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鎶   112Cn
氫(非金屬)
氦(惰性氣體)
鋰(鹼金屬)
鈹(鹼土金屬)
硼(類金屬)
碳(非金屬)
氮(非金屬)
氧(非金屬)
氟(鹵素)
氖(惰性氣體)
鈉(鹼金屬)
鎂(鹼土金屬)
鋁(貧金屬)
矽(類金屬)
磷(非金屬)
硫(非金屬)
氯(鹵素)
氬(惰性氣體)
鉀(鹼金屬)
鈣(鹼土金屬)
鈧(過渡金屬)
鈦(過渡金屬)
釩(過渡金屬)
鉻(過渡金屬)
錳(過渡金屬)
鐵(過渡金屬)
鈷(過渡金屬)
鎳(過渡金屬)
銅(過渡金屬)
鋅(過渡金屬)
鎵(貧金屬)
鍺(類金屬)
砷(類金屬)
硒(非金屬)
溴(鹵素)
氪(惰性氣體)
銣(鹼金屬)
鍶(鹼土金屬)
釔(過渡金屬)
鋯(過渡金屬)
鈮(過渡金屬)
鉬(過渡金屬)
鍀(過渡金屬)
釕(過渡金屬)
銠(過渡金屬)
鈀(過渡金屬)
銀(過渡金屬)
鎘(過渡金屬)
銦(貧金屬)
錫(貧金屬)
銻(類金屬)
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碘(鹵素)
氙(惰性氣體)
銫(鹼金屬)
鋇(鹼土金屬)
鑭(鑭系元素)
鈰(鑭系元素)
鐠(鑭系元素)
釹(鑭系元素)
鉕(鑭系元素)
釤(鑭系元素)
銪(鑭系元素)
釓(鑭系元素)
鋱(鑭系元素)
鏑(鑭系元素)
鈥(鑭系元素)
鉺(鑭系元素)
銩(鑭系元素)
鐿(鑭系元素)
鑥(鑭系元素)
鉿(過渡金屬)
鉭(過渡金屬)
鎢(過渡金屬)
錸(過渡金屬)
鋨(過渡金屬)
銥(過渡金屬)
鉑(過渡金屬)
金(過渡金屬)
汞(過渡金屬)
鉈(貧金屬)
鉛(貧金屬)
鉍(貧金屬)
釙(貧金屬)
砹(類金屬)
氡(惰性氣體)
鈁(鹼金屬)
鐳(鹼土金屬)
錒(錒系元素)
釷(錒系元素)
鏷(錒系元素)
鈾(錒系元素)
鎿(錒系元素)
鈈(錒系元素)
鎇(錒系元素)
鋦(錒系元素)
錇(錒系元素)
鐦(錒系元素)
鎄(錒系元素)
鐨(錒系元素)
鍆(錒系元素)
鍩(錒系元素)
鐒(錒系元素)
鑪(過渡金屬)
觀(過渡金屬)
譎(過渡金屬)
訏(過渡金屬)
譆(過渡金屬)
䥑(預測為過渡金屬)
鐽(預測為過渡金屬)
錀(預測為過渡金屬)
鎶(過渡金屬)
鉨(預測為貧金屬)
鈇(貧金屬)
鏌(預測為貧金屬)
鉝(預測為貧金屬)
鿬(預測為鹵素)
鿫(預測為惰性氣體)




(Uhb)
概況
名稱·符號·序數 鎶(Copernicium)·Cn·112
元素類別 過渡金屬
·週期· 12 ·7·d
標準原子質量 [285]
電子排佈

[Rn] 5f14 6d10 7s2
2, 8, 18, 32, 32, 18, 2

歷史
發現 重離子研究所(1996年)
物理性質
物態 氣體(預測)
密度 (接近室溫
23.7 g·cm−3
沸點 357+112
−108
K84+112
−108
°C183+202
−194
°F
蒸氣壓
原子性質
氧化態 4, 2, 1, 0
(預測[1][2][3]
電離能

第一:1154.9 kJ·mol−1
第二:2170.0 kJ·mol−1
第三:3164.7 kJ·mol−1

更多
原子半徑 147 pm
共價半徑 122 pm
(預測[4]
雜項
晶體結構

六方密排


(預測)[5]
CAS號54084-26-3
最穩定同位素

主條目:鎶的同位素

同位素 豐度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
285Cn 人造 29 s α 9.15, 9.03? 281Ds
283Cn 人造 4 s[8] 90% α 9.53, 9.32, 8.94 279Ds
10% SF -

Copernicium)是一種人工合成超重元素,化學符號是Cn原子序是112。鎶的放射性極強,會通過α衰變成為273Ds半衰期最長的鎶同位素285Cn,有29秒。位於德國達姆施塔特重離子研究所(GSI),由西格・霍夫曼英語Sigurd Hofmann維克托・尼諾夫英語Victor Ninov領導的研究團隊在1996年首次合成出鎶。

元素週期表中,鎶屬於d區元素,同時也是錒系後元素。鎶和的化學反應顯示,它是一種易揮發的金屬。計算顯示,鎶與比它輕的同族元素有較大的差異。最顯著的不同就是鎶會在失去7s電子層前先失去兩個6d層的電子。因此,根據相對論效應,鎶會是一種過渡金屬。通過計算,科學家還發現Cn能呈穩定的+4氧化態,而則僅能在極端條件下呈+4態,則不能呈+4態。科學家也精確地預測了鎶從游離態到化合態所需的能量。

鎶只能在實驗室中經人工合成,截至目前,科學家用不同的核反應合成了75個鎶原子。

歷史

發現

位於德國達姆施塔特重離子研究所(GSI),由西格·霍夫曼和維克托·尼諾夫領導的研究團隊在1996年首次合成出鎶元素。他們在重離子加速器中用高速運行的70原子束轟擊208目標體,獲得一顆半衰期僅為0.24毫秒的277Cn原子(另一顆被擊散)。製取該元素的核反應方程式為:

2002年重離子研究所重複相同的實驗,再次得到一個鎶原子。2004年,日本一家研究機構也合成出了兩個鎶原子[9]

名稱

國際純化學與應用化學聯盟(IUPAC)在經過長期驗證後,於2009年6月正式承認第112號元素的合成,並隨後邀請霍夫曼領導的團隊為112號元素提出一個永久名稱。2009年7月17日,該團隊提議將112號元素命名為Copernicium,縮寫Cp,以紀念著名天文學家哥白尼(Copernicus)。他們稱,將其命名為Cp的原因,是由哥白尼所提出的日心說與化學中的原子結構(盧瑟福模型)有很多相似之處。

Cp這個名稱當時未獲得IUPAC的正式承認。IUPAC在此後6個月的時間內進行審議,聽取科學界的意見,並於2010年1月公佈審議的結果。[10]2009年9月,《自然》雜誌上的一篇文章[11]指出符號Cp曾用於元素(Lutetium)的舊稱(Cassiopeium),現在在配位化學中亦用於指環戊二烯Cyclopentadiene)配位體。根據目前IUPAC對元素的命名規則,新元素的提議名稱是不得與其他元素名稱或符號重複的。考慮到上述情況,為了避免歧義,IUPAC已把提議中的符號Cp改為CnCopernicium)。[12]

2010年2月19日,德國重離子研究所正式宣佈,經國際純粹與應用化學聯合會確認,由該所人工合成的第112號化學元素從即日起獲正式名稱「Copernicium」,相應的元素符號為「Cn」。[13]

在台灣,此元素之中文名稱由國立編譯館化學名詞審議委員會和中國化學會名詞委員會開會討論後決定命名為[14]

中華人民共和國全國科學技術名詞審定委員會於2012年1月確定了鎶的簡體中文名稱,獲國家語言文字工作委員會批准後進入國家規範用字。

核合成

如鎶元素等超重元素都是在粒子加速器中用離子轟擊輕元素,誘導核聚變反應而產生的。大部分鎶的同位素可用這種方式直接合成,但一些較重的則只發現於更重元素的衰變產物中。[15]

核聚變反應根據所涉及的能量被分為「熱聚變」和「冷聚變」。在熱核聚變反應中,高能量的輕離子加速撞向質量高的目標體(多數用錒系元素),從而產生高激發能(約40至50 MeV)的複核,並可能釋放3至5個中子。[15]在冷聚變反應中,產生的原子核激發能(約10至20 MeV)相對較低,這降低了發生裂變反應的概率。原子核冷卻到基態時,只釋放一個或兩個中子,因此產物的中子數可較高。[16]此處所說的冷聚變反應有別於在室溫條件下發生的核聚變反應(見冷聚變)。[17]

冷聚變

1996年重離子研究所首次進行合成鎶的冷核聚變反應,並報告檢測到兩個277Cn的衰變鏈。

2000年,他們撤回了這項發現。在2000年重複進行的反應中,他們又合成了一個鎶原子。他們在2002年試圖測量1n激發能時,因70Zn束失敗而未能取得結果。日本理化學研究所於2004年證實了277Cn的發現。他們進一步發現了兩個277Cn原子,並確認了整個衰變鏈的衰變數據。

277Cn合成成功後,重離子研究所在1997年使用68Zn進行了反應,以研究同位旋(富含中子)對化學產量的影響。

科學家發現,用62Ni和64Ni離子合成同位素時能提高產量,因此開啟了這項實驗。由於沒有檢測到275Cn的衰變鏈,所以截面限制在1.2 pb。

1990年,一些初步跡象顯示,用能量為幾個GeV的質子照射目標體後,形成了鎶的同位素。重離子研究所和耶路撒冷大學因此合作研究了下列反應。

他們探測到一些自發裂變活動和12.5 MeV能量的α衰變,並將兩者的源頭指向輻射俘獲產物272Cn或1n蒸發殘留物271Cn。要證實這些結論,需要進行更多的研究。

熱聚變

1998年,俄羅斯杜布納Flerov核研究實驗室(FLNR)開始了一個研究項目:使用鈣-48核的熱聚變反應來合成超重元素。1998年3月,他們聲稱已經達到以下反應:

(x=3,4)

新合成的283Cn自發裂變成較輕的核素,半衰期約為5分鐘。[18]

該產物的半衰期足夠長,所以科學家首次開始針對鎶進行化學氣態實驗。2000年,杜布納的Yuri Yukashev重復實驗,但未能證實任何半衰期為5分鐘的自發裂變。2001年重復的實驗中,自發裂變產生的八塊碎片積累於低溫部分,這表明鎶具有類似的屬性。不過,現在有些科學家高度懷疑這些結果的由來。為了確認鎶的合成,同一個團隊在2003年1月成功地重復了反應,證實了衰變模式和半衰期。他們還能夠計算出自發裂變活動質量的估值,約為285。這有助證實該同位素的發現。[19]

美國勞倫斯伯克利國家實驗室團隊在2002年進行反應時無法檢測到任何自發裂變,計算的截面限制在1.6 pb。[20]

2003至2004年,杜布納的團隊使用了「杜布納天然氣填充反沖分離器」(DGFRS)重復進行了反應。這一次,283Cn以9.53 MeV進行α衰變,半衰期約為4分鐘。研究人員也在4n通道中觀察到282Cn(釋放出4個中子)。[21]

2003年,德國重離子研究所也參與尋找長度為5分鐘的自發裂變活動。和杜布納團隊的結果相似,他們也能夠在低溫部分探測到七塊自發裂變碎片。然而,這些自發裂變事件之間並無關聯,因此不是鎶原子核直接自發裂變產生的。這使科學家質疑鎶的化學特性是否真的和氡相似。[22]在杜布納團隊公佈283Cn的不同衰變屬性後,重離子研究所團隊在2004年9月重復進行實驗。他們無法檢測到任何自發裂變事件,並計算出檢測一個事件的截面限制,約為1.6 pb。

2005年5月,重離子研究所進行了物理實驗,探測到單個283Cn原子進行了短半衰期的自發裂變,這意味着存在未知的自發裂變分支。[23]然而,杜布納一開始已觀察到數次直接的自發裂變事件,但他們假定沒有探測到母核的α衰變。這些結果表明實際並不存在這個母核的α衰變事件。

2006年,保羅謝爾研究所和Flerov核研究實驗室聯合進行實驗,以研究鎶的化學性質。實驗證實了283Cn的新衰變數據。他們在287Fl的衰變產物中觀測到兩個283Cn原子。實驗表明,鎶具有12族典型的屬性,是化學性質不穩定的金屬。

重離子研究所的小組在2007年1月成功地重現了他們的物理實驗,並檢測到三個283Cn原子,終於確認了283Cn的確是經α衰變和自發裂變的。[24]

長度為5分鐘的自發裂變活動至今尚待證實。它可能源自一種同核異構體:283bCn。其產量收到了具體生產方式的影響。

Flerov核研究實驗室小組於2004年研究了這個反應。他們無法檢測到任何鎶原子,計算的截面限制為0.6 pb。該小組認為,這表明中子質量數會影響複核的蒸發殘渣的產量。

衰變產物

蒸發殘留 觀測到的鎶同位素
285Fl 281Cn[25]
294Og, 290Lv, 286Fl 282Cn[26]
291Lv, 287Fl 283Cn[27]
292Lv, 288Fl 284Cn[28]
293Lv, 289Fl 285Cn[29]

科學家也曾在Fl的衰變產物中觀察到鎶。目前有五種已知的同位素,全都會經α衰變成為鎶原子,質量數介乎281至285。其中質量數281、284和285的鎶同位素迄今只出現在Fl的衰變產物中。Fl本身也是Og的衰變產物。至今已知的其他元素都不會衰變成鎶。

例如,2006年5月,杜布納小組(聯合核研究所)確定282Cn是Og的α衰變鏈的最終產物。該產物經過自發裂變成為較輕的核素。[26]

於1999年科學家聲稱合成了293Og,報告指出281Cn以10.68MeV能量進行α衰變,半衰期為0.9毫秒。[30]報告在2001年遭撤回。293Og終於在2010年被合成,其衰變特性不符合此前的數據。

化學屬性

推算的化學屬性

氧化態

鎶是6d系的最後一個過渡金屬,是元素週期表中12族最重的元素,位於下面。科學家預測,鎶與其他較輕的12族元素在屬性上有顯著差異。由於7s電子軌域的穩定加上相對論效應,6d軌域較不穩定性,因此Cn2+離子的電子排佈很可能是[Rn]5f146d87s2,這和同族元素是不同的。在水溶液中,鎶很可能形成+2和+4氧化態,後者更穩定。在較輕的12族元素裏,+2氧化態是最常見的,而只有汞能呈+4氧化態,但極少見。唯一一個已知的四價汞化合物(四氟化汞,HgF4)也只能在極端條件下存在。[31] 類似的鎶化合物CnF4、CnO2預計將更加穩定。雙原子離子Hg2+
2
中汞具有+1態,但是Cn2+
2
離子預計將不穩定,甚至不存在。[32]

實驗化學

原子氣態

鎶有基態電子排佈為[Rn]5f146d107s2,所以根據構造原理,鎶應該屬於週期表的12族。因此,它的屬性應表現為汞的較重同系物,可與等貴金屬形成二元化合物。鎶的化學實驗主要研究鎶在不同溫度下在金箔表面的吸附作用,從而計算出吸附焓值。由於7s軌域電子相對穩定,鎶表現出類似氡的屬性。實驗同時形成了汞和氡的放射性同位素,這使科學家能夠比較這些元素的吸附特性。

最初的化學實驗使用了238U(48Ca,3n)283Cn反應。實驗檢測到目標同位素的自發裂變,半衰期為5分鐘。分析數據表明,鎶的揮發性比汞高,並似乎具有惰性氣體的屬性。然而,由於未能確定283Cn同位素的發現,因此科學家對這些化學實驗結果是持着疑問的。2006年4月至5月,Flerov核研究實驗室和保羅謝爾研究所的聯合團隊在聯合核研究所進行了的合成實驗:242Pu(48Ca,3n)287Fl,並在衰變產物中對283Cn進行研究。該實驗明確探測到兩個283Cn原子,並發現鎶和金會產生弱金屬-金屬鍵。這意味着鎶是具高揮發性的汞同系物,明確屬於12族。

2007年4月,科學家重復進行了這條反應,又合成了三個283Cn原子。該實驗證實了鎶的吸附特性,結果表示鎶完全具有12族中的最重元素的應有屬性。[2]

參考資料

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外部連結

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