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尚未被發現、原子序數為120的化學元素 来自维基百科,自由的百科全书
Unbinilium(化學符號為Ubn)是一種尚未被發現的化學元素,原子序數是120。直到這個元素被發現、確認並確定了永久名稱之前,Unbinilium和Ubn分別為這個元素的暫時系統命名和化學符號。在擴展元素週期表裏,Ubn預測是s區元素和鹼土金屬,是第8週期的第二個元素。由於該元素可能處於理論上的超重元素穩定島之中,其中子數為幻數(184)的同位素304
120Ubn
可能具有極長的半衰期,因而引起人們的研究興趣。
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概況 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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名稱·符號·序數 | Unbinilium·Ubn·120 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
元素類別 | 未知 可能為鹼土金屬 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
族·週期·區 | 2·8·s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
電子排布 | [Og] 8s2 (預測[1]) 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8, 2 (預測) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
物理性質 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
物態 | 固體(預測)[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
密度 | (接近室溫) 7(預測)[1] g·cm−3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
熔點 | 953 K,680 °C,1256(預測)[1] °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
原子性質 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
氧化態 | 2, 4(預測)[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
電離能 | 第一:578.9(預測)[1] kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
原子半徑 | 200(預測)[1] pm |
儘管德國和俄羅斯團隊曾多次嘗試合成該元素,但Ubn迄今為止仍尚未被成功合成出來。俄羅斯團隊計劃於2025年開始下一次試驗。理論和實驗證據表明,Ubn等第八週期元素的合成很可能比之前的元素要困難得多,Ubn甚至可能是目前技術所能合成的最重元素。
Ubn所處的第七種鹼土金屬的位置表明它會和較輕的同族元素有相似的性質。不過,相對論效應可能會導致Ubn的某些性質與直接用元素週期律推測的性質不同。舉個例子,Ubn預計會比鋇和鐳更不活潑,反應性反而更像鍶。不過計算顯示Ubn的主要氧化態應該仍是鹼土金屬的+2特徵氧化態。
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。[8]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。[9]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。[9]
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。[9][10]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。[9]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機率。[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。[9]
兩個原子核聚變產生的原子核處於非常不穩定,[9]被稱為複合原子核的激發態。[12]複合原子核為了達到更穩定的狀態,可能會直接裂變,[13]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。[13]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。[14][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。[16]在分離室中,新的原子核會從其它核種(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。[16]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。[19]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。[16]
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。[20]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。[21][22]超重元素理論預測[23]及實際觀測到[24]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衰變的核種都有超過210個核子,[26]而主要通過自發裂變衰變的最輕核種有238個核子。[24]有限位勢壘在這兩種衰變方式中抑制了原子核衰變,但原子核可以穿隧這個勢壘,發生衰變。[21][22]
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。[28]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。[22]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,[29]從90號元素釷到100號元素鐨下降了30個數量級。[30]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。[22][31]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。[22][31]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。[32]對較輕的超重核種[33]以及那些更接近穩定島的核種[29]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。[16]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裂變產物,因此無法從其裂變產物確定原始核種。[j]
嘗試合成超重元素的物理學家可以獲得的資訊是探測器收集到的資訊,即原子核到達探測器的位置、能量、時間以及它衰變的資訊。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種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]2002年,尤里·奧加涅相在俄羅斯杜布納的團隊於聯合核研究所(JINR)首次發現並觀測鿫原子的衰變,[44] 之後打算製作類似的實驗:從58Fe和244Pu製造Ubn。[45] Ubn同位素的半衰期預計以微秒計。[46][47]
目標 | 發射體 | CN | 結果 |
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232Th | 70Zn | 302Ubn | 尚未嘗試 |
238U | 64Ni | 302Ubn | 失敗, σ < 94 fb |
244Pu | 58Fe | 302Ubn | 失敗, σ < 0.4 pb |
248Cm | 54Cr | 302Ubn | 尚未嘗試 |
249Cf | 50Ti | 299Ubn | 尚未嘗試 |
257Fm | 48Ca | 305Ubn | 尚未嘗試 |
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) | σ max | 模型 | 參考資料 |
---|---|---|---|---|---|---|
208Pb | 88Sr | 296Ubn | 1n (295Ubn) | 70 fb | DNS | [48] |
208Pb | 87Sr | 295Ubn | 1n (294Ubn) | 80 fb | DNS | [48] |
208Pb | 88Sr | 296Ubn | 1n (295Ubn) | <0.1 fb | MD | [49] |
238U | 64Ni | 302Ubn | 3n (299Ubn) | 3 fb | MD | [49] |
238U | 64Ni | 302Ubn | 2n (300Ubn) | 0.5 fb | DNS | [50] |
238U | 64Ni | 302Ubn | 4n (298Ubn) | 2 ab | DNS-AS | [51] |
244Pu | 58Fe | 302Ubn | 4n (298Ubn) | 5 fb | MD | [49] |
244Pu | 58Fe | 302Ubn | 3n (299Ubn) | 8 fb | DNS-AS | [51] |
248Cm | 54Cr | 302Ubn | 3n (299Ubn) | 10 pb | DNS-AS | [51] |
248Cm | 54Cr | 302Ubn | 4n (298Ubn) | 30 fb | MD | [49] |
249Cf | 50Ti | 299Ubn | 4n (295Ubn) | 45 fb | MD | [49] |
249Cf | 50Ti | 299Ubn | 3n (296Ubn) | 40 fb | MD | [49] |
257Fm | 48Ca | 305Ubn | 3n (302Ubn) | 70 fb | DNS | [50] |