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(英語:Nihonium),是一種人工合成化學元素,其化學符號Nh原子序數为113。鉨是一種放射性極強的超重元素錒系後元素,所有同位素半衰期都很短,非常不穩定,其最長壽的已知同位素是鉨-286,半衰期約10秒。在元素週期表中,鉨位於p區,是第7週期第13族(硼族)的成員。

鉨 113Nh
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)




(Uht)
概況
名稱·符號·序數鉨(Nihonium)·Nh·113
元素類別未知
可能為貧金屬
·週期·13 ·7·p
標準原子質量[286]
电子排布[Rn] 5f14 6d10 7s2 7p1
(預測[1]
2, 8, 18, 32, 32, 18, 3
(預測)
鉨的电子層(2, 8, 18, 32, 32, 18, 3
(預測))
歷史
發現日本理化學研究所(2004年)
物理性質
物態固体(預測)[1][2]
密度(接近室温
18(預測)[1] g·cm−3
熔点700 K,430 °C,810(預測)[1][2] °F
沸點1400 K,1100 °C,2000(預測)[1][2] °F
汽化热130(預測)[2] kJ·mol−1
原子性質
氧化态1, 2, 3, 5(預測)[1]
电离能第一:704.9(預測)[1] kJ·mol−1
原子半径170(預測)[1] pm
共价半径136(預測)[3] pm
雜項
CAS号54084-70-7
同位素
主条目:鉨的同位素
同位素 丰度 半衰期t1/2 衰變
方式 能量MeV 產物
286Nh syn 9.5 s α 9.63 282Rg
285Nh syn 5.5 s α 9.74, 9.48 281Rg
284Nh syn 0.48 s α 10.00 280Rg
283Nh syn 0.10 s α 10.12 279Rg
282Nh syn 70 ms α 10.63 278Rg
278Nh syn 0.24 ms α 11.68 274Rg

2003年,由俄羅斯美國聯合組成的研究團隊在俄羅斯杜布納聯合原子核研究所(Joint Institute for Nuclear Research, JINR)首次探測到113號元素;2004年日本埼玉縣和光市理化學研究所(理研)科學家團隊也有同樣發現。隨後幾年包含美國、德國瑞典中國工作的獨立科學家團隊,以及俄羅斯和日本的團隊都認為他們是最初的發現者。2015年,IUPAC / IUPAP聯合工作組確認了該元素,並將該元素的發現和命名權英语Scientific priority分配給理研,因為他們判斷理研已經證明其比JINR團隊更早觀察到113元素。理研團隊在2016年提出了nihonium的名稱,並於同年獲得批准,而這個名字源自「日本」的日語讀音(nihon)。

目前科學家對鉨元素所知甚少,因為它產量稀少,至今只合成出14個鉨原子,且在合成出的幾秒鐘內就會衰變成其他同位素,目前已知壽命最長的鉨同位素半衰期為9.5秒。雖然鉨同位素壽命短暫,但仍比預計的要長得多。包括鉨在內的一些超重核素的壽命異常地長,原因可由穩定島理論解釋:隨著中子數的增加,越重的鉨同位素越接近理論上的「穩定島」,半衰期也從幾毫秒漸增到幾秒。

根據計算,鉨應該具有與其同族元素相似的性質。除之外的所有13族元素都是后過渡金屬貧金屬),而科學家預期鉨也是后過渡金屬。但計算也顯示出鉨和其同族元素有幾個主要差異;例如鉨在+1氧化態下應比+3態更穩定,就像一樣,但在+1態,鉨應該表現得更像,而不是鉈。2017年的初步實驗表明,鉨元素的揮發性並不大,其大部分化學性質目前尚未明瞭。

概述 编辑

 
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[4]

超重元素[a]原子核是在两个不同大小[b]的原子核的聚变中产生的。粗略地说,两个原子核的质量之差越大,两者就越有可能发生反应。[10]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。[11]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,它们通常会融為一體约10−20秒,之後再分開(分開後的原子核不需要和先前相撞的原子核相同),而非形成单一的原子核。[11][12]如果聚变发生了,两个原子核产生的一个原子核会处于被称为複合原子核激发态。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裂变或是放出一些中子来带走激发能量。[c]这个过程会在原子核碰撞后的10−16秒发生,产生更稳定的原子核。[13][d]

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。[16]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,[e]并转移到会停住原子核的半导体探测器英语Semiconductor detector中。撞击至探測器時的确切位置、能量和到达时间將會被記錄下來。[16]这个转移需要10−6秒的时间,意即这个原子核需要存在这么长的时间才能被检测到。[19]若衰变發生,衰變的原子核被再次记录,并测量位置、衰变能量和衰变时间。[16]

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。[20]超重元素理论预测[21]和已观测到[22]的主要衰变方式,也就是α衰变自发裂变,都是这种排斥引起的。[f]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。[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,即原子核到达探测器的位置、能量、时间以及它衰变的信息。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,并且对观察到的效應没有其他解释,就可能在解释数据时出现错误。[i]

歷史 编辑

 
2016年森田浩介召開記者會,宣布Nh(鉨)元素命名成功

發現 编辑

2003年8月,科學家在的衰變產物中首次探測到鉨。2004年2月1日,一個由俄羅斯杜布納聯合核研究所美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室聯合組成的研究小組發表了這一項發現。[34][35]

 

2004年7月23日,日本理化學研究所(理研;RIKEN)的森田浩介使用209Bi70Zn之間的冷融合反應,探測到了一個278Nh原子。他們在2004年9月28日發表這項發現。[36]

 

實驗結果在2004年得到證實,中國近代物理研究所探測到的266Bh衰變特性和日本理研所探測到的衰變活動特性相同(詳見𬭛)。

理研小組在2005年4月2日又合成了一個鉨原子,衰變數據與第一次的不同,但這可能是因為產生了穩定的同核異構體。

美俄合作小組對衰變產物268Db進行化學實驗,進一步證實了鉨的發現。鉨的α衰變鏈半衰期與實驗數據相符。[37]

由于日本科学家未充分观察该元素转化为其他元素的情形,因此这一发现因證據不足而未被承認。日本理研於2012年9月26日第三次宣布合成出了113号元素,方法是利用加速器使原子相互碰撞。[38]

2015年12月,IUPACIUPAP宣布承认113号元素,并赋予日本理研优先命名权。[39]

命名 编辑

Ununtrium(Uut)是IUPAC所賦予的臨時系統命名。研究科學家通常只稱之為“元素113”(或E113)。

命名提議 编辑

杜布納小組的Dmitriev和理研小組的森田浩介分別對命名Uut進行了提議。國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)及國際純粹與應用物理聯合會(IUPAP)的聯合工作小組將決定哪一方有權進行命名。2011年,IUPAC審核了兩方曾進行的實驗,認為實驗並未符合“發現元素”的標準。[40]

2015年12月31日,理研取得本元素的命名權,並被IUPAC認為Uut符合「發現元素」標準,這也是首次由亞洲國家取得新元素命名權。本元素原本被預計命名為Japonium[41],符號Jp,跟日本的縮寫一樣,但此命名未被使用,這是因為這個名稱會涉及Jap,一個貶低日本人的詞語,所以日本人拒絕使用此名稱。

以下為曾經提議使用的名稱:

提議名稱 根據
Japonium[42][41] 日本(Japan),小組所處的國家
Nihonium[43] 日本的日語羅馬字拼法之一
Rikenium[42] 理研(RIKEN),小組所處的研究所
Nishinanium[44] 仁科芳雄,日本物理學家
Becquerium 亨利·貝克勒,法國物理學家(此為俄羅斯提議的名字,原本是給110號元素的)

2016年6月8日,IUPAC宣佈計劃根據理化學研究所的建議將113號元素命名為「Nihonium」,符號為Nh。[45]此名稱於2016年11月28日正式獲得認可。[46]

此外,日本化學家小川正孝日语小川正孝曾於1908年宣佈發現了第43號元素,並將其命名為「Nipponium」(Np),以紀念其本國日本(Nippon)。然而,後來的分析則指出,他所發現的是和43號元素同族的75號元素(即),而43號元素則在1936年被人工合成出。[47]

中文名称 编辑

 
Nihonium的簡體中文命名

此元素剛開始被譯為,因為此元素的命名來源自日本的國家名稱,但是因為此名稱違反以西方讀音作為元素中文名稱的習慣,因此並沒有被採用,而由於這名稱已經給了41號元素,所以有人提議以第二個音節來命名,命名為(類似元素的情況),但是由於中文名稱大多數都使用第一個音節,所以這個提議也沒有被採用。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,通過了將此元素命名為「鿭」(读音同「你」)的方案。[48][49]

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「鉨」,音同「你」。[50]

「鉨」字已收錄在統一碼漢字基本區中,碼位為U+9268。該字有「絡絲」、「絡絲之具」兩意,並兼為繁體字「niè」、「」的異體字。[51]其對應簡化字「」,已於2018年6月5日正式加入統一碼11.0中,碼位為U+9FED。

同位素 编辑

鉨的同位素列表
同位素 半衰期[j] 衰变方式 发现年份 发现方法
数值 来源
278Nh 2.3 ms [22] α 2004 209Bi(70Zn,n)
282Nh 61 ms [52] α 2006 237Np(48Ca,3n)
283Nh 123 ms [52] α 2004 287Mc(—,α)
284Nh 0.90 s [52] α, EC 2004 288Mc(—,α)
285Nh 2.1 s [52] α, SF 2010 289Mc(—,α)
286Nh 9.5 s [53] α 2010 290Mc(—,α)
287Nh[k] 5.5 s [54] α 1999 287Fl(ee)
290Nh[k] 2 s [55] α 1998 290Fl(ee)

目前已知的鉨同位素共有6個,質量數分別為278和282-286,全部都具有極高的放射性半衰期極短,非常不穩定,且較重的同位素大多比較輕的同位素來的穩定,因為它們更接近穩定島的中心,其中最長壽的同位素為鉨-286,半衰期約8秒,也是目前發現最重的鉨同位素。其他半衰期超過一秒的同位素有鉨-285和未經證實的鉨-287及鉨-290。目前發現的鉨同位素都會發生α衰變形成錀的同位素[56],但有跡象表明鉨-284也能通過電子捕獲衰變成-284。[57]

化學屬性 编辑

推算的化學屬性 编辑

氧化態 编辑

鉨預計將為7p系第1個元素,並是元素週期表中13 (IIIA)族最重的成員,位於之下。這一族的氧化態為+III,但由於相對論,7s軌域的穩定性會造成惰性電子對效應,因此它只形成穩定的+I態,Nh+/Nh的标准电极电势更高,預測達到 0.6 V,就如惰性的金屬,難以形成稳定的化學鍵,與銠和釕一樣不易發生反應[58]

化學特性 编辑

鉨的化學特性能從的特性中推算出來。因此,它應該會形成Nh2O、NhF、NhCl、NhBr和NhI。但如果能達到+III態,鉨則應只能形成Nh2O3和NhF3。7p軌域的自旋-軌道分離可能會使−1態也較穩定,類似於Au(−1)(金化物)。

參見 编辑

注释 编辑

  1. ^ 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,例如82号元素。“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[5]或112。[6]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。)[7]
  2. ^ 2009年,由尤里·奥加涅相引领的团队发表了他们通过对称的136Xe + 136Xe反应,尝试合成𬭶的结果。他们未能在这个反应中观察到单个原子,因此设置截面,即发生核反应的概率的上限为2.5 pb[8]作为比较,发现𬭶的反应208Pb + 58Fe的截面为19+19
    -11
     pb。[9]
  3. ^ 激发能量越大,复合原子核放出的中子就越多。如果激发能量太小,无法放出中子,复合原子核就会放出γ射线来带走激发能量。[13]
  4. ^ IUPAC/IUPAP联合工作小组定义原子核只有10−14秒内不衰变,才能被认为化学元素。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,[14]也是复合原子核的寿命上限。[15]
  5. ^ 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,若粒子速度恰好,則電場與磁場对运动粒子的影响会剛好抵消。[17]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分离,两者结合可以估计原子核的质量。[18]
  6. ^ 不是所有放射性衰变都是因为静电排斥力导致的,β衰变便是弱核力导致的。[23]
  7. ^ 超重元素的原子核的质量通常无法直接测量,所以它是根据另一个原子核的质量间接计算得出的。[24]2018年,劳伦斯伯克利国家实验室首次直接测量了超重原子核的质量,[25]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)。[26]
  8. ^ 自发裂变是由苏联科学家格奥尔基·弗廖罗夫发现的,[27]而他也是杜布纳联合原子核研究所的科学家,所以自发裂变就成了杜布纳联合原子核研究所经常讨论的课题。[28]劳伦斯伯克利国家实验室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。[15]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。[27]
  9. ^ 举个例子,102号元素于1957年被瑞典斯德哥尔摩省斯德哥尔摩的诺贝尔物理研究所错误鉴定。[29]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、英国发现者命名为nobelium。后来证明这个元素的鉴定是错误的。[30]第二年,劳伦斯伯克利国家实验室无法重现瑞典的结果,而是宣布他们合成了该元素,但后来也被驳回。[30]杜布纳联合原子核研究所坚持认为他们第一个发现该元素,并建议把新元素命名为joliotium,[31]而这个名称也没有被接受(他们后来认为102号元素的命名是仓促的)。[32]由于其广泛使用,nobelium这个名称仍然保持不变。[33]
  10. ^ 不同的来源会给出不同的数值,所以这里列出最新的数值。
  11. ^ 11.0 11.1 未确认的同位素

參考資料 编辑

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参考书目 编辑

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外部連結 编辑

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  • Uut and Uup Add Their Atomic Mass to Periodic Table (页面存档备份,存于互联网档案馆
  • Superheavy elements (页面存档备份,存于互联网档案馆
  • 理化学研究所2012年9月25日/相關中文新聞:日研究人員稱第三次合成113號元素[永久失效連結]新華社2012年9月27日

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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 鉈 鉨 Uht 鎶 鉨 鈇概況名稱 符號 序數鉨 Nihonium Nh 113元素類別未知可能為貧金屬族 週期 區13 7 p標準原子質量 286 电子排布 Rn 5f14 6d10 7s2 7p1 預測 1 2 8 18 32 32 18 3 預測 鉨的电子層 2 8 18 32 32 18 3 預測 歷史發現日本理化學研究所 2004年 物理性質物態固体 預測 1 2 密度 接近室温 18 預測 1 g cm 3熔点700 K 430 C 810 預測 1 2 F沸點1400 K 1100 C 2000 預測 1 2 F汽化热130 預測 2 kJ mol 1原子性質氧化态1 2 3 5 預測 1 电离能第一 704 9 預測 1 kJ mol 1原子半径170 預測 1 pm共价半径136 預測 3 pm雜項CAS号54084 70 7同位素主条目 鉨的同位素同位素 丰度 半衰期 t1 2 衰變方式 能量 MeV 產物286Nh syn 9 5 s a 9 63 282Rg285Nh syn 5 5 s a 9 74 9 48 281Rg284Nh syn 0 48 s a 10 00 280Rg283Nh syn 0 10 s a 10 12 279Rg282Nh syn 70 ms a 10 63 278Rg278Nh syn 0 24 ms a 11 68 274Rg2003年 由俄羅斯與美國聯合組成的研究團隊在俄羅斯杜布納聯合原子核研究所 Joint Institute for Nuclear Research JINR 首次探測到113號元素 2004年日本埼玉縣和光市的理化學研究所 理研 科學家團隊也有同樣發現 隨後幾年包含美國 德國 瑞典和中國工作的獨立科學家團隊 以及俄羅斯和日本的團隊都認為他們是最初的發現者 2015年 IUPAC IUPAP聯合工作組確認了該元素 並將該元素的發現和命名權 英语 Scientific priority 分配給理研 因為他們判斷理研已經證明其比JINR團隊更早觀察到113元素 理研團隊在2016年提出了nihonium的名稱 並於同年獲得批准 而這個名字源自 日本 的日語讀音 nihon 目前科學家對鉨元素所知甚少 因為它產量稀少 至今只合成出14個鉨原子 且在合成出的幾秒鐘內就會衰變成其他同位素 目前已知壽命最長的鉨同位素半衰期為9 5秒 雖然鉨同位素壽命短暫 但仍比預計的要長得多 包括鉨在內的一些超重核素的壽命異常地長 原因可由穩定島理論解釋 隨著中子數的增加 越重的鉨同位素越接近理論上的 穩定島 半衰期也從幾毫秒漸增到幾秒 根據計算 鉨應該具有與其同族元素硼 鋁 鎵 銦和鉈相似的性質 除硼之外的所有13族元素都是后過渡金屬 貧金屬 而科學家預期鉨也是后過渡金屬 但計算也顯示出鉨和其同族元素有幾個主要差異 例如鉨在 1氧化態下應比 3態更穩定 就像鉈一樣 但在 1態 鉨應該表現得更像銀和砈 而不是鉈 2017年的初步實驗表明 鉨元素的揮發性並不大 其大部分化學性質目前尚未明瞭 目录 1 概述 2 歷史 2 1 發現 2 2 命名 2 2 1 命名提議 2 2 2 中文名称 3 同位素 4 化學屬性 4 1 推算的化學屬性 4 1 1 氧化態 4 1 2 化學特性 5 參見 6 注释 7 參考資料 8 参考书目 9 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 nbsp 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 nbsp 基于澳大利亚国立大学的计算 核聚变未成功的可视化 4 超重元素 a 的原子核是在两个不同大小 b 的原子核的聚变中产生的 粗略地说 两个原子核的质量之差越大 两者就越有可能发生反应 10 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 11 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 它们通常会融為一體约10 20秒 之後再分開 分開後的原子核不需要和先前相撞的原子核相同 而非形成单一的原子核 11 12 如果聚变发生了 两个原子核产生的一个原子核会处于被称为複合原子核的激发态 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裂变或是放出一些中子来带走激发能量 c 这个过程会在原子核碰撞后的10 16秒发生 产生更稳定的原子核 13 d 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 16 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 e 并转移到会停住原子核的半导体探测器 英语 Semiconductor detector 中 撞击至探測器時的确切位置 能量和到达时间將會被記錄下來 16 这个转移需要10 6秒的时间 意即这个原子核需要存在这么长的时间才能被检测到 19 若衰变發生 衰變的原子核被再次记录 并测量位置 衰变能量和衰变时间 16 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 20 超重元素理论预测 21 和已观测到 22 的主要衰变方式 也就是a衰变和自发裂变 都是这种排斥引起的 f 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 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 即原子核到达探测器的位置 能量 时间以及它衰变的信息 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 并且对观察到的效應没有其他解释 就可能在解释数据时出现错误 i 歷史 编辑 nbsp 2016年森田浩介召開記者會 宣布Nh 鉨 元素命名成功發現 编辑 2003年8月 科學家在鏌的衰變產物中首次探測到鉨 2004年2月1日 一個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研究小組發表了這一項發現 34 35 20 48 C a 95 243 A m 288 287 M c 284 283 N h displaystyle 20 48 mathrm Ca 95 243 mathrm Am to 288 287 mathrm Mc to 284 283 mathrm Nh nbsp 2004年7月23日 日本理化學研究所 理研 RIKEN 的森田浩介使用209Bi和70Zn之間的冷融合反應 探測到了一個278Nh原子 他們在2004年9月28日發表這項發現 36 30 70 Z n 83 209 B i 113 279 N h 113 278 N h 0 1 n displaystyle 30 70 mathrm Zn 83 209 mathrm Bi to 113 279 mathrm Nh to 113 278 mathrm Nh 0 1 mathrm n nbsp 實驗結果在2004年得到證實 中國近代物理研究所探測到的266Bh衰變特性和日本理研所探測到的衰變活動特性相同 詳見𬭛 理研小組在2005年4月2日又合成了一個鉨原子 衰變數據與第一次的不同 但這可能是因為產生了穩定的同核異構體 美俄合作小組對衰變產物268Db進行化學實驗 進一步證實了鉨的發現 鉨的a衰變鏈半衰期與實驗數據相符 37 由于日本科学家未充分观察该元素转化为其他元素的情形 因此这一发现因證據不足而未被承認 日本理研於2012年9月26日第三次宣布合成出了113号元素 方法是利用加速器使锌和铋原子相互碰撞 38 2015年12月 IUPAC和IUPAP宣布承认113号元素 并赋予日本理研优先命名权 39 命名 编辑 Ununtrium Uut 是IUPAC所賦予的臨時系統命名 研究科學家通常只稱之為 元素113 或E113 命名提議 编辑 杜布納小組的Dmitriev和理研小組的森田浩介分別對命名Uut進行了提議 國際純粹與應用化學聯合會 IUPAC 及國際純粹與應用物理聯合會 IUPAP 的聯合工作小組將決定哪一方有權進行命名 2011年 IUPAC審核了兩方曾進行的實驗 認為實驗並未符合 發現元素 的標準 40 2015年12月31日 理研取得本元素的命名權 並被IUPAC認為Uut符合 發現元素 標準 這也是首次由亞洲國家取得新元素命名權 本元素原本被預計命名為Japonium 41 符號Jp 跟日本的縮寫一樣 但此命名未被使用 這是因為這個名稱會涉及Jap 一個貶低日本人的詞語 所以日本人拒絕使用此名稱 以下為曾經提議使用的名稱 提議名稱 根據Japonium 42 41 日本 Japan 小組所處的國家Nihonium 43 日本的日語羅馬字拼法之一Rikenium 42 理研 RIKEN 小組所處的研究所Nishinanium 44 仁科芳雄 日本物理學家Becquerium 亨利 貝克勒 法國物理學家 此為俄羅斯提議的名字 原本是給110號元素的 2016年6月8日 IUPAC宣佈計劃根據理化學研究所的建議將113號元素命名為 Nihonium 符號為Nh 45 此名稱於2016年11月28日正式獲得認可 46 此外 日本化學家小川正孝 日语 小川正孝 曾於1908年宣佈發現了第43號元素 並將其命名為 Nipponium Np 以紀念其本國日本 Nippon 然而 後來的分析則指出 他所發現的是和43號元素同族的75號元素 即錸 而43號元素鎝則在1936年被人工合成出 47 中文名称 编辑 nbsp Nihonium的簡體中文命名此元素剛開始被譯為鈤 因為此元素的命名來源自日本的國家名稱 但是因為此名稱違反以西方讀音作為元素中文名稱的習慣 因此並沒有被採用 而由於鈮這名稱已經給了41號元素 所以有人提議以第二個音節來命名 命名為鋐 類似鈧元素的情況 但是由於中文名稱大多數都使用第一個音節 所以這個提議也沒有被採用 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 通過了將此元素命名為 鿭 读音同 你 的方案 48 49 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 鉨 音同 你 50 鉨 字已收錄在統一碼漢字基本區中 碼位為U 9268 該字有 絡絲 絡絲之具 兩意 並兼為繁體字 鑷 nie 璽 xǐ 的異體字 51 其對應簡化字 鿭 已於2018年6月5日正式加入統一碼11 0中 碼位為U 9FED 同位素 编辑主条目 鉨的同位素 鉨的同位素列表 同位素 半衰期 j 衰变方式 发现年份 发现方法数值 来源278Nh 2 3 2 3 ms 22 a 2004 209Bi 70Zn n 282Nh 61 61 ms 52 a 2006 237Np 48Ca 3n 283Nh 123 123 ms 52 a 2004 287Mc a 284Nh 900 0 90 s 52 a EC 2004 288Mc a 285Nh 2100 2 1 s 52 a SF 2010 289Mc a 286Nh 9500 9 5 s 53 a 2010 290Mc a 287Nh k 5500 5 5 s 54 a 1999 287Fl e ne 290Nh k 2000 2 s 55 a 1998 290Fl e ne 目前已知的鉨同位素共有6個 質量數分別為278和282 286 全部都具有極高的放射性 半衰期極短 非常不穩定 且較重的同位素大多比較輕的同位素來的穩定 因為它們更接近穩定島的中心 其中最長壽的同位素為鉨 286 半衰期約8秒 也是目前發現最重的鉨同位素 其他半衰期超過一秒的同位素有鉨 285和未經證實的鉨 287及鉨 290 目前發現的鉨同位素都會發生a衰變形成錀的同位素 56 但有跡象表明鉨 284也能通過電子捕獲衰變成鎶 284 57 化學屬性 编辑推算的化學屬性 编辑 氧化態 编辑 鉨預計將為7p系第1個元素 並是元素週期表中13 IIIA 族最重的成員 位於鉈之下 這一族的氧化態為 III 但由於相對論 7s軌域的穩定性會造成惰性電子對效應 因此它只形成穩定的 I態 Nh Nh的标准电极电势更高 預測達到 0 6 V 就如惰性的金屬 難以形成稳定的化學鍵 與銠和釕一樣不易發生反應 58 化學特性 编辑 鉨的化學特性能從鉈的特性中推算出來 因此 它應該會形成Nh2O NhF NhCl NhBr和NhI 但如果能達到 III態 鉨則應只能形成Nh2O3和NhF3 7p軌域的自旋 軌道分離可能會使 1態也較穩定 類似於Au 1 金化物 參見 编辑鉨的同位素 穩定島注释 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 例如82号元素铅 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 5 或112 6 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 7 2009年 由尤里 奥加涅相引领的团队发表了他们通过对称的136Xe 136Xe反应 尝试合成𬭶的结果 他们未能在这个反应中观察到单个原子 因此设置截面 即发生核反应的概率的上限为2 5 pb 8 作为比较 发现𬭶的反应208Pb 58Fe的截面为19 19 11 pb 9 激发能量越大 复合原子核放出的中子就越多 如果激发能量太小 无法放出中子 复合原子核就会放出g射线来带走激发能量 13 IUPAC IUPAP联合工作小组定义原子核只有10 14秒内不衰变 才能被认为化学元素 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 14 也是复合原子核的寿命上限 15 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 若粒子速度恰好 則電場與磁場对运动粒子的影响会剛好抵消 17 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分离 两者结合可以估计原子核的质量 18 不是所有放射性衰变都是因为静电排斥力导致的 b衰变便是弱核力导致的 23 超重元素的原子核的质量通常无法直接测量 所以它是根据另一个原子核的质量间接计算得出的 24 2018年 劳伦斯伯克利国家实验室首次直接测量了超重原子核的质量 25 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 26 自发裂变是由苏联科学家格奥尔基 弗廖罗夫发现的 27 而他也是杜布纳联合原子核研究所的科学家 所以自发裂变就成了杜布纳联合原子核研究所经常讨论的课题 28 劳伦斯伯克利国家实验室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 15 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 27 举个例子 102号元素于1957年被瑞典斯德哥尔摩省斯德哥尔摩的诺贝尔物理研究所错误鉴定 29 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 英国发现者命名为nobelium 后来证明这个元素的鉴定是错误的 30 第二年 劳伦斯伯克利国家实验室无法重现瑞典的结果 而是宣布他们合成了该元素 但后来也被驳回 30 杜布纳联合原子核研究所坚持认为他们第一个发现该元素 并建议把新元素命名为joliotium 31 而这个名称也没有被接受 他们后来认为102号元素的命名是仓促的 32 由于其广泛使用 nobelium这个名称仍然保持不变 33 不同的来源会给出不同的数值 所以这里列出最新的数值 11 0 11 1 未确认的同位素參考資料 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 2 0 2 1 2 2 2 3 Seaborg Glenn T transuranium element chemical element Encyclopaedia Britannica 2006 2010 03 16 原始内容存档于2010 11 30 Royal Society of Chemistry Ununtrium 19 December 2012 原始内容存档于2013 01 23 Wakhle A 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