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𨨏
107Bh


𨨏

(Upe)
𨭎𨨏𨭆
外觀
未知
概況
名稱·符號·序數 𨨏(Bohrium)·Bh·107
元素類別 過渡金屬
·週期· 7·7·d
標準原子質量 [270]
電子排布

[Rn] 5f14 6d5 7s2
(計算值)[1][2]
2, 8, 18, 32, 32, 13, 2
(預測)

𨨏的电子層(2, 8, 18, 32, 32, 13, 2 (預測))
歷史
發現 重離子研究所(1981年)
物理性質
物態 固態(預測)
密度 (接近室温
37(預測)[2] g·cm−3
蒸汽壓
原子性質
氧化態 7, 5, 4, 3(預測)[2]
(實驗證實的氧化態以粗體顯示)
電離能

第一:742.9(估值)[2] kJ·mol−1
第二:1688.5(估值)[2] kJ·mol−1
第三:2566.5(估值)[2] kJ·mol−1

更多
原子半徑 128(估值)[2] pm
共價半徑 141(估值)[3] pm
雜項
CAS號 54037-14-8
最穩定同位素

主条目:𨨏的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
274Bh syn ~54 秒[4] α 8.8 270Db
272Bh syn 9.8 秒 α 9.02 268Db
271Bh syn 1.2 秒[5] α 9.35[5] 267Db
270Bh syn 61 秒 α 8.93 266Db
267Bh syn 17 秒 α 8.83 263Db
此處只列出半衰期超過1秒的同位素

𨨏Bohrium)是原子序為107的化學元素,符號為Bh,以丹麥物理學家尼爾斯·玻爾命名。𨨏是一個人工合成元素(須在實驗室中合成,而不產生於自然界中),其最穩定的同位素270Bh的半衰期大約為61秒。

元素週期表中,𨨏是一個d區塊錒系後元素,位於第7週期7族。化學實驗證實𨨏符合7族中位於之下元素的特性。人們對𨨏的化學屬性並不完全瞭解,就目前所知,其特性與7族元素的趨勢相符。

歷史[编辑]

第107號元素最初被建議以丹麥核物理學家尼爾斯·玻爾命名為Nielsbohrium(Ns)。IUPAC其後將其改名為現名Bohrium(Bh)。

正式發現[编辑]

位於德國達姆施塔特重離子研究所,由Peter Armbruster英语Peter ArmbrusterGottfried Münzenberg英语Gottfried Münzenberg為首的團隊於1981年首次確定性地成功合成𨨏元素。它們將-54原子核加速撞擊-209目標,並製造出5個𨨏-262同位素原子:[6]

209
83
Bi
+ 54
24
Cr
262
107
Bh
+ n

IUPAC/IUPAP鐨後元素工作小組在其1992年的報告當中將重離子研究所的團隊列為𨨏的正式發現者。[7]

提出的命名[编辑]

該德國團隊建議將該元素命名為Nielsbohrium,符號為Ns,以紀念丹麥物理學家尼爾斯·波爾。前蘇聯杜布納聯合核研究所的科學家卻曾經建議把第105號元素(現名為𨧀)命名為Nielsbohrium。德國的團隊希望在紀念波爾的同時,肯定杜布納團隊作為首次提出該冷核聚變反應的一方,從而解決命名爭議。杜布納團隊與德國團隊就此對107號元素的命名達成了共識。[8]

在104至106號元素命名爭議的同時,國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)使用Unnilseptium(符號為Uns)作為臨時的系統化命名[9]1994年,IUPAC的一個委員會建議將107號元素命名為Bohrium(現名),而非Nielsbohrium,因為此前並沒有以某科學家的全名為元素取名的先例。[9][10]發現者對此表示反對,並擔心這樣的名稱會和(Boron)混淆,特別是兩者的含氧負離子的國際命名:Bohrate(𨨏酸鹽)和Borate(硼酸鹽)。這個問題交由IUPAC位於丹麥的分支處理,但最終的投票結果仍然決定使用Bohrium。1997年,Bohrium一名成為了國際承認的107號元素的命名。IUPAC之後決定將𨨏酸鹽改稱Bohriates,而非Bohrates。[9]

核合成[编辑]

𨨏等超重元素的合成方法是將兩種較輕的元素通過粒子加速器相互高速撞擊,並以此產生核聚變反應。多數𨨏同位素都可以用這種方法合成,但某些較重的同位素則目前只在原子序更高的元素的衰變產物當中發現。[11]

根據所用能量的高低,核合成分為「熱」和「冷」兩類。在熱核聚變反應中,低質量、高能的發射體朝著高質量目標(錒系元素)加速,產生處於高激發能的複核(約40至50 MeV),再裂變或蒸發出3至5顆中子[12]在冷核聚變反應中,聚變所產生的複核有著低激發能(約10至20 MeV),因此這些產物的裂變可能性較低。複核冷卻至基態時,會只射出1到2顆中子,因此產物的含中子量更高。[11]冷核聚變一詞在此指的不是在室溫下發生的核聚變反應(見冷核聚變)。[13]

冷核聚變[编辑]

在1981年重離子研究所團隊成功合成𨨏之前,杜布納聯合核研究所的科學家曾於1976年嘗試進行冷核聚變合成𨨏。他們探測到兩次自發裂變事件,半衰期分別為1至2毫秒和5秒。根據別的冷核聚變反應推斷,兩次裂變分別來自於261Bh和257Db。不過,之後的證據降低了261Bh的自發裂變支鏈,因此事件指定為𨨏的確定性也大大降低。指定為𨧀的裂變事件之後改為指向258Db,而2毫秒長的自發裂變事件則指定為258Rf的33%電子捕獲支鏈。[7]重離子研究所團隊在1981年研究了這條反應,並成功發現𨨏。利用衰變母子體關係法,他們探測到5個262Bh原子。[6]1987年,來自杜布納的內部報告指出,其團隊曾經直接探測到261Bh的自發裂變。重離子研究所團隊又在1989年進一步研究這條反應,並在測量1n和2n激發函數時,發現了新同位素261Bh,但是並沒有探測到261Bh的自發裂變支鏈。[14]2003年,他們利用新製造的三氟化鉍(BiF3)目標繼續進行研究,並取得更多有關262Bh及其衰變產物258Db的數據。2005年,由於質疑此前數據的準確性,位於勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)的團隊重新測量了1n激發函數。他們觀測到18個262Bh原子和3個261Bh原子,並證實了262Bh的兩個同核異構體。[15]

2007年,LBNL的團隊研究了類似的反應,首次使用鉻-52發射體尋找最輕的𨨏同位素260Bh:

209
83
Bi
+ 52
24
Cr
260
107
Bh
+ n

研究人員成功探測到8個260Bh原子,它們經過α衰變形成256Db,期間放射的α粒子能量為10.16 MeV。這種能量顯示N=152的閉核持續有著穩定的作用。[16]

杜布納的團隊在1976年在一系列利用冷核聚變產生新元素的實驗中,研究了-208目標和-55發射體之間的反應:

208
82
Pb
+ 55
25
Mn
262
107
Bh
+ n

他們觀測到與鉍-209和鉻-54之間反應相同的自發裂變事件,並同樣指向261Bh和257Db。之後的證據表示事件應該改為指向258Db和258Rf(見上)。[7]1983年,他們重新進行實驗,並用到新的方法:測量經化學分離出的衰變產物的α衰變。研究人員探測到來自衰變產物262Bh的α衰變,加強證實𨨏原子核的成功合成。[7]位於LBNL的團隊之後詳細研究這條反應,並在2005年探測到33次262Bh的衰變及2個261Bh原子。這確定了這條反應釋放一顆中子的激發函數,以及提供了有關兩種262Bh同核異構體的光譜數據。2006年重復進行這條反應時研究了釋放兩顆中子的激發函數。該團隊發現,釋放一顆中子的反應的截面比使用209Bi目標的相應反應較高,著與預期的相反。要得出其原因則需要進一步的研究。[17][18]

熱核聚變[编辑]

勞倫斯伯克利國家實驗室首次於2006年研究了鈾-238目標與-31發射體之間的反應。

238
92
U
+ 31
15
P
264
107
Bh
+ 5 n

實驗結果還沒有被發佈,但初步結果似乎表明可能來自264Bh的自發裂變[19]

位於中國蘭州近代物理中心(IMP)研究了-243目標與-26發射體之間的反應,以合成新的同位素265Bh,以及蒐集有關266Bh的更多數據:

243
95
Am
+ 26
12
Mg
269−x
107
Bh
+ x n (x = 3, 4, 5)

研究人員進行了兩組實驗,並測量了釋放3、4或5顆中子的部分激發函數。[20]

日本理化學研究所的團隊首次於2008年研究了-248目標和-23之間的反應,以瞭解266Bh的衰變屬性。該同位素是他們所聲稱的Uut衰變鏈中的產物:[21]

248
96
Cm
+ 23
11
Na
271−x
107
Bh
+ x n (x = 4, 5)

同位素266Bh進行α衰變,能量為9.05至9.23 MeV。這項結果在2010年得到進一步證實。[22]

首次利用熱核聚變嘗試合成𨨏的實驗是在1979年由杜布納的團隊進行的。他們使用-22發射體和-249目標:

249
97
Bk
+ 22
10
Ne
271−x
107
Bh
+ x n (x = 4, 5)

該反應在1983年得到重復,與首次一樣,研究團隊並沒有探測到任何來自𨨏原子核的自發裂變。更近期的實驗利用熱核聚變合成高中子數的穩定的𨨏同位素,從而首次開始對𨨏進行化學研究。1999年,勞倫斯伯克利國家實驗室的團隊聲稱發現了長半衰期的267Bh(5個原子)和266Bh(1個原子)同位素。[23]兩者之後都得到了證實。[24]位於瑞士伯爾尼保羅謝爾研究所(PSI)其後在第一次實際研究𨨏的化學特性時,又合成了6個267Bh原子。[25]

作為衰變產物[编辑]

在衰變過程中發現的𨨏同位素
蒸發殘餘 𨨏同位素
294Uus, 290Uup, 286Uut, 282Rg, 278Mt 274Bh[26]
288Uup, 284Uut, 280Rg, 276Mt 272Bh[27][28]
287Uup, 283Uut, 279Rg, 275Mt 271Bh[27]
282Uut, 278Rg, 274Mt 270Bh[27]
278Uut, 274Rg, 270Mt 266Bh[28]
272Rg, 268Mt 264Bh[29]
266Mt 262Bh[30]

𨨏也在更高原子序的元素衰變時作為產物被發現。䥑是其中一種這樣的元素,它共有7個已知的同位素,全部都進行α衰變,形成𨨏原子核,質量數從262到274不等。䥑本身也可以是UutUupUus的衰變產物。至今發現的元素當中,除以上的之外沒有別的可以衰變成𨨏。[31]例如在2010年1月,杜布纳的研究团队通过Uus的α衰变链发现了𨨏-274:[26]

294
117
Uus
290
115
Uup
+ 4
2
He
290
115
Uup
286
113
Uut
+ 4
2
He
286
113
Uut
282
111
Rg
+ 4
2
He
282
111
Rg
278
109
Mt
+ 4
2
He
278
109
Mt
274
107
Bh
+ 4
2
He

同位素[编辑]

𨨏的同位素
(ε:電子捕獲;α:α衰變;SF:自發裂變
同位素 半衰期
[31][32]
衰變形式[31][32] 發現年份 所用反應
260Bh 35 ms α 2007年 209Bi(52Cr,n)[16]
261Bh 11.8 ms α 1986年 209Bi(54Cr,2n)[14]
262Bh 84 ms α 1981年 209Bi(54Cr,n)[6]
262mBh 9.6 ms α 1981年 209Bi(54Cr,n)[6]
263Bh 0.2? ms α ? 未知
264Bh 0.97 s α 1994年 272Rg(—,2α)[29]
265Bh 0.9 s α 2004年 243Am(26Mg,4n)[20]
266Bh 0.9 s α 2000年 249Bk(22Ne,5n)[23]
267Bh 17 s α 2000年 249Bk(22Ne,4n)[23]
268Bh 25? s α, SF? 未知
269Bh 25? s α ? 未知
270Bh 61 s α 2006年 282Uut(—,3α)[27]
271Bh 1.2 s α 2003年 287Uup(—,4α)[27]
272Bh 9.8 s α 2005年 288Uup(—,4α)[27]
273Bh 90? min α, SF ? 未知
274Bh ~54 s α 2009年 294Uus(—,5α)[26]
275Bh 40? min SF ? 未知

𨨏沒有穩定或自然產生的同位素。𨨏的一些同位素已在實驗室中成功合成,所用方法有兩種:高速撞擊兩種原子核以產生核聚變,或製造出更高的元素並觀測其衰變產物。正式發現了的𨨏同位素有11種,原子量為260–262、264–267、270–272、274。其中的𨨏-262擁有已知的亞穩態。這些同位素都會經α衰變,然而某些仍未被發現的𨨏同位素理論上會進行自發裂變。[31]

穩定性與半衰期[编辑]

較輕的同位素一般有較短的半衰期。260Bh、261Bh、262Bh、262mBh和263Bh的半衰期在100毫秒以下。同位素264Bh、265Bh、266Bh和271Bh較為穩定,半衰期在1秒左右,而267Bh和272Bh則有大約10秒的半衰期。質量最高的同位素最為穩定,其中270Bh和274Bh分別有大約61秒和54秒的半衰期。未知的273Bh和275Bh同位素預期將會有更長的半衰期,分別為90分鐘和40分鐘。值得注意的是,在被發現之前,理論預計的274Bh半衰期也長達90分鐘左右,但最終實際只有54秒。[31]

高質子量的260Bh、261Bh和262Bh是直接由冷核聚變產生的,262mBh和264Bh則是在的衰變鏈中被發現的。高中子量的266Bh和267Bh是通過向錒系元素目標進行放射產生的。中子量最高的四個同位素270Bh 、271Bh 、272Bh 和274Bh分別是在282Uut、287Uup和288Uup和294Uut的衰變鏈中發現的。後七個同位素的半衰期在8毫秒至1分鐘不等。[24]

同核異構體[编辑]

262Bh

𨨏的唯一一個確定的同核異構體出現在262Bh。直接和成262Bh會產生兩種狀態:基態和一個同核異能態。已證實,基態會經α衰變,放射的α粒子能量為10.08、9.82和9.76 MeV,半衰期為84毫秒。激發態也通過α衰變,放射的α粒子能量為10.37和10.24 MeV,半衰期為9.6毫秒。[6]

化學特性[编辑]

推算[编辑]

𨨏預計是元素週期表中6d系過渡金屬的第四個元素,也是7族元素中最重的一個,位於之下。該族的所有元素都擁有明顯的+7氧化態,其穩定性隨著質量的增加而提升。因此𨨏也預計會有穩定的+7態。鍀同時也有穩定的+4態,而錸擁有穩定的+4和+3態。𨨏也有可能擁有這些較低的氧化態。

該族的重元素會形成具揮發性的七氧化物M2O7,所以𨨏應該會形成具揮發性的Bh2O7。這個氧化物應該會在水中溶解,形成高𨨏酸HBhO4。錸和鍀在其氧化物的鹵化反應後能夠形成鹵氧化物MO3Cl,所以BhO3Cl也可能會在這種反應中產生。該族較重元素的氧化物在氟化反應會產生MO3F和MO2F3,而錸則另外會形成ReOF5和ReF7。因此,𨨏也應會產生這些氟氧化物,從而證實它會延續7族元素的化學特性。

化學實驗[编辑]

1995年第一次嘗試分離𨨏元素的實驗以失敗告終。[33]

盡管相對論性效應頗為重要,不過107號元素仍然是個典型的7族元素,這在2000年得到證實。[34]

2000年,保羅謝爾研究所的團隊利用267Bh原子進行了化學反應。這些𨨏原子是Bk-249和Ne-22離子的融合產物。這些原子在經過熱能化後,與HCl/O2混合物反應,並形成一種具揮發性的氯氧化物。這條反應也同時產生了同族的較輕元素(同位素為108Tc)及(同位素為169Re)。測量出來的吸附等溫線明確指出一種揮發性氯氧化物的產生,其特性和氯氧化錸相似。這證實𨨏是一個典型的7族元素。[25]

2 Bh + 3 O2 + 2 HCl → 2 BhO3Cl + H2
公式 名稱
BhO3Cl 氯氧化𨨏

參考資料[编辑]

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外部鏈接[编辑]