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镆

行進 26, 2023

注意：本页面含有Unihan新版汉字：「鿭、𨧀、𫓧、𫟷、𬭊」。有关字符可能會错误显示，詳见Unicode扩展汉字。

鏌（拼音：mò，注音：ㄇㄛˋ，音同「莫」；英語：Moscovium），是一種人工合成的化學元素，其化學符號为Mc，原子序數为115。鏌是一種放射性極強的超重元素，所有同位素的半衰期都極短，極為不穩定，其最長壽的已知同位素為鏌-290，半衰期僅0.65秒。[3]鏌不出現在自然界中，只能在實驗室內以粒子加速器人工合成。至今約有100個鏌原子被探測到，所發現原子的質量數介於287至290間。

镆   115Mc
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）
鉍
↑
镆
↓
(Uhp)
鈇 ← 镆 → 鉝
概況
名稱·符號·序數镆（Moscovium）·Mc·115
元素類別未知
可能為貧金屬
族·週期·區15 ·7·p
標準原子質量[288]
电子排布[Rn] 5f14 6d10 7s2 7p3
（預測[1]）
2, 8, 18, 32, 32, 18, 5
（預測）
歷史
發現聯合核研究所及勞倫斯利福摩爾國家實驗室（2003年）
物理性質
物態固體（預測）[1]
密度（接近室温）
11（預測）[1] g·cm−3
熔点~700 K，~400 °C，~750（預測）[1] °F
沸點~1400 K，~1100 °C，~2000（預測）[1] °F
蒸氣壓
原子性質
氧化态1, 3（預測）[1]
电离能第一：538.4（預測）[1] kJ·mol−1
原子半径200（預測）[1] pm
共价半径162（估值）[2] pm
雜項
CAS号54085-64-2
同位素
主条目：镆的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量（MeV） 產物
290Mc syn 16 ms α 9.95 286Nh
289Mc syn 169 ms α 10.31 285Nh
288Mc syn 173 ms α 10.46 284Nh
287Mc syn 32 ms α 10.59 283Nh

鏌最早是在2004年，由一組俄羅斯及美國科學家組成的團隊於俄羅斯杜布納聯合原子核研究所（JINR）所合成出。2015年12月，其被國際純化學和應用化學聯合會（IUPAC）和國際純粹與應用物理學聯合會（IUPAP）的聯合工作團隊（英语：IUPAC/IUPAP Joint Working Party）認定為四個新元素之一，於2016年11月28日，正式以莫斯科州之名，將此元素命名為鏌，而莫斯科州正是杜布納聯合原子核研究所的所在地[4][5][6]。

在元素週期表中，鏌是位於p區的錒系後元素，屬於第7週期、第15族（氮族），是已知最重的氮族成員。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鏌是否與同族中第二重的元素鉍有著相似的化學特性。根據計算，鏌可能與同族中較輕的元素（氮、磷、砷、銻）有類似的化學性質，且屬於後過渡金屬，儘管計算也顯示鏌的某些性質可能和同族元素有較大差異。此外，鏌的性質可能也與鉈有顯著的相似之處，因為兩者在準閉合殼層之外，皆具有一個不太被束縛的電子。

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[7]

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。[13]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。[14]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。[14][15]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[16]，被称为复合原子核（英语：compound nucleus），非常不稳定。[14]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，[17]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。[17]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。[18][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。[20]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。[20]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。[23]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。[20]

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。[24]超重元素[25]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。）[20] 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

 
Ca-48離子加速撞擊Am-243目標原子的模擬圖

2004年2月2日，由俄羅斯杜布納聯合核研究所和美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室聯合組成的科學團隊在《物理評論快報》上表示成功合成了镆。[37][38]他們使用48Ca離子撞擊243Am目標原子，產生了4個镆原子。這些原子通過發射α粒子，衰變為284Nh，需時約100毫秒。

 

美俄科學家的這次合作計劃也對衰變產物268Db進行了化學實驗，並證實發現了Uut。科學家在2004年6月和2005年12月的實驗中，通過量度自發裂變成功確認了𬭊同位素。[39][40]數據中的半衰期和衰變模式都符合理論中的268Db，證實了衰變來自於原子序為115的主原子核。但是在2011年，IUPAC认为该结果只是初步的，不足以称得上是一项发现[41]。

2013年，由瑞典隆德大学核物理学家Dirk Rudolph领导的团队在德国达姆施塔特GSI亥姆霍兹重离子研究中心，通过将钙同位素撞擊镅的方法再次合成了镆[41]。

命名

镆最先被稱為“eka-鉍”。Ununpentium（Uup）是該元素獲得正式命名之前，IUPAC元素系統命名法所賦予的臨時名稱。研究人員一般稱之為“元素115”。

命名提议

115号元素主要有两个命名提议，一个是根据法国物理学家保羅·朗之萬命名为langevinium[42]，另一个提议是根据Dubna研究所所在地莫斯科州命名为moscovium[43][44]。IUPAC於2016年11月28日正式採用後者。[45]

中文名稱

2017年1月15日，中華人民共和國全国科学技术名词审定委员会联合国家语言文字工作委员会组织化学、物理学、语言学界专家召开了113号、115号、117号、118号元素中文定名会，將此元素命名為镆（读音同「漠」）。[46]

2017年4月5日，中華民國國家教育研究院的化學名詞審譯委員會審譯修正通過之「化學元素一覽表」將此元素命名為「鏌」，音同「莫」。[47]

未來實驗

Flerov核反應實驗室有計劃研究較輕的镆同位素，所用反應為：241Am + 48Ca。[48]

同位素與核特性

主条目：鏌的同位素

目前已知的鏌同位素共有4個，質量數介於287-290之間，全部都具有極高的放射性，半衰期極短，極為不穩定，且愈重的同位素穩定性愈高，因為它們更接近穩定島的中心，其中最長壽的同位素為鏌-290，半衰期約0.65秒，也是目前發現最重的鏌同位素。

核合成

能產生Z=115复核的目標、發射體組合

下表列出各種可用以產生115號元素的目標、發射體組合。

目標 發射體 CN 結果
208Pb 75As 283Mc 至今失敗
232Th 55Mn 287Mc 至今失敗
238U 51V 289Mc 至今失敗
237Np 50Ti 287Mc 至今失敗
244Pu 45Sc 289Mc 至今失敗
243Am 48Ca 291Mc 反應成功
241Am 48Ca 289Mc 至今失敗
248Cm 41K 289Mc 至今失敗
250Cm 41K 291Mc 至今失敗
249Bk 40Ar 289Mc 至今失敗
249Cf 37Cl 286Mc 至今失敗
251Cf 37Cl 288Mc 尚未嘗試

熱聚變

238U(51V,xn)289−xMc

有強烈證據顯示重離子研究所在2004年底一項氟化鈾(IV)實驗中曾進行過這個反應。他們並未發布任何報告，因此可能並未探測到任何產物原子，這是團隊意料之內的。[49]

243Am(48Ca,xn)291−xMc (x=3,4)

杜布納團隊首先在2003年7月至8月進行了該項反應。在兩次分別進行的實驗中，他們成功探測到3個288Mc原子與一個287Mc原子。2004年6月，他們進一步研究這項反應，目的是要在288Mc衰變鏈中隔離出268Db。團隊在2005年8月重複進行了實驗，證實了衰變的確來自268Db。

同位素發現時序

同位素 發現年份 核反應
287Mc 2003年 243Am(48Ca,4n)
288Mc 2003年 243Am(48Ca,3n)
289Mc 2009年 249Bk(48Ca,4n)[50]
290Mc 2009年 249Bk(48Ca,3n)[50]

同位素產量

熱聚變

下表列出直接合成镆的熱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。

發射體 目標 CN 2n 3n 4n 5n
48Ca 243Am 291Mc 3.7 pb, 39.0 MeV 0.9 pb, 44.4 MeV

理論計算

衰變特性

利用量子穿隧模型的理論計算支持實驗得出的α衰變數據。[51]

蒸發殘留物截面

下表列出各種目標-發射體組合，並給出最高的預計產量。

MD = 多面；DNS = 雙核系統；σ = 截面

目標 發射體 CN 通道（產物） σmax 模型 參考資料
243Am 48Ca 291Mc 3n (288Mc) 3 pb MD [52]
243Am 48Ca 291Mc 4n (287Mc) 2 pb MD [52]
243Am 48Ca 291Mc 3n (288Mc) 1 pb DNS [53]
242Am 48Ca 290Mc 3n (287Mc) 2.5 pb DNS [53]

化學屬性

由於鏌的生產極為昂貴且每次的產量皆極少[13]，產出的鏌又會在極短時間內發生衰變，因此目前除了核特性外，尚未利用實驗測量過任何鏌或其化合物的化學屬性，只能通過理論來預測。

推算的化學屬性

氧化態

镆預計為7p系的第3個元素，是元素週期表中15 (VA)族最重的成員，位於鉍之下。這一族的氧化態為+V，但穩定性各異。氮的+V態大多是像N2O5这样的分子的形式氧化态，实际上极難形成，因為它有較低的d軌域，而且氮原子容納不下5個配體。磷、砷和銻能夠表現出明顯的+V態特性，但鉍卻很難達到該氧化態，因為其6s2電子不易參與形成化學鍵。這個現象稱為“惰性電子對效應”，一般與6s電子軌域的相對論性穩定性相關。镆預計會延續這個趨勢，並只會具有+III和+I氧化態。氮(I)和鉍(I)也存在，但較罕見，而镆(I)很可能會有一些獨特的屬性，[54]可能比起铋(I)更像铊(I)。[55]由於自旋軌道耦合作用，鈇可能會有完整的軌域，並具有類似惰性氣體的屬性。這樣的話，镆可能只有一顆價電子，因為Mc+離子會和鈇有相同的電子排布。

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[8]或112。[9]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。）[10]（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。[11]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。[12]
  3. ^ 这个值也标志着普遍接受的复合原子核寿命上限。[19]
  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。[21]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。[22]
  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。[26]
  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。[27]2018年，LBNL首次直接测量了超重原子核的质量，[28]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）。[29]
  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。[30]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。[31]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。[19]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。[31]
  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。[32]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。[33]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。[33] 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，[34]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）。[35]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。[35]但由于其广泛使用，“nobelium”这个名称仍然保持不变。[36]

參考資料

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外部連結

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行進 26, 2023
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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 鉍 镆 Uhp 鈇 镆 鉝概況名稱 符號 序數镆 Moscovium Mc 115元素類別未知可能為貧金屬族 週期 區15 7 p標準原子質量 288 电子排布 Rn 5f14 6d10 7s2 7p3 預測 1 2 8 18 32 32 18 5 預測 歷史發現聯合核研究所及勞倫斯利福摩爾國家實驗室 2003年 物理性質物態固體 預測 1 密度 接近室温 11 預測 1 g cm 3熔点 700 K 400 C 750 預測 1 F沸點 1400 K 1100 C 2000 預測 1 F蒸氣壓原子性質氧化态1 3 預測 1 电离能第一 538 4 預測 1 kJ mol 1原子半径200 預測 1 pm共价半径162 估值 2 pm雜項CAS号54085 64 2同位素主条目 镆的同位素同位素 丰度 半衰期 t1 2 衰變方式 能量 MeV 產物290Mc syn 16 ms a 9 95 286Nh289Mc syn 169 ms a 10 31 285Nh288Mc syn 173 ms a 10 46 284Nh287Mc syn 32 ms a 10 59 283Nh鏌最早是在2004年 由一組俄羅斯及美國科學家組成的團隊於俄羅斯杜布納聯合原子核研究所 JINR 所合成出 2015年12月 其被國際純化學和應用化學聯合會 IUPAC 和國際純粹與應用物理學聯合會 IUPAP 的聯合工作團隊 英语 IUPAC IUPAP Joint Working Party 認定為四個新元素之一 於2016年11月28日 正式以莫斯科州之名 將此元素命名為鏌 而莫斯科州正是杜布納聯合原子核研究所的所在地 4 5 6 在元素週期表中 鏌是位於p區的錒系後元素 屬於第7週期 第15族 氮族 是已知最重的氮族成員 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鏌是否與同族中第二重的元素鉍有著相似的化學特性 根據計算 鏌可能與同族中較輕的元素 氮 磷 砷 銻 有類似的化學性質 且屬於後過渡金屬 儘管計算也顯示鏌的某些性質可能和同族元素有較大差異 此外 鏌的性質可能也與鉈有顯著的相似之處 因為兩者在準閉合殼層之外 皆具有一個不太被束縛的電子 目录 1 概述 2 歷史 2 1 發現 2 2 命名 2 2 1 命名提议 2 2 2 中文名稱 2 3 未來實驗 3 同位素與核特性 3 1 核合成 3 1 1 能產生Z 115复核的目標 發射體組合 3 1 2 熱聚變 3 1 2 1 238U 51V xn 289 xMc 3 1 2 2 243Am 48Ca xn 291 xMc x 3 4 3 1 3 同位素發現時序 3 2 同位素產量 3 2 1 熱聚變 3 3 理論計算 3 3 1 衰變特性 3 3 2 蒸發殘留物截面 4 化學屬性 4 1 推算的化學屬性 4 1 1 氧化態 5 注释 6 參考資料 7 外部連結概述 编辑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 7 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 13 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 14 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 14 15 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 16 被称为复合原子核 英语 compound nucleus 非常不稳定 14 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 17 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g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 17 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 18 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 20 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 20 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 23 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 20 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 24 超重元素 25 的主要衰变方式 a衰变和自发裂变都是这种排斥引起的 e a衰变由发射出去的a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 20 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 编辑發現 编辑 Ca 48離子加速撞擊Am 243目標原子的模擬圖 2004年2月2日 由俄羅斯杜布納聯合核研究所和美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室聯合組成的科學團隊在 物理評論快報 上表示成功合成了镆 37 38 他們使用48Ca離子撞擊243Am目標原子 產生了4個镆原子 這些原子通過發射a粒子 衰變為284Nh 需時約100毫秒 20 48 C a 95 243 A m 115 291 M c 115 288 M c 3 0 1 n 113 284 N h 2 4 H e displaystyle 20 48 mathrm Ca 95 243 mathrm Am to 115 291 mathrm Mc to 115 288 mathrm Mc 3 0 1 mathrm n to 113 284 mathrm Nh 2 4 mathrm He 美俄科學家的這次合作計劃也對衰變產物268Db進行了化學實驗 並證實發現了Uut 科學家在2004年6月和2005年12月的實驗中 通過量度自發裂變成功確認了𬭊 同位素 39 40 數據中的半衰期和衰變模式都符合理論中的268Db 證實了衰變來自於原子序為115的主原子核 但是在2011年 IUPAC认为该结果只是初步的 不足以称得上是一项发现 41 2013年 由瑞典隆德大学核物理学家Dirk Rudolph领导的团队在德国达姆施塔特GSI亥姆霍兹重离子研究中心 通过将钙同位素撞擊镅的方法再次合成了镆 41 命名 编辑 镆最先被稱為 eka 鉍 Ununpentium Uup 是該元素獲得正式命名之前 IUPAC元素系統命名法所賦予的臨時名稱 研究人員一般稱之為 元素115 命名提议 编辑 115号元素主要有两个命名提议 一个是根据法国物理学家保羅 朗之萬命名为langevinium 42 另一个提议是根据Dubna研究所所在地莫斯科州命名为moscovium 43 44 IUPAC於2016年11月28日正式採用後者 45 中文名稱 编辑 2017年1月15日 中華人民共和國全国科学技术名词审定委员会联合国家语言文字工作委员会组织化学 物理学 语言学界专家召开了113号 115号 117号 118号元素中文定名会 將此元素命名為镆 读音同 漠 46 2017年4月5日 中華民國國家教育研究院的化學名詞審譯委員會審譯修正通過之 化學元素一覽表 將此元素命名為 鏌 音同 莫 47 未來實驗 编辑 Flerov核反應實驗室有計劃研究較輕的镆同位素 所用反應為 241Am 48Ca 48 同位素與核特性 编辑主条目 鏌的同位素 目前已知的鏌同位素共有4個 質量數介於287 290之間 全部都具有極高的放射性 半衰期極短 極為不穩定 且愈重的同位素穩定性愈高 因為它們更接近穩定島的中心 其中最長壽的同位素為鏌 290 半衰期約0 65秒 也是目前發現最重的鏌同位素 核合成 编辑 能產生Z 115复核的目標 發射體組合 编辑 下表列出各種可用以產生115號元素的目標 發射體組合 目標 發射體 CN 結果208Pb 75As 283Mc 至今失敗232Th 55Mn 287Mc 至今失敗238U 51V 289Mc 至今失敗237Np 50Ti 287Mc 至今失敗244Pu 45Sc 289Mc 至今失敗243Am 48Ca 291Mc 反應成功241Am 48Ca 289Mc 至今失敗248Cm 41K 289Mc 至今失敗250Cm 41K 291Mc 至今失敗249Bk 40Ar 289Mc 至今失敗249Cf 37Cl 286Mc 至今失敗251Cf 37Cl 288Mc 尚未嘗試熱聚變 编辑 238U 51V xn 289 xMc 编辑 有強烈證據顯示重離子研究所在2004年底一項氟化鈾 IV 實驗中曾進行過這個反應 他們並未發布任何報告 因此可能並未探測到任何產物原子 這是團隊意料之內的 49 243Am 48Ca xn 291 xMc x 3 4 编辑 杜布納團隊首先在2003年7月至8月進行了該項反應 在兩次分別進行的實驗中 他們成功探測到3個288Mc原子與一個287Mc原子 2004年6月 他們進一步研究這項反應 目的是要在288Mc衰變鏈中隔離出268Db 團隊在2005年8月重複進行了實驗 證實了衰變的確來自268Db 同位素發現時序 编辑 同位素 發現年份 核反應287Mc 2003年 243Am 48Ca 4n 288Mc 2003年 243Am 48Ca 3n 289Mc 2009年 249Bk 48Ca 4n 50 290Mc 2009年 249Bk 48Ca 3n 50 同位素產量 编辑 熱聚變 编辑 下表列出直接合成镆的熱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 發射體 目標 CN 2n 3n 4n 5n48Ca 243Am 291Mc 3 7 pb 39 0 MeV 0 9 pb 44 4 MeV理論計算 编辑 衰變特性 编辑 利用量子穿隧模型的理論計算支持實驗得出的a衰變數據 51 蒸發殘留物截面 编辑 下表列出各種目標 發射體組合 並給出最高的預計產量 MD 多面 DNS 雙核系統 s 截面 目標 發射體 CN 通道 產物 smax 模型 參考資料243Am 48Ca 291Mc 3n 288Mc 3 pb MD 52 243Am 48Ca 291Mc 4n 287Mc 2 pb MD 52 243Am 48Ca 291Mc 3n 288Mc 1 pb DNS 53 242Am 48Ca 290Mc 3n 287Mc 2 5 pb DNS 53 化學屬性 编辑由於鏌的生產極為昂貴且每次的產量皆極少 13 產出的鏌又會在極短時間內發生衰變 因此目前除了核特性外 尚未利用實驗測量過任何鏌或其化合物的化學屬性 只能通過理論來預測 推算的化學屬性 编辑 氧化態 编辑 镆預計為7p系的第3個元素 是元素週期表中15 VA 族最重的成員 位於鉍之下 這一族的氧化態為 V 但穩定性各異 氮的 V態大多是像N2O5这样的分子的形式氧化态 实际上极難形成 因為它有較低的d軌域 而且氮原子容納不下5個配體 磷 砷和銻能夠表現出明顯的 V態特性 但鉍卻很難達到該氧化態 因為其6s2電子不易參與形成化學鍵 這個現象稱為 惰性電子對效應 一般與6s電子軌域的相對論性穩定性相關 镆預計會延續這個趨勢 並只會具有 III和 I氧化態 氮 I 和鉍 I 也存在 但較罕見 而镆 I 很可能會有一些獨特的屬性 54 可能比起铋 I 更像铊 I 55 由於自旋軌道耦合作用 鈇可能會有完整的軌域 並具有類似惰性氣體的屬性 這樣的話 镆可能只有一顆價電子 因為Mc 離子會和鈇有相同的電子排布 注释 编辑 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 8 或112 9 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 10 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 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 11 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 12 这个值也标志着普遍接受的复合原子核寿命上限 19 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 21 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 22 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 b衰变是弱核力导致的 26 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 27 2018年 LBNL首次直接测量了超重原子核的质量 28 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 29 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a粒子和衰变产物的已知动能之和 30 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 自发裂变是由苏联科学家格奥尔基 弗廖罗夫发现的 31 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a粒子等带电粒子 19 因此他们更喜欢通过连续的a衰变将新的同位素与已知的同位素联系起来 31 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 32 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 33 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 33 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 34 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 35 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 35 但由于其广泛使用 nobelium 这个名称仍然保持不变 36 化学主题參考資料 编辑 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 Haire Richard G Transactinides and the future elements Morss Edelstein Norman M Fuger Jean 编 The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements 3rd Dordrecht The Netherlands Springer Science Business Media 2006 ISBN 1 4020 3555 1 Chemical Data Ununpentium Uup 页面存档备份 存于互联网档案馆 Royal Chemical Society Oganessian Y T Super heavy element research Reports on Progress in Physics 2015 78 3 036301 doi 10 1088 0034 4885 78 3 036301 Staff IUPAC Announces the Names of the Elements 113 115 117 and 118 IUPAC 30 November 2016 1 December 2016 原始内容存档于2016 11 30 St Fleur Nicholas Four New Names Officially 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Komiteta polnomochnyh predstavitelej OIYaI JINR Joint Institute for Nuclear Research 30 March 2011 22 September 2015 原始内容存档于2015 09 23 俄语 Zavyalova Victoria Element 115 in Moscow s name Russia amp India Report 25 August 2015 22 September 2015 原始内容存档于2016 01 06 Elements 113 115 117 and 118 are now formally named nihonium Nh moscovium Mc tennessine Ts and oganesson Og IUPAC 2016 11 30 2016 11 30 原始内容存档于2016 11 30 全国科技名词委联合国家语言文字工作委员会召开113号 115号 117号 118号元素中文定名会 2017 02 16 原始内容存档于2017 11 06 本院化學名詞審譯委員會審譯修正通過之 化學元素一覽表 歡迎使用並提供寶貴建議 國家教育研究院 2017 04 05 2017 04 17 原始内容存档于2017 04 18 Study of heavy and superheavy nuclei see experiment 1 5 2011 06 03 原始内容存档于2020 08 10 List of experiments 2000 2006 2011 06 03 原始内容存档于2007 07 23 50 0 50 1 引用错误 没有为名为e117的参考文献提供内容 C S1 amanta P Roy Chowdhury and D N Basu Predictions of alpha decay half lives of heavy and superheavy elements Nucl Phys A 2007 789 142 154 doi 10 1016 j nuclphysa 2007 04 001 52 0 52 1 Zagrebaev V Fusion fission dynamics of super heavy 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