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𫓧

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𫓧   114Fl
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Uut(未知特性)
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Uup(未知特性)
鉝(未知特性)
Uus(未知特性)
Uuo(未知特性)


𫓧

(Uhq)
Uut𫓧Uup
概况
名称·符号·序数 𫓧(Flerovium)·Fl·114
元素类别 贫金属
·周期· 14·7·p
标准原子质量 [289]
电子排布

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

𫓧的电子层(2, 8, 18, 32, 32, 18, 4(预测))
历史
发现 联合核研究所劳伦斯利福摩尔国家实验室(1999年)
物理性质
物态 固体(预测)[2]
密度 (接近室温
22(预测)[1] g·cm−3
熔点 340 K,70 °C,160(预测)[1][2] °F
沸点 420 K,150 °C,300(预测)[1][2] °F
蒸汽压
原子性质
氧化态 2, 4(预测)[1]
电离能

第一:823.9(预测)[1] kJ·mol−1

第二:1621.0(预测)[2] kJ·mol−1
原子半径 160(估值)[1] pm
共价半径 143(估值)[3] pm
杂项
CAS号 54085-16-4
最稳定同位素

主条目:𫓧的同位素

同位素 丰度 半衰期 方式 能量MeV 产物
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

𫓧[4][5]Flerovium, Fl[6]是一种化学元素。其符号为Fl原子序为114。

科学家至今观测到约80个𫓧原子,其中50个是直接合成的,其余30个则是在更重元素(Uuo)的衰变产物中发现的。所有衰变都来自285-289Fl,一共5个质量数相邻的同位素。已知寿命最长的同位素为289Fl,半衰期约为2.6秒,但有证据显示存在着另一个同核异构体289bFl,其半衰期约为66秒,将会是超重元素中寿命最长的原子核。

2007年进行的化学研究指出,𫓧的化学特性和非常不同。由于某些相对论性效应,它是第一种表现出惰性气体特性的超重元素。[7]

历史[编辑]

发现[编辑]

1998年12月,位于俄罗斯杜布纳联合核研究所(JINR)的科学家使用48Ca离子撞击244Pu目标体,合成一个𫓧原子。该原子以9.67 MeV的能量进行α衰变,半衰期为30秒。该原子其后被确认为289Fl同位素。这项发现在1999年1月公布。[8]然而,之后的实验并未能重现所观测到的衰变链。因此这颗原子的真正身份仍待确认,有可能是稳定的同核异构体289mFl。

1999年3月,同一个团队以242Pu代替244Pu目标体,以合成其他的𫓧同位素。这次,他们成功合成两个𫓧原子,原子以10.29 MeV的能量进行α衰变,半衰期为5.5秒。这两个原子确认为287Fl。[9]其他的实验同样未能重现这次实验的结果,因此真正产生的原子核身份一样不能被确定,但有可能是稳定的同核异构体287mFl。

杜布纳的团队在1999年6月进行实验,成功制成𫓧。这项结果是受到公认的。他们重复进行244Pu的反应,并产生两个𫓧原子,原子以9.82 MeV能量进行α衰变,半衰期为2.6秒。[10]

研究人员一开始把所产生的原子认定为288Fl,但2002年12月进行的研究工作则将结论更改为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的联合工作组发布的发现报告,其中提到283Cn的发现。[12]由于287Fl和291Lv(见下)的合成数据牵涉到283Cn,因此这也意味着𫓧的发现得到证实。

2009年1月,伯克利团队证实287Fl和286Fl的发现。接着在2009年7月,德国重离子研究所又证实288Fl和289Fl的发现。

2011年6月11日,IUPAC证实𫓧的存在。[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元素系统命名法所产生的临时名称为Ununquadium(Uuq)[14]。科学家通常称之为“元素114”(或E114)。现名Flerovium于2012年5月31日经IUPAC同意后正式使用。[15]2012年6月2日,中华民国(台湾)国家教育研究院化学名词审译委员会决定以𫓧作为该元素的中文名称。[4][5]

未来的实验[编辑]

日本理化学研究所的一个团队已表示有计划研究以下的冷聚变反应:

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

Flerov核反应实验室在未来有计划研究在239Pu和48Ca反应中合成的较轻的𫓧同位素。

也有计划使用不同发射体能量再次用244Pu进行反应,以进一步了解2n通道,从而发现新的同位素290Fl。

同位素与核特性[编辑]

核合成[编辑]

能产生Z=114复核的目标、发射体组合[编辑]

下表列出各种可用以产生114号元素的目标、发射体组合。

目标 发射体 CN 结果
208Pb 76Ge 284Fl 0至今失败
232Th 54Cr 286Fl 尚未尝试
238U 50Ti 288Fl 尚未尝试
244Pu 48Ca 292Fl 1反应成功
242Pu 48Ca 290Fl 1反应成功
239Pu 48Ca 287Fl 尚未尝试
248Cm 40Ar 288Fl 尚未尝试
249Cf 36S 285Fl 尚未尝试

冷聚变[编辑]

208Pb(76Ge,xn)284−xFl[编辑]

第一次以冷聚变合成𫓧的实验于2003年法国国家大型重离子加速器(GANIL)进行,产量限制为1.2 pb时并没有合成任何原子。

热聚变[编辑]

244Pu(48Ca,xn)292−xFl (x=3,4,5)[编辑]

杜布纳的一个团队于1998年11月首次尝试合成𫓧。他们探测到一个源自289Fl的长衰变链。[8]在1999年重复进行的实验再次合成了两个𫓧原子,这次则是288Fl。[10]团队在2002年进一步研究了这项反应。在测量3n、4n和5n中子蒸发激发函数时,他们探测到3个289Fl原子、12个288Fl原子及1个新同位素287Fl原子。根据这些结果,第一个被探测到的原子是290Fl或289mFl,而接着的两个原子是289Fl。[11]2007年4月利用285Cn来研究鎶的化学特性时,科学家再次进行这条反应。瑞士保罗谢勒研究所和Flerov核反应实验室直接探测到两个288Fl原子,这为对𫓧的首次化学研究打下基础。

2008年6月,科学家再用该反应来产生289Fl同位素,以研究𫓧的化学特性。这次发现了一个𫓧原子,这得以确认它的属性类似于惰性气体

2009年5月至7月,德国重离子研究所第一次研究了这个反应,再进一步尝试合成Uus。团队成功确认了288Fl和289Fl的合成与衰变数据,合成的原子中,前者有9个,而后者有4个。[16]

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

杜布纳的团队首先在1999年3月至4月研究了这项反应,并探测到两个287Fl原子。[9]由于有关283Cn的数据有冲突,所以科学家在2003年9月重复进行了该实验,以确认287Fl和283Cn的衰变数据(详见)。他们通过测量2n、3n和4n激发函数得到了288Fl、287Fl和新同位素286Fl的衰变数据。[17][18]

2006年4月,保罗谢勒研究所和Flerov核反应实验室的合作计划曾使用过这项反应来产生283Cn,以研究鎶的属性。在2007年4月进行的一项确认实验中,团队直接探测到287Fl,并能够取得有关Fl原子化学特性的最初数据。

2009年1月,伯克利的团队使用伯克利充气分离器(BGS)和新得到的242Pu样本继续进行研究,通过以上反应尝试合成𫓧。2009年9月,他们公布成功探测到2个𫓧原子,分别为287Fl和286Fl,证实了Flerov核反应实验室取得的衰变数据,但是所测量的截面更低。[19]

2009年4月,瑞士和俄罗斯的合作研究计划再次使用以上反应进行了对𫓧化学属性的研究,其中探测到一个283Cn原子。

2010年12月,劳伦斯伯克利国家实验室的团队公布发现了285Fl原子,并观测到5个衰变产物的新同位素。

作为衰变产物[编辑]

科学家也曾在Uuo衰变链中观测到𫓧的同位素。

蒸发残留 观测到的𫓧同位素
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年发现293Uuo的报告中,285Fl是以11.35 MeV能量进行α衰变的,半衰期为0.58 ms。发现者于2001年撤回了这项发现。这个同位素最后是在2010年被合成的,其衰变属性和1999年报告中的不符,意味着撤回的数据是错误的。

同位素发现时序[编辑]

同位素 发现年份 核反应
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)

原子序为114复核的裂变[编辑]

2000年至2004年期间Flerov核反应实验室进行了几项研究292Fl复核衰变属性的实验。他们所使用的核反应为244Pu+48Ca。结果显示,这些复核进行裂变时主要发射完整轨域原子核,如82
132
Sn。另一项发现是,使用48Ca和58Fe作为发射体的聚变裂变路径相似,这表示未来在合成超重元素时有可能使用58Fe发射体。[22]

核异构体[编辑]

289Fl[编辑]

第一次合成的𫓧同位素为289Fl,它以9.71 MeV的能量进行α衰变,时长为30秒。之后的直接合成实验中并未被观测到这种现象。然而,在一次293Lv的合成实验中,所测得的衰变链释放了9.63 MeV能量的α粒子,时长为2.7秒。之后其他的衰变都与289Fl的相似。这很明确地表明,这些衰变活动都是来自于同核异构体的。近期实验中并未出现类似的活动,表示这种同核异构体的产量约为基态的20%,而第一个实验观测到的现象只是巧合。要解释这个问题,必须进行更多的研究。

287Fl[编辑]

使用242Pu作为目标的初次实验中,所观测到的287Fl同位素进行衰变时放射能量为10.29 MeV的α粒子,时常为5.5秒。其衰变产物再进行自发裂变,时常符合先前合成的283Cn。后来科学家再没有观测到同样的衰变活动(详见)。不过,两者的相关性表示实验结果是非随机的,而合成方式是不会影响同核异构体的生成的。这些问题要经过更多研究才能解决。

同位素产量[编辑]

下表列出直接合成𫓧的聚变核反应的截面和激发能量。粗体数据代表从激发函数算出的最大值。+代表观测到的出口通道。

冷聚变[编辑]

发射体 目标 CN 1n 2n 3n
76Ge 208Pb 284Fl <1.2 pb

热聚变[编辑]

发射体 目标 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

理论计算[编辑]

蒸发残留物截面[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) σmax 模型 参考资料
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]

衰变特性[编辑]

对Fl不同同位素半衰期的理论估算与实验结果相符。[26][27]没有裂变的同位素298Fl的α衰变半衰期预计有17天。[28][29]

寻找稳定岛:298Fl[编辑]

根据宏观—微观理论[来源请求],原子序114是下一个幻数。这意味着,该原子核呈球体状,而其基态将会有高和宽的裂变位垒,因此自发裂变部分的半衰期会很长。

当原子序为114时,宏观—微观理论表示下一个中子幻数为184,因此298Fl原子核很有可能会是继208Pb(原子序82、中子数126)之后下一个满足双重幻数的原子核。298Fl位于理论预计的“稳定岛”的中央。然而,其他运用相对论平均场理论的计算显示,原子序120、122和126才是幻数。有一种可能性是,稳定性并不在单一数字上飙升,而是在原子序从114到126时都是较高的。

由于偶核效应,297Uup的轨域修正能量最低,因此裂变位垒最高。由于较高的裂变位垒,任何在这稳定岛上的原子核都只会进行α衰变,所以半衰期最长的原子核将会是298Fl。半衰期预计很难超过10分钟,除非中子数为184的中子轨域实际比理论上预计的更稳定。另外,由于有奇数中子,297Fl的半衰期可能会更长。

化学属性[编辑]

推算的化学属性[编辑]

氧化态[编辑]

𫓧预计属于7p系,并是元素周期表中14 (IVA)族最重的成员,位于之下。这一族的氧化态为+IV,而较重的元素也表现出较强的+II态,这是因为惰性电子对效应的+II和+IV态强度相近。的+II态比+IV态强。因此𫓧应该继续这一趋势,有着氧化性的+IV态和稳定的+II态。

化学特性[编辑]

𫓧的化学特性应与铅相近,能形成FlO、FlF2、FlCl2、FlBr2和FlI2。如果其+IV态能够进行化学反应,它将只能形成FlO2和FlF4。它也有可能形成混合氧化物Fl3O4,类似于Pb3O4

一些研究指出𫓧的化学特性可能和惰性气体更接近。[7]

实验化学[编辑]

原子气态[编辑]

2007年4月至5月,瑞士保罗谢勒研究所与Flerov核反应实验室的合作计划研究了的化学特性。第一项反应为242Pu(48Ca,3n)287Fl,第二项反应为244Pu(48Ca,4n)288Fl。他们将所生成的原子在平面上的吸收属性与氡的属性作了比较。第一项实验探测到3个283Cn原子,但同时也似乎探测到了1个287Fl原子。这项结果是出乎意料的,因为要移动生成了的原子需时大约2秒,𫓧原子应该在被吸收前已经衰变了。第二个反应产生了2个288Fl原子和1个289Fl原子。其中两个原子的吸收特性符合惰性气体的特性。2008年进行的实验肯定了这一重要的结果,所产生的289Fl原子特性也符合先前的数据,表示𫓧和金发生交互作用时类似于惰性气体。[30]

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Haire, Richard G. Transactinides and the future elements. (编) Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements 3rd. Dordrecht, The Netherlands: Springer Science+Business Media. 2006. ISBN 1-4020-3555-1. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 Seaborg. transuranium element (chemical element). Encyclopædia Britannica. ca. 2006 [2010-03-16]. 
  3. ^ Chemical Data. Flerovium - Fl, Royal Chemical Society
  4. ^ 4.0 4.1 中国化学会第12次会议决议. chemistry.org.tw. [2013-05-30]. 
  5. ^ 5.0 5.1 114、116号元素中文定名研讨会在京召开. Cnctst.gov.cn. 2013-07-23 [2014-05-22]. 
  6. ^ 6.0 6.1 Jennifer Welsh. Two Elements Named: Livermorium and Flerovium. LiveScience. 02 December 2011 [2011-12-05]. 
  7. ^ 7.0 7.1 Gas Phase Chemistry of Superheavy Elements, lecture by Heinz W. Gäggeler, Nov. 2007. Last accessed on Dec. 12, 2008.
  8. ^ 8.0 8.1 Oganessian, Yu. Ts. Synthesis of Superheavy Nuclei in the ^{48}Ca+ ^{244}Pu Reaction. Physical Review Letters. 1999, 83: 3154. Bibcode:1999PhRvL..83.3154O. doi:10.1103/PhysRevLett.83.3154. 
  9. ^ 9.0 9.1 Yeremin, A. V.; Oganessian, Yu. Ts.; Popeko, A. G.; Bogomolov, S. L.; Buklanov, G. V.; Chelnokov, M. L.; Chepigin, V. I.; Gikal, B. N. et al. Synthesis of nuclei of the superheavy element 114 in reactions induced by 48Ca. Nature. 1999, 400 (6741): 242. Bibcode:1999Natur.400..242O. doi:10.1038/22281. 
  10. ^ 10.0 10.1 Oganessian, Yu. Ts.; Utyonkov, V.; Lobanov, Yu.; Abdullin, F.; Polyakov, A.; Shirokovsky, I.; Tsyganov, Yu.; Gulbekian, G. et al. Synthesis of superheavy nuclei in the 48Ca+244Pu reaction: 288114. Physical Review C. 2000, 62: 041604. Bibcode:2000PhRvC..62d1604O. doi:10.1103/PhysRevC.62.041604. 
  11. ^ 11.0 11.1 11.2 Oganessian, Yu. Ts.; Utyonkov, V.; Lobanov, Yu.; Abdullin, F.; Polyakov, A.; Shirokovsky, I.; Tsyganov, Yu.; Gulbekian, G. et al. Measurements of cross sections for the fusion-evaporation reactions 244Pu(48Ca,xn)292−x114 and 245Cm(48Ca,xn)293−x116. Physical Review C. 2004, 69: 054607. Bibcode:2004PhRvC..69e4607O. doi:10.1103/PhysRevC.69.054607. 
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  14. ^ J. Chatt. Recommendations for the Naming of Elements of Atomic Numbers Greater than 100. Pure Appl. Chem. 1979, 51: 381–384. doi:10.1351/pac197951020381. 
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外部链接[编辑]