鿭(113號化學元素):研究背景,研究歷程,日本,俄美,理化特性,物理性質,化學性

鿭是113號元素（字形描述：釒爾，繁體寫作“鉨”，發音為nǐ，英文Nihonium），是一種不穩定的超重元素，其原子核包含113個質子和173箇中子。

日本理化學研究所和俄美的研究團隊（俄羅斯Dubna和美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室等）都號稱發現了113號元素，並從約2005年前就開始提交國際專家進行審查。

2015年12月，國際化學機構將113號元素正式認定為新元素，並將命名權授予日本。2016年6月8日，國際純粹與套用化學聯合會宣布，將合成化學元素第113號（縮寫為Nh）提名為化學新元素。日本理化學研究所仁科加速器研究中心的科研人員將第113號元素以日本國名（Nihon）命名為Nihonium（縮寫Nh）。

2017年5月9日，中國科學院、國家語言文字工作委員會、全國科學技術名詞審定委員會在北京聯合召開發布會，正式向社會發布113號元素“鿭”（字形描述：釒爾）。

基本介紹

中文名：鿭(字形描述：釒爾)
外文名：Nihonium
別名：鉨（繁體字形）
化學式：Nh
分子量：284
CAS登錄號：54084-70-7
發現時間：2004年9月28日
發現地：日本
原子序數：113
命名時間：2016年6月8日
半衰期：20s
漢語拼音：nǐ

研究背景,研究歷程,日本,俄美,理化特性,物理性質,化學性質,元素命名,同位素,研究意義,衰變實驗,合成方法,化合物,

研究背景

美國1940年率先發現了93號元素鎿以後，接連發現94號到103號的多個新元素。此後，美國與蘇聯展開激烈競爭。上世紀80年代和90年代，德國陸續發現了107號到112號共6個新元素，鑄就了一個新元素髮現的新時代。冷戰結束後，美俄開始進行新元素的共同研究。在113號元素的發現項目上，美俄德甚至展開了三國合作，而日本始終是孤軍奮戰。此次，日本能衝出美俄德三國重圍，為亞洲獲得首個新元素髮現的殊榮，其意義非同一般。

研究歷程

日本

日本理化研究所2004年9月28日宣布，由該所科學家參加的研究小組已成功合成出第113號新元素。

據理化研究所發布的新聞公報，研究人員利用線型加速器，使第30號元素鋅原子加速，轟擊第83號元素鉍原子。他們連續80天以每秒2.5萬次的頻率對鉍原子標靶進行了1.7×10次撞擊，結果合成出第113號元素，其原子核的質量數是278。

合成出的新元素僅存在344微秒，即釋放阿爾法粒子，衰變為111號元素的同位素。研究人員認為，該原子核衰變周期和衰變能量均可證明，合成出的原子核無疑是第113號元素。今後研究小組還將進行一系列實驗，以充實數據，並爭取獲得第113號元素的冠名權。這一成果將刊載於歐文版日本物理學雜誌上。

俄美

俄美的聯合團隊也在2004年宣布利用其他方法合成了113號元素，並且時間上比理研靠前，數量上也占據壓倒性優勢。但由於能夠證明其合成元素就是113號元素的證據不充分，俄美聯合團隊的發現未能通過國際認定。

理化特性

物理性質

鿭是一種人工合成的放射性化學元素，它的化學符號是Nh，它的原子序數是113，屬於弱金屬之一。可能是金屬態；銀白色或灰色。所屬區：p區。

113號元素預測性質

性質	數值	單位
原子量	297	-
最穩定氧化態	+1	-
氧化電位	M→M+e-0.6	V
金屬半徑	175	pm
離子半徑	148	pm
原子半徑	175	pm
第一電離能	0174	MJmol
第二電離能	2238.5	kJ/mol
第三電離能	3203.3	kJ/mol
密度	16	gcm
原子體積	18	cmmol
沸點	1400	K
熔點	700	K
升華熱	142.1	MJmol
蒸發熱	129.6	MJmol
德拜溫度	70	K
熵	17	eu/mol（25℃）
核內質子數	113	-
核內中子數	173	-
核外電子數	113	-
核電荷數	113	-
所屬周期	7	-
所屬族數	IIIA	-
價電子排布	可能為[Rn]5f、6d、7s、7p	-
電子在每能層的排布	2、8、18、32、32、18、3

化學性質

鿭的化學特性能從鉈的特性中推算出來。鿭應該會形成Nh₂O、NhF、NhCl、NhBr和NhI。可是如果能達到+III態，鿭就應只能形成Nh₂O₃和NhF₃。7p軌域的自旋-軌道分離可能會使−1態也較穩定，類似於Au（−1）（金化物）。鿭預計將為7p系第1個元素，並是元素周期表中13（IIIA）族最重的成員，位於鉈之下。這一族的氧化態為+III，可是由於相對論，7s電子軌域的穩定性會造成惰性電子對效應，所以鉈只形成穩定的+I態，電離電勢更高，也更難形成化學鍵。

鿭預示的氧化態為I，Ⅲ，元素和化合物的化學性質是M性質介於T1和Ag之間，MCI溶解在NH₃和HCL溶液中。

元素命名

2015年12月，國際化學機構將113號元素正式認定為新元素，並將命名權授予日本。這是日本乃至亞洲國家首次發現的新元素。日本科研小組為新發現的113號元素準備了三個候選名稱：“Japonium”（代表日本）、Rikenium（代表理化學研究所）和Nishinarium（代表該元素的發現地仁科加速器研究中心）。

2016年6月8日，總部位於瑞士蘇黎世的國際純粹與套用化學聯合會宣布，將合成化學元素第113號（縮寫為Nh）提名為化學新元素。日本理化學研究所仁科加速器研究中心的科研人員將第113號元素以日本國名（Nihon）命名為Nihonium（縮寫Nh）。

2017年1月15日，全國科學技術名詞審定委員會聯合國家語言文字工作委員會組織化學、物理學、語言學界專家召開了113號、115號、117號、118號元素中文定名會，確認113號元素的中文名稱為鿭。

2017年5月9日，中國科學院、國家語言文字工作委員會、全國科學技術名詞審定委員會在北京聯合召開發布會，正式向社會發布113號元素“鿭”。

同位素

核素	半衰期	發現時間	衰變模式
278Nh	2.3 ms ± 1.3	2004年	α≈100%
279Nh	1 ms （估算）	/	/
280Nh	10 ms （估算）	/	/
281Nh	100 ms （估算）	/	/
282Nh	140 ms （估算）	2007年	α≈100%
283Nh	140 ms（估算）	2004年	α≈100%
284Nh	0.97 s （估算）	2004年	α≈100%
285Nh	4.6 s （估算）	2010年	α≈100%
286Nh	12 s （估算）	2010年	α≈100%
287Nh	20 s （估算）	/	/
288Nh	20 s （估算）	/	/
289Nh	30 s （估算）	/	/
290Nh	8 s ± 6	2016年	α≈100%; SF=<50%

研究意義

鿭、鏌、鿬、鿫這4種新元素將完成元素周期表中第七周期元素的排列，並為尋找元素“穩定島”提供證據。元素周期表只有七行，其中第七行中原子序數在93號及以上的元素都在自然界中不穩定，是人工合成的。然而核物理學家早就預言說，可能存在一個超重“穩定島”，島內元素原子的質子和中子數量超越元素周期表內的元素，但十分穩定。

衰變實驗

前已提到，在2004年2月杜布納聯合核子研究所的奧格涅斯揚首先報導了113號元素的產生。他們採用Am(Caxn)，(x=3，4)核反應，觀察到了來自3箇中子蒸發道產生的115以及4箇中子蒸發道產生的115的衰變鏈。在這些鏈中，發現有3個原子的113和1個原子的113。但是所有衰變鏈均終止於尚未知悉的鍬的同位素Db和Db的自發裂變。

2004年7月23日，日本物理化學研究所(RIKEN)、中國科學院近代物理所、中國科學院高能物理所等單位科學家組成的研究小組成功合成了113號元素。森田浩介(KosukeMorita)等人用349MeV的Zn離子束(總劑量為1.7X10)轟擊Bi靶，發生了如下全熔合反應：

Bi+Zn→113+n

經1箇中子蒸發道後，首次合成了含有113個質子和165箇中子的新元素的同位素。測得的a粒子能量為11.68±0.04MeV，半衰期為344μs，生成截面初步推斷為55_-45fb（10cm），後來推斷為78fb。

該實驗的進行開始於2003年9月5日，終止於2003年12月9日。然後在2004年7月8日又重新開始實驗，直至當年8月2日，淨照射時間為79天。

靶子採用金屬鉍，真空蒸發至厚度為30㎍/cm的碳膜上(鉍層厚度大約為450㎍／cm)。為了防止靶子的飛濺(sputtering)，再在其表面覆蓋一層碳膜(厚度為l0㎍／cm)。實驗時將16塊靶子固定在30 cm直徑的轉輪上，轉輪在照射期間以2 000r／min的速度轉動。

Zn離子束流是從日本理化所的直線加速器(RILAC)上引出的。束流能量為352.6MeV，採用測量磁剛度和飛行時間的方法確定。能量絕對精度為±0.6 MeV。

在整個供束期間，束流能量的漂移為±o.3 MeV。束流在靶子中的能量損失為5.4MeV，在靶子半厚度處能量估計為349.0MeV。束流強度採取測量入射粒子被靶子彈性散射的方法檢測。在靶上的典型流強為2．4X10／s。

實驗時利用充氣反衝離子分離器(GARIS)使反應產物在飛行途中從束流中分離出來，並引導至一個焦面探測器箱內。分離器內充有86Pa的氦氣。傳輸效率為80％。焦面探測系統包括2套計時探測器和一個矽半導體探測器(SSD)箱。後者又由5個矽探測器板組成，位於計時探測器下游。每個探測器尺寸為60X60mm。其中面對進入粒子方向的一個矽探測器(即位於SSD箱的底部)由16個條狀探測器(PSD)組成(每個矽條探測器尺寸為3.75mmX60mm)。矽條探測器沿長度尺寸是位置靈敏的。另外4個SSD探測器被安排用於探測來自植入PSD的反應產物的衰變粒子。

該研究組首次觀測到一個蒸發佘核在PSD探測器(第12號矽條)上注入的事件。緊跟著發生了4次級聯的。衰變，最後終止於1次自發裂變衰變(圖10—10左側)。所有6次連續事件的測量位置都在PSD空間分辨能力的範圍內。已觀測到的各次事件的粒子能量、時差和每次衰變時發生的位置。