𨨏

𨨏（ㄆㄛ）（英語：Bohrium）是一種人工合成的化學元素，其化學符號為Bh，原子序數為107。以丹麥物理學家尼爾斯·玻爾命名。𨨏是一種放射性極強的超重元素及錒系後元素，其所有同位素的半衰期都很短，非常不穩定，其中壽命最長的是²⁷⁰Bh，半衰期僅約61秒。

提示：此條目頁的主題不是鈹。

注意：本頁有Unihan新版漢字：「䥑、鿏、鿭、𨧀、𨨏、𨭆、𨭎、𬬭、𬭊、𬭛、𬭳、𬭶」，這些字元可能會錯誤顯示，詳見Unicode擴充漢字。

𨨏 ₁₀₇Bh

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） 錸 ↑ 𨨏 ↓ (Ups) 𨭎 ← 𨨏 → 𨭆
概況
名稱·符號·序數	𨨏（Bohrium）·Bh·107
元素類別	過渡金屬
族·週期·區	7·7·d
標準原子質量	[270]
電子組態	[Rn] 5f14 6d5 7s2 （計算值）[1][2] 2, 8, 18, 32, 32, 13, 2 （預測） 𨨏的電子層（2, 8, 18, 32, 32, 13, 2 （預測））
歷史
發現	重離子研究所（1981年）
物理性質
物態	固態（預測）
密度	（接近室溫） 37（預測）[2] g·cm−3
原子性質
氧化態	7, 5, 4, 3（預測）[2] （實驗證實的氧化態以粗體顯示）
游離能	第一：742.9（估值）[2] kJ·mol−1 第二：1688.5（估值）[2] kJ·mol−1 第三：2566.5（估值）[2] kJ·mol−1 （更多）
原子半徑	128（估值）[2] pm
共價半徑	141（估值）[3] pm
雜項
CAS編號	54037-14-8
同位素 閱 論 編
主條目：𨨏的同位素 同位素 豐度 半衰期​（t1/2） 衰變 方式 能量​（MeV） 產物 267Bh 人造 22 秒 α 8.83 263Db 270Bh 人造 2.4 分鐘[4] α 8.93 266Db 274Bh 人造 57 秒[5] α 8.94 270Db

在元素週期表中，𨨏是位於d區塊的過渡金屬，為第7週期、第7族的成員。人們對𨨏的化學屬性並不完全瞭解，就目前實驗結果所知，𨨏符合7族中位於錸之下元素的特性。

概論

外部影片連結
基於澳大利亞國立大學的計算，核融合未成功的可視化[6]

這個部分摘自：超重元素 § 概論[編輯]

超重元素的合成

核融合反應的圖示。兩個原子核融合成一個，並發射出一個中子。在這一刻，這個反應和用來創造新元素的反應是相似的，唯一可能的區別是它有時會釋放幾個中子，或者根本不釋放中子。

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。^[12]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。^[13]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。^[13]

不過，只是靠得足夠近不足以使兩個原子核融合：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。^[13][14]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。^[13]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。^[13]

兩個原子核融合產生的原子核處於非常不穩定，^[13]被稱為複合原子核（英語：compound nucleus）的激發態。^[16]複合原子核為了達到更穩定的狀態，可能會直接裂變，^[17]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。^[17]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。^[18][d]

衰變和探測

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。^[20]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（英語：Semiconductor detector）後停止。這時標記撞擊探測器的確切位置、能量和到達時間。^[20]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。^[23]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。^[20]

原子核的穩定性源自於強核力，但強核力的作用距離很短，隨著原子核越來越大，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。^[24]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。^[25][26]超重元素理論預測^[27]及實際觀測到^[5]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，^[29]而主要通過自發裂變衰變的最輕核種有238個核子。^[5]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。^[25][26]

基於在杜布納聯合原子核研究所中設置的杜布納充氣反衝分離器，用於產生超重元素的裝置方案。在檢測器和光束聚焦裝置內的軌跡會因為前者的磁偶極（英語：Magnetic dipole）和後者的四極磁體（英語：Quadrupole magnet）而改變。^[30]

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。^[31]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。^[26]隨著原子序數增加，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，^[32]從90號元素釷到100號元素鐨下降了30個數量級。^[33]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（英語：Fission barrier）會消失，因此自發裂變會立即發生。^[26][34]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。^[26][34]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。^[35]對較輕的超重核種^[36]以及那些更接近穩定島的核種^[32]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。^[20]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種。^[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]

歷史

第107號元素最初被建議以丹麥核物理學家尼爾斯·玻爾命名為Nielsbohrium（Ns）。IUPAC其後將其改名為現名Bohrium（Bh）

正式發現

位於德國達姆施塔特重離子研究所，由彼得·安布魯斯特和哥特佛萊德·明岑貝格（英語：Gottfried Münzenberg）為首的團隊於1981年首次確定性地成功合成𨨏元素。它們將鉻-54原子核加速撞擊鉍-209目標，並製造出5個𨨏-262同位素原子：^[47]

209
83Bi
+ 54
24Cr
→ 262
107Bh
+
n

IUPAC/IUPAP鐨後元素工作小組在其1992年的報告當中將重離子研究所的團隊列為𨨏的正式發現者。^[48]

提出的命名

該德國團隊建議將該元素命名為Nielsbohrium，符號為Ns，以紀念丹麥物理學家尼爾斯·波爾。前蘇聯杜布納聯合核研究所的科學家卻曾經建議把第105號元素（現名為𨧀）命名為Nielsbohrium。德國的團隊希望在紀念波爾的同時，肯定杜布納團隊作為首次提出該冷核融合反應的一方，從而解決命名爭議。杜布納團隊與德國團隊就此對107號元素的命名達成了共識。^[49]

在104至106號元素命名爭議的同時，國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）使用Unnilseptium（符號為Uns）作為臨時的系統化命名。^[50]1994年，IUPAC的一個委員會建議將107號元素命名為Bohrium（現名），而非Nielsbohrium，因為此前並沒有以某科學家的全名為元素取名的先例。^[50][51]發現者對此表示反對，並擔心這樣的名稱會和硼（Boron）混淆，特別是兩者的含氧陰離子的國際命名：Bohrate（𨨏酸鹽）和Borate（硼酸鹽）。這個問題交由IUPAC位於丹麥的分支處理，但最終的投票結果仍然決定使用Bohrium。鑒於國際上對104至107號元素名均存在較大分歧，1997年8月27日IUPAC在協商後正式對101至109號元素的重新英文定名，其中Bohrium一名成為了國際承認的107號元素的命名。^[50]雖然有關於硼酸鹽和𨨏酸鹽的歧義，IUPAC之後並沒有將𨨏酸鹽改稱。^[52]

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日重新審定、公佈101至109號元素的中文命名，其中首次給出107號元素中文名：「𨨏」（bō，音同「波」）^[53]，名稱源自IUPAC決定的英文名Bohrium，以紀念丹麥物理學家尼爾斯·波爾。^[54][55]

同位素

主條目：𨨏的同位素

𨨏的同位素列表

同位素	半衰期[l]		衰變方式	發現年份	發現方法
	數值	來源
260Bh	41 !41 ms	[5]	α	2007年	209Bi(52Cr,n)[56]
261Bh	12 !12.8 ms	[5]	α	1986年	209Bi(54Cr,2n)[57]
262Bh	84 !84 ms	[5]	α	1981年	209Bi(54Cr,n)[47]
262mBh	9 !9.5 ms	[5]	α	1981年	209Bi(54Cr,n)[47]
264Bh	1070 !1.07 s	[5]	α	1994年	272Rg(—,2α)[58]
265Bh	1190 !1.19 s	[5]	α	2004年	243Am(26Mg,4n)[59]
266Bh	10600 !10.6 s	[5]	α	2000年	249Bk(22Ne,5n)[60]
267Bh	22000 !22 s	[5]	α	2000年	249Bk(22Ne,4n)[60]
270Bh	144000 !2.4 min	[4]	α	2006年	282Nh(—,3α)[61]
271Bh	2900 !2.9 s	[4]	α	2003年	287Mc(—,4α)[61]
272Bh	8800 !8.8 s	[4]	α	2005年	288Mc(—,4α)[61]
274Bh	57000 !57 s	[5]	α	2009年	294Ts(—,5α)[62]
278Bh[m]	690000 !11.5 min?	[63]	SF	1998?年	290Fl(e−,νe3α)?

如同其他高原子序的超重元素，𨨏的所有同位素都具有極高的放射性，壽命短暫，非常不穩定。𨨏的一些同位素已在實驗室中成功合成，所用方法有兩種：高速撞擊兩種原子核以產生核融合，或製造出更高的元素並觀測其衰變產物。目前正式發現了的𨨏同位素有11種，質量數分別為260–262、264–267、270–272、274，其中壽命最長的是𨨏-270，半衰期約61秒，而𨨏-262擁有已知的亞穩態。這些同位素都會經α衰變，然而某些仍未被發現的𨨏同位素理論上會進行自發裂變。^[64]

穩定性與半衰期

較輕的𨨏同位素一般有較短的半衰期。²⁶⁰Bh、²⁶¹Bh、²⁶²Bh、^262mBh和²⁶³Bh的半衰期在100毫秒以下。同位素²⁶⁴Bh、²⁶⁵Bh、²⁶⁶Bh和²⁷¹Bh較為穩定，半衰期在1秒左右，而²⁶⁷Bh和²⁷²Bh則有大約10秒的半衰期。質量最高的同位素最為穩定，其中²⁷⁰Bh和²⁷⁴Bh分別有大約61秒和54秒的半衰期。未知的²⁷³Bh和²⁷⁵Bh同位素預期將會有更長的半衰期，分別為90分鐘和40分鐘。值得注意的是，在被發現之前，理論預計的²⁷⁴Bh半衰期也長達90分鐘左右，但最終實際只有54秒。^[64]

高質子量的²⁶⁰Bh、²⁶¹Bh和²⁶²Bh是直接由冷核融合產生的，^262mBh和²⁶⁴Bh則是在䥑和錀的衰變鏈中被發現的。高中子量的²⁶⁶Bh和²⁶⁷Bh是通過向錒系元素目標進行放射產生的。中子量最高的四個同位素²⁷⁰Bh 、²⁷¹Bh 、²⁷²Bh 和²⁷⁴Bh分別是在²⁸²Nh、²⁸⁷Mc和²⁸⁸Mc和²⁹⁴Nh的衰變鏈中發現的。後七個同位素的半衰期在8毫秒至1分鐘不等。^[65]

同核異構物

²⁶²Bh

𨨏的唯一一個確定的同核異構物出現在²⁶²Bh。直接和成²⁶²Bh會產生兩種狀態：基態和一個同核異能態。已證實，基態會經α衰變，放射的α粒子能量為10.08、9.82和9.76 MeV，半衰期為84毫秒。激發態也通過α衰變，放射的α粒子能量為10.37和10.24 MeV，半衰期為9.6毫秒。^[47]

化學特性

推算

𨨏預計是元素週期表中6d系過渡金屬的第四個元素，也是7族元素中最重的一個，位於錳、鎝和錸之下。該族的所有元素都擁有明顯的+7氧化態，其穩定性隨著質量的增加而提升。因此𨨏也預計會有穩定的+7態。鎝同時也有穩定的+4態，而錸擁有穩定的+4和+3態。𨨏也有可能擁有這些較低的氧化態。

該族的重元素會形成具揮發性的七氧化物M₂O₇，所以𨨏應該會形成具揮發性的Bh₂O₇。這個氧化物應該會在水中溶解，形成高𨨏酸HBhO₄。錸和鎝在其氧化物的鹵化反應後能夠形成鹵氧化物MO₃Cl，所以BhO₃Cl也可能會在這種反應中產生。該族較重元素的氧化物在氟化反應會產生MO₃F和MO₂F₃，而錸則另外會形成ReOF₅和ReF₇。因此，𨨏也應會產生這些氟氧化物，從而證實它會延續7族元素的化學特性。

化學實驗

1995年第一次嘗試分離𨨏元素的實驗以失敗告終。^[66]

儘管相對論效應頗為重要，不過107號元素仍然是個典型的7族元素，這在2000年得到證實。^[67]

2000年，保羅謝爾研究所的團隊利用²⁶⁷Bh原子進行了化學反應。這些𨨏原子是Bk-249和Ne-22離子的融合產物。這些原子在經過熱能化後，與HCl/O₂混合物反應，並形成一種具揮發性的氯氧化物。這條反應也同時產生了同族的較輕元素鎝（同位素為¹⁰⁸Tc）及錸（同位素為¹⁶⁹Re）。測量出來的吸附等溫線明確指出一種揮發性氯氧化物的產生，其特性和氯氧化錸相似。這證實𨨏是一個典型的7族元素。^[68]

2 Bh + 3 O
2 + 2 HCl → 2 BhO
3Cl + H
2

化學式	名稱
BhO3Cl	氯氧化𨨏

注釋

1. 在核物理學中，原子序高的元素可稱為重元素，如82號元素鉛。超重元素通常指原子序大於103（也有大於100^[7]或112^[8]的定義）的元素。有定義認為超重元素等同於錒系後元素，因此認為還未發現的超錒系元素不是超重元素。^[9]
2. 2009年，由尤里·奧加涅相引領的團隊發表了他們嘗試通過對稱的¹³⁶Xe + ¹³⁶Xe反應合成𨭆的結果。他們未能在這個反應中觀察到單個原子，因此設置截面，即發生核反應的概率的上限為2.5 pb。^[10]作為比較，發現𨭆的反應²⁰⁸Pb + ⁵⁸Fe的截面為19+19
   -11 pb。^[11]
3. 施加到粒子束以加速它的能量也會影響截面。舉個例子，在28
   14Si
   + 1
   0n
   → 28
   13Al
   + 1
   1p
   反應中，截面會從12.3 MeV的370 mb變化成18.3 MeV的160 mb，最高值是13.5 MeV的380 mb。^[15]
4. 這個值也是普遍接受的複合原子核壽命上限。^[19]
5. 分離基於產生的原子核會比未反應的粒子束更慢地通過目標這一點。分離器中包含電場和磁場，它們對運動粒子的影響會因粒子的特定速度而被抵消。^[21]飛行時間質譜法（英語：Time-of-flight mass spectrometry）和反衝能量的測量也有助於分離，兩者結合可以估計原子核的質量。^[22]
6. 不是所有放射性衰變都是因為靜電排斥力導致的，β衰變便是弱核力導致的。^[28]
7. 早在1960年代，人們就已經知道原子核的基態在能量和形狀上的不同，也知道核子數為幻數時，原子核就會更穩定。然而，當時人們假設超重元素的原子核因為過於畸形，無法形成核子結構。^[32]
8. 超重元素的原子核的質量通常無法直接測量，所以是根據另一個原子核的質量間接計算得出的。^[37]2018年，勞倫斯伯克利國家實驗室首次直接測量了超重原子核的質量，^[38]它的質量是根據轉移後原子核的位置確定的（位置有助於確定其軌跡，這與原子核的質荷比有關，因為轉移是在有磁鐵的情況下完成的）。^[39]
9. 如果在真空中發生衰變，那麼由於孤立系統在衰變前後的總動量必須保持守恆，衰變產物也將獲得很小的速度。這兩個速度的比值以及相應的動能比值與兩個質量的比值成反比。衰變能量等於α粒子和衰變產物的已知動能之和。^[29]這些計算也適用於實驗，但不同之處在於原子核在衰變後不會移動，因為它與探測器相連。
10. 自發裂變是由蘇聯科學家格奧爾基·弗廖羅夫發現的，^[40]而他也是杜布納聯合原子核研究所的科學家，所以自發裂變就成了杜布納聯合原子核研究所經常討論的課題。^[41]勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家認為自發裂變的信息不足以聲稱合成元素，他們認為對自發裂變的研究還不夠充分，無法將其用於識別新元素，因為很難確定複合原子核是不是僅噴射中子，而不是質子或α粒子等帶電粒子。^[19]因此，他們更喜歡通過連續的α衰變將新的同位素與已知的同位素聯繫起來。^[40]
11. 舉個例子，1957年，瑞典斯德哥爾摩省斯德哥爾摩的諾貝爾物理研究所錯誤鑑定102號元素。^[42]早先沒有關於該元素發現的明確聲明，所以瑞典、美國、英國發現者將其命名為nobelium。後來證明該鑑定是錯誤的。^[43]次年，勞倫斯伯克利國家實驗室無法重現瑞典的結果。他們宣布合成了該元素，但後來也被駁回。^[43]杜布納聯合原子核研究所堅持認為他們第一個發現該元素，並建議把新元素命名為joliotium，^[44]而這個名稱也沒有被接受（他們後來認為102號元素的命名是倉促的）。^[45]由於nobelium這個名稱在三十年間已被廣泛使用，因此沒有更名。^[46]
12. 不同的來源會給出不同的數值，所以這裡列出最新的數值。
13. 未確認的同位素

參考資料

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