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鉝

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鉝 116Lv
氫（非金屬） 氦（貴氣體）
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（貴氣體）
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（貴氣體）
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（貴氣體）
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） 鍀（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（貴氣體）
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） 鑥（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） 砹（類金屬） 氡（貴氣體）
鈁（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） 鎿（錒系元素） 鈈（錒系元素） 鎇（錒系元素） 鋦（錒系元素） 錇（錒系元素） 鐦（錒系元素） 鎄（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（預測為貴氣體）
釙
↑
鉝
↓
(Uhh)
鏌 ← 鉝 → 鿬
概況
名稱·符號·序數鉝（Livermorium）·Lv·116
元素類別未知
可能為貧金屬
族·週期·區16·7·p
標準原子質量[293]
電子排布[Rn] 5f14 6d10 7s2 7p4
（預測[1]）
2, 8, 18, 32, 32, 18, 6
（預測）
鉝的電子層（2, 8, 18, 32, 32, 18, 6 （預測））
鉝的電子層（2, 8, 18, 32, 32, 18, 6
（預測））
歷史
發現聯合核研究所及勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（2000年）
命名勞倫斯利弗莫爾國家實驗室[2]
物理性質
物態固體（預測）
密度（接近室溫）
12.9（預測）[1] g·cm−3
汽化熱42(預測)[3] kJ·mol−1
原子性質
氧化態2, 4（預測）[1]
電離能第一：723.6（預測）[1] kJ·mol−1
第二：1330（預測）[3] kJ·mol−1
第三：2850（預測）[3] kJ·mol−1
原子半徑183(預測)[3] pm
共價半徑175（預測）[4] pm
雜項
CAS編號54100-71-9
同位素
主條目：鉝的同位素
同位素 豐度 半衰期​（t1/2） 衰變
方式 能量​（MeV） 產物
293Lv syn 61 ms α 10.54 289Fl
292Lv syn 18 ms α 10.66 288Fl
291Lv syn 18 ms α 10.74 287Fl
290Lv syn 7.1 ms α 10.84 286Fl

鉝[5][6]（拼音：lì，注音：ㄌ丨ˋ，粵拼：lap6，音同「立」；英語：Livermorium），是一種放射性人工合成化學元素，其化學符號為Lv，原子序數為116。鉝正式命名前的臨時名稱為Ununhexium（Uuh），即IUPAC元素系統命名法下的「116」。鉝是極具放射性的元素，目前只有在實驗室被製造出來，沒有在自然中觀察到的紀錄。此元素是以美國的勞倫斯利佛摩國家實驗室（英語：Lawrence Livermore National Laboratory）命名，該實驗室與俄羅斯杜布納的杜布納聯合原子核研究所合作，在西元2000至2006年之間的實驗中發現了此元素。該實驗室的名稱中包含了它所在的城市的名稱，即加利福尼亞州的利佛摩；而該城市是以農場主兼地主羅伯特·利物莫（英語：Robert Livermore）（英語：Robert Livermore）命名。此元素的名稱在西元2012年5月30日被IUPAC採用。[2]它有四種已知的同位素，質量數包含290至293，其中最穩定的是鉝-293，它的半衰期約為60微秒。可能存在的第五種同位素（質量數為294）已被報告出來，但尚未被證實。[7]

鉝是元素週期表中的p-區錒系後元素。它是第七週期的成員，且位於第16族，是最重的氧族元素，但它尚未被證實出表現得像是比氧族元素釙還重的同系物。計算已經得出它的一些性質與較輕的同系物（氧、硫、硒、碲、釙）相近，且為後過渡金屬。但它與那些較輕的同系物也應有一些重大的不同。

科學家至今成功合成約30個原子。這些原子都是直接合成或是鿫衰變的產物。由於沒有足夠穩定的同位素，因此目前無法用實驗來研究它的特性。

歷史

失敗的合成嘗試

對116號元素的第一次搜尋，是由Ken Hulet與他的團隊在西元1977年於勞倫斯利佛摩國家實驗室（LLNL）執行，他們利用了248Cm與48Ca的反應，但當時偵測不到任何鉝原子。[8] 西元1978年，尤里·奧加涅相與他的團隊也在杜布納聯合原子核研究所的Flerov Laboratory of Nuclear Reactions (FLNR)嘗試做該反應，但也沒有成功。西元1985年，柏克萊與Peter Armbruster在GSI的團隊合作實驗，實驗結果也是否定的，該次實驗中計算出的截面極限是10–100皮靶。然而，在杜布納，與48Ca有關的反應持續在進行（48Ca已被證明在用natPb+48Ca的反應合成鍩的實驗中很有用）。西元1989年，超重元素分離器被開發出來。西元1990年，開始了靶材料的尋找及與LLNL的合作。西元1996年，開始生產更高強度的48Ca粒子束。西元1990年代，完成了靈敏度高出3個數量級的長期實驗的準備。這些工作直接導致了有錒系元素靶與48Ca的反應中，元素112至118的新同位素的產生，也導致了元素週期表中最重的五個元素（鈇、鏌、鉝、鿬、鿫）的發現。[9]

西元1995年，Sigurd Hofmann（英語：Sigurd Hofmann）領導的國際團隊在德國達姆施塔特的Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) 嘗試合成116號元素。他們執行鉛-208的靶與硒-82的入射粒子之間的輻射捕獲反應。在反應之中，複合核以純粹的伽馬發射（不發射中子）而去激發。此反應並無偵測到116號元素的原子。[10]

發現

2000年7月19日，位於俄羅斯杜布納聯合核研究所（JINR）的科學家使用48Ca離子撞擊248Cm目標，探測到鉝原子的一次α衰變，能量為10.54 MeV。結果於2000年12月發佈。[11]由於292Lv的衰變產物和已知的288Fl關聯，因此這次衰變起初被認為源自292Lv。然而其後科學家把288Fl更正為289Fl，所以衰變來源292Lv也順應更改到293Lv。他們於2001年4至5月進行了第二次實驗，再發現兩個鉝原子。[12]

在同樣的實驗裏，研究人員探測到鈇的衰變，並將此次衰變活動指定到289Fl。[12]在重複進行相同的實驗後，他們並沒有觀測到該衰變反應。這可能是來自鉝的同核異能素293bLv的衰變，或是293aLv的一條較罕見的衰變支鏈。這須進行進一步研究才能確認。

研究團隊在2005年4月至5月重複進行實驗，並探測到8個鉝原子。衰變數據證實所發現的同位素是293Lv。同時他們也通過4n通道第一次觀測到292Lv。[13]

2009年5月，聯合工作組在報告中指明，發現了的鎶同位素包括283Cn。[14]283Cn是291Lv的衰變產物，因此該報告意味着291Lv也被正式發現（見下）。

2011年6月11日，IUPAC證實了鉝的存在。[15]

命名

原文名稱

鉝的原文名稱Livermorium（Lv），是IUPAC在2012年5月30日正式命名的[16]。之前IUPAC根據系統命名法將之命名為Ununhexium（Uuh）[17]。科學家通常稱之為「元素116」（或E116）。

此前鉝被提議以俄羅斯莫斯科州（Moscow Oblast）名為Moscovium，但由於元素114和116是俄羅斯和美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室研究人員合作的產物，而元素114已經根據俄羅斯的要求命名，因此元素116最後以實驗室所在地美國利弗莫爾市（Livermore）命名為Livermorium（Lv）[18][19]。

中文名稱

2012年6月2日，中華民國國家教育研究院的化學名詞審譯委員會將此元素暫譯為鉝。[5][6] 2013年7月，中華人民共和國全國科學技術名詞審定委員會通過以鉝（讀音同「立」）為中文定名。[6]

目前及未來的實驗

位於杜布納的團隊表示有意利用244Pu和50Ti的核反應合成鉝。通過這項實驗，他們可以研究是否可能以原子序大於20的發射體來合成原子序大於118的超重元素。雖然原定計劃在2008年進行，但這項實驗至今仍未開始。[20]

研究團隊也有計劃使用不同發射體能量來重複248Cm反應，以進一步了解2n通道，從而發現新的同位素294Lv。另外，他們計劃在未來完成4n通道產物292Lv的激發函數，並估量N=184核殼層對產生蒸發殘留物的穩定效應。

同位素與核特性

核合成

能產生Z=116覆核的目標、發射體組合

下表列出各種可用以產生116號元素的目標、發射體組合。

目標 發射體 CN 結果
208Pb 82Se 290Lv 至今失敗
232Th 58Fe 290Lv 尚未嘗試
238U 54Cr 292Lv 至今失敗
244Pu 50Ti 294Lv 尚未嘗試
250Cm 48Ca 298Lv 尚未嘗試
248Cm 48Ca 296Lv 反應成功
246Cm 48Ca 294Lv 尚未嘗試
245Cm 48Ca 293Lv 反應成功
249Cf 40Ar 289Lv 尚未嘗試

冷聚變

208Pb(82Se,xn)290−xLv

1998年，重離子研究所嘗試了輻射俘獲產物（x=0）以合成290Lv。他們限制截面為4.8 pb，並未發現任何原子。

熱聚變

238U(54Cr,xn)292−xLv

有粗略的證據顯示重離子研究所在2006年曾經嘗試過這個反應。他們沒有發佈實驗結果，表示很可能並沒有發現任何原子。[21]

248Cm(48Ca,xn)296−xLv (x=3,4)

1977年Ken Hulet和他的團隊在勞倫斯利福摩爾國家實驗室首次進行合成鉝的實驗。他們並未發現任何鉝原子。[22]尤里·奧加涅相和他的團隊在Flerov核反應實驗室之後在1978年嘗試了這個反應，但最終失敗。1985年，伯克利實驗室和在重離子研究所的Peter Armbruster（英語：Peter Armbruster）團隊進行了實驗，結果依然是失敗的，計算出來的截面限度為10至100 pb。[23]

2000年，杜布納的俄羅斯科學家終於成功探測到一個鉝原子，指向到同位素292Lv。[11]2001年，他們重複了這一個反應，再次合成了2個原子，驗證了此前的實驗結果。另外也不確定地探測到一個293Lv原子，因為其首次α衰變違背探測到。[12]2004年4月，團隊又再使用較高能量重複實驗，並發現了一條新的衰變鏈，指向到292Lv。根據這個發現，原先的數據就被重新指向到293Lv。不確定的衰變鏈因此可能是這個同位素的稀有的一條分支。這個反應另外有產生了2個293Lv原子。[13]

245Cm(48Ca,xn)293−x116 (x=2,3)

為了找出合成出的鉝同位素的原子量，在2003年3月至5月期間杜布納的團隊用48Ca離子撞擊245Cm目標。他們觀察到了兩個新的同位素：291Lv和290Lv。[24]這個實驗在2005年2月至3月成功重複進行，其中合成了10個原子，其衰變數據與2003年實驗報告中的相符。[25]

作為衰變產物

鉝也在鿫的衰變中被探測到。2006年10月，在一個用48Ca離子撞擊249Cf的實驗中，3個鿫原子被發現，並迅速衰變成鉝。[25]

觀察到290Lv，意味着成功合成了294鿫，也證明了成功合成元素鿫。

原子量為116的覆核的裂變

位於杜布納的Flerov核反應實驗室在2000至2006年進行了一系列的實驗，研究296,294,290Lv覆核的裂變特性。實驗使用了4條核反應：248Cm+48Ca、246Cm+48Ca、244Pu+50Ti和232Th+58Fe。結果反映了這種原子核裂變的方式主要為放出閉殼原子核，如132Sn (Z=50, N=82)。另一發現為，使用48Ca和58Fe發射體的聚變裂變路徑產量相似，說明在未來合成超重元素時，可以使用58Fe發射體。另外，比較使用48Ca和50Ti發射體合成294Lv的實驗，如果用50Ti，聚變裂變產量約少3倍，表示未來能用於合成超重元素。[26]

撤回的同位素

289Lv

1999年，勞倫斯伯克利國家實驗室在《物理評論快報》中宣佈成功合成293Og（見Og）。[27]所指的同位素289Lv經過了11.63 MeV能量的α衰變，半衰期為0.64 ms。翌年，他們宣佈撤回此前的發現，因為其他研究人員未能複製實驗結果。[28]2002年6月，實驗室主任公佈，原先這兩個元素的發現結果是建立在維克托･尼諾夫（英語：Victor Ninov）編造的實驗數據上的。

同位素發現時序

同位素 發現年份 核反應
290Lv 2002年 249Cf(48Ca,3n)[29]
291Lv 2003年 245Cm(48Ca,2n)[24]
292Lv 2004年 248Cm(48Ca,4n)[13]
293Lv 2000年 248Cm(48Ca,3n)[11]

同位素產量

熱聚變

下表列出直接合成鉝的熱聚變核反應的截面和激發能量。粗體數據代表從激發函數算出的最大值。+代表觀測到的出口通道。

發射體 目標 CN 2n 3n 4n 5n
48Ca 248Cm 296Lv 1.1 pb, 38.9 MeV[13] 3.3 pb, 38.9 MeV [13]
48Ca 245Cm 293Lv 0.9 pb, 33.0 MeV[24] 3.7 pb, 37.9 MeV [24]

理論計算

衰變特性

利用量子穿隧模型的理論計算支持合成293,292Lv的實驗數據。[30][31]

蒸發殘留物截面

下表列出各種目標-發射體組合，並給出最高的預計產量。

DNS = 雙核系統； σ = 截面

目標 發射體 CN 通道（產物） σmax 模型 參考資料
208Pb 82Se 290Lv 1n (289Lv) 0.1 pb DNS [32]
208Pb 79Se 287Lv 1n (286Lv) 0.5 pb DNS [32]
238U 54Cr 292Lv 2n (290Lv) 0.1 pb DNS [33]
250Cm 48Ca 298Lv 4n (294Lv) 5 pb DNS [33]
248Cm 48Ca 296Lv 4n (292Lv) 2 pb DNS [33]
247Cm 48Ca 295Lv 3n (292Lv) 3 pb DNS [33]
245Cm 48Ca 293Lv 3n (290Lv) 1.5 pb DNS [33]

化學屬性

因為鉝的生產非常有限且昂貴，而且它的衰變非常快速，所以鉝及其化合物的所有性質皆未被測量。因此，鉝的性質皆為未知，只有預測是可取得的。

推算的化學屬性

氧化態

鉝預計為7p系非金屬的第4個元素，並是元素週期表中16族（VIA）最重的成員，位於釙之下。儘管它是7p系元素中理論研究最少的，它的化學性質預測類似釙。[3]這一族的氧化態為+VI，缺少d軌態，無法超越八隅體的氧除外。氧的最高氧化態只到 +2 ，存在於OF2（理論上存在的三氟釒羊的氧化態為 +4）硫、硒、碲及釙的氧化態都是+IV，穩定性由S(IV)和Se(IV)的還原性到Po(IV)的氧化性。Te(IV)是碲最穩定的氧化態。這表明了相對論效應，尤其是惰性電子對效應對元素性質的影響越來越大。因此，隨着元素週期表中氧族元素的下降，較高氧化態的穩定性也跟着下降。 [34]因此，鉝應有不穩定，有氧化性的+IV態，以及最穩定的+II態。同族其他元素亦能產生−II態，如氧化物、硫化物、硒化物、碲化物和釙化物。釒立的+2氧化態應該與鈹和鎂一樣容易形成， 而 +4 氧化態只有在和電負性極高的基團反應才能得到，例如四氟化釒立 (LvF4)。[1]釒立的 +6 氧化態應該不存在，因為7s軌態非常穩定，使得釒立可能只有四顆價電子。[3] 較輕的氧族元素可以形成 −2 氧化態，存在於氧化物、 硫化物、 硒化物、 碲化物和 釙化物中。 由於釒立的 7p3/2 殼層變得不穩定，它的 −2 氧化態會非常不穩定。這使得釒立應該只能形成陽離子，[1] 儘管與釙相比，釒立更大的殼層和能量分裂會使得Lv2-的不穩定程度略低於預期。 [34]

化學特性

鉝的化學特性能從釙的特性推算出來。因此，它應在氧化後產生二氧化鉝（LvO2）。三氧化鉝（LvO3）也有可能產生，但可能性較低。在氧化鉝（LvO）中，鉝會展現出+II氧化態的穩定性。氟化後它可能會產生四氟化鉝（LvF4）和/或二氟化鉝（LvF2）。氯化和溴化後會產生二氯化鉝（LvCl2）和二溴化鉝（LvBr2）。碘對其氧化後一定不會產生比二碘化鉝（LvI2）更重的化合物，甚至可能完全不發生反應。[來源請求]

氫化釒立 (LvH2) 將會是最重的氧族元素氫化物，也是H2O、H2S、H2Se、H2Te和PoH2)的同系物。釙化氫比大部分金屬氫化物共價，因為釙介於金屬和 類金屬之間，還有一些非金屬的性質。它的性質介於鹵化氫，像是氯化氫 (HCl) 和金屬氫化物，像是甲錫烷 (SnH4)之間。 氫化釒立將會繼續這個趨勢 。比起是一種釒立化物，它更可能是一種氫化物，不過它還是一種分子型 化合物。[35] 自旋-軌態 作用會使Lv–H 鍵比單純靠元素週期律推測的長 ，也會使 H–Lv–H 的鍵角比預測的更大。 從理論上講，這是因為未被佔用的8s軌態能量較低，並且可以與釒立的7p軌態發生軌態雜化。 [35] 這種現象被稱為「超價軌態雜化」， [35] 在週期表裏並不少見。例如，分子型二氟化鈣中的鈣原子有4s和3d參與的軌態雜化。 [36] 釒立的二鹵化物 將會是直線形的，不過更輕的氧族元素的二鹵化物是角形的。[37]

參見

參考資料

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  2. ^ 2.0 2.1 Element 114 is Named Flerovium and Element 116 is Named Livermorium. IUPAC. 30 May 2012. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Fricke, Burkhard. Superheavy elements: a prediction of their chemical and physical properties. Recent Impact of Physics on Inorganic Chemistry. 1975, 21: 89–144 [4 October 2013]. doi:10.1007/BFb0116498. 
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  8. ^ Hulet, E. K.; Lougheed, R.; Wild, J.; Landrum, J.; Stevenson, P.; Ghiorso, A.; Nitschke, J.; Otto, R.; et al. Search for Superheavy Elements in the Bombardment of 248Cm with48Ca. Physical Review Letters. 1977, 39 (7): 385–389. Bibcode:1977PhRvL..39..385H. doi:10.1103/PhysRevLett.39.385. 
  9. ^ Armbruster, P.; Agarwal, YK; Brüchle, W; Brügger, M; Dufour, JP; Gaggeler, H; Hessberger, FP; Hofmann, S; et al. Attempts to Produce Superheavy Elements by Fusion of 48Ca with 248Cm in the Bombarding Energy Range of 4.5–5.2 MeV/u. Physical Review Letters. 1985, 54 (5): 406–409. Bibcode:1985PhRvL..54..406A. PMID 10031507. doi:10.1103/PhysRevLett.54.406. 
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外部連結

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