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114Fl
Pb



(Uho)
UutUup
外觀
未知
概況
名稱·符號·序數 鈇(Flerovium)·Fl·114
元素類別 未知
·週期· 14·7·p
標準原子質量 [289]
電子排布

[Rn] 5f14 6d10 7s2 7p2
(預測[1]
2, 8, 18, 32, 32, 18, 4
(預測)

鈇的电子層(2, 8, 18, 32, 32, 18, 4(預測))
歷史
發現 聯合核研究所勞倫斯利福摩爾國家實驗室(1999年)
物理性質
物態 固體(預測)[2]
密度 (接近室温
22(預測)[1] g·cm−3
熔點 340 K,70 °C,160(預測)[1][2] °F
沸點 420 K,150 °C,300(預測)[1][2] °F
蒸汽壓
原子性質
氧化態 2, 4(預測)[1]
電離能

第一:823.9(預測)[1] kJ·mol−1

第二:1621.0(預測)[2] kJ·mol−1
原子半徑 160(估值)[1] pm
共價半徑 143(估值)[3] pm
雜項
CAS號 54085-16-4
最穩定同位素

主条目:鈇的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
289Fl syn 2.6 s α 9.82,9.48 285Cn
289mFl ? syn 1.1 min α 9.67 285mCn ?
288Fl syn 0.8 s α 9.94 284Cn
287Fl syn 0.48 s α 10.02 283Cn
287mFl ?? syn 5.5 s α 10.29 283mCn ??
286Fl syn 0.13 s 40% α 10.19 282Cn
60% SF
285Fl syn 125 ms α 281Cn

[4][5]Flerovium[6]是一種化學元素。其符號為Fl原子序為114。

科學家至今觀測到約80個鈇原子,其中50個是直接合成的,其餘30個則是在更重元素(Uuo)的衰變產物中發現的。所有衰變都來自285-289Fl,一共5個質量數相鄰的同位素。已知壽命最長的同位素為289Fl,半衰期約為2.6秒,但有證據顯示存在著另一個同核異構體289bFl,其半衰期約為66秒,將會是超重元素中壽命最長的原子核。

2007年進行的化學研究指出,鈇的化學特性和非常不同。由於某些相對論性效應,它是第一種表現出惰性氣體特性的超重元素。[7]

歷史[编辑]

發現[编辑]

1998年12月,位於俄羅斯杜布納聯合核研究所(JINR)的科學家使用48Ca離子撞擊244Pu目標體,合成一個鈇原子。該原子以9.67 MeV的能量進行α衰變,半衰期為30秒。該原子其後被確認為289Fl同位素。這項發現在1999年1月公佈。[8]然而,之後的實驗並未能重現所觀測到的衰變鏈。因此這顆原子的真正身份仍待確認,有可能是穩定的同核異構體289mFl。

1999年3月,同一個團隊以242Pu代替244Pu目標體,以合成其他的鈇同位素。這次,他們成功合成兩個鈇原子,原子以10.29 MeV的能量進行α衰變,半衰期為5.5秒。這兩個原子確認為287Fl。[9]其他的實驗同樣未能重現這次實驗的結果,因此真正產生的原子核身份一樣不能被確定,但有可能是穩定的同核異構體287mFl。

杜布納的團隊在1999年6月進行實驗,成功製成鈇。這項結果是受到公認的。他們重複進行244Pu的反應,並產生兩個鈇原子,原子以9.82 MeV能量進行α衰變,半衰期為2.6秒。[10]

研究人員一開始把所產生的原子認定為288Fl,但2002年12月進行的研究工作則將結論更改為289Fl。[11]

 \,^{244}_{94}\mathrm{Pu} + \,^{48}_{20}\mathrm{Ca} \to \,^{292}_{114}\mathrm{Fl} ^{*} \to \,^{289}_{114}\mathrm{Fl} + 3\,^{1}_{0}\mathrm{n}

2009年5月,IUPAC的聯合工作組發布的發現報告,其中提到283Cn的發現。[12]由於287Fl和291Lv(見下)的合成數據牽涉到283Cn,因此這也意味著鈇的發現得到證實。

2009年1月,伯克利團隊證實287Fl和286Fl的發現。接著在2009年7月,德國重離子研究所又證實288Fl和289Fl的發現。

2011年6月11日,IUPAC證實鈇的存在。[13]

命名[编辑]

Flerovium(Fl)是IUPAC在2011年12月份正式命名的,以纪念苏联原子物理学家格奥尔基·弗廖罗夫[6]此前根据IUPAC元素系統命名法所產生的臨時名稱為Ununquadium(Uuq)[14]。科學家通常稱之為“元素114”(或E114)。現名Flerovium於2012年5月31日經IUPAC同意後正式使用。[15]2012年6月2日,中華民國(臺灣)國家教育研究院化學名詞審譯委員會決定以作為該元素的中文名稱。[4][5]

未來的實驗[编辑]

日本理化學研究所的一個團隊已表示有計劃研究以下的冷聚變反應:

\,^{208}_{82}\mathrm{Pb} + \,^{76}_{32}\mathrm{Ge} \to \,^{284}_{114}\mathrm{Fl} ^{*} \to \,?

Flerov核反應實驗室在未來有計劃研究在239Pu和48Ca反應中合成的較輕的鈇同位素。

也有計劃使用不同發射體能量再次用244Pu進行反應,以進一步了解2n通道,從而發現新的同位素290Fl。

同位素與核特性[编辑]

核合成[编辑]

能產生Z=114复核的目標、發射體組合[编辑]

下表列出各種可用以產生114號元素的目標、發射體組合。

目標 發射體 CN 結果
208Pb 76Ge 284Fl 至今失敗
232Th 54Cr 286Fl 尚未嘗試
238U 50Ti 288Fl 尚未嘗試
244Pu 48Ca 292Fl 反應成功
242Pu 48Ca 290Fl 反應成功
239Pu 48Ca 287Fl 尚未嘗試
248Cm 40Ar 288Fl 尚未嘗試
249Cf 36S 285Fl 尚未嘗試

冷聚變[编辑]

208Pb(76Ge,xn)284−xFl[编辑]

第一次以冷聚變合成鈇的實驗於2003年法國國家大型重離子加速器(GANIL)進行,產量限制為1.2 pb時並沒有合成任何原子。

熱聚變[编辑]

244Pu(48Ca,xn)292−xFl (x=3,4,5)[编辑]

杜布納的一個團隊於1998年11月首次嘗試合成鈇。他們探測到一個源自289Fl的長衰變鏈。[8]在1999年重複進行的實驗再次合成了兩個鈇原子,這次則是288Fl。[10]團隊在2002年進一步研究了這項反應。在測量3n、4n和5n中子蒸發激發函數時,他們探測到3個289Fl原子、12個288Fl原子及1個新同位素287Fl原子。根據這些結果,第一個被探測到的原子是290Fl或289mFl,而接著的兩個原子是289Fl。[11]2007年4月利用285Cn來研究鎶的化學特性時,科學家再次進行這條反應。瑞士保羅謝勒研究所和Flerov核反應實驗室直接探測到兩個288Fl原子,這為對鈇的首次化學研究打下基礎。

2008年6月,科學家再用該反應來產生289Fl同位素,以研究鈇的化學特性。這次發現了一個鈇原子,這得以確認它的屬性類似於惰性氣體

2009年5月至7月,德國重離子研究所第一次研究了這個反應,再進一步嘗試合成Uus。團隊成功確認了288Fl和289Fl的合成與衰變數據,合成的原子中,前者有9個,而後者有4個。[16]

242Pu(48Ca,xn)290−x114 (x=2,3,4,5)[编辑]

杜布納的團隊首先在1999年3月至4月研究了這項反應,並探測到兩個287Fl原子。[9]由於有關283Cn的數據有衝突,所以科學家在2003年9月重複進行了該實驗,以確認287Fl和283Cn的衰變數據(詳見)。他們通過測量2n、3n和4n激發函數得到了288Fl、287Fl和新同位素286Fl的衰變數據。[17][18]

2006年4月,保羅謝勒研究所和Flerov核反應實驗室的合作計劃曾使用過這項反應來產生283Cn,以研究鎶的屬性。在2007年4月進行的一項確認實驗中,團隊直接探測到287Fl,並能夠取得有關Fl原子化學特性的最初數據。

2009年1月,伯克利的團隊使用伯克利充氣分離器(BGS)和新得到的242Pu樣本繼續進行研究,通過以上反應嘗試合成鈇。2009年9月,他們公佈成功探測到2個鈇原子,分別為287Fl和286Fl,證實了Flerov核反應實驗室取得的衰變數據,但是所測量的截面更低。[19]

2009年4月,瑞士和俄羅斯的合作研究計劃再次使用以上反應進行了對鈇化學屬性的研究,其中探測到一個283Cn原子。

2010年12月,勞倫斯伯克利國家實驗室的團隊公佈發現了285Fl原子,並觀測到5個衰變產物的新同位素。

作為衰變產物[编辑]

科學家也曾在Uuo衰變鏈中觀測到鈇的同位素。

蒸發殘留 觀測到的鈇同位素
293Lv 289Fl [18][20]
292Lv 288Fl [18]
291Lv 287Fl [11]
294Uuo, 290Lv 286Fl [21]

撤回的同位素[编辑]

285Fl[编辑]

在1999年發現293Uuo的報告中,285Fl是以11.35 MeV能量進行α衰變的,半衰期為0.58 ms。發現者於2001年撤回了這項發現。這個同位素最後是在2010年被合成的,其衰變屬性和1999年報告中的不符,意味著撤回的數據是錯誤的。

同位素發現時序[编辑]

同位素 發現年份 核反應
285Fl 2010年 242Pu(48Ca,5n)
286Fl 2002年 249Cf(48Ca,3n) [21]
287aFl 2002年 244Pu(48Ca,5n)
287bFl ?? 1999年 242Pu(48Ca,3n)
288Fl 2002年 244Pu(48Ca,4n)
289aFl 1999年 244Pu(48Ca,3n)
289bFl ? 1998年 244Pu(48Ca,3n)

原子序為114复核的裂變[编辑]

2000年至2004年期間Flerov核反應實驗室進行了幾項研究292Fl複核衰變屬性的實驗。他們所使用的核反應為244Pu+48Ca。結果顯示,這些複核進行裂變時主要發射完整軌域原子核,如82
132
Sn。另一項發現是,使用48Ca和58Fe作為發射體的聚變裂變路徑相似,這表示未來在合成超重元素時有可能使用58Fe發射體。[22]

核異構體[编辑]

289Fl[编辑]

第一次合成的鈇同位素為289Fl,它以9.71 MeV的能量進行α衰變,時長為30秒。之後的直接合成實驗中並未被觀測到這種現象。然而,在一次293Lv的合成實驗中,所測得的衰變鏈釋放了9.63 MeV能量的α粒子,時長為2.7秒。之後其他的衰變都與289Fl的相似。這很明確地表明,這些衰變活動都是來自於同核異構體的。近期實驗中並未出現類似的活動,表示這種同核異構體的產量約為基態的20%,而第一個實驗觀測到的現象只是巧合。要解釋這個問題,必須進行更多的研究。

287Fl[编辑]

使用242Pu作為目標的初次實驗中,所觀測到的287Fl同位素進行衰變時放射能量為10.29 MeV的α粒子,時常為5.5秒。其衰變產物再進行自發裂變,時常符合先前合成的283Cn。後來科學家再沒有觀測到同樣的衰變活動(詳見)。不過,兩者的相關性表示實驗結果是非隨機的,而合成方式是不會影響同核異構體的生成的。這些問題要經過更多研究才能解決。

同位素產量[编辑]

下表列出直接合成鈇的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。

冷聚變[编辑]

發射體 目標 CN 1n 2n 3n
76Ge 208Pb 284Fl <1.2 pb

熱聚變[编辑]

發射體 目標 CN 2n 3n 4n 5n
48Ca 242Pu 290Fl 0.5 pb, 32.5 MeV 3.6 pb, 40.0 MeV 4.5 pb, 40.0 MeV <1.4 pb, 45.0 MeV
48Ca 244Pu 292Fl 1.7 pb, 40.0 MeV 5.3 pb, 40.0 MeV 1.1 pb, 52.0 MeV

理論計算[编辑]

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; σ = 截面

目標 發射體 CN 通道(產物) σmax 模型 參考資料
208Pb 76Ge 284Fl 1n (283Fl) 60 fb DNS [23]
208Pb 73Ge 281Fl 1n (280Fl) 0.2 pb DNS [23]
238U 50Ti 288Fl 2n (286Fl) 60 fb DNS [24]
244Pu 48Ca 292Fl 4n (288Fl) 4 pb MD [25]
242Pu 48Ca 290Fl 3n (287Fl) 3 pb MD [25]

衰變特性[编辑]

對Fl不同同位素半衰期的理論估算與實驗結果相符。[26][27]沒有裂變的同位素298Fl的α衰變半衰期預計有17天。[28][29]

尋找穩定島:298Fl[编辑]

根據宏觀—微觀理論[來源請求],原子序114是下一個幻數。這意味著,該原子核呈球體狀,而其基態將會有高和寬的裂變位壘,因此自發裂變部分的半衰期會很長。

當原子序為114時,宏觀—微觀理論表示下一個中子幻數為184,因此298Fl原子核很有可能會是繼208Pb(原子序82、中子數126)之後下一個滿足雙重幻數的原子核。298Fl位於理論預計的“穩定島”的中央。然而,其他運用相對論平均場理論的計算顯示,原子序120、122和126才是幻數。有一種可能性是,穩定性並不在單一數字上飆升,而是在原子序從114到126時都是較高的。

由於偶核效應,297Uup的軌域修正能量最低,因此裂變位壘最高。由於較高的裂變位壘,任何在這穩定島上的原子核都只會進行α衰變,所以半衰期最長的原子核將會是298Fl。半衰期預計很難超過10分鐘,除非中子數為184的中子軌域實際比理論上預計的更穩定。另外,由於有奇數中子,297Fl的半衰期可能會更长。

化學屬性[编辑]

推算的化學屬性[编辑]

氧化態[编辑]

鈇預計屬於7p系,並是元素週期表中14 (IVA)族最重的成員,位於之下。這一族的氧化態為+IV,而較重的元素也表現出較強的+II態,這是因為惰性電子對效應的+II和+IV態強度相近。的+II態比+IV態強。因此鈇應該繼續這一趨勢,有著氧化性的+IV態和穩定的+II態。

化學特性[编辑]

鈇的化學特性應與鉛相近,能形成FlO、FlF2、FlCl2、FlBr2和FlI2。如果其+IV態能夠進行化學反應,它將只能形成FlO2和FlF4。它也有可能形成混合氧化物Fl3O4,類似於Pb3O4

一些研究指出鈇的化學特性可能和惰性氣體更接近。[7]

實驗化學[编辑]

原子氣態[编辑]

2007年4月至5月,瑞士保羅謝勒研究所與Flerov核反應實驗室的合作計劃研究了的化學特性。第一項反應為242Pu(48Ca,3n)287Fl,第二項反應為244Pu(48Ca,4n)288Fl。他們將所生成的原子在平面上的吸收屬性與氡的屬性作了比較。第一項實驗探測到3個283Cn原子,但同時也似乎探測到了1個287Fl原子。這項結果是出乎意料的,因為要移動生成了的原子需時大約2秒,鈇原子應該在被吸收前已經衰變了。第二個反應產生了2個288Fl原子和1個289Fl原子。其中兩個原子的吸收特性符合惰性氣體的特性。2008年進行的實驗肯定了這一重要的結果,所產生的289Fl原子特性也符合先前的數據,表示鈇和金發生交互作用時類似於惰性氣體。[30]

參見[编辑]

參考資料[编辑]

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外部鏈接[编辑]