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Ubu

Unbiunium（化學符號為Ubu）是一種尚未被發現的化學元素，原子序數是121。直到這個元素被發現、確認並確定了永久名稱之前，Unbiunium和Ubu分別為這個元素的暫時系統命名和化學符號。Ubu是第8週期的第三個元素，預測是擴展元素周期表中第一個位於g區的元素，位居第8週期的新元素系列超錒系元素之首。該元素可能處於理論上的超重元素穩定島之中。

Ubu 121Ubu
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）
Uue（預測為鹼金屬） Ubn（預測為鹼土金屬）
143 Uqt（化學性質未知） 144 Uqq（化學性質未知） 145 Uqp（化學性質未知） 146 Uqh（化學性質未知） 147 Uqs（化學性質未知） 148 Uqo（化學性質未知） 149 Uqe（化學性質未知） 150 Upn（化學性質未知） 151 Upu（化學性質未知） 152 Upb（化學性質未知） 153 Upt（化學性質未知） 154 Upq（化學性質未知） 155 Upp（化學性質未知） 156 Uph（化學性質未知） 157 Ups（化學性質未知） 158 Upo（化學性質未知） 159 Upe（化學性質未知） 160 Uhn（化學性質未知） 161 Uhu（化學性質未知） 162 Uhb（化學性質未知） 163 Uht（化學性質未知） 164 Uhq（化學性質未知） 165 Uhp（化學性質未知） 166 Uhh（化學性質未知） 167 Uhs（化學性質未知） 168 Uho（化學性質未知） 169 Uhe（化學性質未知） 170 Usn（化學性質未知） 171 Usu（化學性質未知） 172 Usb（化學性質未知）
121 Ubu（化學性質未知） 122 Ubb（化學性質未知） 123 Ubt（化學性質未知） 124 Ubq（化學性質未知） 125 Ubp（化學性質未知） 126 Ubh（化學性質未知） 127 Ubs（化學性質未知） 128 Ubo（化學性質未知） 129 Ube（化學性質未知） 130 Utn（化學性質未知） 131 Utu（化學性質未知） 132 Utb（化學性質未知） 133 Utt（化學性質未知） 134 Utq（化學性質未知） 135 Utp（化學性質未知） 136 Uth（化學性質未知） 137 Uts（化學性質未知） 138 Uto（化學性質未知） 139 Ute（化學性質未知） 140 Uqn（化學性質未知） 141 Uqu（化學性質未知） 142 Uqb（化學性質未知）
※註：119號及以後的元素並無公認的排位，上表
之排位是從理論計算的電子排布推論而得的一種
-
↑
Ubu
↓
(Usu)
Ubn ← Ubu → Ubb
概況
名稱·符號·序數Unbiunium·Ubu·121
元素類別未知
可能為超錒系元素
族·週期·區不適用·8·g
標準原子質量未知
電子排布[Og] 8s2 8p1
（預測[1]）
2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, 3
（預測）
Ubu的電子層（2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, 3 （預測））
Ubu的電子層（2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, 3
（預測））
物理性質
物態固體（預測）
原子性質
氧化態1,3（預測）[1][2]
電離能第一：429.4（預測）[1] kJ·mol−1

Ubu至今為止尚未被合成，預計其可能是當前技術所能合成的最後幾個元素之一。Ubu的合成難度可能比所有已發現的人造元素都來得高，也比119號和120號元素更加難以合成。日本理化學研究所和俄羅斯杜布納聯合原子核研究所的團隊皆表示，在合成119號和120號元素的實驗結束後，他們計劃在未來嘗試合成121號元素。

Ubu在元素週期表中的位置表明它會與鑭和錒具有相似的性質。不過，相對論效應可能會導致Ubu的某些性質與直接用元素周期律推測的性質不同。例如：Ubu的價電子組態預計為s2p，而不是鑭和錒的s2d或依據馬德隆規則所推測的s2g組態，但預計這不會對其化學性質有太大影響。另一方面，預計其第一電離能將會顯著降低，大大超越依元素週期性預測的程度。

概論

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這個部分摘自：超重元素 § 概論[編輯]

超重元素的合成

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核融合反應的圖示。兩個原子核融合成一個，並發射出一個中子。在這一刻，這個反應和用來創造新元素的反應是相似的，唯一可能的區別是它有時會釋放幾個中子，或者根本不釋放中子。
外部影片連結
  基於澳大利亞國立大學的計算，核聚變未成功的可視化[3]

超重元素[a]的原子核是在兩個不同大小的原子核[b]的聚變中產生的。粗略地說，兩個原子核的質量之差越大，兩者就越有可能發生反應。[9]由較重原子核組成的物質會作為靶子，被較輕原子核的粒子束轟擊。兩個原子核只能在距離足夠近的時候，才能聚變成一個原子核。原子核都帶正電荷，會因為靜電排斥力而相互排斥，所以只有兩個原子核的距離足夠短時，強核力才能克服這個排斥力並發生聚變。粒子束因此被粒子加速器大大加速，以使這種排斥力與粒子束的速度相比變得微不足道。[10]施加到粒子束上以加速它們的能量可以使它們的速度達到光速的十分之一。但是，如果施加太多能量，粒子束可能會分崩離析。[10]

不過，只是靠得足夠近不足以使兩個原子核聚變：當兩個原子核逼近彼此時，它們通常會融為一體約10−20秒，之後再分開（分開後的原子核不需要和先前相撞的原子核相同），而非形成單一的原子核。[10][11]這是因為在嘗試形成單個原子核的過程中，靜電排斥力會撕開正在形成的原子核。[10]每一對目標和粒子束的特徵在於其截面，即兩個原子核彼此接近時發生聚變的概率。[c]這種聚變是量子效應的結果，其中原子核可通過量子穿隧效應克服靜電排斥力。如果兩個原子核可以在該階段之後保持靠近，則多個核相互作用會導致能量的重新分配和平衡。[10]

兩個原子核聚變產生的原子核處於非常不穩定，[10]被稱為複合原子核（英語：compound nucleus）的激發態。[13]複合原子核為了達到更穩定的狀態，可能會直接裂變，[14]或是放出一些中子來帶走激發能量。如果激發能量太小，無法放出中子，複合原子核就會放出γ射線來帶走激發能量。這個過程會在原子核碰撞後的10−16秒發生，並創造出更穩定的原子核。[14]原子核只有在10−14秒內不衰變，IUPAC/IUPAP聯合工作小組才會認為它是化學元素。這個值大約是原子核得到它的外層電子，顯示其化學性質所需的時間。[15][d]

衰變和探測

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粒子束穿過目標後，會到達下一個腔室——分離室。如果反應產生了新的原子核，它就會存在於這個粒子束中。[17]在分離室中，新的原子核會從其它核素（原本的粒子束和其它反應產物）中分離，[e]到達半導體探測器（英語：Semiconductor detector）後停止。這時標記撞擊探測器的確切位置、能量和到達時間。[17]這個轉移需要10−6秒的時間，因此原子核需要存在這麼長的時間才能被檢測到。[20]若衰變發生，衰變的原子核被再次記錄，並測量位置、衰變能量和衰變時間。[17]

原子核的穩定性源自於強核力，但強核力的作用距離很短，隨着原子核越來越大，強核力對最外層的核子（質子和中子）的影響減弱。同時，原子核會被質子之間，範圍不受限制的靜電排斥力撕裂。[21]強核力提供的核結合能以線性增長，而靜電排斥力則以原子序數的平方增長。後者增長更快，對重元素和超重元素而言變得越來越重要。[22][23]超重元素理論預測[24]及實際觀測到[25]的主要衰變方式，即α衰變和自發裂變都是這種排斥引起的。[f]幾乎所有會α衰變的核素都有超過210個核子，[27]而主要通過自發裂變衰變的最輕核素有238個核子。[25]有限位勢壘在這兩種衰變方式中抑制了原子核衰變，但原子核可以隧穿這個勢壘，發生衰變。[22][23]

 
基於在杜布納聯合原子核研究所中設置的杜布納充氣反衝分離器，用於產生超重元素的裝置方案。在檢測器和光束聚焦裝置內的軌跡會因為前者的磁偶極（英語：Magnetic dipole）和後者的四極磁體（英語：Quadrupole magnet）而改變。[28]

放射性衰變中常產生α粒子是因為α粒子中的核子平均質量足夠小，足以使α粒子有多餘能量離開原子核。[29]自發裂變則是由靜電排斥力將原子核撕裂而致，會產生各種不同的產物。[23]隨着原子序數增加，自發裂變迅速變得重要：自發裂變的部分半衰期從92號元素鈾到102號元素鍩下降了23個數量級，[30]從90號元素釷到100號元素鐨下降了30個數量級。[31]早期的液滴模型因此表明有約280個核子的原子核的裂變勢壘（英語：Fission barrier）會消失，因此自發裂變會立即發生。[23][32]之後的核殼層模型表明有大約300個核子的原子核將形成一個穩定島，其中的原子核不易發生自發裂變，而是會發生半衰期更長的α衰變。[23][32]隨後的發現表明預測存在的穩定島可能比原先預期的更遠，還發現長壽命錒系元素和穩定島之間的原子核發生變形，獲得額外的穩定性。[33]對較輕的超重核素[34]以及那些更接近穩定島的核素[30]的實驗發現它們比先前預期的更難發生自發裂變，表明核殼層效應變得重要。[g]

α衰變由發射出去的α粒子記錄，在原子核衰變之前就能確定衰變產物。如果α衰變或連續的α衰變產生了已知的原子核，則可以很容易地確定反應的原始產物。[h]因為連續的α衰變都會在同一個地方發生，所以通過確定衰變發生的位置，可以確定衰變彼此相關。[17]已知的原子核可以通過它經歷的衰變的特定特徵來識別，例如衰變能量（或更具體地說，發射粒子的動能）。[i]然而，自發裂變會產生各種分裂產物，因此無法從其分裂產物確定原始核素。[j]

嘗試合成超重元素的物理學家可以獲得的信息是探測器收集到的信息，即原子核到達探測器的位置、能量、時間以及它衰變的信息。他們分析這些數據並試圖得出結論，確認它確實是由新元素引起的。如果提供的數據不足以得出創造出來的核素確實是新元素的結論，且對觀察到的現象沒有其它解釋，就可能在解釋數據時出現錯誤。[k]

合成方式

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達到Z=121複核的元素組合
目標 發射體 CN 結果
238Pu 62Co 300Ubu 尚未嘗試
208Pb 89Y 297Ubu 尚未嘗試
232Th 71Ga 303Ubu 尚未嘗試
238U 65Cu 303Ubu 尚未嘗試
237Np 64Ni 301Ubu 尚未嘗試
244Pu 59Co 303Ubu 尚未嘗試
243Am 58Fe 301Ubu 尚未嘗試
248Cm 55Mn 303Ubu 尚未嘗試
249Bk 54Cr 303Ubu 尚未嘗試
249Cf 51V 300Ubu 尚未嘗試
254Es 50Ti 304Ubu 尚未嘗試

注釋

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  1. ^ 在核物理學中，原子序高的元素可稱為重元素，如82號元素鉛。超重元素通常指原子序大於103（也有大於100[4]或112[5]的定義）的元素。有定義認為超重元素等同於錒系後元素，因此認為還未發現的超錒系元素不是超重元素。[6]
  2. ^ 2009年，由尤里·奧加涅相引領的團隊發表了他們嘗試通過對稱的136Xe + 136Xe反應合成𨭆的結果。他們未能在這個反應中觀察到單個原子，因此設置截面，即發生核反應的概率的上限為2.5 pb。[7]作為比較，發現𨭆的反應208Pb + 58Fe的截面為19+19
    -11     pb。[8]
  3. ^ 施加到粒子束以加速它的能量也會影響截面。舉個例子，在28
    14    Si
     + 1
    0    n
     → 28
    13    Al
     + 1
    1    p
    反應中，截面會從12.3 MeV的370 mb變化成18.3 MeV的160 mb，最高值是13.5 MeV的380 mb。[12]
  4. ^ 這個值也是普遍接受的複合原子核壽命上限。[16]
  5. ^ 分離基於產生的原子核會比未反應的粒子束更慢地通過目標這一點。分離器中包含電場和磁場，它們對運動粒子的影響會因粒子的特定速度而被抵消。[18]飛行時間質譜法（英語：Time-of-flight mass spectrometry）和反衝能量的測量也有助於分離，兩者結合可以估計原子核的質量。[19]
  6. ^ 不是所有放射性衰變都是因為靜電排斥力導致的，β衰變便是弱核力導致的。[26]
  7. ^ 早在1960年代，人們就已經知道原子核的基態在能量和形狀上的不同，也知道核子數為幻數時，原子核就會更穩定。然而，當時人們假設超重元素的原子核因為過於畸形，無法形成核子結構。[30]
  8. ^ 超重元素的原子核的質量通常無法直接測量，所以是根據另一個原子核的質量間接計算得出的。[35]2018年，勞倫斯伯克利國家實驗室首次直接測量了超重原子核的質量，[36]它的質量是根據轉移後原子核的位置確定的（位置有助於確定其軌跡，這與原子核的質荷比有關，因為轉移是在有磁鐵的情況下完成的）。[37]
  9. ^ 如果在真空中發生衰變，那麼由於孤立系統在衰變前後的總動量必須保持守恆，衰變產物也將獲得很小的速度。這兩個速度的比值以及相應的動能比值與兩個質量的比值成反比。衰變能量等於α粒子和衰變產物的已知動能之和。[27]這些計算也適用於實驗，但不同之處在於原子核在衰變後不會移動，因為它與探測器相連。
  10. ^ 自發裂變是由蘇聯科學家格奧爾基·弗廖羅夫發現的，[38]而他也是杜布納聯合原子核研究所的科學家，所以自發裂變就成了杜布納聯合原子核研究所經常討論的課題。[39]勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家認為自發裂變的信息不足以聲稱合成元素，他們認為對自發裂變的研究還不夠充分，無法將其用於識別新元素，因為很難確定複合原子核是不是僅噴射中子，而不是質子或α粒子等帶電粒子。[16]因此，他們更喜歡通過連續的α衰變將新的同位素與已知的同位素聯繫起來。[38]
  11. ^ 舉個例子，1957年，瑞典斯德哥爾摩省斯德哥爾摩的諾貝爾物理研究所錯誤鑑定102號元素。[40]早先沒有關於該元素發現的明確聲明，所以瑞典、美國、英國發現者將其命名為nobelium。後來證明該鑑定是錯誤的。[41]次年，勞倫斯伯克利國家實驗室無法重現瑞典的結果。他們宣布合成了該元素，但後來也被駁回。[41]杜布納聯合原子核研究所堅持認為他們第一個發現該元素，並建議把新元素命名為joliotium，[42]而這個名稱也沒有被接受（他們後來認為102號元素的命名是倉促的）。[43]由於nobelium這個名稱在三十年間已被廣泛使用，因此沒有更名。[44]

參考資料

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參考書目

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外部連結

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