Ubn
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Unbinilium(化學符號為Ubn)是一種尚未被發現的化學元素,原子序數是120。直到这个元素被发现、确认并确定了永久名称之前,Unbinilium和Ubn分别为这个元素的暂时系统命名和化学符号。在扩展元素周期表裡,Ubn预测是s区元素和碱土金属,是第8週期的第二個元素。由於該元素可能處於理論上的超重元素穩定島之中,其中子數為幻數(184)的同位素304
120Ubn
可能具有极長的半衰期,因而引起人們的研究興趣。
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概況 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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名稱·符號·序數 | Unbinilium·Ubn·120 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
元素類別 | 未知 可能為鹼土金屬 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
族·週期·區 | 2 ·8·s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
標準原子質量 | 未知 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
电子排布 | [Og] 8s2 (預測[1]) 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, 2 (預測) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
物理性質 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
物態 | 固體(預測)[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
密度 | (接近室温) 7(預測)[1] g·cm−3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
熔点 | 953 K,680 °C,1256(預測)[1] °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
原子性質 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
氧化态 | 2, 4(預測)[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
电离能 | 第一:578.9(預測)[1] kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
原子半径 | 200(預測)[1] pm |
儘管德國和俄羅斯團隊曾多次嘗試合成該元素,但Ubn迄今為止仍尚未被成功合成出來。俄羅斯團隊計劃於2025年開始下一次試驗。理论和实验证据表明,Ubn等第八週期元素的合成很可能比之前的元素要困难得多,Ubn甚至可能是目前技术所能合成的最重元素。
Ubn所處的第七种碱土金属的位置表明它会和较轻的同族元素有相似的性质。不过,相对论效应可能会导致Ubn的某些性质与直接用元素周期律推测的性质不同。举个例子,Ubn预计会比钡和镭更不活泼,反应性反而更像锶。不過計算顯示Ubn的主要氧化態應該仍是碱土金属的+2特征氧化态。
概述 编辑
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。[8]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。[9]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。[9][10]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。[11][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。[14]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。[14]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。[17]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。[14]
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。[18]超重元素理论预测[19]和已观测到[20]的主要衰变方式,也就是α衰变和自发裂变,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]
合成嘗試 编辑
2002年,尤里·奥加涅相在俄羅斯杜布納的團隊於聯合核研究所(JINR)首次發現並觀測鿫原子的衰變,[32] 之後打算製作類似的實驗:從58Fe和244Pu製造Ubn。[33] Ubn同位素的半衰期預計以微秒計。[34][35]
同位素与核特性 编辑
能产生Z=120复核的目标、发射体组合 编辑
目標 | 發射體 | CN | 結果 |
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232Th | 70Zn | 302Ubn | 尚未嘗試 |
238U | 64Ni | 302Ubn | 失敗, σ < 94 fb |
244Pu | 58Fe | 302Ubn | 失敗, σ < 0.4 pb |
248Cm | 54Cr | 302Ubn | 尚未嘗試 |
249Cf | 50Ti | 299Ubn | 尚未嘗試 |
257Fm | 48Ca | 305Ubn | 尚未嘗試 |
蒸发截面理论计算 编辑
下表列出各种目标-发射体组合,并给出最高的预计产量。
MD = 多面;DNS = 双核系统; σ = 截面
目标 | 发射体 | CN | 通道(产物) | σ max | 模型 | 参考资料 |
---|---|---|---|---|---|---|
208Pb | 88Sr | 296Ubn | 1n (295Ubn) | 70 fb | DNS | [36] |
208Pb | 87Sr | 295Ubn | 1n (294Ubn) | 80 fb | DNS | [36] |
208Pb | 88Sr | 296Ubn | 1n (295Ubn) | <0.1 fb | MD | [37] |
238U | 64Ni | 302Ubn | 3n (299Ubn) | 3 fb | MD | [37] |
238U | 64Ni | 302Ubn | 2n (300Ubn) | 0.5 fb | DNS | [38] |
238U | 64Ni | 302Ubn | 4n (298Ubn) | 2 ab | DNS-AS | [39] |
244Pu | 58Fe | 302Ubn | 4n (298Ubn) | 5 fb | MD | [37] |
244Pu | 58Fe | 302Ubn | 3n (299Ubn) | 8 fb | DNS-AS | [39] |
248Cm | 54Cr | 302Ubn | 3n (299Ubn) | 10 pb | DNS-AS | [39] |
248Cm | 54Cr | 302Ubn | 4n (298Ubn) | 30 fb | MD | [37] |
249Cf | 50Ti | 299Ubn | 4n (295Ubn) | 45 fb | MD | [37] |
249Cf | 50Ti | 299Ubn | 3n (296Ubn) | 40 fb | MD | [37] |
257Fm | 48Ca | 305Ubn | 3n (302Ubn) | 70 fb | DNS | [38] |
參見 编辑
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[3]或112。[4]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。)[5]
- ^ 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。[6]作为比较,发现𬭶的反应208Pb + 58Fe的截面为19+19
-11 pb。[7] - ^ 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。[11]
- ^ 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,[12]也是复合原子核的寿命上限。[13]
- ^ 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。[15]飞行时间质谱法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。[16]
- ^ 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。[21]
- ^ 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。[22]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,[23]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)。[24]
- ^ 自发裂变是由苏联科学家格奥尔基·弗廖罗夫发现的,[25]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。[26]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。[13]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。[25]
- ^ 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。[27]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。[28]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。[28]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,[29]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)。[30]由于其广泛使用,nobelium这个名称仍然保持不变。[31]
參考文獻 编辑
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参考书目 编辑
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外部連結 编辑
- 元素Ubn在Peter van der Krogt elements site的介紹(英文)
- WebElements.com – Ubn(英文)