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镆   115Mc
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)




(Uhp)
概況
名稱·符號·序數镆(Moscovium)·Mc·115
元素類別未知
可能為貧金屬
·週期·15 ·7·p
標準原子質量[288]
电子排布[Rn] 5f14 6d10 7s2 7p3
(預測[1]
2, 8, 18, 32, 32, 18, 5
(預測)
镆的电子層(2, 8, 18, 32, 32, 18, 5 (預測))
歷史
發現聯合核研究所勞倫斯利福摩爾國家實驗室(2003年)
物理性質
物態固體(預測)[1]
密度(接近室温
11(預測)[1] g·cm−3
熔点~700 K,~400 °C,~750(預測)[1] °F
沸點~1400 K,~1100 °C,~2000(預測)[1] °F
蒸氣壓
原子性質
氧化态1, 3(預測)[1]
电离能第一:538.4(預測)[1] kJ·mol−1
原子半径200(預測)[1] pm
共价半径162(估值)[2] pm
雜項
CAS号54085-64-2
最穩定同位素
主条目:镆的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
290Mc syn 16 ms α 9.95 286Nh
289Mc syn 169 ms α 10.31 285Nh
288Mc syn 173 ms α 10.46 284Nh
287Mc syn 32 ms α 10.59 283Nh

拼音注音ㄇㄛˋ粤拼mok6,音同「莫」;英語:Moscovium),是一種放射性人工合成化學元素,其化學符號Mc原子序數为115。鏌最早在俄國杜布納聯合原子核研究所(JINR),由一組俄國及美國科學家組成的團隊所合成。2015年12月,其被國際純化學和應用化學聯合會(IUPAC)和國際純粹與應用物理學聯合會(IUPAP)的聯合工作團隊英语IUPAC/IUPAP Joint Working Party認定為四個新元素之一,於2016年11月28日,正式以莫斯科州之名,命名此元素為鏌,而莫斯科州正是杜布納聯合原子核研究所的所在地[3][4][5]

鏌是一種具高度放射性的元素,其存在最穩定的同位素,鏌-290的半衰期僅0.65秒[6]。 鏌在元素週期表中,隸屬於p區錒系後元素,其位於第七週期,第15族,為最重的氮族元素,但其是否與同族中原子序較大的金屬有相似的化學特性尚未被證實,理論上其應具有與同族中原子序較小的元素()有類似的化性,但是因鏌為後過渡金屬,其與同族的元素間相比,應具有不少關鍵性差異。鏌原子理應與原子有顯著的相似性質,是由於兩者在準閉合殼層之外,皆具有一個不太被束縛的電子。至今約100個鏌原子被偵測到,而所有原子的質量數,皆介於287至290間。

概述[编辑]

A graphic depiction of a nuclear fusion reaction
核聚变反应的图形描述。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
video icon 基于澳大利亚国立大学的计算,核聚变未成功的可视化[7]

一个超重元素[a]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,两个原子核的质量越不相等,两者发生反应的可能性就越大。[13]由较重原子核组成的物质会做成靶子,它会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,才能核聚变成一个原子核。通常,原子核(全部都有正电荷)会因为静电排斥而相互排斥。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。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]只是靠的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,它们通常会在一起约 10−20秒,然后裂变(产物不需要和反应物相同),而不是形成一个单独的原子核。[14][15]如果聚变发生了,两个原子核产生的一个原子核会处于激发态[16],它被称为复合原子核英语compound nucleus,非常不稳定。[14]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核裂变[17]或是放出一些带走激发能量的中子。如果中子不足以带走这些激发能量,复合原子核就会放出γ射线。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。[17]联合工作团队英语IUPAC/IUPAP Joint Working Party (JWP) 定义,一个化学元素的原子核只有10−14秒内不进行放射性衰变,才能被识别出来。这个值大约是一个原子核得到它的外层电子,显示其化学性质所需的时间。[18][c]

粒子束穿过目标后,会到达下一个腔室——分离室。如果反应产生了一个新的原子核,它就会被这个粒子束携带。[20]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,[d]并转移到半导体探测器英语Semiconductor detector中,在这里停止原子核。这时标记撞击探测器的确切位置、能量和到达时间。[20]这个转移需要 10−6秒的时间。也就是说,这个原子核需要存活这么长的时间才能被检测到。[23]衰变被记录后,这个原子核被再次记录,并测量位置、衰变能量和衰变时间。[20]

原子核的稳定性源自于强核力。然而,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。[24]超重元素[25]的主要衰变方式——α衰变自发裂变都是这种排斥引起的。[e]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。[f](衰变链中的所有衰变确实彼此相关,因为这些衰变的位置确定的,它们必须在同一个地方。)[20] 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)。[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]

因此,旨在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:粒子到达探测器的位置、能量和时间,以及粒子衰变的信息。物理学家分析了这些数据并试图得出结论,它确实是由一种新元素引起的,不可能是由与声称的核素不同的核素引起的。通常,如果提供的数据不足以得出一个新元素确实是被创造出来的结论,并且对观察到的影响没有其他解释,就可能在解释数据时出现错误。[i]

歷史[编辑]

發現[编辑]

Ca-48離子加速撞擊Am-243目標原子的模擬圖。

2004年2月2日,由俄羅斯杜布納聯合核研究所和美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室聯合組成的科學團隊在《物理評論快報》上表示成功合成了镆。[37][38]他們使用48Ca離子撞擊243Am目標原子,產生了4個镆原子。這些原子通過發射α粒子,衰變為284Nh,需時約100毫秒

美俄科學家的這次合作計劃也對衰變產物268Db進行了化學實驗,並證實發現了Uut。科學家在2004年6月和2005年12月的實驗中,通過量度自發裂變成功確認了𬭊同位素。[39][40]數據中的半衰期和衰變模式都符合理論中的268Db,證實了衰變來自於原子序為115的主原子核。但是在2011年,IUPAC认为该结果只是初步的,不足以称得上是一项发现[41]

2013年,由瑞典隆德大学核物理学家Dirk Rudolph领导的团队在德国达姆施塔特GSI亥姆霍兹重离子研究中心,通过将同位素撞擊的方法再次合成了镆[41]

命名[编辑]

镆最先被稱為“eka-”。Ununpentium是該元素獲得正式命名之前,IUPAC元素系統命名法所賦予的臨時名稱。研究人員一般稱之為“元素115”。

命名提议[编辑]

115号元素主要有两个命名提议,一个是根据法国物理学家保羅·朗之萬命名为langevinium[42],另一个提议是根据Dubna研究所所在地莫斯科州命名为moscovium[43][44]。IUPAC於2016年11月28日正式採用後者。[45]

中文名稱[编辑]

2017年1月15日,中華人民共和國全国科学技术名词审定委员会联合国家语言文字工作委员会组织化学、物理学、语言学界专家召开了113号、115号、117号、118号元素中文定名会,將此元素命名為(读音同「漠」)。[46]

2017年4月5日,中華民國國家教育研究院的化學名詞審譯委員會審譯修正通過之「化學元素一覽表」將此元素命名為「」,音同「莫」。[47]

未來實驗[编辑]

Flerov核反應實驗室有計劃研究較輕的镆同位素,所用反應為:241Am + 48Ca。[48]

同位素與核特性[编辑]

核合成[编辑]

能產生Z=115复核的目標、發射體組合[编辑]

下表列出各種可用以產生115號元素的目標、發射體組合。

目標 發射體 CN 結果
208Pb 75As 283Mc 至今失敗
232Th 55Mn 287Mc 至今失敗
238U 51V 289Mc 至今失敗
237Np 50Ti 287Mc 至今失敗
244Pu 45Sc 289Mc 至今失敗
243Am 48Ca 291Mc 反應成功
241Am 48Ca 289Mc 至今失敗
248Cm 41K 289Mc 至今失敗
250Cm 41K 291Mc 至今失敗
249Bk 40Ar 289Mc 至今失敗
249Cf 37Cl 286Mc 至今失敗
251Cf 37Cl 288Mc 尚未嘗試

熱聚變[编辑]

238U(51V,xn)289−xMc[编辑]

有強烈證據顯示重離子研究所在2004年底一項氟化鈾(IV)實驗中曾進行過這個反應。他們並未發布任何報告,因此可能並未探測到任何產物原子,這是團隊意料之內的。[49]

243Am(48Ca,xn)291−xMc (x=3,4)[编辑]

杜布納團隊首先在2003年7月至8月進行了該項反應。在兩次分別進行的實驗中,他們成功探測到3個288Mc原子與一個287Mc原子。2004年6月,他們進一步研究這項反應,目的是要在288Mc衰變鏈中隔離出268Db。團隊在2005年8月重複進行了實驗,證實了衰變的確來自268Db。

同位素發現時序[编辑]

同位素 發現年份 核反應
287Mc 2003年 243Am(48Ca,4n)
288Mc 2003年 243Am(48Ca,3n)
289Mc 2009年 249Bk(48Ca,4n)[50]
290Mc 2009年 249Bk(48Ca,3n)[50]

同位素產量[编辑]

熱聚變[编辑]

下表列出直接合成镆的熱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。

發射體 目標 CN 2n 3n 4n 5n
48Ca 243Am 291Mc 3.7 pb, 39.0 MeV 0.9 pb, 44.4 MeV

理論計算[编辑]

衰變特性[编辑]

利用量子穿隧模型的理論計算支持實驗得出的α衰變數據。[51]

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
243Am 48Ca 291Mc 3n (288Mc) 3 pb MD [52]
243Am 48Ca 291Mc 4n (287Mc) 2 pb MD [52]
243Am 48Ca 291Mc 3n (288Mc) 1 pb DNS [53]
242Am 48Ca 290Mc 3n (287Mc) 2.5 pb DNS [53]

化學屬性[编辑]

推算的化學屬性[编辑]

氧化態[编辑]

镆預計為7p系的第3個元素,是元素週期表中15 (VA)族最重的成員,位於之下。這一族的氧化態為+V,但穩定性各異。的+V態大多是像N2O5这样的分子的形式氧化态,实际上极難形成,因為它有較低的d軌域,而且氮原子容納不下5個配體能夠表現出明顯的+V態特性,但鉍卻很難達到該氧化態,因為其6s2電子不易參與形成化學鍵。這個現象稱為“惰性電子對效應”,一般與6s電子軌域的相對論性穩定性相關。镆預計會延續這個趨勢,並只會具有+III和+I氧化態。氮(I)和鉍(I)也存在,但較罕見,而镆(I)很可能會有一些獨特的屬性,[54]可能比起铋(I)更像铊(I)。[55]由於自旋軌道耦合作用,可能會有完整的軌域,並具有類似惰性氣體的屬性。這樣的話,镆可能只有一顆價電子,因為Mc+離子會和鈇有相同的電子排布。

注释[编辑]

  1. ^ 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。82号元素就是一个重元素的例子。“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[8]或112。[9]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。)[10](那个元素的)“超重同位素”和“超重核素”顾名思义——分别是(那个元素的)高质量同位素和有高质量的核素。
  2. ^ 2009年,一个由尤里·奥加涅相引领的团队在JINR发表了他们通过对称的 136Xe + 136Xe 反应,尝试合成钅黑的结果。他们未能在这个反应中观察到单个原子,因此对截面设置了上限,即核反应概率的度量为2.5 pb[11]作为比较,发现钅黑的反应 208Pb + 58Fe的截面约为20 pb(进一步来说,为 19+19
    -11
     pb),符合发现者的预测。[12]
  3. ^ 这个值也标志着普遍接受的复合原子核寿命上限。[19]
  4. ^ 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,它们对运动粒子的影响会因粒子的特定速度而被抵消。[21]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这种分离,两者结合可以估计原子核的质量。[22]
  5. ^ 不是所有放射性衰变都是因为静电排斥力导致的。举个例子,β衰变弱核力导致的。[26]
  6. ^ 由于原子核的质量不是直接测量的,而是根据另一个原子核的质量计算得出的,因此这种测量称为间接测量。直接测量也是有可能的,但在大多数情况下,它们仍然无法用于超重原子核。[27]2018年,LBNL首次直接测量了超重原子核的质量,[28]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)。[29]
  7. ^ 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。[30]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。
  8. ^ 自发裂变是由苏联科学家格奥尔基·弗廖罗夫发现的。[31]LBL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。[19]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。[31]
  9. ^ 举个例子,1957年,元素102在瑞典斯德哥尔摩省斯德哥尔摩的诺贝尔物理研究所被错误地鉴定。[32]早先没有关于该元素发现的明确声明,所以由它的瑞典、美国和英国发现者命名为nobelium。后来证明这个元素的鉴定是错误的。[33]第二年,RL无法重现瑞典的结果,而是宣布他们合成了该元素,这一说法后来也被驳回。[33] JINR坚持认为他们是第一个发现该元素的人,并为新元素建议命名为joliotium[34]而这个名称也没有被接受(JINR后来认为元素102的命名是仓促的)。[35]这个名称是在IUPAC对元素发现优先权的裁决的书面答复中提出的,该裁决于1992年9月29日签署。[35]但由于其广泛使用,“nobelium”这个名称仍然保持不变。[36]

參考資料[编辑]

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外部連結[编辑]