Roentgenium

/ 化学 / 0 条评论 / 120浏览

(拼音:lún,注音:ㄌㄨㄣˊ,粤拼:leon4,音同“伦”;英语:Roentgenium),是一种人工合成的化学元素,其化学符号为Rg,原子序数为111。𬬭是一种放射性极强的超重元素及锕系后元素,不出现在自然界中,只能在实验室内以粒子加速器少量合成。所有𬬭同位素的半衰期都很短,非常不稳定,其最重也最长寿的已知同位素为𬬭-282,其半衰期约为100秒。未经证实的同位素𬬭-286可能具有更长的半衰期,约为10.7分钟。[5]目前科学家仅成功合成出很少的𬬭原子,除了基础科学研究之外,𬬭没有任何实际应用。[6]

𬬭是周期表中11族的成员,所以其性质预计和金、银、铜等同族金属类似,可能会是铜红色、银白色或金黄色等有色彩的固体金属。[6][7]由于𬬭没有足够稳定的同位素,因此目前未能通过化学实验来验证其是否为金的化学同系物。

德国达姆施塔特重离子研究所的研究团队在1994年首次合成出𬬭元素。其名称得自发现X射线的德国物理学家威廉·伦琴,不过𬬭衰变时并不会放出X射线。

目录 1 概述 2 历史 2.1 发现 2.2 命名 3 同位素与核特性 4 化学属性 4.1 电子结构(相对论) 4.2 推算的化学属性 4.2.1 氧化态 4.2.2 化学特性 5 大众文化 6 注释 7 参考资料 8 外部链接 概述 此节转录于最重元素概论。 (编辑 | 历史) 参见:超重元素 § 概论 核聚变图示 核聚变反应的图示。两个原子核融合成一个,并发射出一个中子。在这一刻,这个反应和用来创造新元素的反应是相似的,唯一可能的区别是它有时会释放几个中子,或者根本不释放中子。 外部视频链接 video icon 基于澳大利亚国立大学的计算,核聚变未成功的可视化[8] 超重元素[a]的原子核是在两个不同大小的原子核[b]的聚变中产生的。粗略地说,两个原子核的质量之差越大,两者发生反应的可能性就越大。[14]由较重原子核组成的物质会作为靶子,被较轻原子核的粒子束轰击。两个原子核只能在距离足够近的时候,才能聚变成一个原子核。原子核(全部都有正电荷)会因为静电排斥而相互排斥,所以只有两个原子核的距离足够短时,强核力才能克服这个排斥力并发生聚变。粒子束因此被粒子加速器大大加速,以使这种排斥力与粒子束的速度相比变得微不足道。[15]不过,只是靠得足够近不足以使两个原子核聚变:当两个原子核逼近彼此时,它们通常会融为一体约10−20秒,之后再分开(分开后的原子核不需要和先前相撞的原子核相同),而非形成单一的原子核。[15][16]如果聚变发生了,两个原子核产生的一个原子核会处于激发态[17],被称为复合原子核,非常不稳定。[15]为了达到更稳定的状态,这个暂时存在的原子核可能会直接裂变,[18]或是放出一些带走激发能量的中子。如果这些激发能量不足以使中子被放出,复合原子核就会放出γ射线。这个过程会在原子核碰撞后的10−16秒发生,产生更稳定的原子核。[18]联合工作团队(JWP)定义,化学元素的原子核只有10−14秒内不衰变,才能被识别出来,这个值大约是原子核得到它的外层电子,显示其化学性质所需的时间。[19][c]

粒子束穿过目标后,会到达下一个腔室——分离室。如果反应产生了新的原子核,它就会被这个粒子束携带。[21]在分离室中,新产生的原子核会从其它核素(原本的粒子束和其它反应产物)中分离,[d]并转移到半导体探测器中,在这里停住原子核。撞击至探测器时的确切位置、能量和到达时间将会被记录下来。[21]这个转移需要10−6秒的时间,意即这个原子核需要存活这么长的时间才能被检测到。[24]若衰变发生,衰变的原子核被再次记录,并测量位置、衰变能量和衰变时间。[21]

原子核的稳定性源自于强核力,但强核力的作用距离很短,随着原子核越来越大,强核力对最外层的核子(质子和中子)的影响减弱。同时,原子核会被质子之间,范围不受限制的静电排斥力撕裂。[25]超重元素[26]的主要衰变方式——α衰变和自发裂变都是这种排斥引起的。[e]α衰变由发射出去的α粒子记录,在实际衰变之前很容易确定衰变产物。如果这样的衰变或一系列连续衰变产生了一个已知的原子核,则可以很容易地确定反应的原始产物。[f](衰变链中的所有衰变都必须在同一个地方发生。)[21] 已知的原子核可以通过它经历的衰变的特定特征来识别,例如衰变能量(或更具体地说,发射粒子的动能)。[g]然而,自发裂变会产生各种分裂产物,因此无法从其分裂产物确定原始核素。[h]

尝试合成超重元素的物理学家可以获得的信息是探测器收集到的信息:粒子到达探测器的位置、能量和时间,以及粒子衰变的信息。物理学家分析这些数据并试图得出结论,确认它确实是由新元素引起的,而非由不同的核素引起的。如果提供的数据不足以得出创造出来的核素确实是新元素的结论,并且对观察到的效应没有其他解释,就可能在解释数据时出现错误。[i]

历史

Roentgenium, GSI 发现 𬬭是由德国达姆施塔特的重离子研究所(GSI)于1994年12月8日,在线性加速器内利用镍-64轰击铋-209而合成的。这次实验成功产生了三颗𬬭-272原子,其迅速衰变成其他元素。[38]

83 209 B i + 28 64 N i → 111 272 R g

0 1 n ,{{83}}^{{209}}{\mathrm {Bi}}+,{{28}}^{{64}}{\mathrm {Ni}}\to ,{{111}}^{{272}}{\mathrm {Rg}}\ +,{{0}}^{{1}}{\mathrm {n}} IUPAC/IUPAP联合工作小组(JWP)在2001年时认为没有足够证据证明当时确实发现了𬬭。[39]GSI的小组在2002年重复实验,并再检测到三个原子。[40][41]在他们2003年的报告当中,联合工作小组决定承认GSI团队对此新元素的发现。[42]

命名 111号元素在2004年11月1日被命名为Roentgenium(Rg),纪念1895年发现X射线的科学家威廉·伦琴。根据IUPAC元素系统命名法,111号元素原称“Unununium”(Uuu),源自111的拉丁语写法。

2005年,全国科学技术名词审定委员会提出第111号元素中文定名草案。2006年1月20日下午由全国科学技术名词审定委员会、国家语言文字工作委员会组织召开的第111号元素中文定名研讨会上,确定使用类推简化字“𬬭”(读音同“伦”),对应繁体字“錀”字,是古代表示化学元素金的古字。2007年3月21日全国科学技术名词审定委员会公布这一结果,同时也宣布该命名已经得到国家语言文字工作委员会的同意。[43][44]

同位素与核特性 主条目:𬬭的同位素 目前已知的𬬭同位素共有7个,质量数分别为272、274和278-282,还有两个已知但未确认的亚稳态,𬬭-272m和𬬭-274m。𬬭的同位素全部都具有极高的放射性,半衰期极短,非常不稳定,且较重的同位素大多比较轻的同位素来的稳定,其中最长寿的同位素为𬬭-282,半衰期约100秒,也是目前发现最重的𬬭同位素。未经证实的同位素𬬭-283和𬬭-286可能具有更长的半衰期,分别为5.1分钟和10.7分钟。除了𬬭-282外,其他寿命较长的同位素有𬬭-280和𬬭-281,半衰期分别为4.6秒和17秒,剩下4种较轻同位素的半衰期均以毫秒计。[45]大多数𬬭同位素主要发生α衰变或自发裂变,但𬬭-280也有几率发生电子捕获。[46]

化学属性 电子结构(相对论) 稳定的11族元素铜、银和金都有着nd10(n+1)s1形式的外层电子排布。这些元素的第一激发态原子的外层电子排布为nd9(n+1)s2。由于d轨道电子之间的自旋-轨道作用,这种状态分为两个不同的能级。铜基态和最低激发态之间的能量差使铜呈红棕色。银的能量差距更大,因此呈银色。然而,随着原子序的增加,相对论效应使激发态更加稳定,金的能量差减少,因此再次呈金黄色。有关𬬭的计算表明,6d97s2能级足够稳定,应可成为基态,而6d107s1则会是第一激发态。该新的基态与第一激发态间的能量差和银相似,因此𬬭预计将呈银色。[47]

推算的化学属性 氧化态 𬬭预计将是6d系过渡金属的第9个成员,属于周期表中11族(IB)最重的成员,位于铜、银和金的下面。每个11族元素的稳定氧化态都不同:铜形成稳定的+2态,银则主要形成银(I),金则主要形成金(III)。铜(I)和银(II)比较少见。因此,𬬭预计主要形成稳定的+3态。由于相对论效应,金也形成-1稳定氧化态,𬬭可能也这样做。

化学特性 该族较重的成员对化学反应呈惰性。银和金都对氧气呈惰性,但能与卤素发生反应。此外,银亦能与硫和硫化氢发生反应,银的反应活性明显比金较高。𬬭的惰性预计比金更高,将不会与氧和卤素发生反应。最有可能的反应是与氟形成氟化物RgF3,与水形成的氢氧化物Rg(OH)3,以及通过氢氧化物制取得Rg2O3。

大众文化 此元素在动画节目“海绵宝宝”中,名字称为邪恶元素(Jerktonium),符号为Jt,此元素有111个质子,在节目中可让比奇堡的生物变邪恶,但是海绵宝宝和章鱼哥除外,在节目中解药为一首歌。