𫟷[5][6](拼音:lì,注音:ㄌ丨ˋ,粤拼:lap6,音同“立”;英语:Livermorium),是一种放射性人工合成化学元素,其化学符号为Lv,原子序数为116。𫟷正式命名前的临时名称为Ununhexium(Uuh),即IUPAC元素系统命名法下的“116”。𫟷是极具放射性的元素,目前只有在实验室被制造出来,没有在自然中观察到的纪录。此元素是以美国的劳伦斯利佛摩国家实验室(英语:Lawrence Livermore National Laboratory)命名,该实验室与俄罗斯杜布纳的杜布纳联合原子核研究所合作,在公元2000至2006年之间的实验中发现了此元素。该实验室的名称中包含了它所在的城市的名称,即加利福尼亚州的利佛摩;而该城市是以场主兼地主罗伯特·利物莫(英语:Robert Livermore)命名。此元素的名称在2012年5月30日被IUPAC采用。[2]它有四种已知的同位素,质量数包含290至293,其中最稳定的是𫟷-293,它的半衰期约为60微秒。可能存在的第五种同位素(质量数为294)已被报告出来,但尚未被证实。[7]
𫟷是元素周期表中的p-区锕系后元素。它是第七周期的成员,且位于第16族,是最重的氧族元素,但它尚未被证实出表现得像是比氧族元素钋还重的同系物。计算已经得出它的一些性质与较轻的同系物(氧、硫、硒、碲、钋)相近,且为后过渡金属。但它与那些较轻的同系物也应有一些重大的不同。
科学家至今成功合成约30个原子。这些原子都是直接合成或是鿫衰变的产物。由于没有足够稳定的同位素,因此目前无法用实验来研究它的特性。
历史
失败的合成尝试
对116号元素的第一次搜寻,是由Ken Hulet与他的团队在1977年于劳伦斯利佛摩国家实验室(LLNL)执行,他们利用了248Cm与48Ca的反应,但当时侦测不到任何𫟷原子。[8]1978年,尤里·奥加涅相与他的团队也在杜布纳联合原子核研究所的Flerov Laboratory of Nuclear Reactions (FLNR)尝试做该反应,但也没有成功。1985年,柏克莱与Peter Armbruster在GSI的团队合作实验,实验结果也是否定的,该次实验中计算出的截面极限是10–100皮靶。然而,在杜布纳,与48Ca有关的反应持续在进行(48Ca已被证明在用natPb+48Ca的反应合成锘的实验中很有用)。1989年,超重元素分离器被开发出来。1990年,开始了靶材料的寻找及与LLNL的合作。1996年,开始生产更高强度的48Ca粒子束。1990年代,完成了灵敏度高出3个数量级的长期实验的准备。这些工作直接导致了有锕系元素靶与48Ca的反应中,元素112至118的新同位素的产生,也导致了元素周期表中最重的五个元素(𫓧、镆、𫟷、鿬、鿫)的发现。[9]
1995年,Sigurd Hofmann领导的国际团队在德国达姆施塔特的Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) 尝试合成116号元素。他们执行铅-208的靶与硒-82的入射粒子之间的辐射捕获反应。在反应之中,复合核以纯粹的伽马发射(不发射中子)而去激发。此反应并无侦测到116号元素的原子。[10]
发现
2000年7月19日,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248Cm目标,探测到𫟷原子的一次α衰变,能量为10.54 MeV。结果于2000年12月发布。[11]由于292Lv的衰变产物和已知的288Fl关联,因此这次衰变起初被认为源自292Lv。然而其后科学家把288Fl更正为289Fl,所以衰变来源292Lv也顺应更改到293Lv。他们于2001年4至5月进行了第二次实验,再发现两个𫟷原子。[12]
在同样的实验里,研究人员探测到𫓧的衰变,并将此次衰变活动指定到289Fl。[12]在重复进行相同的实验后,他们并没有观测到该衰变反应。这可能是来自𫟷的同核异能素293bLv的衰变,或是293aLv的一条较罕见的衰变支链。这须进行进一步研究才能确认。
研究团队在2005年4月至5月重复进行实验,并探测到8个𫟷原子。衰变数据证实所发现的同位素是293Lv。同时他们也通过4n通道第一次观测到292Lv。[13]
2009年5月,联合工作组在报告中指明,发现了的鿔同位素包括283Cn。[14]283Cn是291Lv的衰变产物,因此该报告意味着291Lv也被正式发现(见下)。
命名
原文名称
𫟷的原文名称Livermorium(Lv),是IUPAC在2012年5月30日正式命名的[16]。之前IUPAC根据系统命名法将之命名为Ununhexium(Uuh)[17]。科学家通常称之为“元素116”(或E116)。
此前𫟷被提议以俄罗斯莫斯科州(Moscow Oblast)名为Moscovium,但由于元素114和116是俄罗斯和美国劳伦斯利福摩尔国家实验室研究人员合作的产物,而元素114已经根据俄罗斯的要求命名,因此元素116最后以实验室所在地美国利弗莫尔市(Livermore)命名为Livermorium(Lv)[18][19]。
中文名称
2012年6月2日,台湾“国家教育研究院”的化学名词审译委员会将此元素暂译为鉝。[5][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𫟷(读音同“立”)为中文定名。[6]
目前及未来的实验
位于杜布纳的团队表示有意利用244Pu和50Ti的核反应合成𫟷。通过这项实验,他们可以研究是否可能以原子序大于20的发射体来合成原子序大于118的超重元素。虽然原定计划在2008年进行,但这项实验至今仍未开始。[20]
研究团队也有计划使用不同发射体能量来重复248Cm反应,以进一步了解2n通道,从而发现新的同位素294Lv。另外,他们计划在未来完成4n通道产物292Lv的激发函数,并估量N=184核壳层对产生蒸发残留物的稳定效应。
同位素与核特性
核合成
能产生Z=116复核的目标、发射体组合
下表列出各种可用以产生116号元素的目标、发射体组合。
目标 | 发射体 | CN | 结果 |
---|---|---|---|
208Pb | 82Se | 290Lv | 至今失败 |
232Th | 58Fe | 290Lv | 尚未尝试 |
238U | 54Cr | 292Lv | 至今失败 |
244Pu | 50Ti | 294Lv | 尚未尝试 |
250Cm | 48Ca | 298Lv | 尚未尝试 |
248Cm | 48Ca | 296Lv | 反应成功 |
246Cm | 48Ca | 294Lv | 尚未尝试 |
245Cm | 48Ca | 293Lv | 反应成功 |
249Cf | 40Ar | 289Lv | 尚未尝试 |
冷聚变
208Pb(82Se,xn)290−xLv
1998年,重离子研究所尝试了辐射俘获产物(x=0)以合成290Lv。他们限制截面为4.8 pb,并未发现任何原子。
热聚变
238U(54Cr,xn)292−xLv
有粗略的证据显示重离子研究所在2006年曾经尝试过这个反应。他们没有发布实验结果,表示很可能并没有发现任何原子。[21]
248Cm(48Ca,xn)296−xLv (x=3,4)
1977年Ken Hulet和他的团队在劳伦斯利福摩尔国家实验室首次进行合成𫟷的实验。他们并未发现任何𫟷原子。[22]尤里·奥加涅相和他的团队在Flerov核反应实验室之后在1978年尝试了这个反应,但最终失败。1985年,伯克利实验室和在重离子研究所的Peter Armbruster团队进行了实验,结果依然是失败的,计算出来的截面限度为10至100 pb。[23]
2000年,杜布纳的俄罗斯科学家终于成功探测到一个𫟷原子,指向到同位素292Lv。[11]2001年,他们重复了这一个反应,再次合成了2个原子,验证了此前的实验结果。另外也不确定地探测到一个293Lv原子,因为其首次α衰变违背探测到。[12]2004年4月,团队又再使用较高能量重复实验,并发现了一条新的衰变链,指向到292Lv。根据这个发现,原先的数据就被重新指向到293Lv。不确定的衰变链因此可能是这个同位素的稀有的一条分支。这个反应另外有产生了2个293Lv原子。[13]
245Cm(48Ca,xn)293−x116 (x=2,3)
为了找出合成出的𫟷同位素的原子量,在2003年3月至5月期间杜布纳的团队用48Ca离子撞击245Cm目标。他们观察到了两个新的同位素:291Lv和290Lv。[24]这个实验在2005年2月至3月成功重复进行,其中合成了10个原子,其衰变数据与2003年实验报告中的相符。[25]
作为衰变产物
𫟷也在鿫的衰变中被探测到。2006年10月,在一个用48Ca离子撞击249Cf的实验中,3个鿫原子被发现,并迅速衰变成𫟷。[25]
观察到290Lv,意味着成功合成了294鿫,也证明了成功合成元素鿫。
原子量为116的复核的裂变
位于杜布纳的Flerov核反应实验室在2000至2006年进行了一系列的实验,研究296,294,290Lv复核的裂变特性。实验使用了4条核反应:248Cm+48Ca、246Cm+48Ca、244Pu+50Ti和232Th+58Fe。结果反映了这种原子核裂变的方式主要为放出闭壳原子核,如132Sn (Z=50, N=82)。另一发现为,使用48Ca和58Fe发射体的聚变裂变路径产量相似,说明在未来合成超重元素时,可以使用58Fe发射体。另外,比较使用48Ca和50Ti发射体合成294Lv的实验,如果用50Ti,聚变裂变产量约少3倍,表示未来能用于合成超重元素。[26]
撤回的同位素
289Lv
1999年,劳伦斯伯克利国家实验室在《物理评论快报》中宣布成功合成293Og(见Og)。[27]所指的同位素289Lv经过了11.63 MeV能量的α衰变,半衰期为0.64 ms。翌年,他们宣布撤回此前的发现,因为其他研究人员未能复制实验结果。[28]2002年6月,实验室主任公布,原先这两个元素的发现结果是建立在维克托・尼诺夫编造的实验数据上的。
同位素发现时序
同位素 | 发现年份 | 核反应 |
---|---|---|
290Lv | 2002年 | 249Cf(48Ca,3n)[29] |
291Lv | 2003年 | 245Cm(48Ca,2n)[24] |
292Lv | 2004年 | 248Cm(48Ca,4n)[13] |
293Lv | 2000年 | 248Cm(48Ca,3n)[11] |
同位素产量
热聚变
下表列出直接合成𫟷的热聚变核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。
发射体 | 目标 | CN | 2n | 3n | 4n | 5n |
---|---|---|---|---|---|---|
48Ca | 248Cm | 296Lv | 1.1 pb, 38.9 MeV[13] | 3.3 pb, 38.9 MeV [13] | ||
48Ca | 245Cm | 293Lv | 0.9 pb, 33.0 MeV[24] | 3.7 pb, 37.9 MeV [24] |
理论计算
衰变特性
利用量子穿隧模型的理论计算支持合成293,292Lv的实验数据。[30][31]
蒸发残留物截面
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 |
---|---|---|---|---|---|---|
208Pb | 82Se | 290Lv | 1n (289Lv) | 0.1 pb | DNS | [32] |
208Pb | 79Se | 287Lv | 1n (286Lv) | 0.5 pb | DNS | |
238U | 54Cr | 292Lv | 2n (290Lv) | 0.1 pb | DNS | [33] |
250Cm | 48Ca | 298Lv | 4n (294Lv) | 5 pb | DNS | |
248Cm | 48Ca | 296Lv | 4n (292Lv) | 2 pb | DNS | |
247Cm | 48Ca | 295Lv | 3n (292Lv) | 3 pb | DNS | |
245Cm | 48Ca | 293Lv | 3n (290Lv) | 1.5 pb | DNS |
化学属性
因为𫟷的生产非常有限且昂贵,而且它的衰变非常快速,所以𫟷及其化合物的所有性质皆未被测量。因此,𫟷的性质皆为未知,只有预测是可取得的。
推算的化学属性
氧化态
𫟷预计为7p系非金属的第4个元素,并是元素周期表中16族(VIA)最重的成员,位于钋之下。尽管它是7p系元素中理论研究最少的,它的化学性质预测类似钋。[3]这一族的氧化态为+VI,缺少d轨道,无法超越八隅体的氧除外。氧的最高氧化态只到 +2 ,存在于OF2(理论上存在的三氟化𰽽的氧化态为 +4)硫、硒、碲及钋的氧化态都是+IV,稳定性由S(IV)和Se(IV)的还原性到Po(IV)的氧化性。Te(IV)是碲最稳定的氧化态。这表明了相对论效应,尤其是惰性电子对效应对元素性质的影响越来越大。因此,随着元素周期表中氧族元素的下降,较高氧化态的稳定性也跟着下降。 因此,𫟷应有不稳定,有氧化性的+IV态,以及最稳定的+II态。同族其他元素亦能产生−II态,如氧化物、硫化物、硒化物、碲化物和钋化物。𫟷的+2氧化态应该与铍和镁一样容易形成, 而 +4 氧化态只有在和电负性极高的基团反应才能得到,例如四氟化𫟷 (LvF4)。[1]𫟷的 +6 氧化态应该不存在,因为7s轨道非常稳定,使得𫟷可能只有四颗价电子。[3]较轻的氧族元素可以形成 −2 氧化态,存在于氧化物、 硫化物、 硒化物、 碲化物和 钋化物中。 由于𫟷的 7p3/2 壳层变得不稳定,它的 −2 氧化态会非常不稳定。这使得𫟷应该只能形成阳离子,[1]尽管与钋相比,𫟷更大的壳层和能量分裂会使得Lv2-的不稳定程度略低于预期。
化学特性
𫟷的化学特性能从钋的特性推算出来。因此,它应在氧化后产生二氧化𫟷(LvO2)。三氧化𫟷(LvO3)也有可能产生,但可能性较低。在氧化𫟷(LvO)中,𫟷会展现出+II氧化态的稳定性。氟化后它可能会产生四氟化𫟷(LvF4)和/或二氟化𫟷(LvF2)。氯化和溴化后会产生二氯化𫟷(LvCl2)和二溴化𫟷(LvBr2)。碘对其氧化后一定不会产生比二碘化𫟷(LvI2)更重的化合物,甚至可能完全不发生反应。[来源请求]
氢化钅立 (LvH2) 将会是最重的氧族元素氢化物,也是H2O、H2S、H2Se、H2Te和PoH2)的同系物。钋化氢比大部分金属氢化物共价,因为钋介于金属和 类金属之间,还有一些非金属的性质。它的性质介于卤化氢,像是氯化氢 (HCl) 和金属氢化物,像是甲锡烷 (SnH4)之间。 氢化钅立将会继续这个趋势 。比起是一种钅立化物,它更可能是一种氢化物,不过它还是一种分子型 化合物。[34]自旋-轨道 作用会使Lv–H 键比单纯靠元素周期律推测的长 ,也会使 H–Lv–H 的键角比预测的更大。 从理论上讲,这是因为未被占用的8s轨道能量较低,并且可以与钅立的7p轨道发生轨道杂化。 [34]这种现象被称为“超价轨道杂化”, [34]在周期表里并不少见。例如,分子型二氟化钙中的钙原子有4s和3d参与的轨道杂化。 [35]钅立的二卤化物 将会是直线形的,不过更轻的氧族元素的二卤化物是角形的。[36]
参见
参考资料
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