變產物中發現䥑的同位素。

蒸發殘留	觀測到的䥑同位素
^294Ts	^278Mt
^288Mc	^276Mt
^287Mc	^275Mt
^282Nh	^274Mt
^278Nh	^270Mt
^272Rg	^268Mt

同位素發現時序

同位素	發現年份	核反應
^266Mt	1982年	^209Bi(^58Fe,n)^[38]
^267Mt	未知
^268Mt	1994年	^209Bi(^64Ni,n)^[44]
^269Mt	未知
^270Mt	2004年	^209Bi(^70Zn,n)^[45]
^271Mt	未知
^272Mt	未知
^273Mt	未知
^274Mt	2006年	^237Np(^48Ca,3n)
^275Mt	2003年	^243Am(^48Ca,4n)^[46]
^276Mt	2003年	^243Am(^48Ca,3n)
^277Mt	未知
^278Mt	2009年	^249Bk(^48Ca,3n)^[47]

核異構體

²⁷⁰Mt

科學家在²⁷⁸Nh的衰變鏈中確定探測到兩個²⁷⁰Mt原子。這兩個原子擁有非常不同的衰期和衰變能量，並來自兩個不同的²⁷⁴Rg同核異構體。第一種同核異構體經過α衰變，能量為10.03 MeV，半衰期為7.16毫秒；另一種的半衰期為1.63秒，但衰變能量未知。由於缺乏數據，要對這些同核異構體進行實際的能級分配，必需作進一步的研究。

²⁶⁸Mt

多個實驗的結果顯示，²⁶⁸Mt的α衰變光譜是非常複雜的。從²⁶⁸Mt釋放出的α粒子能量有10.28、10.22和10.10 MeV，半衰期也分別為42毫秒、21毫秒和102毫秒。長半衰期的一次衰變事件來自同核異能態。科學家正在研究其他兩個半衰期差距的原因。由於缺乏數據，要對這些同核異構體進行實際的能級分配，必需作進一步的研究。

同位素產量

下表列出直接合成䥑的聚變核反應的截面和激發能量。粗體數據代表從激發函數算出的最大值。+代表觀測到的出口通道。

冷聚變

發射體	目標	CN	1n	2n	3n
^58Fe	^209Bi	^267Mt	7.5 pb
^59Co	^208Pb	^267Mt	2.6 pb, 14.9 MeV

理論計算

下表列出各種目標-發射體組合，並給出最高的預計產量。

HIVAP = 重離子汽化統計蒸發模型； σ = 截面

目標	發射體	CN	通道（產物）	σmax	模型	參考資料
^243Am	^30Si	^273Mt	3n (^270Mt)	22 pb	HIVAP	^[48]
^243Am	^28Si	^271Mt	4n (^267Mt)	3 pb	HIVAP	^[48]
^249Bk	^26Mg	^275Mt	4n (^271Mt)	9.5 pb	HIVAP	^[48]
^254Es	^22Ne	^276Mt	4n (^272Mt)	8 pb	HIVAP	^[48]
^254Es	^20Ne	^274Mt	4-5n (^270,269Mt)	3 pb	HIVAP	^[48]

化學屬性

推算的化學屬性

物理特性

根據週期表的趨勢，䥑應該是一種高密度金屬，密度大約為37.4 g/cm^3[1]（鈷：8.9，銠：12.5，銥：22.5），熔點也很高，約為2600至2900°C（鈷：1480，銠：1966，銥：2454）。它的耐腐蝕性可能很高，甚至比銥更高。

氧化態

䥑預計將是6d系過渡金屬的第7個元素，也是週期表中9族最重的成員，位於鈷、銠和銥的下面。較重的兩個9族元素氧化態為+6，而銥最穩定的為+4和+3態，銠則呈穩定的+3態。因此預期䥑會形成穩定的+3狀態，但也可能有穩定的+4和+6態。

化學特性

䥑應可形成六氟化物MtF₆。這氟化物預計將較六氟化銥更加穩定，因為同族元素從上到下的+6氧化態越來越穩定。

在與氧發生反應時，銠主要形成Rh₂O₃ ，而銥會被氧化為+4態的IrO₂。因此䥑可能會形成二氧化物MtO₂。

9族元素的+3態常見於與鹵素直接反應所形成的三鹵化物（氟化物除外）。因此䥑應可形成MtCl₃、MtBr₃和MtI₃。

注释

1. 在核物理学中，如果一个元素有高原子序，就可以被称为重元素。82号元素铅就是重元素的例子。“超重元素”这一词通常指原子序大于103的元素（尽管也有其它的定义，例如原子序大于100^[9]或112。^[10]有时这一词和锕系后元素是同义词，将超重元素的上限定在还未发现的超锕系元素的开始。）^[11]（那个元素的）“超重同位素”和“超重核素”顾名思义——分别是（那个元素的）高质量同位素和高质量的核素。
2. 2009年，由尤里·奥加涅相引领的团队在JINR发表了他们通过对称的¹³⁶Xe + ¹³⁶Xe反应，尝试合成钅黑的结果。他们未能在这个反应中观察到单个原子，因此对截面设置了上限，即核反应概率的度量为2.5 pb。^[12]作为比较，发现钅黑的反应²⁰⁸Pb + ⁵⁸Fe的截面约为20 pb（进一步来说，为19+19
   -11 pb），符合发现者的预测。^[13]
3. 这个值也标志着普遍接受的复合原子核寿命上限。^[20]
4. 这种分离是基于产生的原子核会比未反应的粒子束更慢地通过目标。分离器中包含电场和磁场，它们对运动粒子的影响会因粒子的特定速度而被抵消。^[22]飞行时间质谱法（英语：Time-of-flight mass spectrometry）和反冲能量的测量也有助于这种分离，两者结合可以估计原子核的质量。^[23]
5. 不是所有放射性衰变都是因为静电排斥力导致的。举个例子，β衰变是弱核力导致的。^[27]
6. 由于原子核的质量不是直接测量的，而是根据另一个原子核的质量计算得出的，因此这种测量称为间接测量。直接测量也是有可能的，但在大多数情况下，它们仍然无法用于超重原子核。^[28]2018年，LBNL首次直接测量了超重原子核的质量，^[29]它的质量是根据转移后原子核的位置确定的（位置有助于确定其轨迹，这与原子核的质荷比有关，因为转移是在有磁铁的情况下完成的）。^[30]
7. 如果在真空中发生衰变，那么由于孤立系统在衰变前后的总动量必须保持守恒，衰变产物也将获得很小的速度。这两个速度的比值以及相应的动能比值与两个质量的比值成反比。衰变能量等于α粒子和衰变产物的已知动能之和。^[31]这些计算也适用于实验，但不同之处在于原子核在衰变后不会移动，因为它与探测器相连。
8. 自发裂变是由苏联科学家格奥尔基·弗廖罗夫发现的。^[32]LBL的科学家们认为自发裂变的信息不足以声称合成元素，他们认为对自发裂变的研究还不够充分，无法将其用于识别新元素，因为很难确定复合原子核是不是仅喷射中子，而不是质子或α粒子等带电粒子。^[20]因此他们更喜欢通过连续的α衰变将新的同位素与已知的同位素联系起来。^[32]
9. 举个例子，1957年，元素102在瑞典斯德哥尔摩省斯德哥尔摩的诺贝尔物理研究所被错误地鉴定。^[33]早先没有关于该元素发现的明确声明，所以由它的瑞典、美国和英国发现者命名为nobelium。后来证明这个元素的鉴定是错误的。^[34]第二年，RL无法重现瑞典的结果，而是宣布他们合成了该元素，这一说法后来也被驳回。^[34] JINR坚持认为他们是第一个发现该元素的人，并为新元素建议命名为joliotium，^[35]而这个名称也没有被接受（JINR后来认为元素102的命名是仓促的）。^[36]这个名称是在IUPAC对元素发现优先权的裁决的书面答复中提出的，该裁决于1992年9月29日签署。^[36]但由于其广泛使用，“nobelium”这个名称仍然保持不变。^[37]

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外部連結

• 元素䥑在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介紹（英文）
• EnvironmentalChemistry.com —— 䥑（英文）
• 元素䥑在The Periodic Table of Videos（諾丁漢大學）的介紹（英文）
• 元素䥑在Peter van der Krogt elements site的介紹（英文）
• WebElements.com – 䥑（英文）