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   109Mt
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(Upe)
𬭶𫟼
概况
名称·符号·序数(Meitnerium)·Mt·109
元素类别未知
可能为过渡金属[1][2]
·周期·9 ·7·d
标准原子质量[278]
电子排布[Rn] 5f14 6d7 7s2
(计算值)[1][3]
2, 8, 18, 32, 32, 15, 2
(预测)
<span class="inline-unihan" style="border-bottom: 1px dotted; font-variant: normal;cursor: help; font-family: sans-serif, 'Unicode内码天珩输入法配套字体', '方正宋体S-超大字符集', '方正宋体S-超大字符集(SIP)', '文泉驿等宽正黑', 'BabelStone Han', 'HanaMinB', 'FZSong-Extended', 'Arial Unicode MS', Code2002, DFSongStd, 'STHeiti SC', unifont;" title="字符描述:⿰钅麦 
※如果您看到空白、方块或问号,代表您的系统无法显示该字符。">鿏</span>的电子层(2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 (预测))
历史
发现重离子研究所(1982年)
物理性质
物态固体(预测)[2]
密度(接近室温
37.4(预测)[1] g·cm−3
蒸气压
原子性质
氧化态9, 8, 6, 4, 3, 1(预测)[1][4][5]
电离能第一:800.8(估值)[1] kJ·mol−1

第二:1823.6(估值)[1] kJ·mol−1
第三:2904.2(估值)[1] kJ·mol−1

更多
原子半径122(预测)[1] pm
共价半径129(估值)[6] pm
杂项
晶体结构面心立方 (预测)[2]
磁序顺磁性(预测)[7]
CAS号54038-01-6
最稳定同位素
主条目:的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
278Mt syn 7.6 s α 9.6 274Bh
276Mt syn 0.72 s α 9.71 272Bh
274Mt syn 0.44 s α 9.76 270Bh
270mMt? syn 1.1 s α 266Bh
此处只列出半衰期超过0.1秒的同位素

拼音mài注音ㄇㄞˋ粤拼mak6,音同“麦”;英语:Meitnerium),是一种人工合成化学元素,其化学符号Mt原子序数为109。是一种放射性极强的超重元素锕系后元素,其所有同位素半衰期都很短,非常不稳定,其中寿命最长的是278Mt,半衰期仅约4.5秒。9族最重的元素,但由于没有足够稳定的同位素,因此目前未能通过化学实验来验证的性质是否符合元素周期律

德国达姆施塔特重离子研究所的研究团队在1982年首次合成出元素。其名称得自奥地利瑞典原子物理学家莉泽·迈特纳

概述

核聚变反应的图示。两个原子核融合成一个,并发射出一个中子。在这一刻,这个反应和用来创造新元素的反应是相似的,唯一可能的区别是它有时会释放几个中子,或者根本不释放中子。
核聚变反应的图示。两个原子核融合成一个,并发射出一个中子。在这一刻,这个反应和用来创造新元素的反应是相似的,唯一可能的区别是它有时会释放几个中子,或者根本不释放中子。
外部视频链接
video icon 基于澳大利亚国立大学的计算,核聚变未成功的可视化[8]

超重元素[a]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,两者发生反应的可能性就越大。[14]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(全部都有正电荷)会因为静电排斥而相互排斥,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。[15]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,它们通常会在一起约10−20秒后裂变(产物不需要和反应物相同),而非形成单独的原子核。[15][16]如果聚变发生了,两个原子核产生的一个原子核会处于激发态[17],被称为复合原子核英语compound nucleus,非常不稳定。[15]为了达到更稳定的状态,这个暂时存在的原子核可能会直接核裂变[18]或是放出一些带走激发能量的中子。如果这些激发能量不足以使中子被放出,复合原子核就会放出γ射线。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。[18]联合工作团队英语IUPAC/IUPAP Joint Working Party(JWP)定义,化学元素的原子核只有10−14秒内不进行放射性衰变,才能被识别出来,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。[19][c]

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,它就会被这个粒子束携带。[21]在分离室中,新产生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,[d]并转移到半导体探测器英语Semiconductor detector中,在这里停止原子核。这时标记撞击探测器的确切位置、能量和到达时间。[21]这个转移需要10−6秒的时间,意即这个原子核需要存活这么长的时间才能被检测到。[24]衰变被记录后,这个原子核被再次记录,并测量位置、衰变能量和衰变时间。[21]

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。[25]超重元素[26]的主要衰变方式——α衰变自发裂变都是这种排斥引起的。[e]α衰变由发射出去的α粒子记录,在实际衰变之前很容易确定衰变产物。如果这样的衰变或一系列连续衰变产生了一个已知的原子核,则可以很容易地确定反应的原始产物。[f](衰变链中的所有衰变都必须在同一个地方发生。)[21] 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)。[g]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。[h]

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:粒子到达探测器的位置、能量和时间,以及粒子衰变的信息。物理学家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,而非由不同的核素引起的。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,并且对观察到的影响没有其他解释,就可能在解释数据时出现错误。[i]

历史

发现

此元素在1982年8月29日由彼得·安布鲁斯特Gottfried Münzenberg英语Gottfried Münzenberg领导的研究团队所合成出来,此团队位于德国黑森邦达姆施塔特重离子研究所[38] 他们利用-58离子轰击-209合成了266Mt的单一原子:

命名

根据IUPAC元素系统命名法的旧称是Unnilennium,来自1、0、9的拉丁语写法。

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,Meitnerium正式作为109号元素的命名,以纪念奥地利瑞典原子物理学家莉泽·迈特纳(Lise Meitner)。[39]

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109号元素中文名:“”(mài,音同“麦”)[40][41][42]

未来实验

日本理化学研究所的一个团队已表示有计划研究以下反应:

同位素与核特性

目前已知的同位素共有8个,质量数分别为266、268、270和274-278,全部都具有极高的放射性半衰期极短,非常不稳定,且质量数越大的同位素稳定性越高,其中最长寿的同位素为-278,半衰期约4.5秒,也是目前发现最重的同位素。未经确认的同位素-282可能具有更长的半衰期,为67秒。除了-278外,其他寿命较长的同位素有-276和-274,半衰期分别为0.45秒和0.44秒,剩下5种同位素的半衰期都在20毫秒以下。大多数同位素主要发生α衰变,有些则会进行自发裂变[43]

-268和-270具有已知但未经证实的同核异构体[43]

核合成

能产生Z=109复核的目标、发射体组合

下表列出各种可用以产生109号元素的目标、发射体组合。

目标 发射体 CN 结果
208Pb 59Co 267Mt 反应成功
209Bi 58Fe 267Mt 反应成功
232Th 41K 273Mt 尚未尝试
231Pa 40Ar 271Mt 尚未尝试
238U 37Cl 275Mt 至今失败
237Np 36S 275Mt 尚未尝试
244Pu 31P 275Mt 尚未尝试
242Pu 31P 273Mt 尚未尝试
243Am 30Si 273Mt 尚未尝试
248Cm 27Al 275Mt 尚未尝试
250Cm 27Al 277Mt 尚未尝试
249Bk 26Mg 275Mt 尚未尝试
249Cf 23Na 272Mt 尚未尝试
251Cf 23Na 274Mt 尚未尝试
254Es 22Ne 276Mt 至今失败

作为衰变产物

科学家也曾在更重元素的衰变产物中发现的同位素。

蒸发残留 观测到的同位素
294Ts 278Mt
288Mc 276Mt
287Mc 275Mt
282Nh 274Mt
278Nh 270Mt
272Rg 268Mt

同位素发现时序

同位素 发现年份 核反应
266Mt 1982年 209Bi(58Fe,n)[38]
267Mt 未知
268Mt 1994年 209Bi(64Ni,n)[44]
269Mt 未知
270Mt 2004年 209Bi(70Zn,n)[45]
271Mt 未知
272Mt 未知
273Mt 未知
274Mt 2006年 237Np(48Ca,3n)
275Mt 2003年 243Am(48Ca,4n)[46]
276Mt 2003年 243Am(48Ca,3n)
277Mt 未知
278Mt 2009年 249Bk(48Ca,3n)[47]

核异构体

270Mt

科学家在278Nh的衰变链中确定探测到两个270Mt原子。这两个原子拥有非常不同的衰期和衰变能量,并来自两个不同的274Rg同核异构体。第一种同核异构体经过α衰变,能量为10.03 MeV,半衰期为7.16毫秒;另一种的半衰期为1.63秒,但衰变能量未知。由于缺乏数据,要对这些同核异构体进行实际的能级分配,必需作进一步的研究。

268Mt

多个实验的结果显示,268Mt的α衰变光谱是非常复杂的。从268Mt释放出的α粒子能量有10.28、10.22和10.10 MeV,半衰期也分别为42毫秒、21毫秒和102毫秒。长半衰期的一次衰变事件来自同核异能态。科学家正在研究其他两个半衰期差距的原因。由于缺乏数据,要对这些同核异构体进行实际的能级分配,必需作进一步的研究。

同位素产量

下表列出直接合成的聚变核反应的截面和激发能量。粗体数据代表从激发函数算出的最大值。+代表观测到的出口通道。

冷聚变

发射体 目标 CN 1n 2n 3n
58Fe 209Bi 267Mt 7.5 pb
59Co 208Pb 267Mt 2.6 pb, 14.9 MeV

理论计算

下表列出各种目标-发射体组合,并给出最高的预计产量。

HIVAP = 重离子汽化统计蒸发模型; σ = 截面

目标 发射体 CN 通道(产物) σmax 模型 参考资料
243Am 30Si 273Mt 3n (270Mt) 22 pb HIVAP [48]
243Am 28Si 271Mt 4n (267Mt) 3 pb HIVAP [48]
249Bk 26Mg 275Mt 4n (271Mt) 9.5 pb HIVAP [48]
254Es 22Ne 276Mt 4n (272Mt) 8 pb HIVAP [48]
254Es 20Ne 274Mt 4-5n (270,269Mt) 3 pb HIVAP [48]

化学属性

推算的化学属性

物理特性

根据周期表的趋势,应该是一种高密度金属,密度大约为37.4 g/cm3[1]:8.9,:12.5,:22.5),熔点也很高,约为2600至2900°C(钴:1480,铑:1966,铱:2454)。它的耐腐蚀性可能很高,甚至比铱更高。

氧化态

预计将是6d系过渡金属的第7个元素,也是周期表中9族最重的成员,位于的下面。较重的两个9族元素氧化态为+6,而铱最稳定的为+4和+3态,铑则呈稳定的+3态。因此预期会形成稳定的+3状态,但也可能有稳定的+4和+6态。

化学特性

应可形成六氟化物MtF6。这氟化物预计将较六氟化铱更加稳定,因为同族元素从上到下的+6氧化态越来越稳定。

在与氧发生反应时,铑主要形成Rh2O3 ,而铱会被氧化为+4态的IrO2。因此可能会形成二氧化物MtO2

9族元素的+3态常见于与卤素直接反应所形成的三卤化物(氟化物除外)。因此应可形成MtCl3、MtBr3和MtI3

注释

  1. ^ 核物理学中,如果一个元素有高原子序,就可以被称为重元素。82号元素就是重元素的例子。“超重元素”这一词通常指原子序大于103的元素(尽管也有其它的定义,例如原子序大于100[9]或112。[10]有时这一词和锕系后元素是同义词,将超重元素的上限定在还未发现的超锕系元素的开始。)[11](那个元素的)“超重同位素”和“超重核素”顾名思义——分别是(那个元素的)高质量同位素和高质量的核素。
  2. ^ 2009年,由尤里·奥加涅相引领的团队在JINR发表了他们通过对称的136Xe + 136Xe反应,尝试合成钅黑的结果。他们未能在这个反应中观察到单个原子,因此对截面设置了上限,即核反应概率的度量为2.5 pb[12]作为比较,发现钅黑的反应208Pb + 58Fe的截面约为20 pb(进一步来说,为19+19
    -11
     pb),符合发现者的预测。[13]
  3. ^ 这个值也标志着普遍接受的复合原子核寿命上限。[20]
  4. ^ 这种分离是基于产生的原子核会比未反应的粒子束更慢地通过目标。分离器中包含电场和磁场,它们对运动粒子的影响会因粒子的特定速度而被抵消。[22]飞行时间质谱法英语Time-of-flight mass spectrometry和反冲能量的测量也有助于这种分离,两者结合可以估计原子核的质量。[23]
  5. ^ 不是所有放射性衰变都是因为静电排斥力导致的。举个例子,β衰变弱核力导致的。[27]
  6. ^ 由于原子核的质量不是直接测量的,而是根据另一个原子核的质量计算得出的,因此这种测量称为间接测量。直接测量也是有可能的,但在大多数情况下,它们仍然无法用于超重原子核。[28]2018年,LBNL首次直接测量了超重原子核的质量,[29]它的质量是根据转移后原子核的位置确定的(位置有助于确定其轨迹,这与原子核的质荷比有关,因为转移是在有磁铁的情况下完成的)。[30]
  7. ^ 如果在真空中发生衰变,那么由于孤立系统在衰变前后的总动量必须保持守恒,衰变产物也将获得很小的速度。这两个速度的比值以及相应的动能比值与两个质量的比值成反比。衰变能量等于α粒子和衰变产物的已知动能之和。[31]这些计算也适用于实验,但不同之处在于原子核在衰变后不会移动,因为它与探测器相连。
  8. ^ 自发裂变是由苏联科学家格奥尔基·弗廖罗夫发现的。[32]LBL的科学家们认为自发裂变的信息不足以声称合成元素,他们认为对自发裂变的研究还不够充分,无法将其用于识别新元素,因为很难确定复合原子核是不是仅喷射中子,而不是质子或α粒子等带电粒子。[20]因此他们更喜欢通过连续的α衰变将新的同位素与已知的同位素联系起来。[32]
  9. ^ 举个例子,1957年,元素102在瑞典斯德哥尔摩省斯德哥尔摩的诺贝尔物理研究所被错误地鉴定。[33]早先没有关于该元素发现的明确声明,所以由它的瑞典、美国和英国发现者命名为nobelium。后来证明这个元素的鉴定是错误的。[34]第二年,RL无法重现瑞典的结果,而是宣布他们合成了该元素,这一说法后来也被驳回。[34] JINR坚持认为他们是第一个发现该元素的人,并为新元素建议命名为joliotium[35]而这个名称也没有被接受(JINR后来认为元素102的命名是仓促的)。[36]这个名称是在IUPAC对元素发现优先权的裁决的书面答复中提出的,该裁决于1992年9月29日签署。[36]但由于其广泛使用,“nobelium”这个名称仍然保持不变。[37]

参考资料

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