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𫓧

原子序数为114的化学元素
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𫓧（fū）[6][7]（英语：Flerovium[8][9]），是一种人工合成的化学元素，其化学符号为Fl，原子序数为114。𫓧是一种放射性极强的超重元素，所有同位素的半衰期都很短，非常不稳定。𫓧不出现在自然界中，只能在实验室内以粒子加速器反应生成。𫓧于1999年由俄罗斯杜布纳联合原子核研究所（JINR）的研究团队用钙（48Ca）离子撞击钚而发现，其名称得自苏联原子物理学家格奥尔基·弗廖罗夫。

𫓧 114Fl
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）
铅
↑
𫓧
↓
(Uhq)
鿭 ← 𫓧 → 镆
概况
名称·符号·序数𫓧（Flerovium）·Fl·114
元素类别贫金属
族·周期·区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）
<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：⿰钅夫 &#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。">𫓧</span>的电子层（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
发现联合核研究所及劳伦斯利福摩尔国家实验室（1999年）
物理性质
物态液体（预测）[2]
密度（接近室温）
11.4±0.3（预测）[2] g·cm−3
熔点284±50 K，11±50 °C，52±90 °F（预测[2]）
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
第二：1600（预测）[3] kJ·mol−1
原子半径160（估值）[1] pm
共价半径143（估值）[4] pm
杂项
CAS号54085-16-4
同位素
主条目：𫓧的同位素
同位素 丰度 半衰期​（t1/2） 衰变
方式 能量​（MeV） 产物
287Fl[5] 人造 360 毫秒 α 10.16 283Cn
288Fl 人造 653 毫秒 α 10.076 284Cn
289Fl 人造 2.1 秒 α 9.95 285Cn

在元素周期表中，𫓧是位于p区的锕系后元素，属于第7周期、第14族（碳族），是已知最重的碳族成员。但2007年进行的初步化学实验指出，𫓧具有出乎意料的高挥发性，性质和同族的铅非常不同。[10]在初步实验中，𫓧甚至似乎表现出与稀有气体相似的性质。[11]更近期的实验结果显示，𫓧与金的化学反应与鿔相似，表明𫓧是一种极易挥发的元素，在标准状况下甚至可能是气态的。实验中𫓧也表现出其金属性，符合铅的较重同族元素的属性，且是第14族中反应活性最低的金属。截至2022年，科学家对𫓧的性质到底更像金属还是稀有气体的问题仍未有定论。

𫓧有284Fl～289Fl共6种同位素，其中最长寿的𫓧同位素为𫓧-289，半衰期约为2.1秒。未经证实的同位素𫓧-290可能具有更长的半衰期，为19秒。科学家预计𫓧位于理论上的稳定岛的中心附近，并且预测更重的未发现同位素，尤其是核子数为双重幻数的𫓧-298，可能具有更长的半衰期。

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[12]

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。[18]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。[19]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。[19]

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。[19][20]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。[19]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。[19]

两个原子核聚变产生的原子核处于非常不稳定，[19]被称为复合原子核（英语：compound nucleus）的激发态。[22]复合原子核为了达到更稳定的状态，可能会直接裂变，[23]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。[23]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。[24][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。[26]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。[26]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。[29]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。[26]

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。[30]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。[31][32]超重元素理论预测[33]及实际观测到[34]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，[36]而主要通过自发裂变衰变的最轻核素有238个核子。[34]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。[31][32]

 
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。[37]

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。[38]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。[32]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，[39]从90号元素钍到100号元素镄下降了30个数量级。[40]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。[32][41]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。[32][41]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。[42]对较轻的超重核素[43]以及那些更接近稳定岛的核素[39]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。[26]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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发现

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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。[54]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。[55]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。[56]

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。[57]

 

2009年5月，IUPAC的联合工作组发布鿔的发现报告，其中提到283Cn的发现。[58]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。[59]

命名

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Flerovium（Fl）是IUPAC在2012年5月30日正式采用的，以纪念苏联原子物理学家格奥尔基·弗廖罗夫[60]。此前根据IUPAC元素系统命名法所产生的临时名称为Ununquadium（Uuq）[61]。科学家通常称之为“元素114”（或E114）。

中文命名

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2012年6月2日，中华民国国家教育研究院的化学名词审译委员会暂定以鈇作为该元素的中文名称。[6] 2013年7月，中华人民共和国全国科学技术名词审定委员会通过以𫓧（读音同“夫”）为中文定名。[7][62]

未来的实验

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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：

 

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

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主条目：𫓧的同位素

目前已知的𫓧同位素共有6个，质量数分别为284-289，此外𫓧-289还有已知但未确认的亚稳态。𫓧的同位素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𫓧-289，半衰期约1.9秒，也是目前发现最重的𫓧同位素。未经证实的同位素𫓧-290可能具有更长的半衰期，为19秒。除了𫓧-289外，其他半衰期较长的同位素还有𫓧-289m（未经证实），半衰期为1.1秒，其余较轻同位素的半衰期都在1秒以下。

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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𫓧预计属于7p系，并是元素周期表中14 (IVA)族最重的成员，位于铅之下。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。锡的+II和+IV态强度相近。铅的+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

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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稀有气体氡更接近。[11][已过时]

实验化学

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原子气态

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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鿔的化学特性。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金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稀有气体的特性。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稀有气体。[63]

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[13]或112[14]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。[15]
  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。[16]作为比较，发现𬭶的反应208Pb + 58Fe的截面为19+19
    -11     pb。[17]
  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。[21]
  4. ^ 这个值也是普遍接受的复合原子核寿命上限。[25]
  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。[27]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。[28]
  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。[35]
  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。[39]
  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。[44]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，[45]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）。[46]
  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。[36]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，[47]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。[48]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。[25]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。[47]
  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。[49]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。[50]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。[50]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，[51]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）。[52]由于nobelium这个名称在三十年间已被广泛使用，因此没有更名。[53]

参考资料

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  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Florez, Edison; Smits, Odile R.; Mewes, Jan-Michael; Jerabek, Paul; Schwerdtfeger, Peter. From the gas phase to the solid state: The chemical bonding in the superheavy element flerovium. The Journal of Chemical Physics. 2022, 157. doi:10.1063/5.0097642. 
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参考书目

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外部链接

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