Войти
Nihonium - это синтетический химический элемент с символом Nhи атомный номер 113. Он чрезвычайно радиоактивен ; его самый стабильный известный изотоп , нихоний-286, имеет период полураспада около 10 секунд. В периодической таблице нихоний представляет собой трансактинидный элемент в p-блоке. Он является членом периода 7 и группы 13 (группа бора).
Впервые сообщалось, что никоний был создан в 2003 году в результате российско-американского сотрудничества в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, Россия, и в 2004 году группой японских ученых из Riken в Wakō, Япония. В последующие годы в подтверждении их заявлений участвовали независимые группы ученых, работающие в США, Германии, Швеции и Китае, а также первоначальные заявители в России и Японии. В 2015 году Совместная рабочая группа IUPAC / IUPAP признала элемент и присвоила приоритет прав на открытие и наименование элемента Riken, так как сочла, что они продемонстрировали, что они наблюдал элемент 113 до того, как это сделала команда ОИЯИ. Команда Riken предложила название nihonium в 2016 году, которое было утверждено в том же году. Название происходит от общепринятого японского названия Японии (日本, nihon ).
О нихонии известно очень мало, так как он был произведен в очень небольших количествах, которые распадаются за секунды. Аномально долгая жизнь некоторых сверхтяжелых нуклидов, в том числе некоторых изотопов нихония, объясняется теорией «острова стабильности ». Эксперименты подтверждают теорию: период полураспада подтвержденных изотопов нихония увеличивается с миллисекунд до секунд по мере добавления нейтронов и приближения к острову. Было подсчитано, что нионий имеет свойства, аналогичные свойствам его гомологов бор, алюминия, галлий, индий и таллий <472.>. Все, кроме бора, являются постпереходными металлами, и ожидается, что нихоний также будет постпереходным металлом. Он также должен показать несколько основных отличий от них; например, нихоний должен быть более стабильным в степени окисления +1 , чем в состоянии +3, как таллий, но в состоянии +1 нихоний должен вести себя больше как серебро и астат, чем таллий. Предварительные эксперименты в 2017 году показали, что элементарный нихоний не очень летуч ; его химия остается в значительной степени неизученной.
Графическое изображение ядерный синтез реакция. Два ядра сливаются в одно, испуская нейтрон. Реакции, которые привели к созданию новых элементов к этому моменту, были похожи, с той лишь разницей, что иногда выделялось несколько единичных нейтронов или не было вообще ни одного. | Внешнее видео | |
|---|---|
 Визуализация неудачного ядерного синтеза, основанная на расчетах Австралийский национальный университет |
Самые тяжелые атомные ядра образуются в ядерных реакциях, которые объединяют два других ядра неравных размеров в одно; грубо говоря, чем более неравны два ядра по массе, тем больше вероятность их реакции. Материал, состоящий из более тяжелых ядер, превращается в мишень, которую затем бомбардируют пучком более легких ядер. Два ядра могут сливаться в одно, только если они достаточно близко подходят друг к другу; обычно ядра (все положительно заряженные) отталкиваются друг от друга из-за электростатического отталкивания. сильное взаимодействие может преодолеть это отталкивание, но только на очень коротком расстоянии от ядра; Таким образом, ядра пучка сильно ускоряются, чтобы сделать такое отталкивание незначительным по сравнению со скоростью ядра пучка. Одного сближения недостаточно для слияния двух ядер: когда два ядра приближаются друг к другу, они обычно остаются вместе примерно в течение 10 секунд, а затем расходятся (не обязательно в том же составе, что и до реакции), а не образуют единое ядро. Если слияние действительно происходит, временное слияние, называемое составным ядром, представляет собой возбужденное состояние. Чтобы потерять свою энергию возбуждения и достичь более стабильного состояния, составное ядро либо делится, либо испускает один или несколько нейтронов, которые уносят энергию. Это происходит примерно через 10 секунд после первоначального столкновения.
Луч проходит через цель и достигает следующей камеры, сепаратора; если новое ядро произведено, оно переносится этим лучом. В сепараторе вновь образованное ядро отделяется от других нуклидов (от исходного пучка и любых других продуктов реакции) и переносится на детектор с поверхностным барьером , который останавливает ядро. Отмечается точное место предстоящего удара о детектор; также отмечена его энергия и время прибытия. Перевод занимает около 10 секунд; Чтобы ядро было обнаружено, оно должно выжить так долго. Ядро записывается снова после регистрации его распада и измерения местоположения, энергии и времени распада.
Стабильность ядра обеспечивается сильным взаимодействием. Однако его диапазон очень мал; по мере того, как ядра становятся больше, его влияние на самые удаленные нуклоны (протоны и нейтроны) ослабевает. В то же время ядро разрывается электростатическим отталкиванием между протонами, так как оно имеет неограниченный радиус действия. Таким образом, ядра самых тяжелых элементов предсказываются теоретически и до сих пор наблюдались в основном распадом посредством мод распада, вызванных таким отталкиванием: альфа-распад и спонтанное деление ; эти моды преобладают для ядер сверхтяжелых элементов. Альфа-распад регистрируется испускаемыми альфа-частицами, и продукты распада легко определить до фактического распада; если в результате такого распада или серии последовательных распадов образуется известное ядро, исходный продукт реакции можно определить арифметически. Самопроизвольное деление, однако, производит различные ядра в качестве продуктов, поэтому исходный нуклид не может быть определен по его дочерним элементам.
Информация, доступная физикам, стремящимся синтезировать один из самых тяжелых элементов, - это информация, собранная на детекторах: местоположение, энергия и время прибытия частицы к детектору и время ее распада. Физики анализируют эти данные и пытаются сделать вывод, что это действительно было вызвано новым элементом и не могло быть вызвано другим нуклидом, чем заявленный. Часто предоставленных данных недостаточно для вывода о том, что новый элемент определенно был создан, и нет другого объяснения наблюдаемых эффектов; были допущены ошибки при интерпретации данных.
Были проведены синтезы элементов с 107 до 112 в Центре исследования тяжелых ионов Гельмгольца в Дармштадте, Германия, с 1981 по 1996 год. Эти элементы были получены реакциями холодного синтеза, в которых мишени были сделаны из таллия, свинец и висмут, которые находятся примерно в стабильной конфигурации из 82 протонов, бомбардируются тяжелыми ионами элементов с периодом 4. Это создает конденсированные ядра с низкими энергиями возбуждения из-за стабильности ядер мишеней, что значительно увеличивает выход сверхтяжелых элементов. Холодный синтез был впервые использован Юрием Оганесяном и его командой в 1974 году в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, Советский Союз. Было обнаружено, что выходы реакций холодного синтеза значительно уменьшаются с увеличением атомного номера; полученные ядра были сильно нейтронно-дефицитными и недолговечными. Команда GSI пыталась синтезировать 113 элемент посредством холодного синтеза в 1998 и 2003 годах, бомбардируя висмут-209 цинком -70; обе попытки оказались безуспешными.
Столкнувшись с этой проблемой, Оганесян и его команда в ОИЯИ вновь обратили внимание на более старую технику горячего синтеза, в которой мишени из тяжелых актинидов бомбардировались более легкими ионами. Кальций-48 был предложен в качестве идеального снаряда, потому что он очень богат нейтронами для легкого элемента (в сочетании с уже богатыми нейтронами актинидами) и сводит к минимуму нейтронный дефицит получаемых нуклидов. Будучи дважды магическим, он придавал бы стабильность слитным ядрам. В сотрудничестве с командой из Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) в Ливерморе, Калифорния, США, они предприняли попытку по элементу 114 (который был предсказано, что это магическое число, закрывающее протонную оболочку, и более стабильное, чем элемент 113).
В 1998 году коллаборация ОИЯИ – ЛЛНБ начала свою попытку по элементу 114, бомбардируя цель плутоний-244 с ионами кальция-48:
Наблюдался единственный атом, который считался изотопом 114: результаты были опубликованы в январе 1999 года. Несмотря на многочисленные попытки повторить эту реакцию, изотоп с такими свойствами распада больше никогда не обнаруживался, и точная идентичность этой активности неизвестна. В статье 2016 года считалось, что наиболее вероятным объяснением результата 1998 года является то, что два нейтрона были испущены произведенным составным ядром, что привело к 114 и захвату электронов до 113, в то время как больше нейтронов было испущено во всех других произведенных цепочках. Это было бы первое сообщение о цепочке распада изотопа 113-го элемента, но в то время оно не было распознано, и назначение все еще не определено. Подобная долгоживущая активность, наблюдаемая группой ОИЯИ в марте 1999 г. в реакции Pu + Ca, может быть связана с дочерним элементом захвата электронов 114, 113; это присвоение также является предварительным.
Подтвержденное сейчас открытие элемента 114 было сделано в июне 1999 г., когда команда ОИЯИ повторила первую реакцию Pu + Ca с 1998 г.; После этого команда ОИЯИ использовала тот же метод горячего синтеза для синтеза элементов 116 и 118 в 2000 и 2002 годах соответственно с помощью Cm + Ca и Cf + Ca реакции. Затем они обратили свое внимание на отсутствующие элементы с нечетными номерами, поскольку нечетные протоны и, возможно, нейтроны будут препятствовать распаду в результате спонтанного деления и приводят к более длинным цепочкам распадов.
Первое сообщение об элементе 113 был в августе 2003 года, когда он был идентифицирован как продукт альфа-распада элемента 115. Элемент 115 был получен путем бомбардировки цели из америция -243 снарядами из кальция-48. В феврале 2004 г. коллаборация ОИЯИ – LLNL опубликовала свои результаты:
Еще четыре альфа наблюдались распады, заканчивающиеся спонтанным делением изотопов 105-го элемента, дубния.
В то время как коллаборация ОИЯИ – ЛЛНЛ изучала реакции синтеза с Ca, a Группа японских ученых из Riken Nishina Center for Accelerator-Based Science в Wakō, Япония, возглавляемая Косуке Морита изучала реакции холодного синтеза. Морита ранее изучал синтез сверхтяжелых элементов в ОИЯИ, прежде чем создать свою собственную команду в Рикене. В 2001 году его команда подтвердила открытие GSI элементов 108, 110, 111 и 112. Затем они предприняли новую попытку для элемента 113, используя та же реакция Bi + Zn, которую GSI безуспешно предприняла в 1998 году. Несмотря на гораздо более низкий ожидаемый выход, чем для метода горячего синтеза ОИЯИ с кальцием-48, команда Райкена решила использовать холодный синтез, поскольку синтезированные изотопы будут альфа-распадом до известной дочерней нуклиды и сделают открытие гораздо более надежным и не потребуют использования радиоактивных мишеней. В частности, изотоп 113, который, как ожидается, будет произведен в этой реакции, распадется до известного Bh, который был синтезирован в 2000 году командой из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBNL) в Беркли.
Бомбардировка Bi Zn в Рикене началась в сентябре 2003 года. Команда обнаружила единственный атом 113 в июле 2004 года и опубликовала свои результаты в сентябре:
Команда Райкена наблюдала четыре альфа-распада от 113, создавая цепочку распадов, проходящую через Rg, Mt и Bh, прежде чем закончиться спонтанным делением Db. Данные о распаде, которые они наблюдали для альфа-распада Bh, совпали с данными 2000 года, что подтверждает их утверждение. Самопроизвольное деление его дочери Db ранее не было известно; американская группа наблюдала только альфа-распад этого нуклида.
Когда заявляется об открытии нового элемента, Объединенная рабочая группа (JWP) Международного союза чистой и прикладной химии (IUPAC) и Международного союза чистой и прикладной физики (IUPAP) собираются для изучения требований в соответствии с их критериями обнаружения новый элемент и определяет научный приоритет и права на наименование элементов. Согласно критериям JWP, открытие должно продемонстрировать, что элемент имеет атомный номер, отличный от всех ранее наблюдаемых значений. Желательно, чтобы его повторили и другие лаборатории, хотя это требование было отменено, если данные очень высокого качества. Такая демонстрация должна установить свойства, физические или химические, нового элемента и установить, что они являются свойствами ранее неизвестного элемента. Основные методы, используемые для демонстрации атомного номера, - это перекрестные реакции (создание заявленных нуклидов в качестве родителей или дочерей других нуклидов, произведенных другой реакцией) и привязка цепей распада к известным дочерним нуклидам. Для JWP приоритет подтверждения имеет приоритет над датой первоначальной претензии. Обе команды намеревались подтвердить свои результаты этими методами.
Сводка цепочек распада, проходящих через изотопы элемента 113, заканчивающихся менделевием (элемент 101) или ранее. Две цепочки с нуклидами, выделенными жирным шрифтом, были приняты JWP в качестве доказательства открытия элемента 113 и его родителей, элементов 115 и 117. В июне 2004 г. и снова в декабре 2005 г., коллаборация ОИЯИ и ЛЛНЛ укрепила свои претензии на открытие 113-го элемента, проведя химические эксперименты с Db, конечным продуктом распада 115. Это было ценным, поскольку ни один из нуклидов в эта цепочка распада была известна ранее, так что их утверждение не было подтверждено никакими предыдущими экспериментальными данными, а химические эксперименты укрепили бы аргументы в пользу их утверждения, поскольку химия дубния известна. Db был успешно идентифицирован путем извлечения конечных продуктов распада, измерения активности спонтанного деления (SF) и использования методов химической идентификации, чтобы подтвердить, что они ведут себя как элемент группы 5 (дубний известен как быть в группе 5). Как период полураспада, так и режим распада были подтверждены для предложенного Db, что подтверждает отнесение родительского и дочернего ядра к элементам 115 и 113 соответственно. Дальнейшие эксперименты в ОИЯИ в 2005 г. подтвердили наблюдаемые данные о распаде.
В ноябре и декабре 2004 г. группа Райкена изучала реакцию Tl + Zn, направляя пучок цинка на таллий, а не на мишень из висмута, в попытке непосредственно произвести Rg при перекрестной бомбардировке, так как она является непосредственной дочерью 113. Реакция была неудачной, так как мишень из таллия была физически слабой по сравнению с более широко используемым свинцом мишени из висмута, которые значительно ухудшились и стали неоднородными по толщине. Причины этой слабости неизвестны, учитывая, что таллий имеет более высокую температуру плавления, чем висмут. Затем команда Райкена повторила первоначальную реакцию Bi + Zn и в апреле 2005 года произвела второй атом 113, с цепочкой распада, которая снова завершилась спонтанным делением Db. Данные по распаду немного отличались от данных первой цепи: это могло быть связано с тем, что альфа-частица вылетела из детектора, не отдавая свою полную энергию, или потому, что некоторые промежуточные продукты распада образовались в метастабильные изомерные состояния.
В 2006 году группа исследователей из Центра исследования тяжелых ионов в Ланьчжоу, Китай, исследовала реакцию Am + Mg, в результате которой образовались четыре атома Bh. Все четыре цепочки начинались с альфа-распада до Db; три цепочки закончились спонтанным делением, как в 113 цепях, наблюдаемых в Рикене, а оставшаяся одна продолжилась через другой альфа-распад до Lr, как в цепях Bh, наблюдаемых в LBNL.
В июне 2006 г. ОИЯИ - Коллаборация LLNL заявила, что синтезировала новый изотоп элемента 113 непосредственно путем бомбардировки мишени нептуний -237 ускоренными ядрами кальция-48:
Два атома 113 были обнаружены. Целью этого эксперимента был синтез изотопов 113 и 113, которые могли бы заполнить пробел между изотопами, полученными посредством горячего синтеза (113 и 113) и холодного синтеза (113). После пяти альфа-распадов эти нуклиды дойдут до известных изотопов лоуренсия, если предположить, что цепочки распада не были преждевременно оборваны спонтанным делением. Первая цепочка распадов закончилась делением после четырех альфа-распадов, предположительно происходящих от Db или его дочерней цепи захвата электронов Rf. Во второй цепочке спонтанного деления не наблюдалось даже после четырех альфа-распадов. Пятый альфа-распад в каждой цепочке мог быть пропущен, поскольку Db теоретически может подвергаться альфа-распаду, и в этом случае первая цепочка распада закончилась бы на известном Lr или No, а вторая могла бы продолжиться до известного долгоживущего Md, который имеет период полураспада 51,5 дня, что больше, чем продолжительность эксперимента: это могло бы объяснить отсутствие события спонтанного деления в этой цепочке. В отсутствие прямого обнаружения долгоживущих альфа-распадов эти интерпретации остаются неподтвержденными, и до сих пор нет известной связи между какими-либо сверхтяжелыми нуклидами, образованными горячим синтезом, и хорошо известной основной частью таблицы нуклидов.
JWP опубликовала свой отчет по элементам 113–116 и 118 в 2011 году. Она признала, что сотрудничество ОИЯИ и LLNL обнаружило элементы 114 и 116, но не согласилась с утверждениями обеих групп элемент 113 и не принял претензии ОИЯИ-LLNL к элементам 115 и 118. Претензии ОИЯИ-LLNL на элементы 115 и 113 были основаны на химической идентификации их дочернего дубния, но JWP возразила, что текущая теория не может различить сгруппируйте 4 и сгруппируйте 5 элементов по их химическим свойствам с достаточной степенью уверенности, чтобы позволить это назначение. Свойства распада всех ядер в цепочке распада 115-го элемента не были ранее охарактеризованы до экспериментов ОИЯИ, ситуация, которую JWP обычно считает «проблемной, но не обязательно исключительной», и с небольшим количеством атомов, произведенных без известных дочерей и перекрестных реакций СПР сочла, что их критерии не были выполнены. JWP не приняла утверждение команды Райкена из-за несоответствий в данных о распаде, небольшого количества образовавшихся атомов элемента 113 и отсутствия однозначных привязок к известным изотопам.
В начале 2009 года Райкен команда синтезировала продукт распада Bh непосредственно в реакции Cm + Na, чтобы установить его связь со 113 в результате перекрестной бомбардировки. Они также установили разветвленный распад Db, который иногда подвергается самопроизвольному делению, а иногда - известному ранее альфа-распаду до Lr.
В конце 2009 года коллаборация ОИЯИ – ЛЛНЛ изучила реакцию Bk + Ca в попытке производят элемент 117, который распадается на элементы 115 и 113 и подкрепляет их требования в результате перекрестной реакции. Теперь к ним присоединились ученые из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) и Университета Вандербильта, оба в Теннесси, США, которые помогли добыть редкие и высокоэффективные радиоактивная берклий мишень, необходимая для завершения кампании ОИЯИ по производству кальция-48 по синтезу самых тяжелых элементов периодической таблицы. Были синтезированы два изотопа элемента 117, распадающихся на элемент 115, а затем на элемент 113:
Новые произведенные изотопы 113 и 113 не перекрываются с ранее заявленными 113, 113 и 113, поэтому эту реакцию нельзя использовать в качестве перекрестной бомбардировки для подтверждения 2003 или Заявления 2006 г.
В марте 2010 г. группа Райкена снова попыталась синтезировать Rg напрямую через реакцию Tl + Zn с помощью модернизированного оборудования; они снова потерпели неудачу и отказались от этого пути перекрестной бомбардировки.
Спустя еще 450 дней облучения висмута цинковыми снарядами, Рикен произвел и идентифицировал еще 113 атомов в августе 2012 года. Хотя цены на электроэнергию резко выросли после Землетрясение и цунами в Тохоку 2011 года, и Рикен приказал закрыть программы ускорителей для экономии денег, команде Мориты разрешили продолжить один эксперимент, и они выбрали попытку подтвердить синтез 113-го элемента. наблюдалась серия из шести альфа-распадов, что привело к образованию изотопа менделевия :
Эта цепочка распадов отличалась от предыдущих наблюдений в Рикене, главным образом, в режиме распада Db, который, как ранее наблюдалось, претерпевал спонтанное деление, но в этом случае вместо этого распался альфа; альфа-распад Db в Lr хорошо известен. Команда подсчитала, что вероятность случайного совпадения равна 10 или полностью пренебрежимо мала. Образовавшийся атом Md затем подвергся захвату электрона до Fm, который претерпел седьмой альфа-распад в цепочке до долгоживущего Cf, который имеет половину срок службы около тринадцати лет.
Эксперимент Bk + Ca был повторен в ОИЯИ в 2012 и 2013 годах с согласованными результатами, а затем снова в GSI в 2014 году. В августе 2013 года группа исследователей из Лундский университет в Лунде, Швеция, и в GSI объявили, что они повторили эксперимент Am + Ca 2003 г., подтвердив выводы коллаборации ОИЯИ – LLNL. В том же году эксперимент 2003 года был повторен в ОИЯИ, и теперь также был создан изотоп 115, который может служить перекрестной бомбардировкой для подтверждения открытия ими элемента 117 изотопа 117, а также его дочернего элемента. 113 как часть его цепочки распада. Дальнейшее подтверждение было опубликовано группой в LBNL в 2015 году.
В декабре 2015 года выводы нового отчета JWP были опубликованы IUPAC в пресс-релизе, в котором элемент 113 был передан Рикену; элементы 115, 117 и 118 были присуждены коллаборациям с участием ОИЯИ. Совместное объявление IUPAC и IUPAP в 2016 году должно было совпасть с публикацией отчетов JWP, но только IUPAC принял решение о досрочном выпуске, поскольку новость о присвоении Райкену баллов за элемент 113 просочилась в японские газеты. Впервые в истории группа азиатских физиков назвала новый элемент. ОИЯИ посчитал выдачу элемента 113 компании Riken неожиданной, сославшись на собственное производство элементов 115 и 113 в 2003 году и указав на прецеденты элементов 103, 104 и . 105, где ИЮПАК предоставил совместный кредит ОИЯИ и LBNL. Они заявили, что уважают решение IUPAC, но зарезервировали определение своей позиции для официальной публикации отчетов JWP.
Полные отчеты JWP были опубликованы в январе 2016 года. JWP признала открытие элемента 113, назначив приоритет Райкену. Они отметили, что, хотя индивидуальные энергии распада каждого нуклида в цепочке распада 113 были несовместимы, их сумма была подтверждена как согласованная, что убедительно свидетельствует о том, что начальное и конечное состояния в 113 и его дочернем Db были одинаковыми для всех трех событий.. Распад Db на Lr и Md был известен ранее, что прочно закрепило цепочку распада 113 с известными участками диаграммы нуклидов. JWP посчитала, что коллаборации ОИЯИ и ЛЛНЯ 2004 и 2007 годов, в результате которых 113 элемент был дочерним элементом 115, не соответствовали критериям открытия, поскольку они не смогли убедительно определить атомные номера своих нуклидов с помощью перекрестных бомбардировок, которые считались необходимо, поскольку их цепочки распада не были привязаны к ранее известным нуклидам. Они также сочли, что опасения предыдущего СПР по поводу химической идентификации дочери дубниума не были должным образом решены. JWP признала коллаборацию ОИЯИ – LLNL – ORNL – Вандербильта в 2010 г. как обнаружившую элементы 117 и 115, и признала, что элемент 113 был произведен как их дочерний объект, но не признала эту работу общей заслугой.
После После публикации отчетов JWP Сергей Димитриев, директор лаборатории Флерова в ОИЯИ, где были сделаны открытия, отметил, что он доволен решением ИЮПАК, отметив время, которое Рикен потратил на их эксперимент, и их хорошие отношения с Моритой, который изучил основы синтеза сверхтяжелых элементов в ОИЯИ.
Аргумент суммы, выдвинутый JWP при одобрении открытия элемента 113, позже подвергся критике в мае 2016 г. в исследовании, проведенном Лундским университетом и GSI. поскольку это справедливо только в том случае, если вдоль цепочки распада не происходит гамма-распад или внутреннее преобразование, что маловероятно для нечетных ядер, и неопределенность энергий альфа-распада, измеренная в 113 цепочка распада была не малая e достаточно, чтобы исключить такую возможность. В этом случае сходство продолжительности жизни промежуточных дочерей становится бессмысленным аргументом, поскольку разные изомеры одного и того же нуклида могут иметь разные периоды полураспада: например, основное состояние Ta имеет период полураспада в несколько часов, но возбужденный состояние Ta никогда не наблюдалось распада. Это исследование нашло причины сомневаться и критиковать одобрение ИЮПАК открытий элементов 115 и 117, но данные Райкена для элемента 113 оказались совпадающими, а данные группы ОИЯИ для элементов 115 и 113, вероятно, таковыми., таким образом подтверждая одобрение IUPAC открытия элемента 113. Два члена команды ОИЯИ опубликовали в журнале статью, опровергающую эти критические замечания в отношении соответствия их данных по элементам 113, 115 и 117 в июне 2017 года.
Косуке Морита и Хироши Мацумото, празднование присвоения имени 1 декабря 2016 года. Используя номенклатуру Менделеева для безымянных и неоткрытых элементов, нихоний следует называть эка-таллий. В 1979 году ИЮПАК опубликовал рекомендации, согласно которым элемент должен был называться унунтриум (с соответствующим символом Uut), систематическое имя элемента в качестве заполнителя, до открытия элемент подтверждается, и выбирается имя. Рекомендации широко использовались в химическом сообществе на всех уровнях, от кабинетов химии до сложных учебников, но в основном игнорировались учеными в этой области, которые называли его «элементом 113» с символом E113, (113) или даже просто 113.
Перед тем, как JWP признало их приоритетность, японская команда неофициально предложила различные названия: япониум в честь своей страны; nishinanium, в честь японского физика Йошио Нишина, «отца-основателя современных физических исследований в Японии»; и рикениум, после института. После признания в феврале 2016 года команда Riken собралась, чтобы определиться с именем. Морита выразил желание, чтобы название отражало тот факт, что элемент 113 был обнаружен в Японии. Был рассмотрен вариант с япониумом, позволяющий легко идентифицировать связь с Японией для неяпонцев, но он был отклонен, поскольку японец считается этническим оскорблением. Название нихониум было выбрано после часа размышлений: оно происходит от нихон (日本), одного из двух японских произношений названия Японии. Первооткрыватели также намеревались сослаться на поддержку своих исследований японским народом (Рикен почти полностью финансируется государством), восстановить утраченную гордость и доверие к науке среди тех, кто пострадал от ядерной катастрофы на Фукусима-дайити, и почтить память японского химика Масатака Огава в 1908 году, открывшего рений, который он назвал «ниппоний» с символом Np в честь другого японского произношения имени Японии. Поскольку претензия Огавы не была принята, название «ниппоний» нельзя было повторно использовать для нового элемента, и его символ Np с тех пор использовался для нептуний. В марте 2016 года Морита предложил ИЮПАК название «нихониум» с символом Nh. Название осуществило то, что было национальной мечтой японской науки с момента заявления Огавы.
Бывший президент IUPAP Сесилия Ярлског пожаловалась на Нобелевском симпозиуме по сверхтяжелым элементам в Замок Бэцкаског, Швеция, в июне 2016 года об отсутствии открытости в процессе утверждения новых элементов, и заявила, что она считает, что работа JWP имеет недостатки и ее следует переделать новой JWP. Опрос физиков показал, что многие считают, что критика отчета JWP, высказанная Лунд-GSI в 2016 г., была вполне обоснованной, но выводы подтвердятся, если работа будет переделана, и новый президент Брюс МакКеллар, постановил, что предложенные имена должны быть опубликованы в совместном пресс-релизе IUPAP и IUPAC. Таким образом, IUPAC и IUPAP опубликовали предложение о нихония в июне того же года и установили пятимесячный срок для сбора комментариев, после чего название будет официально установлено на конференции. Название было официально утверждено в ноябре 2016 года. Церемония наименования нового элемента была проведена в Токио, Япония, в марте 2017 года с Нарухито, тогда наследным принцем Японии, в посещаемость.
| Изотоп | Half-life | Decay. mode | Discovery. год | Открытие. реакция | |
|---|---|---|---|---|---|
| Значение | Ссылка | ||||
| Nh | 2,3 мс | α | 2004 | Bi (Zn, n) | |
| Nh | 73 мс | α | 2007 | Np (Ca, 3n) | |
| Nh | 75 мс | α | 2004 | Mc (-, α) | |
| Nh | 0,91 с | α, EC | 2004 | Mc (-, α) | |
| Nh | 4,2 с | α | 2010 | Mc (-, α) | |
| Nh | 9,5 с | α | 2010 | Mc (-, α) | |
| Nh | 5,5 с | α | 1999 | Fl (e, ν e) | |
| Nh | 2 с | α | 1998 | Fl (e, ν e) | |
Нионий не содержит стабильных или встречающихся в природе изотопов. Несколько радиоактивных изотопов были синтезированы в лаборатории либо путем слияния двух атомов, либо путем наблюдения за распадом более тяжелых элементов. Сообщалось о восьми различных изотопах нихония. с атомными массами 278, 282–287 и 290 (Nh и Nh не подтверждены); все они распадаются в результате альфа-распада до изотопов рентгения ; были указания, что нихоний-284 также может распадаться на захват электронов в коперниций -284.
Диаграмма тяжелых нуклидов с их известными и прогнозируемыми периодами полураспада (известные нуклиды показаны с границами Предполагается, что никоний (строка 113) находится в пределах «острова стабильности» (белый кружок), и, таким образом, его ядра несколько более стабильны, чем можно было бы прогнозировать в противном случае; известные изотопы нихония слишком бедны нейтронами, чтобы быть в пределах Стабильность ядер быстро снижается с увеличением атомного номера после кюрия, элемента 96, период полураспада которого более чем в десять тысяч раз больше, чем у любого последующего элемента. Все изотопы с атомным номером выше 101 подвергаются радиоактивному распаду с периодом полураспада менее 30 часов: это происходит из-за постоянно возрастающего кулоновского отталкивания протонов, так что сильное ядерное взаимодействие не может удерживать ядро вместе от спонтанного деления надолго. Расчеты показывают, что при отсутствии других стабилизирующих факторов элементы с более чем 103 протонов не должны существовать. Исследователи в 1960-х годах предположили, что закрытые ядерные оболочки вокруг 114 протонов и 184 нейтронов должны противодействовать этой нестабильности и создавать «остров стабильности », содержащий нуклиды с периодом полураспада, достигающим тысяч или миллионы лет. Существование острова все еще не доказано, но наличие сверхтяжелых элементов (включая нихоний) подтверждает, что стабилизирующий эффект реален, и в целом известные сверхтяжелые нуклиды становятся более долгоживущими по мере приближения к предсказанному. местонахождение острова.
Все изотопы нихония нестабильны и радиоактивны; более тяжелые изотопы нихония более стабильны, чем более легкие, так как они расположены ближе к центру острова. Самый стабильный изотоп нихония, Nh, также является самым тяжелым; его период полураспада составляет 8 секунд. Сообщалось также, что изотоп Nh, а также неподтвержденные Nh и Nh имеют период полураспада более секунды. Изотопы Nh и Nh имеют период полураспада 1 и 0,1 секунды соответственно. Остальные два изотопа имеют период полураспада от 0,1 до 100 миллисекунд: Nh имеет период полураспада 70 миллисекунд, а Nh, самый легкий из известных изотопов нихония, также является самым короткоживущим с периодом полураспада 1,4 миллисекунды. Это быстрое увеличение периодов полураспада около закрытой нейтронной оболочки при N = 184 наблюдается в рентгении, копернициуме и нихония (элементы с 111 по 113), где каждый дополнительный нейтрон до сих пор увеличивает период полураспада в 5 раз до 20.
Было измерено очень мало свойств нихония или его соединений; это связано с его чрезвычайно ограниченным и дорогим производством, а также с тем, что он очень быстро разрушается. Свойства нихония остаются неизвестными и доступны только прогнозы.
Уровни атомной энергии крайних s-, p- и d-электронов таллия и нихония Nihonium является первым членом серии 7p элементов и самой тяжелой группой 13 элемент периодической таблицы, ниже бор, алюминий, галлий, индий и таллий. Все элементы группы 13, кроме бора, являются металлами, и ожидается, что их примеру последует и нихоний. Предполагается, что Nihonium покажет много отличий от своих более легких гомологов. Основной причиной этого является спин-орбитальное (SO) взаимодействие, которое особенно сильно для сверхтяжелых элементов, потому что их электроны движутся намного быстрее, чем в более легких атомах, со скоростями, близкими до скорости света. Что касается атомов нихония, он понижает уровни энергии электронов 7s и 7p (стабилизируя эти электроны), но два из уровней энергии электронов 7p стабилизируются больше, чем четыре других. Стабилизация 7s-электронов называется эффектом инертной пары, а разделение подоболочки 7p на более и менее стабилизированные части называется расщеплением подоболочки. Вычислительные химики рассматривают расщепление как изменение второго, азимутального квантового числа l, с 1 до 1/2 и 3/2 для более и менее стабилизированных частей подоболочки 7p соответственно. В теоретических целях конфигурация валентных электронов может быть представлена как отражающая разделение подоболочки 7p как 7s 7p 1/2. Ожидается, что первая энергия ионизации нихония будет 7,306 эВ, самая высокая среди металлов 13 группы. Подобное расщепление подоболочки должно существовать для 6d электронных уровней, четыре из которых составляют 6d 3/2, а шесть - 6d 5/2. Оба эти уровня повышены, чтобы быть близкими по энергии к уровням 7s, достаточно высоким, чтобы быть химически активными. Это допускает возможность появления экзотических соединений нихония без более легких аналогов группы 13.
Периодические тенденции предсказывают, что их атомный радиус больше, чем у таллия, поскольку он будет на один период дальше ниже по периодической таблице, но расчеты показывают, что у нихония атомный радиус около 170 пм, такой же, как у таллия, из-за релятивистской стабилизации и сжатия его 7s и 7p 1/2 орбиталей. Таким образом, ожидается, что нихоний будет намного плотнее таллия, с прогнозируемой плотностью примерно от 16 до 18 г / см по сравнению с 11,85 г / см таллия, поскольку атомы нихония тяжелее, чем атомы таллия, но имеют такой же объем. Ожидается, что объемный нихоний будет иметь кристаллическую структуру гексагональной плотноупакованной, как и таллий. Согласно прогнозам, температуры плавления и кипения нихония составят 430 ° C и 1100 ° C соответственно, что превышает значения для галлия, индия и таллия, следуя периодическим тенденциям. У нихония должен быть модуль объемной упругости 20,8 ГПа, что примерно вдвое меньше, чем у таллия (43 ГПа).
Ожидается, что химический состав нихония будет сильно отличаться от что таллия. Это различие происходит из-за спин-орбитального расщепления оболочки 7p, в результате чего нихоний находится между двумя относительно инертными элементами с закрытой оболочкой (коперниций и флеровий ), что является беспрецедентной ситуацией в мире периодическая таблица. Ожидается, что никоний будет менее реактивным, чем таллий, из-за большей стабилизации и, как следствие, химической инертности подоболочки 7s в нихонии по сравнению с подоболочкой 6s в таллии. Стандартный электродный потенциал для пары Nh / Nh прогнозируется равным 0,6 В. Нихоний должен быть скорее благородным металлом.
Металлические элементы 13-й группы обычно обнаруживаются при двух окислении. состояния : +1 и +3. Первый является результатом участия в связывании только одного p-электрона, а второй приводит к вовлечению всех трех валентных электронов, двух в s-подоболочке и одного в p-подоболочке. Спускаясь вниз по группе, энергии связи уменьшаются, и состояние +3 становится менее стабильным, поскольку энергии, высвобождаемой при образовании двух дополнительных связей и достижении состояния +3, не всегда достаточно, чтобы перевесить энергию, необходимую для вовлечения s-электронов. Следовательно, для алюминия и галлия +3 является наиболее стабильным состоянием, но +1 приобретает значение для индия, и благодаря таллию оно становится более стабильным, чем состояние +3. Ожидается, что Nihonium продолжит эту тенденцию и будет иметь +1 как его наиболее стабильную степень окисления.
Простейшим возможным соединением нихония является моногидрид NhH. Связь обеспечивается 7p 1/2 электроном нихония и 1s-электроном водорода. Взаимодействие SO вызывает уменьшение энергии связи моногидрида нихония примерно на 1 эВ и уменьшение длины связи нихония с водородом, когда связывающая 7p 1/2 орбиталь релятивистски сокращается. Это уникально среди моногидридов 7p элемента; все остальные имеют релятивистское расширение длины связи вместо сжатия. Другой эффект взаимодействия SO состоит в том, что ожидается, что связь Nh – H будет иметь значительный характер связи пи (боковое перекрытие орбиталей), в отличие от почти чистой сигма-связи (голова- на перекрытии орбиталей) в моногидриде таллия (TlH). Аналогичный монофторид (Nh F ) также должен существовать. Предполагается, что нионий (I) будет более похож на серебро (I), чем на таллий (I): ожидается, что ион Nh более охотно связывает анионы, так что NhCl должен быть достаточно растворим в избытке соляной кислоты или аммиака ; TlCl - нет. В отличие от Tl, который образует сильно основной гидроксид (TlOH ) в растворе, катион Nh должен вместо этого полностью гидролизоваться до амфотерного оксида Nh 2 O, который был бы растворим в водном аммиаке и слабо растворим в воде.
Адсорбционное поведение нихония на золотых поверхностях в термохроматографических экспериментах ожидается, что он будет ближе к таковому у астатина, чем у таллия. Дестабилизация подоболочки 7p 3/2 эффективно приводит к закрытию валентной оболочки в конфигурации 7s 7p, а не к ожидаемой конфигурации 7s 7p с ее стабильным октетом. Таким образом, нихоний, как и астатин, можно рассматривать как один p-электрон меньше закрытой валентной оболочки. Следовательно, даже несмотря на то, что нихоний находится в группе 13, он имеет несколько свойств, аналогичных элементам группы 17. (Теннессин в группе 17 обладает некоторыми свойствами, подобными группе 13, поскольку он имеет три валентных электрона вне закрытой оболочки 7s 7p.) Ожидается, что никоний сможет получить электрон, чтобы достичь этой закрытой оболочки. конфигурация, образующая степень окисления -1, такая как галогены (фтор, хлор, бром, йод, и астатин). Это состояние должно быть более стабильным, чем для таллия, так как SO-расщепление подоболочки 7p больше, чем для подоболочки 6p. Нионий должен быть наиболее электроотрицательным из элементов металлической группы 13, даже более электроотрицательным, чем теннессин, родственник галогенов с периодом 7: в соединении NhTs отрицательный заряд ожидается на атоме нихония, а не на атоме нихония. чем теннессиновый атом. Окисление -1 должно быть более стабильным для нихония, чем для теннессина. Расчетное сродство нихония к электрону составляет около 0,68 эВ, что выше, чем сродство таллия при 0,4 эВ; Ожидается, что у теннессина будет 1,8 эВ, самое низкое в своей группе. Теоретически предсказано, что нихоний должен иметь энтальпию сублимации около 150 кДж / моль и энтальпию адсорбции на поверхности золота около -159 кДж / моль.
BCl. 3 имеет тригональную структуру. 
NhCl. 3имеет Т-образную форму. Ожидается значительное участие 6d в связи Nh – Au, хотя ожидается, что она будет более нестабильной, чем связь Tl – Au, и полностью из-за магнитных взаимодействия. Это повышает вероятность наличия какого-либо характера переходного металла для нихония. На основании небольшого энергетического зазора между 6d и 7s электронами для нихония были предложены более высокие степени окисления +3 и +5. Некоторыми простыми соединениями с нихонием в степени окисления +3 могут быть тригидрид (NhH 3), трифторид (NhF 3) и трихлорид (Nh Cl 3). Предполагается, что эти молекулы будут иметь Т-образную, а не тригональную планарную, как их борные аналоги: это связано с влиянием 6d 5 / 2 электронов на связи. Более тяжелые трибромид нихония (Nh Br 3) и трииодид (Nh I 3) являются тригонально планарными из-за повышенного стерического отталкивания между периферическими атомами; соответственно, они не проявляют значительного участия 6d в их связывании, хотя большая запрещенная зона 7s – 7p означает, что они демонстрируют меньшую sp-гибридизацию по сравнению с их борными аналогами.
Связывание в более легком NhX 3 молекулы могут рассматриваться как молекулы линейного NhX. 2(аналогично HgF 2 или AuF. 2) с дополнительной связью Nh – X, включающей 7p-орбиталь нихония, перпендикулярную другой два лиганда. Ожидается, что все эти соединения будут крайне нестабильными в отношении потери молекулы X 2 и восстановления до нихония (I):
Nihonium таким образом, продолжается тенденция к понижению группы 13 с пониженной стабильностью степени окисления +3, поскольку все пять из этих соединений имеют более низкие энергии реакции, чем неизвестный иодид таллия (III). Состояние +3 стабилизировано для таллия в анионных комплексах, таких как TlI. 4, и ожидается, что присутствие возможного вакантного координационного центра на более легких Т-образных тригалогенидах нихония позволит аналогичную стабилизацию NhF. 4и, возможно, NhCl. 4.
Степень окисления +5 неизвестна для всех более легких элементов группы 13: расчеты показывают, что пентагидрид нихония (NhH 5) и пентафторид (NhF 5) должны иметь квадратно-пирамидальная молекулярная геометрия, но также и то, что оба они были бы очень термодинамически нестабильными по отношению к потере молекулы X 2 и восстановлению до нихония (III). Несмотря на его нестабильность, возможное существование пентафторида нихония полностью связано с релятивистскими эффектами, позволяющими 6d-электронам участвовать в связывании. И снова ожидается некоторая стабилизация анионных комплексов, таких как NhF. 6. Структуры молекул трифторида и пентафторида нихония такие же, как и у трифторида хлора и пентафторида.
Химические характеристики нихония еще не определены однозначно.. Изотопы Nh, Nh и Nh имеют период полураспада, достаточный для химического исследования. С 2010 по 2012 год в ОИЯИ были проведены предварительные химические эксперименты по определению летучести нихония. Был исследован изотоп Nh, полученный как дочерний элемент Mc, образующийся в реакции Am + Ca. Атомы нихония были синтезированы в камере отдачи и затем перенесены по капиллярам политетрафторэтилена (ПТФЭ) при 70 ° C газом-носителем к покрытым золотом детекторам. Было произведено от десяти до двадцати атомов Nh, но ни один из этих атомов не был зарегистрирован детекторами, что позволяет предположить, что летучесть нихония была аналогична благородным газам (и поэтому они слишком быстро диффундировали, чтобы быть обнаруженными) или, что более вероятно, чистый нихоний не был очень летучим и поэтому не мог эффективно проходить через капилляры ПТФЭ. Образование гидроксида NhOH должно облегчить перенос, поскольку ожидается, что гидроксид нихония будет более летучим, чем элементарный нихоний, и эту реакцию можно облегчить, добавив больше водяного пара в газ-носитель. Кажется вероятным, что это образование не является кинетически благоприятным, поэтому более долгоживущие изотопы Nh и Nh были сочтены более желательными для будущих экспериментов.
Эксперимент 2017 года в ОИЯИ, производящий Nh и Nh через Am + Ca Реакция, как дочери Мак и Мак, избежала этой проблемы, удалив поверхность кварца, используя только ПТФЭ. После химического разделения атомы нихония не наблюдались, что означает неожиданно большое удерживание атомов нихония на поверхностях ПТФЭ. Этот экспериментальный результат для предела взаимодействия атомов нихония с поверхностью ПТФЭ (-ΔH. ads (Nh)>45 кДж / моль) значительно расходится с предыдущей теорией, которая ожидала более низкое значение 14,00 кДж. / моль. Это предполагает, что разновидностью нихония, участвовавшая в предыдущем эксперименте, скорее всего, была не элементарный нихоний, а, скорее, гидроксид нихония, и что для дальнейшего исследования поведения элементарного нихония необходимы высокотемпературные методы, такие как вакуумная хроматография. Бром, насыщенный трибромидом бора, был предложен в качестве газа-носителя для экспериментов по химии нихония; это окисляет более легкий родственник нихония таллий до таллия (III), предоставляя возможность исследовать степени окисления нихония, аналогично более ранним экспериментам, проведенным с бромидами элементов группы 5, включая сверхтяжелый дубний.
. (пред. icted)
Категория: Nihonium. | displayauthors =()