發現歷史
瑞典Lund大學科學家領導的一個國際團隊確認了俄羅斯Dubna聯合核研究所在2003年發現的115號元素。研究報告發表在《Physical Review Letters》上。新的超重元素具有高放射性,會在不到一秒時間內衰減成一個更輕的原子。研究人員通過用鈣離子轟炸鎇薄膜,測量與新元素α衰變有關的光子。
2004年2月2日,由杜布納聯合核研究所和
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室聯合組成的科學團隊在《
物理評論快報》上表示成功合成了Mc。他們使用鈣離子撞擊
鋦原子,產生了4個鏌原子。這些原子通過發射α粒子,衰變為
Nh,需時約100毫秒。
美俄科學家的這次合作計畫也對衰變產物Db進行了化學實驗,並證實發現了Uut。科學家在2004年6月和2005年12月的實驗中,通過量度
自發裂變成功確認了同位素。數據中的半衰期和衰變模式都符合理論中的Db,證實了衰變來自於原子序數為115的主原子核。
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。經過參會專家熱烈討論和投票表決,第115號元素Moscovium的中文名正式被定為鏌,需經上報教育部批准後正式公布。
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115號元素“鏌”。
第115號元素暫時使用Mc這個英文簡稱,它具有高放射性,會在不到一秒時間內衰變成其他元素。2003年,美國和俄羅斯科研人員首次發現了這一元素,但其存在尚未得到最後確認。
瑞典隆德大學的迪爾克·魯道夫教授等人報告說,他們用含有20個質子的鈣離子轟擊含有95個質子的鎇元素的薄膜,再次合成得到第115號元素。
化學元素是具有相同核電荷數的同一類原子的總稱。序號在92以後的重元素在自然界中難以穩定存在,只能人工合成。
Flerov核反應實驗室有計畫研究較輕的鏌同位素,所用反應為:Am + Ca→Mc。
核合成
能產生Z=115覆核的目標、發射體組合
下表列出各種可用以產生115號元素Mc的目標、發射體組合
目標 | 發射體 | CN | 結果 |
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Pb | As | | 尚未嘗試 |
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Th | Mn | | 尚未嘗試 |
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U | V | | 至今失敗 |
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Np | Ti | | 尚未嘗試 |
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Pu | Sc | | 尚未嘗試 |
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Am | Ca | | 反應成功 |
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Am | Ca | | 尚未嘗試 |
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Cm | K | | 尚未嘗試 |
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Cm | K | | 尚未嘗試 |
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Bk | Ar | | 尚未嘗試 |
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Cf | Cl | | 尚未嘗試 |
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Cf | Cl | | 尚未嘗試 |
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熱聚變U(V,xn)Mc
有強烈證據顯示重離子研究所在2004年底一項氟化鈾(IV)實驗中曾進行過這個反應。他們並未發布任何報告,因此可能並未探測到任何產物原子,這是團隊意料之內的。
Am(Ca,xn)Mc (x=3,4)
杜布納團隊首先在2003年7月至8月進行了該項反應。在兩次分別進行的實驗中,他們成功探測到3個Mc原子與一個Mc原子。2004年6月,他們進一步研究這項反應,目的是要在Mc衰變鏈中隔離出Db。團隊在2005年8月重複進行了實驗,證實了衰變的確來自Db。
同位素
| 豐度 | 半衰期 | 衰變方式 | 衰變能量 (MeV) | 衰變產物 |
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290Mc | 人工元素 | 0.8s | | 9.95 | 286Nh |
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289Mc | 人工元素 | 0.3s | α | 10.31 | 285Nh |
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288Mc | 人工元素 | 0.2s | α | 10.46 | 284Nh |
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287Mc | 人工元素 | 40ms | α | 10.59 | 283Nh |
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(上表數據參考資料)
合成方程式
理論計算
衰變特性
利用量子穿隧模型的理論計算支持實驗得出的α衰變數據。
蒸發殘留物截面
MD = 多面;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 |
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Am | Ca | | 3n (Mc) | 3 pb | MD | |
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Am | Ca | | 4n (Mc) | 2 pb | MD | |
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Am | Ca | | 3n (Mc) | 1 pb | DNS | |
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Am | Ca | | 3n (Mc) | 2.5 pb | DNS | |
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合成
俄羅斯杜布納聯合核研究所2003年9月24日發布訊息稱,他們已成功合成了門捷列夫
元素周期表上的第115號元素,並再次證實了原子核物理中的“
穩定島”假說。
針對衰變產物的進一步研究應該為研究極重核物質提供新的視角,一些極重核物質偏離了原子核原本的球形形狀,呈現出其他的形態,包括扁圓形、扁長形以及最近出現的梨形。
為了合成115號元素,尤里·奧加涅相院士領導的科研小組用加速到1/10光速的鈣離子(20號)轟擊用鎇元素(95號)製成的靶,並在分離115號元素的
原子核後進行了衰變記錄。3次實驗記錄的原子核衰變過程完全一樣:經過5次持續時間大約20秒左右的
α衰變後,得到了105號元素
釒杜的同位素,存在的時間超過了20小時,從而再次證實了“穩定島”假說。
合成115號元素的工作是在2003年的7月14日至8月10日在杜布納聯合核研究所的加速器上進行的。
在德國達姆施塔特市GSI亥姆霍茲重離子研究中心,由瑞典隆德大學核物理學家Dirk Rudolph領導的團隊通過將鈣同位素粉碎成鎇的方法合成了115號元素。科學家通過檢測阿爾法粒子和X射線的釋放以記錄衰變產物。
2011年,命名新元素的國際純粹與套用化學聯合會(IUPAC)認為,該結果只是初步的,不足以稱得上是一項發現,儘管杜布納核反應Flerov實驗室是114號元素和116號元素的共同發現者之一。
Mc預計為7p系的第3個元素,是元素周期表中15 (VA)族最重的成員,位於
鉍之下。這一族的最高氧化態為+V,但穩定性各異。氮的+V態很難形成,因為它有較低的d-電子軌域,而且氮原子容納不下5個
配體。
磷、
砷和銻能夠表現出明顯的+V態特性,鉍卻很難達到該氧化態,因為其6s電子不易參與形成化學鍵。這個現象稱為“惰性電子對效應”,一般與6s電子軌域的相對論性穩定性相關。Mc預計會延續這個趨勢,並只會具有+III和+I氧化態。氮(I)H和鉍(I)也存在,但較罕見,而Mc(I)很可能會有一些獨特的屬性。由於自旋軌道耦合作用,Fl可能會有完整的軌域,並具有類似惰性氣體的屬性。的話,Mc可能只有一顆價電子,因為Mc離子會和Fl有相同的
電子排布。
名稱 | 符號 | 序數 | 族 | 周期 | 元素分區 |
Mc | Mc | 115 | A5族 | 7 | p |
命名
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,將第115號元素Moscovium(Mc)提名為化學新元素。115號元素由美國
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、
橡樹嶺國家實驗室和俄羅斯的科學家聯合合成,他們將該元素命名為以“莫斯科”英文地名拼寫為開頭的moscovium(縮寫Mc),中文漢字推測為鏌。
元素Mc將接受為期5個月的公眾評議。按計畫,該組織理事會將在2016年11月初正式批准4種新元素加入化學元素周期表大家庭。
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。經過參會專家熱烈討論和投票表決,形成了113號、115號、117號、118號元素中文定名方案,其中第115號元素Moscovium的中文名正式被定為鏌,需經上報教育部批准後正式公布。
意義
Nh、Mc、Ts、Og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。現在的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。