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鿭

原子序数为113的化学元素
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鿭（nǐ）（英语：Nihonium），是一种人工合成的化学元素，其化学符号为Nh，原子序数为113。鿭是一种放射性极强的超重元素及锕系后元素，所有同位素的半衰期都很短，非常不稳定，其最长寿的已知同位素是鿭-286，半衰期约10秒。在元素周期表中，鿭位于p区，是第7周期、第13族（硼族）的成员。

鿭 113Nh
氢（非金属） 氦（稀有气体）
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（稀有气体）
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（稀有气体）
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（稀有气体）
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（稀有气体）
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（稀有气体）
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） 鿔（过渡金属） 鿭（预测为贫金属） 𫓧（贫金属） 镆（预测为贫金属） 𫟷（预测为贫金属） 鿬（预测为卤素） 鿫（预测为稀有气体）
铊
↑
鿭
↓
(Uht)
鿔 ← 鿭 → 𫓧
概况
名称·符号·序数鿭（Nihonium）·Nh·113
元素类别未知
可能为贫金属
族·周期·区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;FZSongS-Extended&#039;, &#039;FZSongS-Extended(SIP)&#039;, &#039;WenQuanYi Zen Hei Mono&#039;, &#039;BabelStone Han&#039;, &#039;HanaMinB&#039;, &#039;FZSong-Extended&#039;, &#039;Arial Unicode MS&#039;, Code2002, DFSongStd, &#039;STHeiti SC&#039;, unifont, SimSun-ExtB, TH-Tshyn-P0, TH-Tshyn-P1, TH-Tshyn-P2, Jigmo3, Jigmo2, Jigmo, ZhongHuaSongPlane15, ZhongHuaSongPlane02, ZhongHuaSongPlane00, &#039;Plangothic P1&#039;, &#039;Plangothic P2&#039;;" 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））
鿭的电子层（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
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
同位素
主条目：鿭的同位素
同位素 丰度 半衰期​（t1/2） 衰变
方式 能量​（MeV） 产物
284Nh 人造 0.97 秒 α 10.28 280Rg
285Nh 人造 4.6 秒 α 10.01 281Rg
286Nh 人造 12 秒 α 9.79 282Rg

2003年，由俄罗斯与美国联合组成的研究团队在俄罗斯杜布纳联合原子核研究所（Joint Institute for Nuclear Research, JINR）首次探测到113号元素；2004年日本埼玉县和光市的理化学研究所（理研）科学家团队也有同样发现。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团队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，因为他们判断理研已经证明其比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（汉字：日本/平假名：にほん/罗马字：nihon）。

目前科学家对鿭元素所知甚少，因为它产量稀少，且在合成出的几秒钟内就会衰变成其他同位素，目前已知寿命最长的鿭同位素半衰期为9.5秒。虽然鿭同位素寿命短暂，但仍比预计的要长得多。包括鿭在内的一些超重核素的寿命异常地长，原因可由稳定岛理论解释：随着中子数的增加，越重的鿭同位素越接近理论上的“稳定岛”，半衰期也从几毫秒渐增到几秒。

根据计算，鿭应该具有与其同族元素硼、铝、镓、铟和铊相似的性质。除硼之外的所有13族元素都是后过渡金属（贫金属），而科学家预期鿭也是后过渡金属。但计算也显示出鿭和其同族元素有几个主要差异；例如鿭在+1氧化态下应比+3态更稳定，就像铊一样，但在+1态，鿭应该表现得更像银和砹，而不是铊。2017年的初步实验表明，鿭元素的挥发性并不大，其大部分化学性质目前尚未明了。

概论

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这个部分摘自：超重元素 § 概论[编辑]

超重元素的合成

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核聚变反应的图示。两个原子核融合成一个，并发射出一个中子。这个反应和用来创造新元素的反应相似，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
  基于澳大利亚国立大学的计算，核聚变未成功的可视化[4]

超重元素[a]的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，两者就越有可能发生反应。[10]由较重原子核组成的物质会作为靶子，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，才能聚变成一个原子核。原子核都带正电荷，会因为静电排斥力而相互排斥，所以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并发生聚变。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]施加到粒子束上以加速它们的能量可以使它们的速度达到光速的十分之一。但是，如果施加太多能量，粒子束可能会分崩离析。[11]

不过，只是靠得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，它们通常会融为一体约10−20秒，之后再分开（分开后的原子核不需要和先前相撞的原子核相同），而非形成单一的原子核。[11][12]这是因为在尝试形成单个原子核的过程中，静电排斥力会撕开正在形成的原子核。[11]每一对目标和粒子束的特征在于其截面，即两个原子核彼此接近时发生聚变的概率。[c]这种聚变是量子效应的结果，其中原子核可通过量子穿隧效应克服静电排斥力。如果两个原子核可以在该阶段之后保持靠近，则多个核相互作用会导致能量的重新分配和平衡。[11]

两个原子核聚变产生的原子核处于非常不稳定，[11]被称为复合原子核（英语：compound nucleus）的激发态。[14]复合原子核为了达到更稳定的状态，可能会直接裂变，[15]或是放出一些中子来带走激发能量。如果激发能量太小，无法放出中子，复合原子核就会放出γ射线来带走激发能量。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。[15]原子核只有在10−14秒内不衰变，IUPAC/IUPAP联合工作小组才会认为它是化学元素。这个值大约是原子核得到它的外层电子，显示其化学性质所需的时间。[16][d]

衰变和探测

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粒子束穿过目标后，会到达下一个腔室——分离室。如果反应产生了新的原子核，它就会存在于这个粒子束中。[18]在分离室中，新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，[e]到达半导体探测器（英语：Semiconductor detector）后停止。这时标记撞击探测器的确切位置、能量和到达时间。[18]这个转移需要10−6秒的时间，因此原子核需要存在这么长的时间才能被检测到。[21]若衰变发生，衰变的原子核被再次记录，并测量位置、衰变能量和衰变时间。[18]

原子核的稳定性源自于强核力，但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。[22]强核力提供的核结合能以线性增长，而静电排斥力则以原子序数的平方增长。后者增长更快，对重元素和超重元素而言变得越来越重要。[23][24]超重元素理论预测[25]及实际观测到[26]的主要衰变方式，即α衰变和自发裂变都是这种排斥引起的。[f]几乎所有会α衰变的核素都有超过210个核子，[28]而主要通过自发裂变衰变的最轻核素有238个核子。[26]有限位势垒在这两种衰变方式中抑制了原子核衰变，但原子核可以隧穿这个势垒，发生衰变。[23][24]

 
基于在杜布纳联合原子核研究所中设置的杜布纳充气反冲分离器，用于产生超重元素的装置方案。在检测器和光束聚焦装置内的轨迹会因为前者的磁偶极（英语：Magnetic dipole）和后者的四极磁体（英语：Quadrupole magnet）而改变。[29]

放射性衰变中常产生α粒子是因为α粒子中的核子平均质量足够小，足以使α粒子有多余能量离开原子核。[30]自发裂变则是由静电排斥力将原子核撕裂而致，会产生各种不同的产物。[24]随着原子序数增加，自发裂变迅速变得重要：自发裂变的部分半衰期从92号元素铀到102号元素锘下降了23个数量级，[31]从90号元素钍到100号元素镄下降了30个数量级。[32]早期的液滴模型因此表明有约280个核子的原子核的裂变势垒（英语：Fission barrier）会消失，因此自发裂变会立即发生。[24][33]之后的核壳层模型表明有大约300个核子的原子核将形成一个稳定岛，其中的原子核不易发生自发裂变，而是会发生半衰期更长的α衰变。[24][33]随后的研究发现预测存在的稳定岛可能比原先预期的更远，还发现长寿命锕系元素和稳定岛之间的原子核发生变形，获得额外的稳定性。[34]对较轻的超重核素[35]以及那些更接近稳定岛的核素[31]的实验发现它们比先前预期的更难发生自发裂变，表明核壳层效应变得重要。[g]

α衰变由发射出去的α粒子记录，在原子核衰变之前就能确定衰变产物。如果α衰变或连续的α衰变产生了已知的原子核，则可以很容易地确定反应的原始产物。[h]因为连续的α衰变都会在同一个地方发生，所以通过确定衰变发生的位置，可以确定衰变彼此相关。[18]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）。[i]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。[j]

尝试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，即原子核到达探测器的位置、能量、时间以及它衰变的信息。他们分析这些数据并试图得出结论，确认它确实是由新元素引起的。如果提供的数据不足以得出创造出来的核素确实是新元素的结论，且对观察到的现象没有其它解释，就可能在解释数据时出现错误。[k]

历史

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2016年森田浩介召开记者会，宣布Nh（鿭）元素命名成功

发现

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2003年8月，科学家在镆的衰变产物中首次探测到鿭。2004年2月1日，一个由俄罗斯杜布纳联合核研究所和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。[46][47]

 

2004年7月23日，日本理化学研究所（理研；RIKEN）的森田浩介使用209Bi和70Zn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。[48]

 

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日又合成了一个鿭原子，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，进一步证实了鿭的发现。鿭的α衰变链半衰期与实验数据相符。[49]

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锌和铋原子相互碰撞。[50]

2015年12月，IUPAC和IUPAP宣布承认113号元素，并赋予日本理研优先命名权。[51]

命名

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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

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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。[52]

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[53]，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[54][53] 日本（Japan），小组所处的国家
Nihonium[55] 日本的日语罗马字拼法之一
Rikenium[54] 理研（RIKEN），小组所处的研究所
Nishinanium[56] 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。[57]此名称于2016年11月28日正式获得认可。[58]

此外，日本化学家小川正孝（日语：小川正孝）曾于1908年宣布发现了第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，他所发现的是和43号元素同族的75号元素（即铼），而43号元素锝则在1936年被人工合成出。[59]

中文名称

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Nihonium的简体中文命名

此元素刚开始被译为鈤，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，而由于铌这名称已经给了41号元素，所以有人提议以第二个音节来命名，命名为𬭎（类似钪元素的情况），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“鿭”（读音同“你”）的方案。[60][61]

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（nǐ）”。[62]

“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“鑷（niè）”、“璽（xǐ）”的异体字。[63]其对应简化字“鿭”，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

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主条目：鿭的同位素
鿭的同位素列表
同位素 半衰期[l] 衰变方式 发现年份 发现方法
数值 来源
278Nh 2.3 ms [26] α 2004年 209Bi(70Zn,n)
282Nh 61 ms [64] α 2006年 237Np(48Ca,3n)
283Nh 123 ms [64] α 2004年 287Mc(—,α)
284Nh 0.90 s [64] α, EC 2004年 288Mc(—,α)
285Nh 2.1 s [64] α, SF 2010年 289Mc(—,α)
286Nh 9.5 s [65] α 2010年 290Mc(—,α)
287Nh[m] 5.5 s [66] α 1999年 287Fl(e−,νe)
290Nh[m] 2 s [67] α 1998年 290Fl(e−,νe)

目前已知的鿭同位素共有6个，质量数分别为278和282-286，全部都具有极高的放射性，半衰期极短，非常不稳定，且较重的同位素大多比较轻的同位素来的稳定，因为它们更接近稳定岛的中心，其中最长寿的同位素为鿭-286，半衰期约8秒，也是目前发现最重的鿭同位素。其他半衰期超过一秒的同位素有鿭-285和未经证实的鿭-287及鿭-290。目前发现的鿭同位素都会发生α衰变形成𬬭的同位素[68]，但有迹象表明鿭-284也能通过电子捕获衰变成鿔-284。[69]

化学属性

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推算的化学属性

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氧化态

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鿭预计将为7p系第1个元素，并是元素周期表中13 (IIIA)族最重的成员，位于铊之下。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[70]。

化学特性

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鿭的化学特性能从铊的特性中推算出来。因此，它应该会形成Nh2O、NhF、NhCl、NhBr和NhI。但如果能达到+III态，鿭则应只能形成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

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注释

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  1. ^ 在核物理学中，原子序高的元素可称为重元素，如82号元素铅。超重元素通常指原子序大于103（也有大于100[5]或112[6]的定义）的元素。有定义认为超重元素等同于锕系后元素，因此认为还未发现的超锕系元素不是超重元素。[7]
  2. ^ 2009年，由尤里·奥加涅相引领的团队发表了他们尝试通过对称的136Xe + 136Xe反应合成𬭶的结果。他们未能在这个反应中观察到单个原子，因此设置截面，即发生核反应的概率的上限为2.5 pb。[8]作为比较，发现𬭶的反应208Pb + 58Fe的截面为19+19
    -11     pb。[9]
  3. ^ 施加到粒子束以加速它的能量也会影响截面。举个例子，在28
    14    Si
     + 1
    0    n
     → 28
    13    Al
     + 1
    1    p
    反应中，截面会从12.3 MeV的370 mb变化成18.3 MeV的160 mb，最高值是13.5 MeV的380 mb。[13]
  4. ^ 这个值也是普遍接受的复合原子核寿命上限。[17]
  5. ^ 分离基于产生的原子核会比未反应的粒子束更慢地通过目标这一点。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。[19]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分离，两者结合可以估计原子核的质量。[20]
  6. ^ 不是所有放射性衰变都是因为静电排斥力导致的，β衰变便是弱核力导致的。[27]
  7. ^ 早在1960年代，人们就已经知道原子核的基态在能量和形状上的不同，也知道核子数为幻数时，原子核就会更稳定。然而，当时人们假设超重元素的原子核因为过于畸形，无法形成核子结构。[31]
  8. ^ 超重元素的原子核的质量通常无法直接测量，所以是根据另一个原子核的质量间接计算得出的。[36]2018年，劳伦斯伯克利国家实验室首次直接测量了超重原子核的质量，[37]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）。[38]
  9. ^ 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。[28]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。
  10. ^ 自发裂变由苏联科学家格奥尔基·弗廖罗夫发现，[39]而他也是杜布纳联合原子核研究所的科学家，所以自发裂变就成了杜布纳联合原子核研究所经常讨论的课题。[40]劳伦斯伯克利国家实验室的科学家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。[17]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。[39]
  11. ^ 举个例子，1957年，瑞典斯德哥尔摩省斯德哥尔摩的诺贝尔物理研究所错误鉴定102号元素。[41]早先没有关于该元素发现的明确声明，所以瑞典、美国、英国发现者将其命名为nobelium。后来证明该鉴定是错误的。[42]次年，劳伦斯伯克利国家实验室无法重现瑞典的结果。他们宣布合成了该元素，但后来也被驳回。[42]杜布纳联合原子核研究所坚持认为他们第一个发现该元素，并建议把新元素命名为joliotium，[43]而这个名称也没有被接受（他们后来认为102号元素的命名是仓促的）。[44]由于nobelium这个名称在三十年间已被广泛使用，因此没有更名。[45]
  12. ^ 不同的来源会给出不同的数值，所以这里列出最新的数值。
  13. ^ 13.0 13.1 未确认的同位素

参考资料

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  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. 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）. 
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参考书目

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外部链接

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