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𬭶
原子序数为108的化学元素 来自维基百科，自由的百科全书
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概论
超重元素的合成
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，两者就越有可能发生反应。[12]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。原子核都带正电荷，会因为静电排斥力而相互排斥，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。[13]施加到粒子束上以加速它们的能量可以使它们的速度达到光速的十分之一。但是，如果施加太多能量，粒子束可能会分崩离析。[13]
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。[13][14]这是因为在尝试形成单个原子核的过程中，静电排斥力会撕开正在形成的原子核。[13]每一对目标和粒子束的特征在于其截面，即两个原子核彼此接近时发生聚变的概率。[c]这种聚变是量子效应的结果，其中原子核可通过量子穿隧效应克服静电排斥力。如果两个原子核可以在该阶段之后保持靠近，则多个核相互作用会导致能量的重新分配和平衡。[13]
两个原子核聚变产生的原子核处于非常不稳定，[13]被称为复合原子核的激发态。[16]复合原子核为了达到更稳定的状态，可能会直接裂变，[17]或是放出一些中子来带走激发能量。如果激发能量太小，无法放出中子，复合原子核就会放出γ射线来带走激发能量。这个过程会在原子核碰撞后的10−16秒发生，并创造出更稳定的原子核。[17]原子核只有在10−14秒内不衰变，IUPAC/IUPAP联合工作小组才会认为它是化学元素。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。[18][d]
衰变和探测
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，它就会存在于这个粒子束中。[20]在分离室中，新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，[e]到达半导体探测器后停止。这时标记撞击探测器的确切位置、能量和到达时间。[20]这个转移需要10−6秒的时间，因此原子核需要存在这么长的时间才能被检测到。[23]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。[20]
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。[24]强核力提供的核结合能以线性增长，而静电排斥力则以原子序数的平方增长。后者增长更快，对重元素和超重元素而言变得越来越重要。[25][26]超重元素理论预测[27]及实际观测到[28]的主要衰变方式，即α衰变和自发裂变都是这种排斥引起的。[f]几乎所有会α衰变的核素都有超过210个核子，[30]而主要通过自发裂变衰变的最轻核素有238个核子。[28]有限位势垒在这两种衰变方式中抑制了原子核衰变，但原子核可以隧穿这个势垒，发生衰变。[25][26]
放射性衰变中常产生α粒子是因为α粒子中的核子平均质量足够小，足以使α粒子有多余能量离开原子核。[32]自发裂变则是由静电排斥力将原子核撕裂而致，会产生各种不同的产物。[26]随着原子序数增加，自发裂变迅速变得重要：自发裂变的部分半衰期从92号元素铀到102号元素锘下降了23个数量级，[33]从90号元素钍到100号元素镄下降了30个数量级。[34]早期的液滴模型因此表明有约280个核子的原子核的裂变势垒会消失，因此自发裂变会立即发生。[26][35]之后的核壳层模型表明有大约300个核子的原子核将形成一个稳定岛，其中的原子核不易发生自发裂变，而是会发生半衰期更长的α衰变。[26][35]随后的研究发现预测存在的稳定岛可能比原先预期的更远，还发现长寿命锕系元素和稳定岛之间的原子核发生变形，获得额外的稳定性。[36]对较轻的超重核素[37]以及那些更接近稳定岛的核素[33]的实验发现它们比先前预期的更难发生自发裂变，表明核壳层效应变得重要。[g]
α衰变由发射出去的α粒子记录，在原子核衰变之前就能确定衰变产物。如果α衰变或连续的α衰变产生了已知的原子核，则可以很容易地确定反应的原始产物。[h]因为连续的α衰变都会在同一个地方发生，所以通过确定衰变发生的位置，可以确定衰变彼此相关。[20]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）。[i]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。[j]
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，即原子核到达探测器的位置、能量、时间以及它衰变的信息。他们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。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，且对观察到的现象没有其它解释，就可能在解释数据时出现错误。[k]Remove ads
历史
1984年，由彼得·安布鲁斯特和哥特佛莱德·明岑贝格领导的研究队于德国达姆施塔特重离子研究所首次进行了𬭶的合成反应。团队以58Fe原子核撞击铅目标体，制造出3个265Hs原子，反应如下：
𬭶曾经被称为eka锇。在命名争议期间，IUPAC使用的临时系统名称是Unniloctium（符号为Uno），来自数字1、0、8的拉丁语写法。
德国发现者在1992年正式提出使用Hassium作为108号元素的名称，取自研究所所在地德国黑森州的拉丁语名（Hassia）。
1994年，IUPAC的一个委员会建议把元素108命名为Hahnium（Hn），[49]虽然长期的惯例是把命名权留给发现者。在德国发现者抗议之后，1997年8月27日IUPAC正式对国际上分歧较大的101至109号元素的重新英文定名中，国际承认了现用名称Hassium作为108号元素的命名。[50]
全国科学技术名词化学名词审定委员会据此于1998年7月8日重新审定、公布101至109号元素的中文命名，其中首次给出108号元素中文名：“𬭶”（hēi，音同“黑”）[51]，名称根据IUPAC决定的英文名Hassium，源自发现该元素的德国重离子研究所所在的德国黑森州。[52][53]
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同位素
目前已知的𬭶同位素有12个，全部都具有极高的放射性，半衰期极短，非常不稳定。其中寿命最长的是𬭶-271，半衰期约46秒。不过，未确认的277mHs可能有更长的130秒半衰期。
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化学特性
𬭶预计为过渡金属中6d系的第5个元素及8族中最重的元素，在周期表中位于铁、钌和锇之下。该族中的后两个元素表现出的氧化态为+8，而这种氧化态在族中越到下方越为稳定。因此𬭶的氧化态应为+8。锇同时还有稳定的+5、+4及+3态，其中+4态最为稳定。而钌则同时有+6、+5及+3态，当中+3态最为稳定。𬭶也因此预计拥有稳定的低氧化态。
第8族元素独特的氧化物化学使对𬭶元素特性的推算更为容易。同族较轻的元素都已知拥有或预测拥有四氧化物，MO4。一直向下，该族的氧化力逐渐下降：FeO4[59]并不存在，因为极高的电子亲合能使其形成常见的FeO42−。钌(VI)在酸中经过氧化后形成四氧化钌，RuO4，而四氧化钌经过还原反应后形成RuO42−。钌金属在空气中氧化后形成二氧化钌，RuO2。对比之下，锇燃烧后产生稳定的四氧化锇，OsO4，然后与氢氧根离子产生配合物[OsO4(OH)2]2−。因此，作为锇对下的元素，𬭶应该会形成挥发性四氧化𬭶，HsO4，再与氢氧根离子配合形成[HsO4(OH)2]2−。
𬭶预计体积密度为41 g/cm3，是所有118个已知元素中最高的，几乎为锇的两倍，而锇是目前已测量的元素中密度最高的，有22.6 g/cm3。这是由于𬭶拥有高原子量，并加上镧系与锕系收缩效应和相对论性效应，但是真正制造足够𬭶元素以测量其密度是不可行的，因为样本会即刻进行衰变。[60]
𬭶的电子排布预计为[Rn]5f14 6d6 7s2，因此𬭶应会产生挥发性四氧化物HsO4。其挥发性是由于该分子的四面体形。
对𬭶的首次化学实验在2001年进行，运用了热色谱分析法，以172Os作为参照物。利用反应248Cm(26Mg,5n)269Hs，实验探测到5个𬭶原子。产生的原子在He/O2混合物中经过热能化及氧化后产生氧化物。
- 269
108Hs
+ 2 O
2 → 269
108Hs
O
4
所测量到的热离解温度表示四氧化𬭶的挥发性比四氧化锇低，同时也肯定了𬭶的特性属于8族。[61][62]
为了进一步探测𬭶的化学属性，科学家决定研究四氧化𬭶与氢氧化钠间产生的𬭶酸钠的反应。该反应是锇的一条常见反应。在2004 年，科学家公布成功进行了第一次对𬭶化合物的酸碱反应： [63]
- HsO
4 + 2 NaOH → Na
2[HsO
4(OH)
2]
注释
参考资料
参考书目
外部链接
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