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Uue

一月 09, 2024

此条目的主題是第119号元素Uue。关于文件扩展名“uue”，請見「Uuencode」。
注意：本页有Unihan新版汉字：「鿫」，這些字符可能會错误显示，詳见Unicode扩展汉字。

Ununennium（化學符號為Uue）是一種尚未被發現的化學元素，原子序數是119。直到这个元素被发现、确认并确定了永久名称之前，Ununennium和Uue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，Uue预测是s区元素和碱金属，也是第一个第8週期元素。它是目前最轻的未发现元素。

Uue 119Uue
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）
Uue（預測為鹼金屬） Ubn（預測為鹼土金屬）
143 Uqt（化學性質未知） 144 Uqq（化學性質未知） 145 Uqp（化學性質未知） 146 Uqh（化學性質未知） 147 Uqs（化學性質未知） 148 Uqo（化學性質未知） 149 Uqe（化學性質未知） 150 Upn（化學性質未知） 151 Upu（化學性質未知） 152 Upb（化學性質未知） 153 Upt（化學性質未知） 154 Upq（化學性質未知） 155 Upp（化學性質未知） 156 Uph（化學性質未知） 157 Ups（化學性質未知） 158 Upo（化學性質未知） 159 Upe（化學性質未知） 160 Uhn（化學性質未知） 161 Uhu（化學性質未知） 162 Uhb（化學性質未知） 163 Uht（化學性質未知） 164 Uhq（化學性質未知） 165 Uhp（化學性質未知） 166 Uhh（化學性質未知） 167 Uhs（化學性質未知） 168 Uho（化學性質未知） 169 Uhe（化學性質未知） 170 Usn（化學性質未知） 171 Usu（化學性質未知） 172 Usb（化學性質未知）
121 Ubu（化學性質未知） 122 Ubb（化學性質未知） 123 Ubt（化學性質未知） 124 Ubq（化學性質未知） 125 Ubp（化學性質未知） 126 Ubh（化學性質未知） 127 Ubs（化學性質未知） 128 Ubo（化學性質未知） 129 Ube（化學性質未知） 130 Utn（化學性質未知） 131 Utu（化學性質未知） 132 Utb（化學性質未知） 133 Utt（化學性質未知） 134 Utq（化學性質未知） 135 Utp（化學性質未知） 136 Uth（化學性質未知） 137 Uts（化學性質未知） 138 Uto（化學性質未知） 139 Ute（化學性質未知） 140 Uqn（化學性質未知） 141 Uqu（化學性質未知） 142 Uqb（化學性質未知）
※註：119號及以後的元素並無公認的排位，上表
之排位是從理論計算的電子排布推論而得的一種
鈁
↑
Uue
↓
(Uhe)
鿫 ← Uue → Ubn
概況
名稱·符號·序數Ununennium·Uue·119
元素類別未知
可能為鹼金屬
族·週期·區1 ·8·s
標準原子質量[315]（预测）[1]
电子排布[Og] 8s1（預測[2]）
2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, 1（預測）
Uue的电子層（2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, 1（預測））
物理性質
物態液體（有可能為固體）[2]
密度（接近室温）
3（預測）[2] g·cm−3
熔点273–303 K，0–30 °C，32–86（預測）[2] °F
沸點903 K，630 °C，1166（预测）[1] °F
熔化热2.01–2.05（外推）[3] kJ·mol−1
原子性質
氧化态1, 3（預測）[2]
电负性0.86（预测）[4]（鲍林标度）
电离能第一：463.1 kJ·mol−1
第二：1698.1（预测）[5] kJ·mol−1
原子半径240（預測）[2] pm
共价半径263-281（外推）[3] pm
晶体结构面心立方晶系（外推）[6]

日本的理化学研究所正在尝试合成该元素，俄罗斯杜布纳联合原子核研究所也在计划合成。理论和实验证据表明，Uue等第八週期元素的合成很可能比之前的元素要困难得多，Uue甚至可能是目前技术所能合成的倒数第二个元素。

Uue所處的第七种碱金属的位置表明它会和较轻的同族元素（英语：congener (chemistry)）有相似的性质。不过，相对论效应可能会导致Uue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，Uue预测会比铯和钫更不活泼，反应性反而更像钾或铷。此外，Uue除了預計会有碱金属特征性的+1氧化态外，也有學者预测它能形成其它碱金属都未知的+3氧化态。

概论 编辑

这个部分摘自：超重元素 § 概论[编辑]

超重元素的合成 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[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，两者就越有可能发生反应。[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。原子核都带正电荷，会因为静电排斥力而相互排斥，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]施加到粒子束上以加速它们的能量可以使它们的速度达到光速的十分之一。但是，如果施加太多能量，粒子束可能会分崩离析。[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。[14][15]这是因为在尝试形成单个原子核的过程中，静电排斥力会撕开正在形成的原子核。[14]每一对目标和粒子束的特征在于其截面，即两个原子核彼此接近时发生聚变的概率。[c]这种聚变是量子效应的结果，其中原子核可以通过静电排斥隧穿。如果两个原子核可以在该阶段之后保持靠近，则多个核相互作用会导致能量的重新分配和平衡。[14]

两个原子核聚变产生的原子核处于非常不稳定，[14]被称为复合原子核（英语：compound nucleus）的激发态。[17]复合原子核为了达到更稳定的状态，可能会直接裂变，[18]或是放出一些中子来带走激发能量。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。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]原子核只有在10−14秒内不衰变，IUPAC/IUPAP联合工作小组才会认为它是化学元素。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。[19][d]

衰变和探测 编辑

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]到达半导体探测器（英语：Semiconductor detector）后停止。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，因此原子核需要存在这么长的时间才能被检测到。[24]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。[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]强核力提供的核结合能以线性增长，而静电排斥力则以原子序数的平方增长。后者增长更快，对重元素和超重元素而言变得越来越重要。[26][27]超重元素理论预测[28]及实际观测到[29]的主要衰变方式，即α衰变和自发裂变都是这种排斥引起的。[f]几乎所有会α衰变的核素都有超过210个核子，[31]而主要通过自发裂变衰变的最轻核素有238个核子。[29]有限位势垒在这两种衰变方式中抑制了原子核衰变，但原子核可以隧穿这个势垒，发生衰变。[26][27]

 
基于在杜布纳联合原子核研究所中设置的杜布纳充气反冲分离器，用于产生超重元素的装置方案。在检测器和光束聚焦装置内的轨迹会因为前者的磁偶极（英语：Magnetic dipole）和后者的四极磁体（英语：Quadrupole magnet）而改变。[32]

放射性衰变中常产生α粒子是因为α粒子中的核子平均质量足够小，足以使α粒子有多余能量离开原子核。[33]自发裂变则是由静电排斥力将原子核撕裂而致，会产生各种不同的产物。[27]随着原子序数增加，自发裂变迅速变得重要：自发裂变的部分半衰期从92号元素铀到102号元素锘下降了23个数量级，[34]从90号元素钍到100号元素镄下降了30个数量级。[35]早期的液滴模型因此表明有约280个核子的原子核的裂变势垒（英语：Fission barrier）会消失，因此自发裂变会立即发生。[27][36]之后的核壳层模型表明有大约300个核子的原子核将形成一个稳定岛，其中的原子核不易发生自发裂变，而是会发生半衰期更长的α衰变。[27][36]随后的发现表明预测存在的稳定岛可能比原先预期的更远，还发现长寿命锕系元素和稳定岛之间的原子核发生变形，获得额外的稳定性。[37]对较轻的超重核素[38]以及那些更接近稳定岛的核素[34]的实验发现它们比先前预期的更难发生自发裂变，表明核壳层效应变得重要。[g]

α衰变由发射出去的α粒子记录，在原子核衰变之前就能确定衰变产物。如果α衰变或连续的α衰变产生了已知的原子核，则可以很容易地确定反应的原始产物。[h]因为连续的α衰变都会在同一个地方发生，所以通过确定衰变发生的位置，可以确定衰变彼此相关。[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）。[i]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。[j]

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。他们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。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，且对观察到的现象没有其他解释，就可能在解释数据时出现错误。[k]

历史 编辑

超重元素是通过核聚变产生的。根据产物复合原子核的激发能量，这些核聚变反应可以分为热核聚变和冷核聚变。[l]在热核聚变中，非常轻、高能量的发射体加速砸向非常重的目标（锕系元素），产生的复合原子核有高激发能量（~40–50 MeV）。它们可能会直接裂变，或是放出多颗（3到5）中子。[50]在冷核聚变反应中，会使用更重的第4周期元素发射体，以及较轻的铅和铋目标。产生的复合原子核的激发能量相对较低（~10–20 MeV），减少了直接裂变的可能性。当产生的复合原子核回到基态后，它们只需要发射一到两颗中子。不过，热核聚变反应可以产生有更多中子的产物，因为锕系元素在所有可以大量制造的元素中有最高的中子/质子比。[51]

Uue和Ubn（元素119和120）都是还没被发现的元素中，原子序最低的。由于反应的截面减少，半衰期也可能很短（微秒级别[2][52]），尝试合成它们将突破当前技术的极限。[53]Ubu（元素121）之后的元素因为半衰期太短，会在到达探测器之前的一微秒内衰变，所以当前技术可能无法检测到它们。检测到元素121到124的可能性在很大程度上取决于所使用的理论模型，因为它们的半衰期预计非常接近一微秒。[53]此前，超重元素合成中的重要帮助来自𨭆-270周围变形的核壳层，增加了周围核素的稳定性。此外，接近稳定的富中子同位素钙-48可用作发射体，产生更多超重元素的富中子同位素。[54]超重元素原子核的中子越多，它就预计越接近稳定岛。[m]即便如此，合成出来的同位素的中子数仍然比稳定岛中预期的要少。[57]此外，使用钙-48发射体来合成Uue需要锿做的目标，后者难以大量制备（只能合成微克级别，而锫和锎可以做到毫克级别），所以更重的超重元素更实际的合成方法将会需要比48Ca重的发射体。[54]

尝试合成 编辑

以前 编辑

1985年，人们在加州伯克利的superHILAC加速器通过用钙-48离子轰击锿-254，首次尝试合成Uue：

254
99Es
 + 48
20Ca
 → 302
119Uue
* → 没有原子

反应没有检测到任何原子，截面上限为300 nb。[58]之后的计算认为3n反应（产物为299Uue和三个中子）的截面实际上少了六十万倍，为0.5 pb。[59]

1999年，劳伦斯伯克利国家实验室通过208Pb和86Kr的反应，声称合成了293Og。因此，类似的反应209Bi + 86Kr和208Pb + 87Rb被提议用于合成元素119和它未知的α衰变产物——元素117、115和113。[60]2001年这些结果的撤回[61]和最近对冷聚变反应截面的计算对这种可能性提出了质疑。举个例子，209Bi + 86Kr反应的横截面上限预测为2 fb。[62]放射性的发射体可以提供利用铅或铋目标的替代方法，可以产生更多富中子的同位素。[62]

从2012年4月到9月，在德国达姆施塔特亥姆霍兹重离子研究中心通过用钛-50轰击锫-249，尝试合成295Uue和296Uue。[63][64]249Bk和50Ti的反应被预测为实际上制备Uue最有利的反应，[64]因为反应比较不对称，[53]尽管反应有点冷。[65]254Es和48Ca的反应更好，但是制备毫克量级的254Es来作为目标很难。[53]而且，锫-249会衰变成下一个元素锎-249，半衰期只有短短的327天，所以可以同时寻找元素119和120。[66]然而，由于发射体从48Ca改成了50Ti，Uue的预期产量将除以二十倍，因为产量在很大程度上取决于聚变反应的不对称性。[53]由于预计Uue的半衰期较短，GSI团队使用了能够在微秒内记录衰变事件的新型快速电子设备。[64][53]

249
97Bk
 + 50
22Ti
 → 299
119Uue
* → 没有原子
249
98Cf
 + 50
22Ti
 → 299
120Ubn
* → 没有原子

元素119和元素120都没有被发现，这意味着在这些反应中生成元素119的限制截面为65 fb，而生成元素120的限制截面为200 fb。[65][66]在该反应中生产元素119的预测实际横截面约为40 fb，是当前技术的极限。[53]（记录中有最低截面的成功反应是209Bi和70Zn反应产生鉨的反应，为30 fb。）[53]这个实验原本会持续到2012年11月，[67]但实验人员把发射体改成48Ca以确认鿬的发现，提早结束实验。[65]

现在 编辑

位于日本埼玉县和光市的理化学研究所团队在2018年6月开始用钒-51轰击锔-248目标来合成Uue。[68]由于较重的锫或锎难以制备，他们选择了锔来作为目标。[69]由于反应的不对称性降低，预计的截面大约减半，需要至少30 fb的灵敏度。[66]这些248Cm目标由橡树岭国家实验室提供，他们也为鿬（元素117）的合成中提供了249Bk目标。实验开始于回旋加速器，而理化學研究所于2020年升级了它的直线加速器。[70]两台机器都可以继续轰击，直到观察到第一个事件，该实验目前是间歇性运行，每年至少进行100天。[68][69]理化學研究所仁科中心主任延與秀人预测，到2022年时可能会发现元素119和120。[71]理化學研究所团队的尝试会由天皇资助。[72]

248
96Cm
 + 51
23V
 → 299
119Uue
* → 现在还没有原子

产生的Uue同位素预计会α衰变两次，产生已知的镆同位素（288Mc和287Mc）。在这之后已知会发生五个α衰变事件，就可以证实它们的发现。这些反应的预测截面约为10 fb。[69]

计划中 编辑

俄罗斯杜布纳联合原子核研究所的团队计划开始使用249Bk + 50Ti反应来合成Uue。[73][74][75][76][77][78]

日本的理化學研究所和俄罗斯的JINR实验室最适合这些实验，因为它们是世界上唯一可以进行低截面反应的实验室。[79]

命名 编辑

根据门捷列夫对未发现元素的命名方法（英语：Mendeleev's predicted elements），Uue可称为eka-钫。1979年，IUPAC发布了有关新元素命名的建议，根据这一规则119号元素应称为ununennium，化学符号Uue。[80]尽管这在化学界的各个层面，从化学课堂到高级教科书都在广泛使用，但在超重元素理论或实验上工作的科学家中，这些建议大多被忽视，并将这个元素称之为“元素119”，化学符号E119、(119)或119。[2]

预测性质 编辑

核稳定性和同位素 编辑

 
杜布纳团队于2010年使用的一张核素图，已表征的同位素有边框。超过元素118（鿫，已知原子序最高的元素）之后，预计将迅速进入不稳定区域，在元素121之后没有核素会有超过一微秒的半衰期。圈起来的部分包含稳定岛预测的位置。[53]

原子核的稳定性在锔（元素96）之后迅速下降，它的半衰期比其它原子序更高的元素高了四个数量级。钔（元素101）之后的元素的半衰期都少于30个小时。在铅（元素82）之后的元素都没有稳定同位素。[81]尽管如此，由于尚未完全了解的原因，在原子序110至114周围的原子核的稳定性略微增加，这导致了核物理学中所谓的“稳定岛”的出现。加利福尼亚大学伯克利分校的格伦·西奥多·西博格教授提出的这个概念解释了为什么超重元素的半衰期比预测的要长。[82]

291–307Uue预测的α衰变半衰期都是微秒级别的，其中294Uue的α衰变半衰期最长，预测约485微秒。[83][84][85]不过如果算上所有的衰变方式，它们的半衰期预测只剩几十微秒。[2][52]更重的同位素应该会更稳定。1971年，Fricke和Waber预测315Uue是Uue最稳定的同位素。[1]这会对Uue的合成产生影响，因为半衰期低于一微秒的同位素会在到达探测器之前衰变，而较重的同位素无法通过任何已知可用目标和发射体的碰撞来合成。[2][52]然而，新的理论模型表明，质子轨道2f7/2（会在元素114填充）和2f5/2（会在元素120填充）之间的能量差距比预期的要小，使得元素114不再是稳定的球形封闭原子核，而这个能隙可能会增加元素119和120的稳定性。下一个有双幻数的原子核预计在306Ubb（元素122）周围，但是该核素预期的低半衰期和低截面使其合成具有挑战性。[86]

原子和物理性质 编辑

Uue作为第一个第8周期元素，预测会是碱金属，在元素周期表中位于锂、钠、钾、铷、铯和钫之下。碱金属最外层的s轨道中都有一个价电子（价电子排布ns1），在化学反应中可以轻易失去，形成+1氧化态，因此反应性（英语：Reactivity_(chemistry)）很高。Uue预计会延续这个趋势，价电子的排布为8s1，因此Uue的行为预计很像它的较轻的同类物（英语：Congener (chemistry)）。然而据预测，它在某些特性上与较轻的碱金属不同。[2]

Uue和其它碱金属有不同之处的主要原因是自旋-轨道作用——电子运动与自旋之间的相互作用。自旋-轨道作用对于超重元素尤其强烈，因为它们的电子比轻原子中的电子移动得更快，速度与光速相当。[87]在Uue原子中，7p和8s电子能级下降，对应的电子变得稳定，但有两个7p电子能级要比其它四个更稳定。[88]这个效应被称为亚层分裂，因为它将7p亚层分裂成更稳定和更不稳定的部分。计算化学家将这种分裂理解为角量子数 l 从1分裂成1/2和3/2，分别为7p亚层较稳定和较不稳定的部分。[87][n]因此，Uue外层的8s电子变得稳定，会比预期更难移除，而7p3/2电子则变得不稳定，可能允许它们参与化学反应。[2]最外层s轨道（在钫中就已经很重要）的这种稳定性是影响Uue的化学性质的关键因素，并会导致碱金属的原子和分子性质的所有趋势在铯之后反转。[4]

 
从第3至第9周期的碱金属和碱土金属的原子半径的实测值（Na–Cs，Mg–Ra）和预测值（Fr–Uhp，Ubn–Uhh），单位为埃格斯特朗。[2][89]
 
从第3到第8周期的碱金属的电子亲和能的实测值（Na–Cs）、半实测值（Fr）和预测值（Uue），单位为电子伏特。[2][89]电子亲和能从Li到Cs一直下降，但Fr的492±10 meV比Cs的电子亲和能高了20 meV，而Uue的电子亲和能更高，达到662 meV。[90]
 
从第3到第9周期的碱金属和碱土金属的第一电离能的实测值（Na–Fr，Mg–Ra）和预测值（Uue–Uhp，Ubn–Uhh），单位为电子伏特。[2][89]

由于外层的8s电子变得稳定，Uue的第一电离能（从电中性原子中移除一个电子所需的能量）预测为4.53 eV，比钾之后的所有碱金属都高，甚至比121号元素Ubu的4.45 eV都高。因此，第8周期的碱金属Uue不是整个周期电离能最低的，这和之前的所有周期不同。[2]Uue的电子亲和能预计远大于铯和钫。它的电子亲和能比所有更轻的碱金属都高，为0.662 eV，接近于钴（0.662 eV）和铬（0.676 eV）。[90]相对论效应也会导致Uue的极化性大幅下降[2]到169.7 a.u.。[91]事实上，计算出来的Uue的静态偶极极化性（αD）很小，接近于钠。[92]

Uue的类氢原子（只有一个电子的原子）——Uue118+的电子预测会非常快地移动，使得它的质量是静止电子的1.99倍，是相对论效应的特征。作为比较，钫的类氢原子的电子质量为1.29，铯的则为1.091。[87]根据相对论的简单外推，这间接表明了Uue的原子半径会收缩[87]到只有240 pm，[2]很接近铷的247 pm，而Uue的金属半径也相应降低到260 pm。[2]Uue+的离子半径预测为180 pm。[2]

Uue的熔点预测在0℃和30℃之间，所以在室温下可能是液体。[5]人们还不知道这是否符合熔点继续降低的趋势，因为铯的熔点为28.5℃，而钫的熔点估计约为8.0℃。[93]Uue的沸点预测在630℃左右，类似钫的620℃左右，它们都比铯的671℃低。[1][93]Uue的密度预计在3到4 g/cm3之间，符合随着族往下密度一直增加的趋势：钫的密度预测为2.48 g/cm3，而铯的密度是1.93 g/cm3。[1][3][93]

化学性质 编辑

碱金属二聚体的键长和键解离能。Fr2 和Uue2的数据都是预测值。[94]
化合物 键长（Å） 键解离能（kJ/mol）
Li2 2.673 101.9
Na2 3.079 72.04
K2 3.924 53.25
Rb2 4.210 47.77
Cs2 4.648 43.66
Fr2 ~4.61 ~42.1
Uue2 ~4.27 ~53.4

Uue的化学性质预测类似碱金属，[2]但它的性质比起铯或钫，会更像钾[95]或铷[2]。这是由于相对论效应导致的，如果不存在相对论效应，元素周期律将预测Uue比铯和钫更具反应性。由于相对论效应稳定了它的价电子，增加了第一电离能，使得Uue的反应性（英语：Reactivity_(chemistry)）、金属半径和离子半径降低了。[95]这个效应在钫中就已经出现了。[2]

+1氧化态的Uue的化学性质比起钫会更像铷。另一方面，由于变得不稳定而比其它p轨道大的7p轨道，Uue+的离子半径预测大于Rb+。除了其它碱金属特征性且主要的+1氧化态以外，Uue可能也有在其它碱金属都未发现[96]的+3氧化态。[2]这是因为7p3/2轨道的不稳定和膨胀，导致其电子的电离能低于预期。[2][96]由于成键时也涉及了7p3/2电子，很多Uue的化合物都预计有很大的共价性。这个效应也在钫中出现，其中超氧化钫（FrO2）的成键中有一些6p3/2的成分。[87]因此，Uue不能替代铯，成为电正性最高的元素，而它的电负性最有可能接近钠的0.93（鲍林标度）。[4]Uue+/Uue的标准电极电势预测为−2.9 V，和Fr+/Fr一样只是略微大于K+/K的−2.931 V。[5]

MAu（M是碱金属）的键长和键解离能。除了KAu、RbAu和CsAu的键解离能以外，全部数据都是预测。[4]
化合物 键长（Å） 键解离能（kJ/mol）
KAu 2.856 2.75
RbAu 2.967 2.48
CsAu 3.050 2.53
FrAu 3.097 2.75
UueAu 3.074 2.44

在气相中以及在非常低温下的凝聚相中，碱金属会形成以共价键键合的双原子分子。在这些M2分子里，它们的金属-金属键长从Li2到Cs2一直增加，但由于上述8s轨道的相对论效应，Uue2的键长下降。在这些分子的键解离能中有相反的趋势，其中Uue–Uue键应该比K–K键略强。[4][94]Uue的升华热（ΔHsub）预测为94 kJ/mol（钫的值在77 kJ/mol左右）。[4]

由于Uue的高电子亲和能，UueF分子预计有显著的共价性。UueF中的成键主要是Uue的7p轨道和氟的2p轨道成的键，来自氟的2s轨道和Uue的8s、6dz2和其它两个7p轨道对键的贡献较少。这和其它s区元素、金和汞的行为非常不同，它们使用s轨道（有时混合d轨道）来成键。Uue–F键因为相对论效应把7p轨道分成7p1/2和7p3/2而扩张，这和氢化物AtH和TsH的键扩张类似。[97]Uue–Au键将会是金和碱金属之间最弱的键，但仍然是稳定的。通过外推，可以给出Uue的吸附焓（−ΔHads）：在金上为106 kJ/mol（钫的值是136 kJ/mol）、在铂上为76 kJ/mol、在银上为63 kJ/mol，都是碱金属之中最低。这些数据表明，在由贵金属制成的表面上研究Uue的色谱法吸附是可行的。[4]Uue在聚四氟乙烯表面的吸附焓预测为17.6 kJ/mol，是碱金属当中最低的。这些信息对于Uue未来的化学实验非常有用。[91]碱金属的ΔHsub和−ΔHads值都不成比例相关，因为它们会随着原子序数的增加而向相反的方向变化。[4]

注释 编辑

  1. ^ 在核物理学中，原子序高的元素可称为重元素，如82号元素铅。超重元素通常指原子序大于103（也有大于100[8]或112[9]的定义）的元素。有定义认为超重元素等同于锕系后元素，因此认为还未发现的超锕系元素不是超重元素。[10]
  2. ^ 2009年，由尤里·奥加涅相引领的团队发表了他们尝试通过对称的136Xe + 136Xe反应合成𬭶的结果。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。[11]作为比较，发现𬭶的反应208Pb + 58Fe的截面为19+19
    -11     pb。[12]
  3. ^ 施加到粒子束以加速它的能量也会影响截面。举个例子，在28
    14    Si
     + 1
    0    n
     → 28
    13    Al
     + 1
    1    p
    反应中，截面会从12.3 MeV的370 mb变化成18.3 MeV的160 mb，最高值是13.5 MeV的380 mb。[16]
  4. ^ 这个值也是普遍接受的复合原子核寿命上限。[20]
  5. ^ 分离基于产生的原子核会比未反应的粒子束更慢地通过目标这一点。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分离，两者结合可以估计原子核的质量。[23]
  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。[30]
  7. ^ 早在1960年代，人们就已经知道原子核的基态在能量和形状上的不同，也知道核子数为幻数时，原子核就会更稳定。然而，当时人们假设超重元素的原子核因为过于畸形，无法形成核子结构。[34]
  8. ^ 超重元素的原子核的质量通常无法直接测量，所以是根据另一个原子核的质量间接计算得出的。[39]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，[40]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）。[41]
  9. ^ 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。
  10. ^ 自发裂变是由苏联科学家格奥尔基·弗廖罗夫发现的，[42]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。[43]劳伦斯伯克利国家实验室的科学家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。[42]
  11. ^ 举个例子，1957年，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102号元素。[44]早先没有关于该元素发现的明确声明，所以瑞典、美国、英国发现者将其命名为nobelium。后来证明该鉴定是错误的。[45]次年，劳伦斯伯克利国家实验室无法重现瑞典的结果。他们宣布合成了该元素，但后来也被驳回。[45]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，[46]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）。[47]由于nobelium这个名称在三十年间已被广泛使用，因此没有更名。[48]
  12. ^ 虽然叫做“冷核聚变”，但在超重元素合成中的“冷核聚变”和可以在室温条件下实现核聚变不是一个相同的概念（见冷核聚变）。[49]
  13. ^ 轻元素的稳定同位素的中子/质子比通常等于或接近一（举个例子，铝唯一的稳定同位素有13个质子和14个中子，[55]中子/质子比为1.077）。不过，较重的元素会有更高的中子/质子比，而且随着质子的增加，这个比例会越来越高（碘唯一的稳定同位素有53个质子和74个中子，中子/质子比为1.396；金唯一的稳定同位素有79个质子和118个中子，中子/质子比为1.494；钚最稳定的同位素有94个质子和150个中子，中子/质子比为1.596）。[55]超重元素预计会延续这个趋势，[56]使得最稳定同位素难以制备，因为产生的原子核的中子/质子比会低于预计的最稳定同位素的低。
  14. ^ 量子数对应于电子轨道名称中的字母：0为s、1为p、2为d等。更多信息请参见角量子数。

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扩展阅读 编辑

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  • Zagrebaev, V.; Karpov, A.; Greiner, W. Future of superheavy element research: Which nuclei could be synthesized within the next few years?. Journal of Physics: Conference Series. 2013, 420 (1). 012001. Bibcode:2013JPhCS.420a2001Z. ISSN 1742-6588. S2CID 55434734. arXiv:1207.5700  . doi:10.1088/1742-6596/420/1/012001. 

外部連結 编辑

  • 元素Uue在Peter van der Krogt elements site的介紹（英文）
  • WebElements.com – Uue（英文）

一月 09, 2024
此条目的主題是第119号元素, 关于文件扩展名, 請見, ncode, 注意, 本页有unihan新版汉字, 這些字符可能會错误显示, 詳见unicode扩展汉字, ununennium, 化學符號為, 是一種尚未被發現的化學元素, 原子序數是119, 直到这个元素被发现, 确认并确定了永久名称之前, ununennium和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, 预测是s区元素和碱金属, 也是第一个第8週期元素, 它是目前最轻的未发现元素, 119氫, 非金屬, 惰性氣體, 鹼金屬, 鹼土金. 此条目的主題是第119号元素Uue 关于文件扩展名 uue 請見 Uuencode 注意 本页有Unihan新版汉字 鿫 這些字符可能會错误显示 詳见Unicode扩展汉字 Ununennium 化學符號為Uue 是一種尚未被發現的化學元素 原子序數是119 直到这个元素被发现 确认并确定了永久名称之前 Ununennium和Uue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 Uue预测是s区元素和碱金属 也是第一个第8週期元素 它是目前最轻的未发现元素 Uue 119Uue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 Uue 預測為鹼金屬 Ubn 預測為鹼土金屬 143 Uqt 化學性質未知 144 Uqq 化學性質未知 145 Uqp 化學性質未知 146 Uqh 化學性質未知 147 Uqs 化學性質未知 148 Uqo 化學性質未知 149 Uqe 化學性質未知 150 Upn 化學性質未知 151 Upu 化學性質未知 152 Upb 化學性質未知 153 Upt 化學性質未知 154 Upq 化學性質未知 155 Upp 化學性質未知 156 Uph 化學性質未知 157 Ups 化學性質未知 158 Upo 化學性質未知 159 Upe 化學性質未知 160 Uhn 化學性質未知 161 Uhu 化學性質未知 162 Uhb 化學性質未知 163 Uht 化學性質未知 164 Uhq 化學性質未知 165 Uhp 化學性質未知 166 Uhh 化學性質未知 167 Uhs 化學性質未知 168 Uho 化學性質未知 169 Uhe 化學性質未知 170 Usn 化學性質未知 171 Usu 化學性質未知 172 Usb 化學性質未知 121 Ubu 化學性質未知 122 Ubb 化學性質未知 123 Ubt 化學性質未知 124 Ubq 化學性質未知 125 Ubp 化學性質未知 126 Ubh 化學性質未知 127 Ubs 化學性質未知 128 Ubo 化學性質未知 129 Ube 化學性質未知 130 Utn 化學性質未知 131 Utu 化學性質未知 132 Utb 化學性質未知 133 Utt 化學性質未知 134 Utq 化學性質未知 135 Utp 化學性質未知 136 Uth 化學性質未知 137 Uts 化學性質未知 138 Uto 化學性質未知 139 Ute 化學性質未知 140 Uqn 化學性質未知 141 Uqu 化學性質未知 142 Uqb 化學性質未知 註 119號及以後的元素並無公認的排位 上表之排位是從理論計算的電子排布推論而得的一種 鈁 Uue Uhe 鿫 Uue Ubn概況名稱 符號 序數Ununennium Uue 119元素類別未知可能為鹼金屬族 週期 區1 8 s標準原子質量 315 预测 1 电子排布 Og 8s1 預測 2 2 8 18 32 32 18 8 1 預測 Uue的电子層 2 8 18 32 32 18 8 1 預測 物理性質物態液體 有可能為固體 2 密度 接近室温 3 預測 2 g cm 3熔点273 303 K 0 30 C 32 86 預測 2 F沸點903 K 630 C 1166 预测 1 F熔化热2 01 2 05 外推 3 kJ mol 1原子性質氧化态1 3 預測 2 电负性0 86 预测 4 鲍林标度 电离能第一 463 1 kJ mol 1 第二 1698 1 预测 5 kJ mol 1原子半径240 預測 2 pm共价半径263 281 外推 3 pm晶体结构面心立方晶系 外推 6 日本的理化学研究所正在尝试合成该元素 俄罗斯杜布纳联合原子核研究所也在计划合成 理论和实验证据表明 Uue等第八週期元素的合成很可能比之前的元素要困难得多 Uue甚至可能是目前技术所能合成的倒数第二个元素 Uue所處的第七种碱金属的位置表明它会和较轻的同族元素 英语 congener chemistry 有相似的性质 不过 相对论效应可能会导致Uue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 Uue预测会比铯和钫更不活泼 反应性反而更像钾或铷 此外 Uue除了預計会有碱金属特征性的 1氧化态外 也有學者预测它能形成其它碱金属都未知的 3氧化态 目录 1 概论 1 1 超重元素的合成 1 2 衰变和探测 2 历史 2 1 尝试合成 2 1 1 以前 2 1 2 现在 2 1 3 计划中 2 2 命名 3 预测性质 3 1 核稳定性和同位素 3 2 原子和物理性质 3 3 化学性质 4 注释 5 参考资料 6 扩展阅读 7 外部連結概论 编辑这个部分摘自 超重元素 概论 编辑 超重元素的合成 编辑 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 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 两者就越有可能发生反应 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 原子核都带正电荷 会因为静电排斥力而相互排斥 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 施加到粒子束上以加速它们的能量可以使它们的速度达到光速的十分之一 但是 如果施加太多能量 粒子束可能会分崩离析 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 14 15 这是因为在尝试形成单个原子核的过程中 静电排斥力会撕开正在形成的原子核 14 每一对目标和粒子束的特征在于其截面 即两个原子核彼此接近时发生聚变的概率 c 这种聚变是量子效应的结果 其中原子核可以通过静电排斥隧穿 如果两个原子核可以在该阶段之后保持靠近 则多个核相互作用会导致能量的重新分配和平衡 14 两个原子核聚变产生的原子核处于非常不稳定 14 被称为复合原子核 英语 compound nucleus 的激发态 17 复合原子核为了达到更稳定的状态 可能会直接裂变 18 或是放出一些中子来带走激发能量 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 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 原子核只有在10 14秒内不衰变 IUPAC IUPAP联合工作小组才会认为它是化学元素 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 19 d 衰变和探测 编辑 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 到达半导体探测器 英语 Semiconductor detector 后停止 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 因此原子核需要存在这么长的时间才能被检测到 24 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 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 强核力提供的核结合能以线性增长 而静电排斥力则以原子序数的平方增长 后者增长更快 对重元素和超重元素而言变得越来越重要 26 27 超重元素理论预测 28 及实际观测到 29 的主要衰变方式 即a衰变和自发裂变都是这种排斥引起的 f 几乎所有会a衰变的核素都有超过210个核子 31 而主要通过自发裂变衰变的最轻核素有238个核子 29 有限位势垒在这两种衰变方式中抑制了原子核衰变 但原子核可以隧穿这个势垒 发生衰变 26 27 nbsp 基于在杜布纳联合原子核研究所中设置的杜布纳充气反冲分离器 用于产生超重元素的装置方案 在检测器和光束聚焦装置内的轨迹会因为前者的磁偶极 英语 Magnetic dipole 和后者的四极磁体 英语 Quadrupole magnet 而改变 32 放射性衰变中常产生a粒子是因为a粒子中的核子平均质量足够小 足以使a粒子有多余能量离开原子核 33 自发裂变则是由静电排斥力将原子核撕裂而致 会产生各种不同的产物 27 随着原子序数增加 自发裂变迅速变得重要 自发裂变的部分半衰期从92号元素铀到102号元素锘下降了23个数量级 34 从90号元素钍到100号元素镄下降了30个数量级 35 早期的液滴模型因此表明有约280个核子的原子核的裂变势垒 英语 Fission barrier 会消失 因此自发裂变会立即发生 27 36 之后的核壳层模型表明有大约300个核子的原子核将形成一个稳定岛 其中的原子核不易发生自发裂变 而是会发生半衰期更长的a衰变 27 36 随后的发现表明预测存在的稳定岛可能比原先预期的更远 还发现长寿命锕系元素和稳定岛之间的原子核发生变形 获得额外的稳定性 37 对较轻的超重核素 38 以及那些更接近稳定岛的核素 34 的实验发现它们比先前预期的更难发生自发裂变 表明核壳层效应变得重要 g a衰变由发射出去的a粒子记录 在原子核衰变之前就能确定衰变产物 如果a衰变或连续的a衰变产生了已知的原子核 则可以很容易地确定反应的原始产物 h 因为连续的a衰变都会在同一个地方发生 所以通过确定衰变发生的位置 可以确定衰变彼此相关 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 i 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 j 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 他们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 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 且对观察到的现象没有其他解释 就可能在解释数据时出现错误 k 历史 编辑超重元素是通过核聚变产生的 根据产物复合原子核的激发能量 这些核聚变反应可以分为热核聚变和冷核聚变 l 在热核聚变中 非常轻 高能量的发射体加速砸向非常重的目标 锕系元素 产生的复合原子核有高激发能量 40 50 MeV 它们可能会直接裂变 或是放出多颗 3到5 中子 50 在冷核聚变反应中 会使用更重的第4周期元素发射体 以及较轻的铅和铋目标 产生的复合原子核的激发能量相对较低 10 20 MeV 减少了直接裂变的可能性 当产生的复合原子核回到基态后 它们只需要发射一到两颗中子 不过 热核聚变反应可以产生有更多中子的产物 因为锕系元素在所有可以大量制造的元素中有最高的中子 质子比 51 Uue和Ubn 元素119和120 都是还没被发现的元素中 原子序最低的 由于反应的截面减少 半衰期也可能很短 微秒级别 2 52 尝试合成它们将突破当前技术的极限 53 Ubu 元素121 之后的元素因为半衰期太短 会在到达探测器之前的一微秒内衰变 所以当前技术可能无法检测到它们 检测到元素121到124的可能性在很大程度上取决于所使用的理论模型 因为它们的半衰期预计非常接近一微秒 53 此前 超重元素合成中的重要帮助来自𨭆 270周围变形的核壳层 增加了周围核素的稳定性 此外 接近稳定的富中子同位素钙 48可用作发射体 产生更多超重元素的富中子同位素 54 超重元素原子核的中子越多 它就预计越接近稳定岛 m 即便如此 合成出来的同位素的中子数仍然比稳定岛中预期的要少 57 此外 使用钙 48发射体来合成Uue需要锿做的目标 后者难以大量制备 只能合成微克级别 而锫和锎可以做到毫克级别 所以更重的超重元素更实际的合成方法将会需要比48Ca重的发射体 54 尝试合成 编辑 以前 编辑 1985年 人们在加州伯克利的superHILAC加速器通过用钙 48离子轰击锿 254 首次尝试合成Uue 25499 Es 4820 Ca 302119 Uue 没有原子反应没有检测到任何原子 截面上限为300 nb 58 之后的计算认为3n反应 产物为299Uue和三个中子 的截面实际上少了六十万倍 为0 5 pb 59 1999年 劳伦斯伯克利国家实验室通过208Pb和86Kr的反应 声称合成了293Og 因此 类似的反应209Bi 86Kr和208Pb 87Rb被提议用于合成元素119和它未知的a衰变产物 元素117 115和113 60 2001年这些结果的撤回 61 和最近对冷聚变反应截面的计算对这种可能性提出了质疑 举个例子 209Bi 86Kr反应的横截面上限预测为2 fb 62 放射性的发射体可以提供利用铅或铋目标的替代方法 可以产生更多富中子的同位素 62 从2012年4月到9月 在德国达姆施塔特亥姆霍兹重离子研究中心通过用钛 50轰击锫 249 尝试合成295Uue和296Uue 63 64 249Bk和50Ti的反应被预测为实际上制备Uue最有利的反应 64 因为反应比较不对称 53 尽管反应有点冷 65 254Es和48Ca的反应更好 但是制备毫克量级的254Es来作为目标很难 53 而且 锫 249会衰变成下一个元素锎 249 半衰期只有短短的327天 所以可以同时寻找元素119和120 66 然而 由于发射体从48Ca改成了50Ti Uue的预期产量将除以二十倍 因为产量在很大程度上取决于聚变反应的不对称性 53 由于预计Uue的半衰期较短 GSI团队使用了能够在微秒内记录衰变事件的新型快速电子设备 64 53 24997 Bk 5022 Ti 299119 Uue 没有原子 24998 Cf 5022 Ti 299120 Ubn 没有原子元素119和元素120都没有被发现 这意味着在这些反应中生成元素119的限制截面为65 fb 而生成元素120的限制截面为200 fb 65 66 在该反应中生产元素119的预测实际横截面约为40 fb 是当前技术的极限 53 记录中有最低截面的成功反应是209Bi和70Zn反应产生鉨的反应 为30 fb 53 这个实验原本会持续到2012年11月 67 但实验人员把发射体改成48Ca以确认鿬的发现 提早结束实验 65 现在 编辑 位于日本埼玉县和光市的理化学研究所团队在2018年6月开始用钒 51轰击锔 248目标来合成Uue 68 由于较重的锫或锎难以制备 他们选择了锔来作为目标 69 由于反应的不对称性降低 预计的截面大约减半 需要至少30 fb的灵敏度 66 这些248Cm目标由橡树岭国家实验室提供 他们也为鿬 元素117 的合成中提供了249Bk目标 实验开始于回旋加速器 而理化學研究所于2020年升级了它的直线加速器 70 两台机器都可以继续轰击 直到观察到第一个事件 该实验目前是间歇性运行 每年至少进行100天 68 69 理化學研究所仁科中心主任延與秀人预测 到2022年时可能会发现元素119和120 71 理化學研究所团队的尝试会由天皇资助 72 24896 Cm 5123 V 299119 Uue 现在还没有原子产生的Uue同位素预计会a衰变两次 产生已知的镆同位素 288Mc和287Mc 在这之后已知会发生五个a衰变事件 就可以证实它们的发现 这些反应的预测截面约为10 fb 69 计划中 编辑 俄罗斯杜布纳联合原子核研究所的团队计划开始使用249Bk 50Ti反应来合成Uue 73 74 75 76 77 78 日本的理化學研究所和俄罗斯的JINR实验室最适合这些实验 因为它们是世界上唯一可以进行低截面反应的实验室 79 命名 编辑 根据门捷列夫对未发现元素的命名方法 英语 Mendeleev s predicted elements Uue可称为eka 钫 1979年 IUPAC发布了有关新元素命名的建议 根据这一规则119号元素应称为ununennium 化学符号Uue 80 尽管这在化学界的各个层面 从化学课堂到高级教科书都在广泛使用 但在超重元素理论或实验上工作的科学家中 这些建议大多被忽视 并将这个元素称之为 元素119 化学符号E119 119 或119 2 预测性质 编辑核稳定性和同位素 编辑 nbsp 杜布纳团队于2010年使用的一张核素图 已表征的同位素有边框 超过元素118 鿫 已知原子序最高的元素 之后 预计将迅速进入不稳定区域 在元素121之后没有核素会有超过一微秒的半衰期 圈起来的部分包含稳定岛预测的位置 53 原子核的稳定性在锔 元素96 之后迅速下降 它的半衰期比其它原子序更高的元素高了四个数量级 钔 元素101 之后的元素的半衰期都少于30个小时 在铅 元素82 之后的元素都没有稳定同位素 81 尽管如此 由于尚未完全了解的原因 在原子序110至114周围的原子核的稳定性略微增加 这导致了核物理学中所谓的 稳定岛 的出现 加利福尼亚大学伯克利分校的格伦 西奥多 西博格教授提出的这个概念解释了为什么超重元素的半衰期比预测的要长 82 291 307Uue预测的a衰变半衰期都是微秒级别的 其中294Uue的a衰变半衰期最长 预测约485微秒 83 84 85 不过如果算上所有的衰变方式 它们的半衰期预测只剩几十微秒 2 52 更重的同位素应该会更稳定 1971年 Fricke和Waber预测315Uue是Uue最稳定的同位素 1 这会对Uue的合成产生影响 因为半衰期低于一微秒的同位素会在到达探测器之前衰变 而较重的同位素无法通过任何已知可用目标和发射体的碰撞来合成 2 52 然而 新的理论模型表明 质子轨道2f7 2 会在元素114填充 和2f5 2 会在元素120填充 之间的能量差距比预期的要小 使得元素114不再是稳定的球形封闭原子核 而这个能隙可能会增加元素119和120的稳定性 下一个有双幻数的原子核预计在306Ubb 元素122 周围 但是该核素预期的低半衰期和低截面使其合成具有挑战性 86 原子和物理性质 编辑 Uue作为第一个第8周期元素 预测会是碱金属 在元素周期表中位于锂 钠 钾 铷 铯和钫之下 碱金属最外层的s轨道中都有一个价电子 价电子排布ns1 在化学反应中可以轻易失去 形成 1氧化态 因此反应性 英语 Reactivity chemistry 很高 Uue预计会延续这个趋势 价电子的排布为8s1 因此Uue的行为预计很像它的较轻的同类物 英语 Congener chemistry 然而据预测 它在某些特性上与较轻的碱金属不同 2 Uue和其它碱金属有不同之处的主要原因是自旋 轨道作用 电子运动与自旋之间的相互作用 自旋 轨道作用对于超重元素尤其强烈 因为它们的电子比轻原子中的电子移动得更快 速度与光速相当 87 在Uue原子中 7p和8s电子能级下降 对应的电子变得稳定 但有两个7p电子能级要比其它四个更稳定 88 这个效应被称为亚层分裂 因为它将7p亚层分裂成更稳定和更不稳定的部分 计算化学家将这种分裂理解为角量子数 l 从1分裂成1 2和3 2 分别为7p亚层较稳定和较不稳定的部分 87 n 因此 Uue外层的8s电子变得稳定 会比预期更难移除 而7p3 2电子则变得不稳定 可能允许它们参与化学反应 2 最外层s轨道 在钫中就已经很重要 的这种稳定性是影响Uue的化学性质的关键因素 并会导致碱金属的原子和分子性质的所有趋势在铯之后反转 4 nbsp 从第3至第9周期的碱金属和碱土金属的原子半径的实测值 Na Cs Mg Ra 和预测值 Fr Uhp Ubn Uhh 单位为埃格斯特朗 2 89 nbsp 从第3到第8周期的碱金属的电子亲和能的实测值 Na Cs 半实测值 Fr 和预测值 Uue 单位为电子伏特 2 89 电子亲和能从Li到Cs一直下降 但Fr的6980788270831603999 492 10 meV 比Cs的电子亲和能高了20 meV 而Uue的电子亲和能更高 达到662 meV 90 nbsp 从第3到第9周期的碱金属和碱土金属的第一电离能的实测值 Na Fr Mg Ra 和预测值 Uue Uhp Ubn Uhh 单位为电子伏特 2 89 由于外层的8s电子变得稳定 Uue的第一电离能 从电中性原子中移除一个电子所需的能量 预测为4 53 eV 比钾之后的所有碱金属都高 甚至比121号元素Ubu的4 45 eV都高 因此 第8周期的碱金属Uue不是整个周期电离能最低的 这和之前的所有周期不同 2 Uue的电子亲和能预计远大于铯和钫 它的电子亲和能比所有更轻的碱金属都高 为0 662 eV 接近于钴 0 662 eV 和铬 0 676 eV 90 相对论效应也会导致Uue的极化性大幅下降 2 到169 7 a u 91 事实上 计算出来的Uue的静态偶极极化性 aD 很小 接近于钠 92 Uue的类氢原子 只有一个电子的原子 Uue118 的电子预测会非常快地移动 使得它的质量是静止电子的1 99倍 是相对论效应的特征 作为比较 钫的类氢原子的电子质量为1 29 铯的则为1 091 87 根据相对论的简单外推 这间接表明了Uue的原子半径会收缩 87 到只有240 pm 2 很接近铷的247 pm 而Uue的金属半径也相应降低到260 pm 2 Uue 的离子半径预测为180 pm 2 Uue的熔点预测在0 和30 之间 所以在室温下可能是液体 5 人们还不知道这是否符合熔点继续降低的趋势 因为铯的熔点为28 5 而钫的熔点估计约为8 0 93 Uue的沸点预测在630 左右 类似钫的620 左右 它们都比铯的671 低 1 93 Uue的密度预计在3到4 g cm3之间 符合随着族往下密度一直增加的趋势 钫的密度预测为2 48 g cm3 而铯的密度是1 93 g cm3 1 3 93 化学性质 编辑 碱金属二聚体的键长和键解离能 Fr2 和Uue2的数据都是预测值 94 化合物 键长 A 键解离能 kJ mol Li2 2 673 101 9Na2 3 079 72 04K2 3 924 53 25Rb2 4 210 47 77Cs2 4 648 43 66Fr2 4 61 42 1Uue2 4 27 53 4Uue的化学性质预测类似碱金属 2 但它的性质比起铯或钫 会更像钾 95 或铷 2 这是由于相对论效应导致的 如果不存在相对论效应 元素周期律将预测Uue比铯和钫更具反应性 由于相对论效应稳定了它的价电子 增加了第一电离能 使得Uue的反应性 英语 Reactivity chemistry 金属半径和离子半径降低了 95 这个效应在钫中就已经出现了 2 1氧化态的Uue的化学性质比起钫会更像铷 另一方面 由于变得不稳定而比其它p轨道大的7p轨道 Uue 的离子半径预测大于Rb 除了其它碱金属特征性且主要的 1氧化态以外 Uue可能也有在其它碱金属都未发现 96 的 3氧化态 2 这是因为7p3 2轨道的不稳定和膨胀 导致其电子的电离能低于预期 2 96 由于成键时也涉及了7p3 2电子 很多Uue的化合物都预计有很大的共价性 这个效应也在钫中出现 其中超氧化钫 FrO2 的成键中有一些6p3 2的成分 87 因此 Uue不能替代铯 成为电正性最高的元素 而它的电负性最有可能接近钠的0 93 鲍林标度 4 Uue Uue的标准电极电势预测为 2 9 V 和Fr Fr一样只是略微大于K K的 2 931 V 5 MAu M是碱金属 的键长和键解离能 除了KAu RbAu和CsAu的键解离能以外 全部数据都是预测 4 化合物 键长 A 键解离能 kJ mol KAu 2 856 2 75RbAu 2 967 2 48CsAu 3 050 2 53FrAu 3 097 2 75UueAu 3 074 2 44在气相中以及在非常低温下的凝聚相中 碱金属会形成以共价键键合的双原子分子 在这些M2分子里 它们的金属 金属键长从Li2到Cs2一直增加 但由于上述8s轨道的相对论效应 Uue2的键长下降 在这些分子的键解离能中有相反的趋势 其中Uue Uue键应该比K K键略强 4 94 Uue的升华热 DHsub 预测为94 kJ mol 钫的值在77 kJ mol左右 4 由于Uue的高电子亲和能 UueF分子预计有显著的共价性 UueF中的成键主要是Uue的7p轨道和氟的2p轨道成的键 来自氟的2s轨道和Uue的8s 6dz2和其它两个7p轨道对键的贡献较少 这和其它s区元素 金和汞的行为非常不同 它们使用s轨道 有时混合d轨道 来成键 Uue F键因为相对论效应把7p轨道分成7p1 2和7p3 2而扩张 这和氢化物AtH和TsH的键扩张类似 97 Uue Au键将会是金和碱金属之间最弱的键 但仍然是稳定的 通过外推 可以给出Uue的吸附焓 DHads 在金上为106 kJ mol 钫的值是136 kJ mol 在铂上为76 kJ mol 在银上为63 kJ mol 都是碱金属之中最低 这些数据表明 在由贵金属制成的表面上研究Uue的色谱法吸附是可行的 4 Uue在聚四氟乙烯表面的吸附焓预测为17 6 kJ mol 是碱金属当中最低的 这些信息对于Uue未来的化学实验非常有用 91 碱金属的DHsub和 DHads值都不成比例相关 因为它们会随着原子序数的增加而向相反的方向变化 4 注释 编辑 在核物理学中 原子序高的元素可称为重元素 如82号元素铅 超重元素通常指原子序大于103 也有大于100 8 或112 9 的定义 的元素 有定义认为超重元素等同于锕系后元素 因此认为还未发现的超锕系元素不是超重元素 10 2009年 由尤里 奥加涅相引领的团队发表了他们尝试通过对称的136Xe 136Xe反应合成𬭶的结果 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 11 作为比较 发现𬭶的反应208Pb 58Fe的截面为19 19 11 pb 12 施加到粒子束以加速它的能量也会影响截面 举个例子 在2814 Si 10 n 2813 Al 11 p 反应中 截面会从12 3 MeV的370 mb变化成18 3 MeV的160 mb 最高值是13 5 MeV的380 mb 16 这个值也是普遍接受的复合原子核寿命上限 20 分离基于产生的原子核会比未反应的粒子束更慢地通过目标这一点 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分离 两者结合可以估计原子核的质量 23 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 30 早在1960年代 人们就已经知道原子核的基态在能量和形状上的不同 也知道核子数为幻数时 原子核就会更稳定 然而 当时人们假设超重元素的原子核因为过于畸形 无法形成核子结构 34 超重元素的原子核的质量通常无法直接测量 所以是根据另一个原子核的质量间接计算得出的 39 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 40 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 41 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 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 自发裂变是由苏联科学家格奥尔基 弗廖罗夫发现的 42 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 43 劳伦斯伯克利国家实验室的科学家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 20 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 42 举个例子 1957年 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102号元素 44 早先没有关于该元素发现的明确声明 所以瑞典 美国 英国发现者将其命名为nobelium 后来证明该鉴定是错误的 45 次年 劳伦斯伯克利国家实验室无法重现瑞典的结果 他们宣布合成了该元素 但后来也被驳回 45 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 46 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 47 由于nobelium这个名称在三十年间已被广泛使用 因此没有更名 48 虽然叫做 冷核聚变 但在超重元素合成中的 冷核聚变 和可以在室温条件下实现核聚变不是一个相同的概念 见冷核聚变 49 轻元素的稳定同位素的中子 质子比通常等于或接近一 举个例子 铝唯一的稳定同位素有13个质子和14个中子 55 中子 质子比为1 077 不过 较重的元素会有更高的中子 质子比 而且随着质子的增加 这个比例会越来越高 碘唯一的稳定同位素有53个质子和74个中子 中子 质子比为1 396 金唯一的稳定同位素有79个质子和118个中子 中子 质子比为1 494 钚最稳定的同位素有94个质子和150个中子 中子 质子比为1 596 55 超重元素预计会延续这个趋势 56 使得最稳定同位素难以制备 因为产生的原子核的中子 质子比会低于预计的最稳定同位素的低 量子数对应于电子轨道名称中的字母 0为s 1为p 2为d等 更多信息请参见角量子数 参考资料 编辑 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 Fricke B Waber J T Theoretical Predictions of the Chemistry of Superheavy Elements PDF Actinides Reviews 1971 1 433 485 2013 08 07 原始内容 PDF 存档于2016 03 04 英语 2 00 2 01 2 02 2 03 2 04 2 05 2 06 2 07 2 08 2 09 2 10 2 11 2 12 2 13 2 14 2 15 2 16 2 17 2 18 2 19 2 20 2 21 2 22 2 23 2 24 Hoffman Darleane C Lee Diana M 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