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   113Nh
氢(非金属) 氦(惰性气体)
锂(碱金属) 铍(碱土金属) 硼(类金属) 碳(非金属) 氮(非金属) 氧(非金属) 氟(卤素) 氖(惰性气体)
钠(碱金属) 镁(碱土金属) 铝(贫金属) 硅(类金属) 磷(非金属) 硫(非金属) 氯(卤素) 氩(惰性气体)
钾(碱金属) 钙(碱土金属) 钪(过渡金属) 钛(过渡金属) 钒(过渡金属) 铬(过渡金属) 锰(过渡金属) 铁(过渡金属) 钴(过渡金属) 镍(过渡金属) 铜(过渡金属) 锌(过渡金属) 镓(贫金属) 锗(类金属) 砷(类金属) 硒(非金属) 溴(卤素) 氪(惰性气体)
铷(碱金属) 锶(碱土金属) 钇(过渡金属) 锆(过渡金属) 铌(过渡金属) 钼(过渡金属) 锝(过渡金属) 钌(过渡金属) 铑(过渡金属) 钯(过渡金属) 银(过渡金属) 镉(过渡金属) 铟(贫金属) 锡(贫金属) 锑(类金属) 碲(类金属) 碘(卤素) 氙(惰性气体)
铯(碱金属) 钡(碱土金属) 镧(镧系元素) 铈(镧系元素) 镨(镧系元素) 钕(镧系元素) 钷(镧系元素) 钐(镧系元素) 铕(镧系元素) 钆(镧系元素) 铽(镧系元素) 镝(镧系元素) 钬(镧系元素) 铒(镧系元素) 铥(镧系元素) 镱(镧系元素) 镥(镧系元素) 铪(过渡金属) 钽(过渡金属) 钨(过渡金属) 铼(过渡金属) 锇(过渡金属) 铱(过渡金属) 铂(过渡金属) 金(过渡金属) 汞(过渡金属) 铊(贫金属) 铅(贫金属) 铋(贫金属) 钋(贫金属) 砹(类金属) 氡(惰性气体)
钫(碱金属) 镭(碱土金属) 锕(锕系元素) 钍(锕系元素) 镤(锕系元素) 铀(锕系元素) 镎(锕系元素) 钚(锕系元素) 镅(锕系元素) 锔(锕系元素) 锫(锕系元素) 锎(锕系元素) 锿(锕系元素) 镄(锕系元素) 钔(锕系元素) 锘(锕系元素) 铹(锕系元素) 𬬻(过渡金属) 𬭊(过渡金属) 𬭳(过渡金属) 𬭛(过渡金属) 𬭶(过渡金属) 鿏(预测为过渡金属) 𫟼(预测为过渡金属) 𬬭(预测为过渡金属) (过渡金属) (预测为贫金属) 𫓧(贫金属) 镆(预测为贫金属) 𫟷(预测为贫金属) (预测为卤素) 鿫(预测为惰性气体)




(Uht)
𫓧
概况
名称·符号·序数(Nihonium)·Nh·113
元素类别未知
可能为贫金属
·周期·13 ·7·p
标准原子质量[286]
电子排布[Rn] 5f14 6d10 7s2 7p1
(预测[1]
2, 8, 18, 32, 32, 18, 3
(预测)
<span class="inline-unihan" style="border-bottom: 1px dotted; font-variant: normal;cursor: help; font-family: sans-serif, &#039;Unicode内码天珩输入法配套字体&#039;, &#039;方正宋体S-超大字符集&#039;, &#039;方正宋体S-超大字符集(SIP)&#039;, &#039;文泉驿等宽正黑&#039;, &#039;BabelStone Han&#039;, &#039;HanaMinB&#039;, &#039;FZSong-Extended&#039;, &#039;Arial Unicode MS&#039;, Code2002, DFSongStd, &#039;STHeiti SC&#039;, unifont;" title="字符描述:⿰钅尔 &#10;※如果您看到空白、方块或问号,代表您的系统无法显示该字符。">鿭</span>的电子层(2, 8, 18, 32, 32, 18, 3 (预测))
历史
发现日本理化学研究所(2004年)
物理性质
物态固体(预测)[1][2]
密度(接近室温
18(预测)[1] g·cm−3
熔点700 K,430 °C,810(预测)[1][2] °F
沸点1400 K,1100 °C,2000(预测)[1][2] °F
汽化热130(预测)[2] kJ·mol−1
蒸气压
原子性质
氧化态1, 2, 3, 5(预测)[1]
电离能第一:704.9(预测)[1] kJ·mol−1
原子半径170(预测)[1] pm
共价半径136(预测)[3] pm
杂项
CAS号54084-70-7
最稳定同位素
主条目:的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
286Nh syn 20 s α 9.63 282Rg
285Nh syn 5.5 s α 9.74, 9.48 281Rg
284Nh syn 0.48 s α 10.00 280Rg
283Nh syn 0.10 s α 10.12 279Rg
282Nh syn 70 ms α 10.63 278Rg
278Nh syn 0.24 ms α 11.68 274Rg

拼音注音ㄋ丨ˇ粤拼nei5,音同“你”;英语:Nihonium),是一种放射性人工合成化学元素,其化学符号Nh原子序数为113。它具有极高的放射性,该元素最稳定的同位素-286,其半衰期为10秒。在元素周期表中,过渡金属中的P区元素,它是第7期和第13族(硼族)的成员。

最初由俄罗斯与美国合作在俄罗斯杜布纳联合原子核研究所(Joint Institute for Nuclear Research, JINR)于2003年发现;于2004年日本埼玉县和光市理化学研究所(理研)科学家团队也有相关发现。随后几年包含美国、德国、瑞典和中国工作的独立科学家团队,以及俄罗斯和日本的都认为他们是最初的发现者。2015年,IUPAC / IUPAP联合工作组确认了该元素,并将该元素的发现和命名权英语Scientific priority分配给理研,因为它判断他们已经证明他们比JINR团队更早观察到113元素。理研团队在2016年提出了nihonium的名称,并于同年获得批准,而这个名字源自“日本”的日语读音(nihon)。

关于所知甚少,因为它制造产量稀少,至今合成出的只有14个,在几秒钟内就会衰变,目前寿命最长为20秒。但一些超重核素寿命异常的长,包括同位素,由稳定岛理论解释。实验能支持这一理论,随着中子的加入和岛的接近,确认的同位素的半衰期从几毫秒增加到几秒。据统计,与其同族元素具有相似的性质。除之外的所有元素都是后过渡金属,并且预期也是后过渡金属。它还应显示出与它们有几个主要差异;例如,在+1氧化数下,应该比+3态更稳定,就像一样,但在+1态,应该表现得更像而不是铊。 2017年的初步实验表明,元素挥发性不是很大,它的化学性质大部分尚未开发。

概述[编辑]

A graphic depiction of a nuclear fusion reaction
核聚变反应的图形描述。两个原子核聚变成一个,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[4]

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,两个原子核的质量之差越大,两者发生反应的可能性就越大。[10]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。[11]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。[11][12]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[13],它被称为复合原子核英语compound nucleus,非常不稳定。[11]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[14]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。[14]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。[15][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。[17]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。[17]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。[20]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。[17]

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。[21]超重元素[22]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。)[17] 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]

历史[编辑]

2016年森田浩介召开记者会,宣布Nh()元素命名成功

发现[编辑]

2003年8月,科学家在的衰变产物中首次探测到。2004年2月1日,一个由俄罗斯杜布纳联合核研究所美国劳伦斯利福摩尔国家实验室联合组成的研究小组发表了这一项发现。[34][35]

2004年7月23日,日本理化学研究所(理研;RIKEN)的森田浩介使用209Bi70Zn之间的冷融合反应,探测到了一个278Nh原子。他们在2004年9月28日发表这项发现。[36]

实验结果在2004年得到证实,中国近代物理研究所探测到的266Bh衰变特性和日本理研所探测到的衰变活动特性相同(详见𬭛)。

理研小组在2005年4月2日又合成了一个原子,衰变数据与第一次的不同,但这可能是因为产生了稳定的同核异构体。

美俄合作小组对衰变产物268Db进行化学实验,进一步证实了的发现。的α衰变链半衰期与实验数据相符。[37]

由于日本科学家未充分观察该元素转化为其他元素的情形,因此这一发现因证据不足而未被承认。日本理研于2012年9月26日第三次宣布合成出了113号元素,方法是利用加速器使原子相互碰撞。[38]

2015年12月,IUPACIUPAP宣布承认113号元素,并赋予日本理研优先命名权。[39]

命名[编辑]

Ununtrium(Uut)是IUPAC所赋予的临时系统命名。研究科学家通常只称之为“元素113”(或E113)。

命名提议[编辑]

杜布纳小组的Dmitriev和理研小组的森田浩介分别对命名Uut进行了提议。国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)及国际纯粹与应用物理联合会(IUPAP)的联合工作小组将决定哪一方有权进行命名。2011年,IUPAC审核了两方曾进行的实验,认为实验并未符合“发现元素”的标准。[40]

2015年12月31日,理研取得本元素的命名权,并被IUPAC认为Uut符合“发现元素”标准,这也是首次由亚洲国家取得新元素命名权。本元素原本被预计命名为Japonium[41],符号Jp,跟日本的缩写一样,但此命名未被使用,这是因为这个名称会涉及Jap,一个贬低日本人的词语,所以日本人拒绝使用此名称。

以下为曾经提议使用的名称:

提议名称 根据
Japonium[42][41] 日本(Japan),小组所处的国家
Nihonium[43] 日本的日语罗马字拼法之一
Rikenium[42] 理研(RIKEN),小组所处的研究所
Nishinanium[44] 仁科芳雄,日本物理学家
Becquerium 亨利·贝克勒,法国物理学家(此为俄罗斯提议的名字,原本是给110号元素的)

2016年6月8日,IUPAC宣布计划根据理化学研究所的建议将113号元素命名为“Nihonium”,符号为Nh。[45]此名称于2016年11月28日正式获得认可。[46]

此外,1908年,日本化学家小川正孝日语小川正孝宣布发现了第43号元素,并将其命名为“Nipponium”(Np),以纪念其本国日本(Nippon)。然而,后来的分析则指出,他所发现的是75号元素,而非43(即)。[47]

中文名称[编辑]

Nihonium的简体中文命名

此元素刚开始被译为,因为此元素的命名来源自日本的国家名称,但是因为此名称违反以西方读音作为元素中文名称的习惯,因此并没有被采用,而由于这名称已经给了41号元素,所以有人提议以第二个音节来命名,命名为𬭎(类似元素的情况),但是由于中文名称大多数都使用第一个音节,所以这个提议也没有被采用。2017年1月15日,中华人民共和国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,通过了将此元素命名为“”(读音同“你”)的方案。[48][49]

2017年4月5日,中华民国国家教育研究院的化学名词审译委员会审译修正通过之“化学元素一览表”将此元素命名为“鉨”,音同“你”。[50]

“鉨”字已收录在统一码汉字基本区中,码位为U+9268。该字有“络丝”、“络丝之具”两意,并兼为繁体字“niè”、“”的异体字。[51]其对应简化字“”,已于2018年6月5日正式加入统一码11.0中,码位为U+9FED。

同位素与核特性[编辑]

核合成[编辑]

能产生Z=113复核的目标、发射体组合[编辑]

下表列出各种可用以产生113号元素的目标、发射体组合。

目标 发射体 CN 结果
208Pb 71Ga 279Nh 尚未尝试
209Bi 70Zn 279Nh 反应成功
232Th 51V 283Nh 尚未尝试
238U 45Sc 283Nh 尚未尝试
237Np 48Ca 285Nh 反应成功
244Pu 41K 285Nh 尚未尝试
243Am 40Ar 283Nh 尚未尝试
248Cm 37Cl 285Nh 尚未尝试
249Bk 36S 285Nh 尚未尝试
249Cf 31P 280Nh 尚未尝试

冷聚变[编辑]

209Bi(70Zn,xn)279-xNh (x=1)[编辑]

德国重离子研究所小组在1998年首次尝试合成,使用了以上的冷聚变反应。在两次实验中,他们均没有发现任何原子,计算出的截面为900 fb[52]他们在2003年重复进行实验,并将截面下降至400 fb。[52]2003年末,日本理研小组利用充气反冲核分离器进行了以上反应,截面达到140 fb。2003年12月至2004年8月,他们进行了长度为8个月的离子辐射,并把敏感度提高到51 fb。这时他们探测到一个278Nh原子。[36]在2005年,他们几次重复实验,并再发现一个原子。经过计算,两个原子的截面为有记录以来最低的31 fb。2006年重复的实验并未发现更多的原子,因此目前的产量值只有23 fb。

热聚变[编辑]

237Np(48Ca,xn)285-xNh (x=3)[编辑]

2006年6月,美俄合作小组通过237Np和48Ca间的热聚变反应直接合成了。实验发现了两个282Nh原子,截面为900 fb。[53]

作为衰变产物[编辑]

科学家也曾在的衰变产物中探测到

同位素发现时序[编辑]

同位素 发现年份 核反应
278Nh 2004年 209Bi(70Zn,n) [36]
279Nh 未知
280Nh 未知
281Nh 未知
282Nh 2006年 237Np(48Ca,3n)[53]
283Nh 2003年 243Am(48Ca,4n)[34]
284Nh 2003年 243Am(48Ca,3n)[34]
285Nh 2009年 249Bk(48Ca,4n)[54]
286Nh 2009年 249Bk(48Ca,3n)[54]

同位素产量[编辑]

下表列出直接合成的核聚变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
70Zn 209Bi 279Nh 23 fb

热聚变[编辑]

发射体 目标 CN 3n 4n 5n
48Ca 237Np 285Nh 0.9 pb, 39.1 MeV [53]

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。

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
209Bi 70Zn 279Nh 1n (278113) 30 fb DNS [55]
237Np 48Ca 285Nh 3n (282113) 0.4 pb DNS [56]

化学属性[编辑]

推算的化学属性[编辑]

氧化态[编辑]

预计将为7p系第1个元素,并是元素周期表中13 (IIIA)族最重的成员,位于之下。这一族的氧化态为+III,但由于相对论,7s轨道的稳定性会造成惰性电子对效应,因此它只形成稳定的+I态,Nh+/Nh的标准电极电势更高,预测达到 0.6 V,就如惰性的金属,难以形成稳定的化学键,与铑和钌一样不易发生反应[57]

化学特性[编辑]

的化学特性能从的特性中推算出来。因此,它应该会形成Nh2O、NhF、NhCl、NhBr和NhI。但如果能达到+III态,则应只能形成Nh2O3和NhF3。7p轨道的自旋-轨道分离可能会使−1态也较稳定,类似于Au(−1)(金化物)。

参见[编辑]

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[5]或112。[6]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。)[7](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[8]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。[9]
  3. ^ 这个值也标志着普遍接受的复合原子核寿命上限。[16]
  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。[18]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。[19]
  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。[23]
  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。[24]2018年,LBNL首次直接测量了超重原子核的质量,[25]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)。[26]
  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。[27]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。[28]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。[16]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。[28]
  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。[29]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。[30]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。[30] 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[31]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)。[32]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。[32]但由于其广泛使用,“nobelium”这个名称仍然保持不变。[33]

参考资料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Haire, Richard G. Transactinides and the future elements. Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (编). 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, Glenn T. transuranium element (chemical element). Encyclopædia Britannica. ca. 2006 [2010-03-16]. (原始内容存档于2010-11-30). 
  3. ^ Royal Society of Chemistry. Ununtrium. [19 December 2012]. (原始内容存档于2013-01-23). 
  4. ^ Wakhle, A.; Simenel, C.; Hinde, D. J.; 等. Simenel, C.; Gomes, P. R. S.; Hinde, D. J.; 等 , 编. Comparing Experimental and Theoretical Quasifission Mass Angle Distributions. European Physical Journal Web of Conferences. 2015, 86: 00061. ISSN 2100-014X. doi:10.1051/epjconf/20158600061可免费查阅. 
  5. ^ Krämer, K. Explainer: superheavy elements. Chemistry World. 2016 [2020-03-15] (英语). 
  6. ^ Discovery of Elements 113 and 115. Lawrence Livermore National Laboratory. [2020-03-15]. (原始内容存档于2015-09-11). 
  7. ^ Eliav, E.; Kaldor, U.; Borschevsky, A. Electronic Structure of the Transactinide Atoms. Scott, R. A. (编). Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry. John Wiley & Sons: 1–16. 2018. ISBN 978-1-119-95143-8. doi:10.1002/9781119951438.eibc2632 (英语). 
  8. ^ Oganessian, Yu. Ts.; Dmitriev, S. N.; Yeremin, A. V.; 等. Attempt to produce the isotopes of element 108 in the fusion reaction 136Xe + 136Xe. Physical Review C. 2009, 79 (2): 024608. ISSN 0556-2813. doi:10.1103/PhysRevC.79.024608 (英语). 
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外部链接[编辑]