镆

115号化学元素

(moscovium),又称为鏌, 是人工合成的放射性金属元素, 放射性极强, 位于 元素周期表 的第7周期VA族,元素符号为Mc,原子序数为115,分子量是289,电子排布式为[Rn]7s 2 7p 3 5f 14 6d 10 ,预测其呈固态, 熔点 约为670K​, 沸点 约为1400K, 原子半径 187pm, 氧化数 可能为+1价和+3价。 最稳定的 同位素 为 290 Mc, 半衰期 为840ms±360。

2004年, 俄罗斯 ( 杜布纳 联合核子研究所,JINR)和 美国 ( 劳伦斯伯克利国家实验室 ,LLNL)联合小组通过 243 Am( 48 Ca,xn)(x=3;4) 核反应 合成了115号元素的同位素 288 Mc和 287 Mc。 2016年11月30日, 国际纯粹与应用化学联合会 (IUPAC)正式公布115号元素名为moscovium(Mc),该名称源于 莫斯科 的市名Moscow, 2017年5月将中文名定为“镆”。 目前moscovium除了 基础科学 研究之外,没有任何已知的其他应用。

历史

早期探索

比 更重的元素均是人工合成的, 这类元素统称为“超重元素”, 原子 序数越大就越不稳定, 半衰期 就越短,“ 稳定岛 ”假说 预言 在第114号元素附近存在着超重 原子核 稳定区域,该区域可能存在半衰期较长,相对稳定的原子。 芝加哥大学 的 安德斯 (Edward Anders)博士曾宣称1969年坠落在 墨西哥 的一块陨石上有114号(或许是113或115号)元素存在的痕迹, 他指出在元素形成的末期,超新星爆发不仅可以形成铀、 、超铀和超钚等元素,还可能产生111~115号超重元素。

合成与确认

2003年8月, 俄罗斯 杜布纳 联合核研究所尤里·奥加涅相(Yuri Oganessian)院士领导的小组首次合成了115号元素( 288 Mc和 287 Mc)及其α衰变产物 Nh ,并于2004年2月在《物理评论》(Physical Review C)上公布了实验结果, 该项成果是JINR-LLNL( 俄罗斯 杜布纳 联合核子研究所- 美国 劳伦斯伯克利国家实验室 )联合小组的 科学家 合作完成的, 实验用含20个 质子 的钙元素的 同位素 反复轰击含95个质子的 元素,得到两个115号元素的同位素 288 Mc和 287 Mc, 核反应 式为 243 Am( 48 Ca,xn)(x=3;4),其中3n蒸发通道产生的 288 Mc和4n蒸发通道产生的 287 Mc的后续 衰变 一致。结果表明,在这个衰变链中, 288 Mc和 287 Mc的α-衰变产物分别为 284 Nh和 283 Nh,衰变链的末端是铀同位素 268 Db和 267 Db的 自发裂变 。

2010年,尤里·奥加涅 相等 人用 249 Bk和 48 Ca合成了117号元素( 293 Ts和 294 Ts),该元素随后衰变为115号元素( 290 Mc和 289 Mc)和 Nh ( 286 Nh和 285 Nh)。

2011年, 国际纯粹与应用化学联合会 (IUPAC)与国际纯粹与应用物理学联合会(IUPAP)的联合工作组(JWP)对 杜布纳 实验室的试验进行评估,但结论是现有理论无法充分区分第4族和第5族元素的 化学性质 ,因此不承认115号元素的发现。

2012和2013年尤里·奥加涅 相等 人用 243 Am( 48 Ca,2n)反应观察到 289 Mc→ 285 Nh,可以作为交叉反应来证实他们发现了元素117 同位素 293 Ts,以及它的子体 285 Nh作为其 衰变 链的一部分。2013年,Oganessian等人用热聚变 243 Am( 48 Ca,xn)反应,产生了24条由 288 Mc到 284 Nh的α衰变链,4条由 289 Mc到 285 Nh的α衰变链,以及一条由 287 Mc到 283 Nh的不完整的α衰变链。 同年8月,德国 达姆施塔特 亥姆霍兹重离子研究中心(Gesellschaft für Schwerionenforschung,GSI)的鲁道夫(Rudolph)等人用相同的反应产生了6个完整的链序列,也证实了这一元素的发现。因此 俄罗斯 联合核研究所的科学家被授予115号元素的命名权。

2016年5月, 隆德大学 (Lund University)和GSI通过一种新的统计方法对镆的合成提出了质疑,他们认为 289 Mc的 衰变 链(可辅助确认镆合成的 同位素 )差异太大,无法确认属于同一 核素 。还发现 293 Ts 和 289 Mc衰变链之间的联系可能并不存在,之前报道的间接支持新元素产生的交叉反应情况也是极不可能的。

2017年6月8日, 杜布纳 团队的两名成员发表了一篇文章来回应这些质疑,文章中采用广泛的统计方法对衰变数据进行了分析,并将其应用于 奇数 核的短衰变链,发现 隆德大学 和GSI所提出的分析衰变链的方法在应用于放射性衰变分析时可能会导致可疑的结论,并证明了 249 Bk+ 48 Ca和 243 Am+ 48 Ca两个反应中分配给 同位素 289 Mc, 285 Nh和 281 Rg的α-粒子能量和 衰变 时间合理的一致性。

镆的命名

2015年12月30日,IUPAC/IUPAP组建的联合工作组确认人工合成了113号、115号、117号和118号4个新元素, 俄罗斯 和 美国 拥有115号、117号和118号3种元素的 冠名权 , 而 Nh 的命名权则授予日本。 2016年6月8日,公示了这四个新元素 路虎第四代发现 提出的推荐名供公众审查与查阅,2016年11月30日,IUPAC正式公布115号元素名为moscovium(Mc),该名称源于 莫斯科 的市名Moscow。 2017年5月9日, 中国科学院 、国家语言文字工作委员会、全国科学技术名词审定委员会在北京联合召开发布会,正式向社会发布113号、115号、117号、118号元素中文名称, 其中第1—16族的元素,命名以“-ium”结尾,金属元素名称则用金字旁, 并采用左右结构左形右声的形声字,从已有的汉字中找出发音靠近国际命名的汉字, 因此将115号元素中文名定为“镆”, 台湾省 名定为“鏌”。

截至到2016年 元素周期表 已经从92号元素扩展至118号,“镆”元素所在的第七周期所有元素均已被发现。

结构

Mc是 元素周期表 VA族中的元素,同一族的还有氮(N)、磷(P)、 (As)、锑(Sb)、铋(Bi), 其外层电子排布为[Rn]7s 2 7p 3 5f 14 6d 10 。

理化特性预测

同位素

Mc已发现的同位素有五种,为 286-290 Mc, 衰变 模式均为α,其中 290 Mc的 半衰期 为840ms±360, 289 Mc的半衰期为410ms±150, 288 Mc的半衰期为177ms±20, 287 Mc的半衰期为60ms±30。同位素的放射性衰变特性如下:

物理性质

根据在 元素周期表 的位置,推测Mc为固态金属, 熔点 为670K(400°C,750°F)​, 沸点 为~1400K​(~1100°C,​~2000°F)​, 原子半径 187pm, 密度11g/cm -3 , 汽化热为33kcal/g- 原子 , 升华热 为34kcal/g-atom,标准 值36±3kcal/g-atom, 值16cal deg -1 (g-atom), △ H sub =142kJ/mol -1 ,第一 电离 势能 为5.58ev。

化学性质

Mc中的一个 电子 位于相对不稳定的7p 3/2 轨道上,与 原子核 的联系是松散的,而7p 1/2 2 则是惰性 电子对 ,因此Mc的+1价类似于Tl + (铊离子)的+1价,Mc在第15族和第7周期的 电离 势(IP)值也是最小的,推测Mc的化学性质与Tl(第13族)和Bi(铋)的化学性质有 对角线 关系,预测Mc的标准 电极 电位 为-1.5V,证明Mc是相当活泼的。

Mc通常有+1和+3两种 氧化数 ,Mc + 与 卤化物 、 氰化物 和氨等 阴离子 的络合能力较低,+1价态下很容易发生 水解 ,并且其 氢氧化物 、 碳酸根 、 草酸盐 和 氟化物 应该是可溶的, 硫化物 不溶, 氯化物 、 溴化物 、碘和 硫氰酸盐 仅微溶,过量的HCl中不会影响McCl的 溶解度 。 +3价的Mc应该是相对稳定的, 化学性质 类似于+3价的Tl,但更接近于+3价的Bi, Mc 3+ 的三氯化物、三溴化物和三 碘化物 可能是可溶的,水解后可形成类似于BiOCI和BiOBr的盐。三 化物应该像BiF 3 和McS 3 一样不溶, 硫酸盐 和 硝酸盐 可溶于适当的酸,而 磷酸盐 则不溶。 不太可能存在+5价。其 熔点 和 沸点 接近于 Nh Nh(鿭)。

预计McH 3 具有三角锥型(C 3v )结构,Mc-H键长为195.4pm,H-Mc-H键角为91.8°,原子化能为90.8kcal/ 摩尔 。

制备方法

方法一:用 48 Ca照射 243 Am,可获得第115号元素,反应式如下:

方法二:用 249 Bk和 48 Ca反应可得到117号元素,随后 衰变 为115号和 Nh ,反应式如下:

参考资料

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