Loading AI tools
原子序數為112的化學元素 来自维基百科，自由的百科全书
在元素周期表中，鎶位於d區，是第7週期、第12族的成員。鎶和金的化學反應顯示，它是一種極易揮發的金屬，在標準狀況下可能是揮發性液體甚至氣體，並似乎具有惰性氣體的屬性，和同族的汞相似，完全具有12族中的最重元素的應有屬性。
計算顯示，鎶的某些性質和第12族中較輕的同族元素鋅、鎘和汞有較大的差異。最顯著的不同就是鎶會在失去7s電子層前先失去兩個6d層的電子。因此，根據相對論效應，鎶會是一種過渡金屬。通過計算，科學家還發現鎶能呈穩定的+4氧化態，而汞則僅能在極端條件下呈+4態，鋅和鎘則不能呈+4態。科學家也精確地預測了鎶從游離態到化合態所需的能量。
位於德國達姆施塔特重離子研究所（GSI），由西格･霍夫曼和維克托·尼諾夫領導的研究團隊在1996年首次合成出鎶。其名稱得自提出日心說的波蘭天文學家尼古拉·哥白尼。
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。[18]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。[19]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。[19]
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。[19][20]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。[19]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。[19]
兩個原子核聚變產生的原子核處於非常不穩定，[19]被稱為複合原子核的激發態。[22]複合原子核為了達到更穩定的狀態，可能會直接裂變，[23]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。[23]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。[24][d]
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。[26]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]到達半導體探測器後停止。這時標記撞擊探測器的確切位置、能量和到達時間。[26]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。[29]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。[26]
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。[30]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。[31][32]超重元素理論預測[33]及實際觀測到[34]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，[36]而主要通過自發裂變衰變的最輕核素有238個核子。[34]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。[31][32]
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。[38]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。[32]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，[39]從90號元素釷到100號元素鐨下降了30個數量級。[40]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會消失，因此自發裂變會立即發生。[32][41]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。[32][41]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。[42]對較輕的超重核素[43]以及那些更接近穩定島的核素[39]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。[26]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]位於德國達姆施塔特重離子研究所（GSI），由西格·霍夫曼和維克托·尼諾夫領導的研究團隊在1996年首次合成出鎶元素。他們在重離子加速器中用高速運行的70鋅原子束轟擊208鉛目標體，獲得一顆半衰期僅為0.24毫秒的277Cn原子（另一顆被擊散）。製取該元素的核反應方程式為：
2002年重離子研究所重複相同的實驗，再次得到一個鎶原子。2004年，日本一家研究機構也合成出了兩個鎶原子[54]。
國際純化學與應用化學聯盟（IUPAC）在經過長期驗證後，於2009年6月正式承認第112號元素的合成，並隨後邀請霍夫曼領導的團隊為112號元素提出一個永久名稱。2009年7月17日，該團隊提議將112號元素命名為Copernicium，縮寫Cp，以紀念著名天文學家哥白尼（Copernicus）。他們稱，將其命名為Cp的原因，是由哥白尼所提出的日心說與化學中的原子結構（盧瑟福模型）有很多相似之處。
Cp這個名稱當時未獲得IUPAC的正式承認。IUPAC在此後6個月的時間內進行審議，聽取科學界的意見，並於2010年1月公布審議的結果。[55]2009年9月，《自然》雜誌上的一篇文章[56]指出符號Cp曾用於鑥元素（Lutetium）的舊稱（Cassiopeium），現在在配位化學中亦用於指環戊二烯（茂，Cyclopentadiene）配位體。根據目前IUPAC對元素的命名規則，新元素的提議名稱是不得與其他元素名稱或符號重複的。考慮到上述情況，為了避免歧義，IUPAC已把提議中的符號Cp改為Cn（Copernicium）。[57]
2010年2月19日，德國重離子研究所正式宣布，經國際純粹與應用化學聯合會確認，由該所人工合成的第112號化學元素從即日起獲正式名稱「Copernicium」，相應的元素符號為「Cn」。[58]
在台灣，此元素之中文名稱由國立編譯館化學名詞審議委員會和中國化學會名詞委員會開會討論後決定命名為鎶[59]。
中華人民共和國全國科學技術名詞審定委員會於2012年1月確定了鎶（讀音同「哥」）的簡體中文名稱，獲國家語言文字工作委員會批准後進入國家規範用字。[60][61]
| 同位素 | 半衰期[l] | 衰變方式 | 發現年份 | 發現方法 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 數值 | 來源 | ||||
| 277Cn | 0.79 ms | [34] | α | 1996年 | 208Pb(70Zn,n) |
| 281Cn | 0.18 s | [62] | α | 2010年 | 285Fl(—,α) |
| 282Cn | 0.83 ms | [10] | SF | 2003年 | 290Lv(—,2α) |
| 283Cn | 3.81 s | [10] | α, SF, EC? | 2003年 | 287Fl(—,α) |
| 284Cn | 121 ms | [63] | α, SF | 2004年 | 288Fl(—,α) |
| 285Cn | 30 s | [34] | α | 1999年 | 289Fl(—,α) |
| 285mCn[m] | 15 s | [34] | α | 2012年 | 293mLv(—,2α) |
| 286Cn[m] | 8.45 s | [64] | SF | 2016年 | 294Lv(—,2α) |
目前已知的鎶同位素共有7個，質量數分別為277和281-286，此外鎶-285還有已知但未確認的亞穩態。[65]鎶的同位素全部都具有極高的放射性，半衰期極短，非常不穩定，且較重的同位素大多比較輕的同位素來的穩定，其中最長壽的同位素為鎶-285，半衰期為28秒。除了鎶-285外，其他壽命較長的同位素有鎶-283（半衰期4秒）和未經證實的鎶-285m（15秒）及鎶-286（8.45秒），剩下的同位素半衰期皆短於1秒。大多數鎶同位素主要發生α衰變，有些則會發生自發裂變，此外鎶-283也有機率發生電子捕獲。[66]
根據預測，更重的未發現同位素鎶-291和鎶-293可能具有相對極長的半衰期，長達數十年以上，因為理論上它們預計位於穩定島的中心附近，並且有機會在超新星的R-過程中生成，並在宇宙射線中檢測到，儘管它們的含量大約僅為鉛的10-12倍。[67]
鎶是6d系的最後一個過渡金屬，是元素週期表中12族最重的元素，位於鋅、鎘和汞下面。科學家預測，鎶與其他較輕的12族元素在屬性上有顯著差異。由於7s電子軌域的穩定加上相對論效應，6d軌域較不穩定性，因此Cn2+離子的電子排布很可能是[Rn]5f146d87s2，這和同族元素是不同的。在水溶液中，鎶很可能形成+2和+4氧化態，後者更穩定。在較輕的12族元素中，+2氧化態是最常見的，而只有汞能呈+4氧化態，但極少見。唯一一個已知的四價汞化合物（四氟化汞，HgF4）也只能在極端條件下存在。[68]
類似的鎶化合物CnF4、CnO2預計將更加穩定。雙原子離子Hg2+
2中汞具有+1態，但是Cn2+
2離子預計將不穩定，甚至不存在。[69]
鎶有基態電子排布為[Rn]5f146d107s2，所以根據構造原理，鎶應該屬於週期表的12族。因此，它的屬性應表現為汞的較重同族元素，可與金等貴金屬形成二元化合物。鎶的化學實驗主要研究鎶在不同溫度下在金箔表面的吸附作用，從而計算出吸附焓值。由於7s軌域電子相對穩定，鎶表現出類似氡的屬性。實驗同時形成了汞和氡的放射性同位素，這使科學家能夠比較這些元素的吸附特性。
最初的化學實驗使用了238U(48Ca,3n)283Cn反應。實驗檢測到目標同位素的自發裂變，半衰期為5分鐘。分析數據表明，鎶的揮發性比汞高，並似乎具有惰性氣體的屬性。然而，由於未能確定283Cn同位素的發現，因此科學家對這些化學實驗結果是持著疑問的。2006年4月至5月，Flerov核研究實驗室和保羅謝爾研究所的聯合團隊在聯合核研究所進行了鈇的合成實驗：242Pu(48Ca,3n)287Fl，並在衰變產物中對283Cn進行研究。該實驗明確探測到兩個283Cn原子，並發現鎶和金會產生弱金屬-金屬鍵。這意味著鎶是具高揮發性的汞同類物，明確屬於12族。
2007年4月，科學家重復進行了這條反應，又合成了三個283Cn原子。該實驗證實了鎶的吸附特性，結果表示鎶完全具有12族中的最重元素的應有屬性。[4]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
