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原子序数为110的化学元素
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Darmstadtium)是一種人工合成放射性元素,化學符號是Ds,原子序是110。它是10 (VIIIB)族最重的元素,属于超铀元素锕系後元素。由於還沒有足夠穩定的鐽同位素,因此未能通過化學實驗來驗證鐽的特性。鐽於1994年首次被合成。鐽的放射性極強,其最重也是最稳定同位素为281aDs,半衰期约为11秒。有證據顯示存在着另一個同核異構體281bDs,其半衰期為3.7分鐘。

鐽   110Ds
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)




(Uhn)
概況
名稱·符號·序數 鐽(Darmstadtium)·Ds·110
元素類別 未知
可能為過渡金屬
·週期· 10 ·7·d
標準原子質量 [281]
電子排布

[Rn] 5f14 6d8 7s2
(預測)[1]
2, 8, 18, 32, 32, 16, 2
(預測)[1]

鐽的电子層(2, 8, 18, 32, 32, 16, 2 (預測)[1])
歷史
發現 重離子研究所(1994年)
物理性質
物態 固體(預測)[2]
密度 (接近室温
34.8(預測)[1] g·cm−3
蒸氣壓
原子性質
氧化態 8, 6, 4, 2, 0(預測)[1]
電離能

第一:955.2(估值)[1] kJ·mol−1
第二:1891.1(估值)[1] kJ·mol−1
第三:3029.6(估值)[1] kJ·mol−1

更多
原子半徑 118(估值)[1] pm
共價半徑 128(估值)'[3] pm
雜項
CAS號54083-77-1
最穩定同位素

主条目:鐽的同位素

同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
281Ds syn 11 s 94% SF -
6% α 8.67 277Hs
281mDs? syn 3.7 min α 8.77 277mHs?
279Ds syn 0.20 s 10% α 9.70 275Hs
90% SF -
此處只列出半衰期超過0.1秒的同位素

歷史编辑

发现编辑

鐽是一種人工合成的元素,由德国达姆施塔特重离子研究所(GSI)的西格・霍夫曼英语Sigurd Hofmann等人于1994年11月9日,在线性加速器内利用-62和-64轰击-208而合成的。製成的同位素有鐽-269和鐽-271,其中鐽-271比較穩定。

 
 

命名编辑

根据IUPAC元素系统命名法,鐽的舊稱是Ununnilium,源自110的拉丁文寫法。2003年8月,IUPAC正式將其命名為Darmstadtium,以紀念發現這元素的重離子研究所所在地达姆施塔特(但其實GSI位于达姆施塔特以北的Wixhausen小区)。由於110也是德國報警時所撥的號碼,鐽又有另外一個外號:Policium(警察元素)。[4]

同位素與核特性编辑

核合成编辑

能產生Z=110複核的目標、發射體組合编辑

下表列出各種可用以產生110號元素的目標、發射體組合。

目標 發射體 CN 結果
208Pb 64Ni 272Ds 反應成功
208Pb 62Ni 270Ds 反應成功
232Th 48Ca 280Ds 至今失敗
238U 40Ar 278Ds 至今失敗
244Pu 36S 280Ds 尚未嘗試
244Pu 34S 278Ds 反應成功
248Cm 30Si 278Ds 尚未嘗試
250Cm 30Si 280Ds 尚未嘗試
249Cf 26Mg 275Ds 尚未嘗試
251Cf 26Mg 277Ds 尚未嘗試

冷聚變编辑

208Pb(64Ni,xn)272-xDs(x=1)编辑

GSI的科學家在1986年研究了這條反應,但沒有成功。計算出的截面限制在12 pb。1994年,他們使用改進了的設施,成功地檢測到9顆271Ds原子。GSI在2000年成功重現了這種反應,檢測到4個原子[5][6][7][8]勞倫斯伯克利國家實驗室則在2000年和2004年探測到9顆原子,而2002年日本理化學研究所也測得14顆原子。[9]

207Pb(64Ni,xn)271-xDs(x=1)编辑

2000年10月至11月,GSI小組也在反應中使用207Pb目標體進行實驗,以尋找新的同位素270Ds。他們成功合成8個270Ds原子,其中包括基態270Ds和高自旋同核異構體270mDs。[10]

208Pb(62Ni,xn)270-xDs(x=1)编辑

GSI的研究小組於1994年研究了這條反應,探測到3個269Ds原子。他們起初測定了第4條衰變鏈,但其後將其撤回。

209Bi(59Co,xn)268-xDs编辑

俄羅斯杜布納的小組在1986年首次研究這個反應。他們無法檢測到任何原子,測量的截面限制在1 pb。1995年,勞倫斯伯克利國家實驗室報告表明,他們成功地在1n中子蒸發通道中檢測到267Ds的單個原子。然而他們沒有測量某些衰變,因此需要進一步研究來確認這一發現。[11]

熱聚變编辑

232Th(48Ca,xn)280-xDs编辑

杜布納的團隊在1986年首次嘗試用熱核聚變合成鐽元素。他們無法測量任何自發裂變活動,計算出的截面限制在1 pb。1997年11月和1998年10月,同樣的團隊在三個不同的實驗中重新研究這種反應。他們的新方法使用48Ca來合成超重元素。他們檢測到一些半衰期相對較長的自發裂變活動,並初步分配到衰變產物269Sg或265Rf,截面為5 pb。

232Th(44Ca,xn)276-xDs编辑

杜布納小組在1986年和1987年進行了這種反應,並在這兩個實驗中測量到10毫秒的自發裂變活動,分配到272Ds,截面為10 pb。目前認為這項裂變活動並不是來自鐽同位素的。

238U(40Ar,xn)278-xDs编辑

1987年,杜布納小組首次嘗試這種反應。他們只觀察到來自240mfAm和242mfAm的自發裂變,截面限制在1.6 pb。GSI小組於1990年首次研究這個反應,沒有檢測到任何鐽原子。2001年8月,GSI重複進行反應,但沒有成功,計算出的截面限制在1.0 pb。

236U(40Ar,xn)276-xDs编辑

1987年,杜布納小組首次嘗試這種反應,但沒有觀察到自發裂變活動。

235U(40Ar,xn)275-xDs编辑

1987年,杜布納小組首次嘗試這種反應,但沒有觀察到自發裂變活動。GSI團隊在1990年作進一步研究,同樣沒有檢測到鐽原子,截面限制在21 pb。

233U(40Ar,xn)273-xDs编辑

GSI團隊在1990年首次嘗試這條反應,但沒有檢測到鐽原子,截面限制在21 pb。

244Pu(34S,xn)278-xDs(x=5)编辑

1994年9月,杜布納小組在5n中子蒸發通道中檢測到273Ds的單個原子,截面只有400 fb。[12]

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鐽的同位素。

蒸發殘留 觀測到的鐽同位素
293Lv, 289Fl 281Ds
291Lv, 287Fl, 283Cn 279Ds
285Fl 277Ds
277Cn 273Ds

在一些實驗中,293Lv和289Fl衰變所產生的鐽同位素以8.77 MeV的能量進行α衰變,半衰期為3.7分鐘。雖然未經證實,但這項活動極有可能是與一個亞穩態同核異構體281mDs有關。

撤回的同位素编辑

280Ds编辑

首次合成時所產生的兩個原子起初被認定為288Fl,其衰變到280Ds後進行自發裂變。後來該發現被改為289Fl,衰變產物則改為281Ds。因此280Ds目前還是未知的同位素。

277Ds编辑

1999年一項有關發現293Uuo的報告指出,277Ds以10.18 MeV能量進行α衰變,半衰期為3 ms。發現者於2001年撤回這項發現。這個同位素最後於2010年被合成,其衰變特性不符合此前的數據。

273mDs编辑

GSI在1996年合成277Cn(詳見),其中一條衰變鏈以9.73 MeV能量進行α衰變,形成273Ds,半衰期為170毫秒。該數據無法得到證實,因此273mDs目前還是未知的。

272Ds编辑

在第一次嘗試合成鐽的實驗中,10毫秒的自發裂變活動被分配到272Ds,所用反應為232Th(44Ca,4n)。該同位素的發現已被撤回。

同位素發現時序编辑

同位素 發現年份 核反應
267Ds 1994年 209Bi(59Co,n)
268Ds 未知
269Ds 1994年 208Pb(62Ni,n)
270Dsg,m 2000年 207Pb(64Ni,n)
271Dsg,m 1994年 208Pb(64Ni,n)
272Ds 未知
273Ds 1996年 244Pu(34S,5n)
274Ds 未知
275Ds 未知
276Ds 未知
277Ds 2010年 242Pu(48Ca,5n)
278Ds 未知
279Ds 2002年 244Pu(48Ca,5n)
280Ds 未知
281aDs 1999年 244Pu(48Ca,3n)
281bDs 1999年 244Pu(48Ca,3n)

核異構體编辑

281Ds编辑

分別由289Fl或293Lv形成281Ds的兩條衰變鏈相互存在矛盾。最常見的衰變模式是自發裂變,半衰期為11秒。一個未經證實的罕見衰變模式是能量為8.77MeV的α衰變,觀察到的半衰期為3.7分鐘。這種衰變路徑十分特別,很可能是源自同核異構體能級,但需要進一步研究來確認這些報告。

271Ds编辑

直接合成271Ds的衰變數據清楚地表明存在兩個同核異構體。第一個所釋放的α粒子能量為10.74和10.69 MeV,半衰期為1.63毫秒;另一個的α粒子能量為10.71 MeV,半衰期為69毫秒。第一個同核異構體為基態,後者則為同核異能態。有科學家認為,由於兩種同核異構體的α衰變能量相近,因此同核異能態主要是以延遲同核異能躍遷的形式進行衰變的。

270Ds编辑

直接和成270Ds的實驗結果明確表明存在兩個同核異構體。基態270Ds通過α衰變形成266Hs,途中釋放一顆能量為11.03 MeV的α粒子,半衰期為0.1毫秒。亞穩態同樣進行α衰變,期間放射能量為12.15、11.15和10.95 MeV的α粒子,半衰期為6毫秒。亞穩態在釋放12.15 MeV能量的α粒子後,會形成266Hs的基態。這表明該亞穩態的能量比基態高出1.12 MeV。

同位素產量编辑

下表列出直接合成鐽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
62Ni 208Pb 270Ds 3.5 pb
64Ni 208Pb 272Ds 15 pb, 9.9 MeV

理論計算编辑

衰變特性编辑

理論對不同鐽同位素半衰期的估值與實驗結果相符。[13][14]尚未被發現的同位素294Ds的中子數為幻數,其α衰變半衰期預計長達311年。[15][16]

蒸發殘留物截面编辑

下表列出各種目標-發射體組合,並給出最高的預計產量。

MD:多面;DNS:雙核系統;σ:截面

目標 發射體 CN 通道(產物) σmax 模型 參考資料
208Pb 64Ni 272Ds 1n (271Ds) 10 pb DNS [17]
232Th 48Ca 280Ds 4n (276Ds) 0.2 pb DNS [18]
230Th 48Ca 278Ds 4n (274Ds) 1 pb DNS [18]
238U 40Ar 278Ds 4n (274Ds) 2 pb DNS [18]

化學屬性编辑

推算的化學屬性编辑

氧化態编辑

鐽預計將是6d系的第8個過渡金屬,是元素週期表10族最重的成員,位於的下面。鉑的最高氧化態為+6,但鎳和鈀則具有穩定的+4和+2態。因此鐽的氧化態預計將會是+6、+4和+2。

化學特性编辑

鐽的同族元素從上到下高價態越來越穩定,因此鐽可能會形成穩定的六氟化物DsF6以及DsF5和DsF4和三氧化物DsO3鹵素應該能夠與鐽形成四鹵化物,DsCl4、DsBr4和DsI4。和其他10族元素一樣,鐽預計可以有較高的硬度和催化性。

參考資料编辑

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Hoffman, Darleane C.; Lee, Diana M.; Pershina, Valeria. Transactinides and the future elements. (编) Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements 3rd. Dordrecht, The Netherlands: Springer Science+Business Media. 2006. ISBN 1-4020-3555-1. 
  2. ^ Östlin, A.; Vitos, L. First-principles calculation of the structural stability of 6d transition metals. Physical Review B. 2011, 84 (11). Bibcode:2011PhRvB..84k3104O. doi:10.1103/PhysRevB.84.113104. 
  3. ^ Chemical Data. Darmstadtium - Ds, Royal Chemical Society
  4. ^ On Beyond Uranium: Journey to the End of the Periodic Table(Science Spectraseries), Hofmann, Sigurd, CRC Press; 2002-12-26. ISBN 978-0-415-28496-7. p. 177
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  7. ^ Folden, C. M.; Gregorich, KE; Düllmann, ChE; Mahmud, H; Pang, GK; Schwantes, JM; Sudowe, R; Zielinski, PM; Nitsche, H. Development of an Odd-Z-Projectile Reaction for Heavy Element Synthesis: 208Pb(64Ni,n)271Ds and 208Pb(65Cu,n)272111. Physical Review Letters. 2004, 93 (21): 212702. Bibcode:2004PhRvL..93u2702F. PMID 15601003. doi:10.1103/PhysRevLett.93.212702. 
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參考書目编辑

  • 袁自力等,(1977年),《105號元素以後》(香港版),香港商務印書館

外部連結编辑