??(Livermorium),又稱為鉝[lì],是人工合成的放射性金屬元素,又稱“超重元素”,位于元素周期表的第7周期VI A族,元素符號為Lv,原子序數為116,分子量是292,電子排布式為[Rn]5f146d107s27p4。室溫下呈固態。預測其熔點為637–780K?(364–507°C,687–944°F)?,沸點為10351135K?(762–862°C,1403–1583°F),原子半徑為183 pm。氧化數可能有?2,+2和+4價,其中+2價態最穩定。
2000年7月19日俄美聯合小組通過248Cm(48Ca,4n)292116核反應首次合成該元素,該元素存在了0.05秒后便衰變成了其他元素。為紀念美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和加利福尼亞州的利弗莫爾市該元素在2012年被正式命名為“Livermorium”,2013年中文名稱定為“??”。目前Livermorium除了科學研究外,沒有任何已知的同位素應用。
歷史
自然界存在的元素直到(Z=92),比鈾更重的元素均是人工合成,統稱為“超重元素”,人工合成的新元素原子序數越大,原子核的壽命越短,元素就越不穩定,生成后很快就會分解為其他更輕的元素。
20世紀60年代,科學家們根據元素穩定性的規律提出了“穩定島”假說,預言在第114號元素附近存在著超重原子核穩定區域,該區域可能存在半衰期較長,相對穩定的原子。因此,“穩定島”的預測,使科學家們嘗試從自然界中尋找或人為制造這些超重元素。
1976年6月,美國科學家發現用質子譜轟擊馬達加斯加獨居石的多色巨暈雜質生成了四種微量的新元素——116號、124號、126號和127號,但并未得到科學界的證實和承認。同年伯克利的阿伯特·吉奧索等人在超重離子直線加速器上用48Ca離子轟擊248Cm,設想發生熔合反應能生成第114號元素和第116號元素,但因為受到反應截面(估計σ<0.01nb)的限制未能成功。
1977年,美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LBNL)的EK Hulet等人首次嘗試合成116號元素,通過加速48Ca轟擊248Cm靶,但因為半衰期太短或者形成橫截面太小并未發現該元素。
直到1999年,LBNL宣布用核撞擊鉛靶發現了118號和116號這兩種超重元素,但德國、法國和日本的幾個研究小組包括LBNL自身都無法重復這個試驗,對原始數據進行分析后,LBNL發現這項研究是其實驗室內的研究人員尼諾夫從事了“不正當科學行為”,數據造假所得,因此2001年申請撤回了這個研究結論。
在此期間,俄羅斯(杜布納研究所)和美國(勞倫斯伯克利國家實驗室)聯合小組的科學家于2000年7月19日公布他們用48Ca離子轟擊248Cm原子產生了一個第116號元素的原子,所用的核反應式為248Cm(48Ca,4n)292116,但僅存在了0.05秒便衰變為其他元素,為了證實此次發現,必須再次合成該元素。終于,杜布納核研究聯合科研所于2001年再次合成第116號元素,從而證實了這一新元素的存在。
??被發現后的臨時名稱為ununhexium,由un-un-hex-ium四個字根拼合而成,un的拉丁語譯為“1”,hex的拉丁語譯為“6”,ium的拉丁語譯為“元素”,即116號元素。2012年為了紀念美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和加利福尼亞州的利弗莫爾(Livermore)市,國際理論與應用化學聯合會(IUPAC)正式將116號元素命名為“Livermorium(簡稱Lv)”,同時獲批的還有元素“??(簡稱Fl)”。隔年全國科學技術名詞審定委員會便根據 IUPAC對第116號元素和第114號元素正式確定的英文名稱,將第116號元素中文名稱定為“??”并獲得批準。
2006年10月17日,第118號元素裂變時Lv作為衰變產物被探測到,該元素先是釋放一顆由兩個質子和兩個中子組成的α離子,衰變為116號元素,1ms之后,釋放出一顆α離子衰變為第114號元素,然后又衰變成為第鎶,最后分裂成兩顆大小相近的其他原子。截至到2016年元素周期表已經從92號元素擴展至118號,“??”元素所在的第七周期所有元素均已被發現。
結構
Lv原子的核電荷數為116,中子數為176。原子核的數字結構如下圖所示:
理化性質預測
同位素
Lv有四種同位素,290Lv,291Lv,292Lv和293Lv。均為α衰變,最穩定的同位素是293Lv,半衰期約為53ms,Eα=10.53Mev,292Lv的半衰期約為18ms,其余放射性衰變特性如下:
物理性質
根據在元素周期表的位置,推測Lv屬于氧族,是VIA 族最重的元素,被歸類為后過渡金屬,室溫下呈固態。預測其熔點為637–780K?(364–507°C,?687–944°F) ?,沸點為10351135K?(762–862°C,?1403–1583°F)?,原子半徑是183pm ,密度為12.9g/cm-3,△Hsub=197kJ/mol-1,第一電離勢能為7.5ev。
化學性質
Lv的化學性質可以通過釙(Po)的化學性質外推,主要由7p3/2軌道參與成鍵來決定,散逸層電子排布為[Rn]5f14 6d107s27p4,它的自旋軌道相互作用延長了Lv-H2氫鍵,且Lv-H2鍵角比預期的要大,可能涉及8s軌道的“超價”雜化,這使得Lv-H2比其他任何XH2(X=O、S、Se、Te和Po)分子都更像水,是最重的水的同系物和氫化物。
氧化數可能為?2,+2, +4,其中+2狀態下最穩定,+4狀態下不太穩定,Lv的電子亞層和旋量能量分裂比釙大,所以?2和+2價相應的更穩定一些,Lv的二價化合物形成的相對容易程度應該接近于Be或Mg,而像LvF4這樣的四價化合物應該只與電負性最強的原子形成。還能與溴化物形成強配位化合物,Lv較強的自旋-軌道耦合作用使其二鹵化物是線性的而非彎曲的。
但至今仍沒有足夠穩定的同位素能在試驗中證明它和釙的特征相似。超重元素受相對論效應的影響, 不能簡單的利用元素周期表外推來推測其化學性質。因為根據研究發現,隨著原子序數的增加,超重元素與相應的同族元素的價電子組態差異愈來愈大。
制備方法
方法一:從U-400回旋加速器上ECR-4M離子源中引出48Ca+5離子束,平均束流強度為0.710-18A,照射248Cm旋轉靶,48Ca離子在靶中心的轟擊能量為240MeV,從靶中反沖出來的蒸發余核在充氣分離器內飛行的過程中可從48Ca離子束、散射粒子和轉移反應產物中分離出來,在照射的第35天,累計束流計量為6.61018離子數,觀察到292Lv的產生,屬于“溫熔合法”,反應式如下:
方法二:用245Cm和48Ca反應制得,反應式如下:
方法三:先用86Kr照射208Pb的“溫熔合法”,獲得第118號元素,293118再經過衰變,可制得116號元素,反應式如下:
方法四:利用重離子直線加速器(RILAC)將48Ca射束加速到光速的11%,以平均每秒5.71012個鈣原子照射248Cm標靶進行熱核聚變反應,可合成Lv的同位素292Lv 和293Lv。
參考資料 >
Ununhexium | Lv | CID 168007550 - PubChem.National Library of Medicine.2023-05-20
Livermorium | Lv (Element) - PubChem.National Library of Medicine.2023-05-30
Bad Request.iopscience.2023-05-30
Atomic Masses.ciaaw.2023-05-30