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鎶(化学元素) 发布于:

鎶是第112号化学元素,于1996年被合成出来,被正式命名为“Copernicium”,符号为Cn,中文译名为“鿔”。此名称是为了纪念著名天文学家哥白尼(Copernicus)而得名的。

鎶元素最早由德国达姆施塔特重离子研究所(GSI)西格·霍夫曼(Sigurd Hofmann)和维克托·尼诺夫(Victor Ninov)领导的研究团队在1996年合成出来。他们在重离子加速器中用高速运行的锌原子束轰击铅靶获得一颗(另一颗被击散)半衰期仅为0.24毫秒的Cn原子。

于2010年2月19日被命名。第112号化学元素,英文copernicium,缩写Cn(为纪念哥白尼),中文命名为“鿔”(繁体为““鎶””),读音为“”。

新元素原子质量约为氢原子质量的277倍。为金属元素,具有强放射性。

已知/预测的性质

名称, 符号, 序数:Cn、112 、Copernicium

系列:过渡金属

族,周期, 元素分区:12族,7, d

颜色和外表 未知;可能是金属态;

银白色或灰色

原子量[285] 原子量单位

相对原子质量:[285]

核内质子数:112

核内中子数:173

核外电子数:112

核电荷数:112

核内质子质量:1.87376E-25g

核内质子相对质量:112.784

所属周期:7

所属族数:IIB

摩尔质量:285g/mol

物质状态:常温下可能是液态或气态

价电子排布 可能为[Rn]5f¹⁴、6d¹⁰、7s²

电子在每能层的排布 2、8、18、32、32、18、2

制取该元素的核反应方程式为:

2002年重离子研究所重复相同实验再次得到一个鎶原子。2004年,日本一家研究机构也合成出了两个鎶原子。

德国重离子研究中心2010年2月19日宣布,经国际纯粹与应用化学联合会确认,由该中心人工合成的第112号化学元素从即日起获正式名称“Copernicium”,相应的元素符号为“Cn”。

为纪念著名天文学家哥白尼(Nicolaus Copernicus),德国重离子研究中心于2009年7月向国际纯粹与应用化学联合会提出了上述命名建议,但该中心建议新元素的元素符号为“Cp”。由于“Cp”已有其他科学含义,为避免歧义,国际纯粹与应用化学联合会经与发现第112号化学元素的研究小组协商,最终将新元素的元素符号定为“Cn”。该联合会选择2月19日为新元素正式冠名是因为这一天是哥白尼(1473年-1543年)的生日。

德国重离子研究中心于1996年在粒子加速器中用锌离子轰击铅靶首次成功合成了第112号化学元素的一个原子,2002年重复相同的实验又制造出一个第112号化学元素的原子。此后,日本的一个研究机构于2004年也合成了这种元素的两个原子,从而证实德国科学家的发现。

根据IUPAC元素系统命名法,在第112号元素未有正式名称时,其临时名称为Uub(Ununbium)。

国际纯化学与应用化学联盟(IUPAC)在经过长期验证后,于2009年6月正式承认第112号元素的合成,并随后邀请Hofmann团队为112号元素提出一个永久名称。2009年7月17日,该团队提议将112号元素命名为Copernicium,缩写Cp,以纪念著名天文学家哥白尼(Copernicus)。他们称,将其命名为Cp的原因,是由哥白尼所提出的日心说与化学中的原子结构(卢瑟福模型)有很多相似之处。

Cp这个名称未获得IUPAC的正式承认。IUPAC在此后6个月的时间内进行审议,听取科学界的意见,并于2010年1月公布审议的结果。2009年9月,有人在自然杂志上发表文章指出符号Cp曾是元素镥(Lutetium)的旧称(Cassiopeium),在配位化学中亦用于指环戊二烯(茂,Cyclopentadiene)配体。根据IUPAC对元素的命名规则,新元素的提议名称是不得与其他元素名称或符号重复的。考虑到上述情况,为了避免歧义,IUPAC已把提议中的符号Cp改为CnCopernicium)。

2010年2月19日,德国重离子研究所正式宣布,经国际纯粹与应用化学联合会确认,由该所人工合成的第112号化学元素从即日起获正式名称“Copernicium”,相应的元素符号为“Cn”。

在台湾,此元素之中文名称由国立编译馆化学名词审议委员会和中国化学会名词委员会开会讨论后决定命名为

全国科学技术名词审定委员会于2012年1月确定了鎶的简体中文名称为“”,获国家语言文字工作委员会批准后进入国家规范用字,已可以正常输入。

主条目:鎶的同位素

超重元素如鎶是由粒子加速器轰击轻元素,诱导核聚变反应。大部分鎶的同位素可用这种方式直接合成,一些较重的只能作为更重元素的衰变产物被观测到。

核融合反应根据所涉及的能量被分为“热聚变”和“冷聚变”。在热核聚变反应,很轻和高能量弹加速撞向非常重的目标(多数都是锕系元素),从而引发复合核在高激发能(40-50MeV),可能会蒸发掉几个(3至5个)中子。在冷聚变反应,产生的融合原子核有一个相对较低的激发能(10-20MeV),从而降低发生裂变反应的概率。由于融合核冷却到基态,它们需要排放的只有一个或两个中子,因此,允许产生更多的富含中子的产物。后者是一个独特的概念,从这个地方核聚变声称要实现在室温条件下(见冷聚变)。

在1996年重离子研究所首次进行合成鎶的冷核聚变反应,并报告检测到两个Cn的衰变链。

2000年,他们撤回了此前的发表。在2000年重复的反应,他们希望能够进一步合成鎶原子。他们企图测量1N激发能,但在2002年的Zn束遭受了失败。

Cn的发现在2004年被日本理化学研究所证实,那里的研究人员进一步发现两个原子的同位素,并能确认整个衰变链的衰变量据。

Cn合成成功后,重离子研究所在1997年使用Zn进行了反应,研究同位旋(富含中子)对化学产量的影响。

该实验开始后,采用Ni离子合成一个鐽同位素。由于没有检测到Cn的衰变链导致截面限制在1.2 PB。

1990年,一些初步迹象显示,鎶的同位素在多GeV的质子照射钨靶的情况下形成,重离子研究所和耶路撒冷大学合作研究了下列反应。

他们探测到一些自发裂变活动和12.5MeV的α衰变,这两者给指向辐射俘获产品Cn或1N蒸发残渣Cn。技术工作组和联合工作方案的结论是需要更多的研究来证实这些结论。

1998年,俄罗斯杜布纳Flerov核研究实验室(FLNR)开始了一个研究项目:使用钙-48核的“暖”聚变反应,合成超重元素。

新合成的Cn自发裂变成较轻的核素,半衰期约为5分钟。

该产物的长半衰期使科学家发起第一次针对鎶的化学气态实验。2000年,杜布纳的Yuri Yukashev重复实验,但未能证实任何半衰期为5分钟的自发裂变。2001年实验被重复,自发裂变造成的八块碎片被发现积累于低温部分,表明了鎶类似氡的属性。不过,有些科学家严重怀疑这些结果的由来。为了确认鎶的合成,同样的团队在2003年1月成功地重复了反应,证实了衰变模式和半衰期。他们还能够计算出估计的自发裂变活动质量至285。

美国的劳伦斯伯克利国家实验室团队在2002年进行的反应无法检测到任何自发裂变,计算的截面限制在1.6 PB。

在2003-2004年杜布纳的团队使用稍微不同的设置:杜布纳天然气填充反冲分离器(DGFRS)重复反应。这一次,Cn被发现以9.53 MeV进行α衰变,半衰期约为4分钟。Cn也在4N通道被观察到(蒸发掉4中子)。

2003年,德国重离子研究所进行了搜索五分钟自发裂变活性的化学实验。像杜布纳的团队,他们能够在低温部分探测到七块自发裂变碎片。然而,这些自发裂变事件不相关,这表明他们不是从实际直接自发裂变的鎶原子核,并对原本得出类似氡般的化学性能提出质疑。

在杜布纳公布Cn不同的衰变属性后,重离子研究所的团队在2004年9月重复实验。他们无法检测到任何自发裂变事件和计算的截面限制1.6 PB为检测一个事件,而不是由杜布纳报道的2.5 PB产量。

2005年5月,重离子研究所进行了物理实验,并确定了Cn的单个原子具有半衰期短的自发裂变,暗示以前未知的自发裂变分支。然而,杜布纳初步共观察了数次直接自发裂变事件,但已经错过了母核的α衰变。这些结果表明情况并非如此。

Cn的新衰变量据被证实在2006年的PSI-FLNR联合实验(旨在探测鎶的化学性质)。Cn的两个原子,被观察到在Fl的衰变产物中。实验表明,鎶表现为典型的12族成员,是化学性质不稳定的金属。

最后,重离子研究所的小组在2007年1月成功地重复他们的物理实验和检测Cn的三个原子,确认双方的α衰变和自发裂变的衰变模式。

因此,5分的自发裂变活动仍未经证实和不明。它可能是一个核异构体,即Cn,其截面依赖于准确的生产方法。

原子

鎶有基态电子组态[Rn]5f6d7s,所以鎶应该属于周期表的12族,根据构造原理。因此,它应该表现为汞较重的同系物,形成强大的汞化合物与二元贵金属如金。实验探测反应性方面,鎶都集中在吸附的112号元素到金表面在不同温度下进行,以计算出吸附焓值。由于相对稳定的7S电子,鎶表现出类似氡的属性。实验是同时形成的汞和氡放射性同位素,允许比较吸附特性。

第一个实验使用了U(Ca,3n)Cn反应。 检测到自发裂变同位素与半衰期为5分钟。分析数据表明,鎶比汞更不稳定和似乎具有惰性气体的属性。然而,就合成Cn怀疑这些实验结果。由于这不确定性,JINR,FLNR-PSI团队在2006年4月5月做了探查这同位素的综合试验Pu(Ca,3n)Fl。在这个实验中,Cn的两个原子被明确标识和吸附性能表示鎶是一个更不稳定的汞同系物,由于与黄金形成弱的金属-金属键,它被置于周期表的12族。

2007年4月,该实验重复和另外三个Cn原子被验明正身。吸附特性被证实,并表示鎶是具有吸附性能的。

氧化态

鿔是6d系的最后一个过渡金属,是元素周期表中12族最重的元素,位于锌、镉和汞下面。科学家预测,鿔与其他较轻的12族元素在属性上有显著差异。由于7s电子轨域的稳定加上相对论效应,6d轨域较不稳定性,因此Cn离子的电子排布很可能是[Rn]5f6d7s,这和同族元素是不同的。在水溶液中,鎶很可能形成+2和+4氧化态,后者更稳定。在较轻的12族元素里,+2氧化态是最常见的,而只有汞能呈+4氧化态,但极少见。唯一一个已知的四价汞化合物(四氟化汞,HgF₄)也只能在极端条件下存在。类似的鎶化合物CnF₄、CnO₂预计将更加稳定。双原子离子Hg²⁺中汞具有+1态,但是Cn²⁺离子预计将不稳定,甚至不存在。

原子气态

鿔有基态电子排布为[Rn]5f¹⁴6d¹⁰7s²,所以根据构造原理,鎶应该属于周期表的12族。因此,它的属性应表现为汞的较重同系物,可与金等贵金属形成二元化合物。鎶的化学实验主要研究鎶在不同温度下在金箔表面的吸附作用,从而计算出吸附焓值。由于7s轨域电子相对稳定,鎶表现出类似氡的属性。实验同时形成了汞和氡的放射性同位素,这使科学家能够比较这些元素的吸附特性。

最初的化学实验使用了²³⁸U(⁴⁸Ca,3n)²⁸³Cn反应。实验检测到目标同位素的自发裂变,半衰期为5分钟。分析数据表明,鿔的挥发性比汞高,并似乎具有惰性气体的属性。然而,由于未能确定Cn同位素的发现,因此科学家对这些化学实验结果是持着疑问的。2006年4月至5月,Flerov核研究实验室和保罗谢尔研究所的联合团队在联合核研究所进行了Fl的合成实验:Pu(Ca,3n)²⁸⁷Fl,并在衰变产物中对²⁸³Cn进行研究。该实验明确探测到两个²⁸³Cn原子,并发现鎶和金会产生弱金属-金属键。这意味着鎶是具高挥发性的鿔同系物,明确属于12族。

2007年4月,科学家重复进行了这条反应,又合成了三个²⁸³Cn原子。该实验证实了鿔的吸附特性,结果表示鿔完全具有12族中的最重元素的应有属性。


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