原子序数为109的化学元素

拼音mài注音ㄇㄞˋ粤拼mak6,音同「麥」;英語:Meitnerium),是一種放射性人工合成化學元素,其化學符號Mt原子序數为109。䥑是9 (VIIIB)族最重的元素,但由於沒有足夠穩定的䥑同位素,因此未能通過化學實驗來驗證䥑的性質是否符合週期律。䥑於1982年首次合成。䥑的放射性極強,其最穩定同位素為278Mt,半衰期為7.6秒。

䥑   109Mt
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)




(Upe)
𨭆
概況
名稱·符號·序數䥑(Meitnerium)·Mt·109
元素類別未知
可能為過渡金屬[1][2]
·週期·9 ·7·d
標準原子質量[278]
电子排布[Rn] 5f14 6d7 7s2
(計算值)[1][3]
2, 8, 18, 32, 32, 15, 2
(預測)
䥑的电子層(2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 (預測))
歷史
發現重離子研究所(1982年)
物理性質
物態固體(預測)[2]
密度(接近室温
37.4(預測)[1] g·cm−3
蒸氣壓
原子性質
氧化态9, 8, 6, 4, 3, 1(預測)[1][4][5]
电离能第一:800.8(估值)[1] kJ·mol−1

第二:1823.6(估值)[1] kJ·mol−1
第三:2904.2(估值)[1] kJ·mol−1

更多
原子半径122(預測)[1] pm
共价半径129(估值)[6] pm
雜項
晶体结构面心立方 (預測)[2]
磁序順磁性(預測)[7]
CAS号54038-01-6
最穩定同位素
主条目:䥑的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
278Mt syn 7.6 s α 9.6 274Bh
276Mt syn 0.72 s α 9.71 272Bh
274Mt syn 0.44 s α 9.76 270Bh
270mMt? syn 1.1 s α 266Bh
此處只列出半衰期超過0.1秒的同位素

概述编辑

 
核聚变反应的图形描述。两个原子核融合成一个,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
  基于澳大利亚国立大学的计算,核聚变未成功的可视化[8]

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。[14]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。[15]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。[15][16]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[17],它被称为复合原子核英语compound nucleus,非常不稳定。[15]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[18]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。[18]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。[19][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。[21]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。[21]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。[24]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。[21]

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。[25]超重元素[26]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。)[21] 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]

歷史编辑

發現编辑

此元素在1982年8月29日由彼得·安布鲁斯特Gottfried Münzenberg英语Gottfried Münzenberg領導的研究團隊所合成出來,此團隊位於德國黑森邦達姆施塔特重離子研究所[38] 他們利用-58離子轟擊-209合成了266Mt的單一原子:

 

命名编辑

根据IUPAC元素系统命名法,䥑的舊稱是Unnilennium,來自1、0、9的拉丁語寫法。

1997年8月27日IUPAC正式對國際上分歧較大的101至109號元素的重新英文定名中,Meitnerium正式作為108號元素的命名,以紀念奧地利瑞典原子物理學家莉澤·邁特納(Lise Meitner)。[39]

全國科學技術名詞化學名詞審定委員會據此於1998年7月8日重新审定、公佈101至109號元素的中文命名,其中首次給出109號元素中文名:「䥑」(mài,音同「麥」)[40][41][42]

未來實驗编辑

日本理化學研究所的一個團隊已表示有計劃研究以下反應:

 

同位素與核特性编辑

核合成编辑

能產生Z=109复核的目標、發射體組合编辑

下表列出各種可用以產生109號元素的目標、發射體組合。

目標 發射體 CN 結果
208Pb 59Co 267Mt 反應成功
209Bi 58Fe 267Mt 反應成功
232Th 41K 273Mt 尚未嘗試
231Pa 40Ar 271Mt 尚未嘗試
238U 37Cl 275Mt 至今失敗
237Np 36S 275Mt 尚未嘗試
244Pu 31P 275Mt 尚未嘗試
242Pu 31P 273Mt 尚未嘗試
243Am 30Si 273Mt 尚未嘗試
248Cm 27Al 275Mt 尚未嘗試
250Cm 27Al 277Mt 尚未嘗試
249Bk 26Mg 275Mt 尚未嘗試
249Cf 23Na 272Mt 尚未嘗試
251Cf 23Na 274Mt 尚未嘗試
254Es 22Ne 276Mt 至今失敗

作為衰變產物编辑

科學家也曾在更重元素的衰變產物中發現䥑的同位素。

蒸發殘留 觀測到的䥑同位素
294Ts 278Mt
288Mc 276Mt
287Mc 275Mt
282Nh 274Mt
278Nh 270Mt
272Rg 268Mt

同位素發現時序编辑

同位素 發現年份 核反應
266Mt 1982年 209Bi(58Fe,n)[38]
267Mt 未知
268Mt 1994年 209Bi(64Ni,n)[43]
269Mt 未知
270Mt 2004年 209Bi(70Zn,n)[44]
271Mt 未知
272Mt 未知
273Mt 未知
274Mt 2006年 237Np(48Ca,3n)
275Mt 2003年 243Am(48Ca,4n)[45]
276Mt 2003年 243Am(48Ca,3n)
277Mt 未知
278Mt 2009年 249Bk(48Ca,3n)[46]

核異構體编辑

270Mt编辑

科學家在278Nh的衰變鏈中確定探測到兩個270Mt原子。這兩個原子擁有非常不同的衰期和衰變能量,並來自兩個不同的274Rg同核異構體。第一種同核異構體經過α衰變,能量為10.03 MeV,半衰期為7.16毫秒;另一種的半衰期為1.63秒,但衰變能量未知。由於缺乏數據,要對這些同核異構體進行實際的能級分配,必需作進一步的研究。

268Mt编辑

多個實驗的結果顯示,268Mt的α衰變光譜是非常複雜的。從268Mt釋放出的α粒子能量有10.28、10.22和10.10 MeV,半衰期也分別為42毫秒、21毫秒和102毫秒。長半衰期的一次衰變事件來自同核異能態。科學家正在研究其他兩個半衰期差距的原因。由於缺乏數據,要對這些同核異構體進行實際的能級分配,必需作進一步的研究。

同位素產量编辑

下表列出直接合成䥑的聚變核反應的截面和激發能量。粗體數據代表從激發函數算出的最大值。+代表觀測到的出口通道。

冷聚變编辑

發射體 目標 CN 1n 2n 3n
58Fe 209Bi 267Mt 7.5 pb
59Co 208Pb 267Mt 2.6 pb, 14.9 MeV

理論計算编辑

下表列出各種目標-發射體組合,並給出最高的預計產量。

HIVAP = 重離子汽化統計蒸發模型; σ = 截面

目標 發射體 CN 通道(產物) σmax 模型 參考資料
243Am 30Si 273Mt 3n (270Mt) 22 pb HIVAP [47]
243Am 28Si 271Mt 4n (267Mt) 3 pb HIVAP [47]
249Bk 26Mg 275Mt 4n (271Mt) 9.5 pb HIVAP [47]
254Es 22Ne 276Mt 4n (272Mt) 8 pb HIVAP [47]
254Es 20Ne 274Mt 4-5n (270,269Mt) 3 pb HIVAP [47]

化學屬性编辑

推算的化學屬性编辑

物理特性编辑

根據週期表的趨勢,䥑應該是一種高密度金屬,密度大約為37.4 g/cm3[1]:8.9,:12.5,:22.5),熔點也很高,約為2600至2900°C(鈷:1480,銠:1966,銥:2454)。它的耐腐蝕性可能很高,甚至比銥更高。

氧化態编辑

䥑預計將是6d系過渡金屬的第7個元素,也是週期表中9族最重的成員,位於的下面。較重的兩個9族元素氧化態為+6,而銥最穩定的為+4和+3態,銠則呈穩定的+3態。因此預期䥑會形成穩定的+3狀態,但也可能有穩定的+4和+6態。

化學特性编辑

䥑應可形成六氟化物MtF6。這氟化物預計將較六氟化銥更加穩定,因為同族元素從上到下的+6氧化態越來越穩定。

在與氧發生反應時,銠主要形成Rh2O3 ,而銥會被氧化為+4態的IrO2。因此䥑可能會形成二氧化物MtO2

9族元素的+3態常見於與鹵素直接反應所形成的三鹵化物(氟化物除外)。因此䥑應可形成MtCl3、MtBr3和MtI3

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[9]或112。[10]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。)[11](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[12]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。[13]
  3. ^ 这个值也标志着普遍接受的复合原子核寿命上限。[20]
  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。[22]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。[23]
  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。[27]
  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。[28]2018年,LBNL首次直接测量了超重原子核的质量,[29]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)。[30]
  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。[31]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。[32]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。[20]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。[32]
  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。[33]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。[34]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。[34] 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[35]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)。[36]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。[36]但由于其广泛使用,“nobelium”这个名称仍然保持不变。[37]

參考資料编辑

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外部連結编辑