原子序數為108的化學元素 来自维基百科，自由的百科全书
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]
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[28]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，[30]而主要通過自發裂變衰變的最輕核種有238個核子。[28]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]
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。[32]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，[33]從90號元素釷到100號元素鐨下降了30個數量級。[34]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。[26][35]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][35]隨後的研究發現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。[36]對較輕的超重核種[37]以及那些更接近穩定島的核種[33]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]1984年，由彼得·安布魯斯特和哥特佛萊德·明岑貝格領導的研究隊於德國達姆施塔特重離子研究所首次進行了𨭆的合成反應。團隊以58Fe原子核撞擊鉛目標體，製造出3個265Hs原子，反應如下：
𨭆曾經被稱為eka鋨。在命名爭議期間，IUPAC使用的臨時系統名稱是Unniloctium（符號為Uno），來自數字1、0、8的拉丁語寫法。
德國發現者在1992年正式提出使用Hassium作為108號元素的名稱，取自研究所所在地德國黑森州的拉丁語名（Hassia）。
1994年，IUPAC的一個委員會建議把元素108命名為Hahnium（Hn），[49]雖然長期的慣例是把命名權留給發現者。在德國發現者抗議之後，1997年8月27日IUPAC正式對國際上分歧較大的101至109號元素的重新英文定名中，國際承認了現用名稱Hassium作為108號元素的命名。[50]
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108號元素中文名：「𨭆」（hēi，音同「黑」）[51]，名稱根據IUPAC決定的英文名Hassium，源自發現該元素的德國重離子研究所所在的德國黑森州。[52][53]
| 同位素 | 半衰期[l] | 衰變方式 | 發現年份[28] | 發現方法[54][m] | |
|---|---|---|---|---|---|
| 數值 | 來源 | ||||
| 263Hs | 900 μs | [28] | α | 2009年 | 208Pb(56Fe,n) |
| 264Hs | 700 ms | [28] | α, SF | 1986年 | 207Pb(58Fe,n) |
| 265Hs | 1.96 ms | [28] | α | 1984年 | 208Pb(58Fe,n) |
| 265mHs | 360 μs | [28] | α | 1995年 | 208Pb(58Fe,n) |
| 266Hs | 3.0 ms | [28] | α, SF | 2001年 | 270Ds(—,α) |
| 266mHs | 280 ms | [28] | α | 2011年 | 270mDs(—,α) |
| 267Hs | 55 ms | [28] | α | 1995年 | 238U(34S,5n) |
| 267mHs | 990 μs | [28] | α | 2004年 | 238U(34S,5n) |
| 268Hs | 1.4 s | [28] | α | 2010年 | 238U(34S,4n) |
| 269Hs | 13 s | [5] | α | 1996年 | 277Cn(—,2α) |
| 270Hs | 9 s | [28] | α | 2003年 | 248Cm(26Mg,4n) |
| 271Hs | 46 s | [5] | α | 2008年 | 248Cm(26Mg,3n) |
| 272Hs | 160 ms | [55] | α | 2022年 | 276Ds(—,α) |
| 273Hs | 510 ms | [56] | α | 2010年 | 285Fl(—,3α) |
| 275Hs | 600 ms | [57] | α | 2004年 | 287Fl(—,3α) |
| 277Hs | 18 ms | [58] | SF | 2010年 | 289Fl(—,3α) |
| 277mHs | 130 s[n] | [28] | SF | 2012年 | 293mLv(—,4α) |
目前已知的𨭆同位素有12個，全部都具有極高的放射性，半衰期極短，非常不穩定。其中壽命最長的是𨭆-271，半衰期約46秒。不過，未確認的277mHs可能有更長的130秒半衰期。
𨭆預計為過渡金屬中6d系的第5個元素及8族中最重的元素，在週期表中位於鐵、釕和鋨之下。該族中的後兩個元素表現出的氧化態為+8，而這種氧化態在族中越到下方越為穩定。因此𨭆的氧化態應為+8。鋨同時還有穩定的+5、+4及+3態，其中+4態最為穩定。而釕則同時有+6、+5及+3態，當中+3態最為穩定。𨭆也因此預計擁有穩定的低氧化態。
第8族元素獨特的氧化物化學使對𨭆元素特性的推算更為容易。同族較輕的元素都已知擁有或預測擁有四氧化物，MO4。一直向下，該族的氧化力逐漸下降：FeO4[59]並不存在，因為極高的電子親合能使其形成常見的FeO42−。釕(VI)在酸中經過氧化後形成四氧化釕，RuO4，而四氧化釕經過還原反應後形成RuO42−。釕金屬在空氣中氧化後形成二氧化釕，RuO2。對比之下，鋨燃燒後產生穩定的四氧化鋨，OsO4，然後與氫氧根離子產生錯合物[OsO4(OH)2]2−。因此，作為鋨對下的元素，𨭆應該會形成揮發性四氧化𨭆，HsO4，再與氫氧根離子配合形成[HsO4(OH)2]2−。
𨭆預計體積密度為41 g/cm3，是所有118個已知元素中最高的，幾乎為鋨的兩倍，而鋨是目前已測量的元素中密度最高的，有22.6 g/cm3。這是由於𨭆擁有高原子量，並加上鑭系與錒系收縮效應和相對論性效應，但是真正製造足夠𨭆元素以測量其密度是不可行的，因為樣本會即刻進行衰變。[60]
𨭆的電子組態預計為[Rn]5f14 6d6 7s2，因此𨭆應會產生揮發性四氧化物HsO4。其揮發性是由於該分子的四面體形。
對𨭆的首次化學實驗在2001年進行，運用了熱色譜分析法，以172Os作為參照物。利用反應248Cm(26Mg,5n)269Hs，實驗探測到5個𨭆原子。產生的原子在He/O2混合物中經過熱能化及氧化後產生氧化物。
所測量到的熱解離溫度表示四氧化𨭆的揮發性比四氧化鋨低，同時也肯定了𨭆的特性屬於8族。[61][62]
為了進一步探測𨭆的化學屬性，科學家決定研究四氧化𨭆與氫氧化鈉間產生的𨭆酸鈉的反應。該反應是鋨的一條常見反應。在2004 年，科學家公佈成功進行了第一次對𨭆化合物的酸鹼反應： [63]
| 公式 | 名稱 |
|---|---|
| HsO4 | 四氧化𨭆 |
| Na 2[HsO 4(OH) 2] |
𨭆酸鈉、二羥基四氧𨭆酸鈉 |
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