𬬭
原子序数为111的化学元素 来自维基百科，自由的百科全书
𬬭是元素周期表中11族的成员，所以其性质预计和同族元素金、银、铜类似，但也可能与它们有一定差异。由于𬬭没有足够稳定的同位素，因此目前未能通过化学实验来验证其是否具有金的更重同族元素的性质。
概论
超重元素的合成
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。[21]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。[22]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。[22]
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。[22][23]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。[22]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。[22]
两个原子核聚变产生的原子核处于非常不稳定，[22]被称为复合原子核的激发态。[25]复合原子核为了达到更稳定的状态，可能会直接裂变，[26]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。[26]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。[27][d]
衰变和探测
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。[29]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]到达半导体探测器后停止。这时标记撞击探测器的确切位置、能量和到达时间。[29]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。[32]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。[29]
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。[33]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。[34][35]超重元素理论预测[36]及实际观测到[13]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，[38]而主要通过自发裂变衰变的最轻核素有238个核子。[13]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。[34][35]
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。[40]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。[35]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，[41]从90号元素钍到100号元素镄下降了30个数量级。[42]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会消失，因此自发裂变会立即发生。[35][43]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。[35][43]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。[44]对较轻的超重核素[45]以及那些更接近稳定岛的核素[41]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。[29]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
111号元素𬬭是由德国达姆施塔特的重离子研究所（GSI）于1994年12月8日，在粒子加速器内利用镍-64轰击铋-209合成的。这次实验成功产生了三粒272111原子：[56]
早在1986年，苏联的杜布纳联合原子核研究所就已经尝试过这个反应，但没有合成到272111原子。[57]IUPAC/IUPAP联合工作小组（JWP）在2001年时认为没有足够证据证明当时确实发现了111号元素。[58]GSI的小组在2002年重复实验，并再检测到三粒原子。[59][60]在他们2003年的报告当中，JWP决定承认GSI团队对此新元素的发现。[61]
依照门捷列夫对有待命名或尚未发现的元素的命名法，111号元素应名为类金（英语：eka-gold）。1979年，IUPAC推出用于提供临时名称及代用元素符号的元素系统命名法。根据这套命名法，111号元素应称为unununium，化学符号Uuu。[62]尽管各级化学教科书都广泛使用IUPAC的命名，但行内的科学家却一般直接称它为“111号元素”，化学符号E111、(111)或111。[63]
GSI于2004年提议把111号元素命名为roentgenium，化学符号Rg[64]，以纪念发现X射线的科学家威廉·伦琴。[64]IUPAC于同年11月1日接受该提议。[64]2005年，全国科学技术名词审定委员会提出第111号元素中文定名草案。2006年1月20日下午由全国科学技术名词审定委员会、国家语言文字工作委员会组织召开的第111号元素中文定名研讨会上，确定使用类推简化字“𬬭”（读音同“伦”），对应繁体字“錀”字，古意为一种金属。[65][66]2007年3月21日，全国科学技术名词审定委员会公布这一结果，同时也宣布该命名已经得到国家语言文字工作委员会同意。[67]
同位素与核特性
| 同位素 | 半衰期[l] | 衰变方式 | 发现年份 | 发现方法[68] | |
|---|---|---|---|---|---|
| 数值 | 来源 | ||||
| 272Rg | 4.2毫秒 | [13] | α | 1994年 | 209Bi(64Ni,n) |
| 274Rg | 20毫秒 | [13] | α | 2004年 | 278Nh(—,α) |
| 278Rg | 4.6毫秒 | [11] | α | 2006年 | 282Nh(—,α) |
| 279Rg | 90毫秒 | [11] | α或SF | 2003年 | 287Mc(—,2α) |
| 280Rg | 3.9秒 | [11] | α或ε | 2003年 | 288Mc(—,2α) |
| 281Rg | 11秒 | [11] | SF或α | 2010年 | 293Ts(—,3α) |
| 282Rg | 130秒 | [13] | α | 2010年 | 294Ts(—,3α) |
| 283Rg[m] | 5.1分钟 | [14] | SF | 1999?年 | 283Cn(e−,νe) |
| 286Rg[m] | 10.7分钟 | [14] | α | 1998?年 | 290Fl(e−,νeα) |
目前已知的𬬭同位素共有7个，质量数分别为272、274和278-282。[13]此外，𬬭还有2个未被确认的同位素，质量数分别为283及286。[14]
𬬭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。其中最长寿的同位素为𬬭-282，半衰期约130秒，也是目前发现最重的𬬭同位素。更重但未经证实的同位素𬬭-283和𬬭-286可能具有更长的半衰期，分别为5.1分钟和10.7分钟。除了𬬭-282外，其他寿命较长的同位素有𬬭-280和𬬭-281，半衰期分别为3.9秒和11秒[11]，剩下4种较轻同位素的半衰期均以毫秒计。[13][11]大多数𬬭同位素主要发生α衰变或自发裂变[13]，但𬬭-280也有机率发生电子捕获。[69]
预测性质
合成𬬭的成本高昂，产量极小[21]，且𬬭很不稳定，会迅速衰变。因此除了核性质以外，目前人们对𬬭元素的性质一无所知，只有理论预测。
由于电子电荷密度的差异，虽然较轻的同族元素金、银、铜会形成面心立方晶系的晶体，但𬬭在室温下预测会形成体心立方晶系的晶体。[3]𬬭的密度预测很高，达22.4–24.4 g/cm3；[4][5]作为比较，目前已知密度最高的元素锇的密度为22.587 g/cm3。[70]𬬭的原子半径预测约为114 pm。[6]
𬬭预计将是第7周期的第9个过渡金属，属于周期表中最重的11族元素，位于铜、银、金的下面。[71]𬬭的电离能、原子半径、离子半径预测与较轻的同族元素金相似，因此𬬭应该有11族元素的基本性质。[72]不过，𬬭预测也有与其它11族元素不同的地方。[73]
𬬭预测是惰性金属。Rg3+/Rg的标准电极电势为1.9 V，大于Au3+/Au的1.5 V。[6]𬬭的第一电离能预测是1020 kJ/mol，与惰性气体氡的1037 kJ/mol相近；𬬭的第二电离能的预测值2070 kJ/mol则与银的第二电离能相同。[9]从更轻的11族元素的最稳定氧化态推测，𬬭会有最稳定的+3氧化态，稳定的+5氧化态，以及不稳定的+1氧化态。𬬭(III)的性质预测与金(III)相似，但更稳定，且可以形成更多样的化合物。[74]由于相对论效应，金能够在金化物，如金化铯中形成较稳定的−1氧化态，𬬭可能也能这样做。[75]不过，由于𬬭的电子亲和能预测只有1.57 eV（151 kcal/mol）[76]，明显低于金的2.31 eV（223 kcal/mol）[77]，因此含有𬬭(−1)的𬬭化物可能不稳定，甚至不存在。[78]
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| 七氟化金实际上是五氟化金与氟分子形成的配合物，其中金的氧化态为+5[79] | 七氟化𬬭则预测含有真正达到+7氧化态的𬬭[8] |
第7周期的最后几个过渡金属的6d轨道因相对论效应和自旋-轨道作用而变得不稳定，导致6d轨道的电子能更好地参与成键，更易生成高氧化态。因此，𬬭的+5氧化态预测比金稳定。自旋-轨道作用使得有更多6d轨道电子参与成键的化合物更稳定，如RgF−
6预测比RgF−
4稳定，而RgF−
4又预测比RgF−
2稳定。[80]RgF−
6的稳定性预测与AuF−
6相近，类似的银化合物AgF−
6尚未被发现，预测仅能保持自身不分解成AgF−
4与F2。同样地，Rg2F10预测和Au2F10一样，在室温下都是稳定的，而Ag2F10则预测会自发分解成Ag2F6与F2。七氟化金（AuF7）实际上是五氟化金的双氟配合物AuF5·F2，这种构型的能量要比真正的七氟化金(VII)低。不过，真正的七氟化𬬭(VII)这个构象的能量要比RgF5·F2低，因此RgF7预测会以真正的七氟化𬬭(VII)这个构象存在。它预测不稳定，在室温下会分解成Rg2F10与F2，并放出少许能量。[8]𬬭(I)预测难以合成。[81][80]金可与氰离子形成配合物Au(CN)−
2，𬬭预测也能与氰离子反应，形成类似的Rg(CN)−
2。[82]
理论预测认为ns亚电子层的相对论效应会在𬬭达到最高峰，因此对𬬭化学性质的预测要比前两个元素——鿏和𫟼来得多。[83]相对论效应将双原子分子RgH的Rg–H键键能翻倍，但自旋-轨道作用又把它削弱了0.7 eV（68 kcal/mol）。通式为AuX和RgX（X = F、Cl、Br、O、Au、Rg）的各种双原子分子也已有研究。[84][85]Rg+预测是最软的金属离子，比Au+还软，不过目前对Rg+是酸还是碱这一方面还有争议。[86][7]Rg+在水溶液中预测可以形成水合离子[Rg(H2O)2]+，其中Rg–O键长为207.1 pm。Rg+预测可与氨、磷化氢、硫化氢形成配合物。[7]
实验化学
由于合成𬬭同位素的反应产率低[87]，目前尚未有𬬭的化学实验。[88]如果要对超重元素做化学实验，那么实验中需要产生至少四粒原子，该超重元素同位素的半衰期需超过一秒，且每星期需要产生至少一粒原子。[71]虽然282Rg的半衰期长达130秒，能够用于化学实验，但通过实验研究𬬭的化学还有另一阻碍，那就是𬬭同位素的产率太低，无法让实验持续几个星期或几个月来得到有显著性差异的实验结果。由于更重的元素的产量会比更轻的元素低，若要研究𬬭的气相和溶液化学，必须一直分离和检测𬬭同位素，并允许用自动化系统实验。虽然理论预测认为ns亚电子层的相对论效应会在𬬭达到最高峰，吸引科学家对𬬭的兴趣[83]，但𬬭的实验化学相较于更重的112号元素鿔至116号元素𫟷，并没有受到太大关注。[88][89]由镆同位素288Mc和289Mc分别衰变产生的280Rg和281Rg有潜力用于化学实验。[90]288Mc和289Mc分别衰变成280Rg和281Rg之前还会经过鿭同位素284Nh和285Nh，而这两个鿭同位素早已有初步的化学实验。[39]
注释
参考资料
参考书目
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