нихоний

«Уут» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. Uut (значения) .

Не путать с ниобием .

Нихоний, ₁₁₃ Nh

нихоний
Произношение	/ n ɪ ˈ h oʊ n i ə m / ( сейчас- ХО -не-ты )
Массовое число	[286]
Нихоний в таблице Менделеева
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор сера хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Полагать Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометей Самарий европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Париж Гафний Тантал вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (стихия) Таллий Вести Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептун Плутоний Америций Суд Берклиум Калифорния Эйнштейний Фермий Менделеев Благородный Лоуренс Резерфордий Дубниум Сиборгий борий Хассиус Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперник нихоний Флеровий Московий Ливерморий Теннессин Оганессон Тл ↑ Нх ↓ — Коперниций ← Нигоний → Флеровий
Атомный номер ( Z )	113
Группа	группа 13 (группа бора)
Период	период 7
Блокировать	p-блок
Электронная конфигурация	[ Рн ] 5f 14 6д 10 7 с 2 7р 1 (прогнозировано)
Электроны на оболочку	2, 8, 18, 32, 32, 18, 3 (прогнозировано)
Физические свойства
Фаза в СТП	твердый (прогнозируемый)
Температура плавления	700 К (430 ° C, 810 ° F) (прогнозируется)
Точка кипения	1430 К (1130 °C, 2070 °F) (прогнозируется)
Плотность (около комнатной температуры )	16 г/см 3 (прогнозировано)
Теплота плавления	7,61 кДж/моль (экстраполировано)
Теплота испарения	130 кДж/моль (прогнозируется)
Атомные свойства
Стадии окисления	(−1), ( +1 ), ( +3 ), (+5) (прогнозируется)
Энергии ионизации	1-й: 704,9 кДж/моль (прогноз) 2-й: 2240 кДж/моль (прогнозировано) 3-е: 3020 кДж/моль (прогнозировано) ( более )
Атомный радиус	эмпирический: 170 вечера (прогнозируется)
Ковалентный радиус	172–180 (экстраполировано)
Другие объекты недвижимости
Естественное явление	синтетический
Кристаллическая структура	шестиугольный плотноупакованный (ГПУ) (прогнозировано)
Номер CAS	54084-70-7
История
Мы	После Японии ( Нихон по-японски)
Открытие	Рикен (Япония, первое неоспоримое заявление, 2004 г.) ОИЯИ (Россия) и Ливермор (США, первое объявление в 2003 г.)
Изотопы нихония
Основные изотопы Разлагаться abun­dance период полураспада ( т 1/2 ) режим pro­duct 278 Нх синтезатор 2,0 мс а 274 Рг 282 Нх синтезатор 61 мс а 278 Рг 283 Нх синтезатор 123 мс а 279 Рг 284 Нх синтезатор 0,90 с а 280 Рг е 284 Сп 285 Нх синтезатор 2,1 с а 281 Рг Сан-Франциско – 286 Нх синтезатор 9,5 с а 282 Рг 287 Нх синтезатор 5,5 с? а 283 Рг 290 Нх синтезатор 2 с? а 286 Рг

Нихоний — синтетический химический элемент ; он имеет символ Nh и атомный номер 113. Он чрезвычайно радиоактивен : его наиболее стабильный известный изотоп нихоний-286 имеет период полураспада около 10 секунд. В таблице Менделеева нихоний — трансактинидный элемент в p-блоке . Он является членом периода 7 и группы 13 .

Впервые сообщалось, что нихоний был создан в ходе экспериментов, проведенных в период с 14 июля по 10 августа 2003 года российско-американским сотрудничеством в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне , Россия, в сотрудничестве с Ливерморским национальным институтом имени Лоуренса. Лаборатория в Ливерморе, Калифорния , и 23 июля 2004 г. — группой японских учёных в Рикене в Вако , Япония. В подтверждении их утверждений в последующие годы принимали участие независимые группы ученых, работавшие в США , Германии , Швеции и Китае , а также первоначальные заявители в России и Японии. В 2015 году Совместная рабочая группа IUPAC/IUPAP признала этот элемент и передала Riken приоритет открытия и права на наименование элемента. Команда Riken предложила название нихоний в 2016 году, которое было одобрено в том же году. Название происходит от общепринятого японского названия Японии ( 日本 , нихон ) .

О нихонии известно очень мало, поскольку его производят в очень небольших количествах, которые распадаются в течение нескольких секунд. Аномально долгая жизнь некоторых сверхтяжелых нуклидов, в том числе некоторых изотопов нихония, объясняется теорией « острова стабильности ». Эксперименты, проведенные на сегодняшний день, подтвердили эту теорию: период полураспада подтвержденных изотопов нихония увеличивается с миллисекунд до секунд по мере нейтронов добавления и приближения к острову. Было подсчитано, что нихоний обладает свойствами, аналогичными свойствам его гомологов бора , алюминия , галлия , индия и таллия . 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 состоянии 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 2017 года показали, что элементарный нихоний не очень летуч. ; его химия остается в значительной степени неисследованной.

Введение

Этот раздел представляет собой отрывок из § Введение «Сверхтяжелый элемент» . [ редактировать ]

Синтез сверхтяжелых ядер

Графическое изображение реакции ядерного синтеза . Два ядра сливаются в одно, испуская нейтрон . Реакции, приводившие к созданию новых элементов, к этому моменту были схожими, с той лишь разницей, что иногда выделялось несколько единичных нейтронов, или вообще не выделялось ни одного.

Сверхтяжелый атомное ядро ​​создается в результате ядерной реакции, в которой объединяются два других ядра неравного размера. в один; грубо говоря, чем более неравны два ядра с точки зрения массы , тем больше вероятность того, что они вступят в реакцию. Материал, состоящий из более тяжелых ядер, превращается в мишень, которую затем бомбардируют пучком более легких ядер. Два ядра могут слиться в одно только в том случае, если они приблизятся друг к другу достаточно близко; Обычно ядра (все положительно заряженные) отталкивают друг друга из-за электростатического отталкивания . Сильное взаимодействие может преодолеть это отталкивание, но только на очень небольшом расстоянии от ядра; Таким образом, ядра пучка сильно ускоряются , чтобы сделать такое отталкивание незначительным по сравнению со скоростью ядра пучка. Энергия, приложенная к пучковым ядрам для их ускорения, может заставить их достичь скорости, составляющей одну десятую скорости света . Однако если приложить слишком много энергии, ядро ​​пучка может развалиться.

Одного сближения недостаточно для слияния двух ядер: когда два ядра сближаются друг с другом, они обычно остаются вместе около 10 ⁻²⁰ секунды, а затем расходятся (не обязательно в том же составе, что и до реакции), а не образуют одно ядро. Это происходит потому, что при попытке образования одного ядра электростатическое отталкивание разрывает образующееся ядро. Каждая пара мишени и пучка характеризуется своим поперечным сечением — вероятностью того, что слияние произойдет, если два ядра сблизятся друг с другом, выраженной через поперечную площадь, с которой должна столкнуться падающая частица, чтобы произошел синтез. Этот синтез может произойти в результате квантового эффекта, при котором ядра могут туннелировать за счет электростатического отталкивания. Если два ядра смогут оставаться рядом после этой фазы, множественные ядерные взаимодействия приведут к перераспределению энергии и энергетическому равновесию.

Внешние видео
Визуализация неудачного ядерного синтеза на основе расчетов Австралийского национального университета.

В результате слияния возникает возбужденное состояние. — называемое составным ядром — и поэтому оно очень нестабильно. Чтобы достичь более стабильного состояния, временное слияние может делиться без образования более стабильного ядра. Альтернативно, составное ядро ​​может выбросить несколько нейтронов , которые унесут энергию возбуждения; если последнего недостаточно для выброса нейтронов, слияние приведет к образованию гамма-излучения . Это происходит примерно через 10 ⁻¹⁶ секунд после первоначального ядерного столкновения и приводит к созданию более стабильного ядра. В определении Объединенной рабочей группы IUPAC/IUPAP (JWP) говорится, что химический элемент может быть признан открытым только в том случае, если его ядро ​​не распалось в течение 10 лет. ⁻¹⁴ секунды. Это значение было выбрано в качестве оценки того, сколько времени требуется ядру, чтобы приобрести электроны и, таким образом, проявить свои химические свойства.

Распад и обнаружение

Пучок проходит через мишень и достигает следующей камеры — сепаратора; если образуется новое ядро, оно уносится этим лучом. В сепараторе вновь образовавшееся ядро ​​отделяется от других нуклидов (из исходного пучка и любых других продуктов реакции). и передается в детектор поверхностного барьера , который останавливает ядро. Отмечается точное место предстоящего воздействия на детекторе; также отмечена его энергия и время прибытия. Трансфер занимает около 10 ⁻⁶ секунды; Чтобы быть обнаруженным, ядро ​​должно выжить так долго. Ядро снова записывается после регистрации его распада и измерения местоположения, энергии и времени распада.

Стабильность ядра обеспечивается сильным взаимодействием. Однако его радиус действия очень короток; по мере увеличения размеров ядра его влияние на самые внешние нуклоны ( протоны и нейтроны) ослабевает. При этом ядро ​​разрывается за счет электростатического отталкивания между протонами, и его радиус действия не ограничен. Полная энергия связи, обеспечиваемая сильным взаимодействием, линейно возрастает с числом нуклонов, тогда как электростатическое отталкивание увеличивается пропорционально квадрату атомного номера, т. е. последнее растет быстрее и становится все более важным для тяжелых и сверхтяжелых ядер. Таким образом, теоретически предсказаны сверхтяжелые ядра. и до сих пор наблюдаются преимущественно распадаться через режимы распада, вызванные таким отталкиванием: альфа-распад и спонтанное деление . Почти все альфа-излучатели содержат более 210 нуклонов. а самый легкий нуклид, преимущественно подвергающийся спонтанному делению, имеет 238. В обоих режимах распада ядра удерживаются от распада соответствующими энергетическими барьерами для каждого режима, но через них можно туннелировать.

Схема установки для создания сверхтяжелых элементов на базе Дубненского газонаполненного сепаратора отдачи, созданной в Лаборатории ядерных реакций им. Флерова ОИЯИ. Траектория внутри детектора и устройства фокусировки луча изменяется из-за наличия дипольного магнита в первом и квадрупольного магнита во втором.

Альфа-частицы обычно образуются в результате радиоактивного распада, поскольку масса альфа-частицы на нуклон достаточно мала, чтобы оставить некоторую энергию, которую альфа-частица может использовать в качестве кинетической энергии для выхода из ядра. Спонтанное деление вызвано электростатическим отталкиванием, разрывающим ядро ​​и приводящим к образованию различных ядер в разных случаях деления одинаковых ядер. По мере увеличения атомного номера спонтанное деление быстро становится более важным: частичные периоды полураспада спонтанного деления уменьшаются на 23 порядка величины от урана (элемент 92) до нобелия (элемент 102), и на 30 порядков от тория (90-й элемент) до фермия (100-й элемент). Таким образом, более ранняя модель жидкой капли предполагала, что спонтанное деление будет происходить почти мгновенно из-за исчезновения барьера деления для ядер с числом около 280 нуклонов. Более поздняя модель ядерной оболочки предполагала, что ядра, содержащие около 300 нуклонов, образуют остров стабильности , в котором ядра будут более устойчивы к спонтанному делению и в первую очередь будут подвергаться альфа-распаду с более длительным периодом полураспада. Последующие открытия показали, что предсказанный остров может находиться дальше, чем предполагалось первоначально; они также показали, что ядра, промежуточные между долгоживущими актинидами и предсказанным островом, деформируются и приобретают дополнительную стабильность за счет оболочечных эффектов. Эксперименты с более легкими сверхтяжелыми ядрами, а также те, кто находится ближе к ожидаемому острову, показали большую, чем предполагалось ранее, устойчивость к спонтанному делению, показывая важность оболочечных эффектов на ядрах.

Альфа-распад регистрируется по испускаемым альфа-частицам, а продукты распада легко определить еще до фактического распада; если в результате такого распада или серии последовательных распадов образуется известное ядро, можно легко определить исходный продукт реакции. (То, что все распады внутри цепочки распада действительно были связаны друг с другом, подтверждается расположением этих распадов, которое должно находиться в одном и том же месте.) Известное ядро ​​можно распознать по конкретным характеристикам распада, которым оно подвергается, таким как энергия распада (или, точнее, кинетическая энергия испускаемой частицы). Однако в результате спонтанного деления в качестве продуктов образуются различные ядра, поэтому исходный нуклид не может быть определен по его дочерним элементам.

Таким образом, информация, доступная физикам, стремящимся синтезировать сверхтяжелый элемент, — это информация, собранная на детекторах: местоположение, энергия и время прибытия частицы в детектор, а также время ее распада. Физики анализируют эти данные и стремятся прийти к выводу, 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 наблюдаемым эффектам; допущены ошибки в интерпретации данных.

История

Смотрите также: Открытия химических элементов.

Ранние показания

Синтез элементов со 107 по 112 проводился в Центре исследований тяжелых ионов имени Гельмгольца GSI в Дармштадте , Германия, с 1981 по 1996 год. Эти элементы были получены методом холодного синтеза. реакции, в которых мишени из свинца и висмута , находящиеся в стабильной конфигурации из 82 протонов, бомбардируются тяжелыми ионами элементов 4-го периода . При этом создаются слитые ядра с низкими энергиями возбуждения за счет стабильности ядер мишеней, что значительно увеличивает выход сверхтяжелых элементов . Холодный синтез был впервые предложен 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; образовавшиеся ядра имели сильный нейтронный дефицит и недолговечны. Команда GSI попыталась синтезировать элемент 113 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 старый метод горячего синтеза, при котором тяжелые актинидные мишени бомбардировались более легкими ионами. Кальций-48 был предложен в качестве идеального снаряда, поскольку он очень богат нейтронами для легкого элемента (в сочетании с уже богатыми нейтронами актинидами) и минимизирует нейтронный дефицит образующихся нуклидов. Будучи вдвойне магическим , это придало бы стабильность слитым ядрам. В сотрудничестве с командой Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) в Ливерморе, штат Калифорния , США, они предприняли попытку изучения элемента 114 (который, по предсказаниям, был магическим числом , замыкающим протонную оболочку, и более стабильным, чем элемент 113). ).

В 1998 году коллаборация ОИЯИ-ЛЛНЛ начала попытку получить элемент 114, бомбардируя мишень из плутония-244 ионами кальция-48:

²⁴⁴
₉₄ орудия
+ ⁴⁸
₂₀ Калифорния
→ ²⁹² 114* → ²⁹⁰ 114 + 2
н
+ и ⁻ → ²⁹⁰ 113 + н _е ?

Был обнаружен единственный атом , который считался изотопом. ²⁸⁹ 114: результаты были опубликованы в январе 1999 г. Несмотря на многочисленные попытки повторить эту реакцию, изотоп с такими свойствами распада больше никогда не был обнаружен, и точная природа этой активности неизвестна. В статье Сигурда Хофмана и др. , 2016 г. считали, что наиболее вероятным объяснением результата 1998 года является то, что два нейтрона были испущены образовавшимся составным ядром, что привело к ²⁹⁰ 114 и электрона захват ²⁹⁰ 113, тогда как во всех остальных образующихся цепочках испускалось больше нейтронов. Это могло быть первое сообщение о цепочке распада изотопа элемента 113, но в то время оно не было признано, и его отнесение до сих пор остается неопределенным. Подобную долгоживущую активность наблюдала группа ОИЯИ в марте 1999 г. ²⁴² Пу + ⁴⁸ Реакция Ca может быть вызвана дочерним элементом захвата электронов ²⁸⁷ 114, ²⁸⁷ 113; это задание также является предварительным.

Сотрудничество ОИЯИ и ЛЛНЛ

Подтвержденное ныне открытие элемента 114 было сделано в июне 1999 года, когда команда ОИЯИ повторила первое открытие. ²⁴⁴ Пу + ⁴⁸ Са-реакция 1998 г.; После этого команда ОИЯИ использовала ту же технику горячего синтеза для синтеза элементов 116 и 118 в 2000 и 2002 годах соответственно с помощью ²⁴⁸ См + ⁴⁸ Ca и ²⁴⁹ Ср + ⁴⁸ Са-реакции. Затем они обратили свое внимание на недостающие элементы с нечетными номерами, поскольку нечетные протоны и, возможно, нейтроны будут препятствовать распаду путем спонтанного деления и приводить к более длинным цепочкам распада.

Первое сообщение об элементе 113 было в августе 2003 года, когда он был идентифицирован как альфа-распада продукт элемента 115 . Элемент 115 был получен путем бомбардировки мишени из америция -243 снарядами из кальция-48. Коллаборация ОИЯИ ЛЛНЛ – .: опубликовала свои результаты в феврале 2004 г

²⁴³
₉₅ утра
+ ⁴⁸
₂₀ Калифорния
→ ²⁹¹ 115* → ²⁸⁸ 115 + 3
н
→ ²⁸⁴ 113 +
а

²⁴³
₉₅ утра
+ ⁴⁸
₂₀ Калифорния
→ ²⁹¹ 115* → ²⁸⁷ 115 + 4
н
→ ²⁸³ 113 +
а

Наблюдались еще четыре альфа-распада, закончившиеся спонтанным делением изотопа элемента 105 дубния .

Королевство

Пока коллаборация ОИЯИ–ЛНЛ изучала реакции синтеза с ⁴⁸ Ca, группа японских ученых из Рикен Центра ускорительных наук Нишина в Вако , Япония, под руководством Косуке Мориты изучала реакции холодного синтеза. Прежде чем основать собственную команду в Рикене, Морита ранее изучал синтез сверхтяжелых элементов в ОИЯИ. В 2001 году его команда подтвердила открытия GSI элементов 108 , 110 , 111 и 112. Затем они предприняли новую попытку открытия элемента 113, используя тот же метод. ²⁰⁹ С + ⁷⁰ Реакция цинка, которую GSI безуспешно попыталась в 1998 году. Несмотря на гораздо меньший ожидаемый выход, чем для метода горячего синтеза ОИЯИ с кальцием-48, команда Райкена решила использовать холодный синтез, поскольку синтезированные изотопы будут альфа-распадом до известных дочерних нуклидов и открытие гораздо более достоверно и не потребует использования радиоактивных мишеней. В частности, изотоп ²⁷⁸ 113, который, как ожидается, будет получен в этой реакции, распадется до известной ²⁶⁶ Bh, который был синтезирован в 2000 году командой Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBNL) в Беркли.

Бомбардировка ²⁰⁹ Би с ⁷⁰ Zn в Riken начался в сентябре 2003 года. Команда обнаружила один атом ²⁷⁸ 113 в июле 2004 г. и опубликовали свои результаты в сентябре:

²⁰⁹
₈₃ Как
+ ⁷⁰
₃₀ Зн
→ ²⁷⁹ 113* → ²⁷⁸ 113 +
н

Команда Riken наблюдала четыре альфа-распада ²⁷⁸ 113, создавая цепочку распада, проходящую через ²⁷⁴ Рг, ²⁷⁰ Гора и ²⁶⁶ Bh, прежде чем закончиться спонтанным делением ²⁶² Дб. Данные о распаде, которые они наблюдали для альфа-распада ²⁶⁶ Бх сопоставил данные за 2000 год, подтвердив свое утверждение. Самопроизвольное деление дочери ²⁶² Db ранее не был известен; американская группа наблюдала только альфа-распад этого нуклида.

Дорога к подтверждению

Когда объявляется об открытии нового элемента, Объединенная рабочая группа (JWP) Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) и Международного союза теоретической и прикладной физики (IUPAP) собирается для рассмотрения заявлений в соответствии с их критериями. за открытие нового элемента, а также определяет научный приоритет и права на наименование элементов. Согласно критериям JWP, открытие должно продемонстрировать, что элемент имеет атомный номер, отличный от всех ранее наблюдавшихся значений. Желательно также, чтобы это повторили другие лаборатории, хотя это требование отменяется в тех случаях, когда данные очень высокого качества. Такая демонстрация должна установить свойства, физические или химические, нового элемента и установить, что они принадлежат ранее неизвестному элементу. Основными методами, используемыми для демонстрации атомного номера, являются перекрестные реакции (создание заявленных нуклидов в качестве родительских или дочерних элементов других нуклидов, полученных в результате другой реакции) и привязка цепочек распада к известным дочерним нуклидам. Для JWP приоритет подтверждения имеет приоритет над датой первоначальной претензии. Обе команды намеревались подтвердить свои результаты этими методами.

Краткое описание цепочек распада, проходящих через изотопы элемента 113 и заканчивающихся менделевием (элемент 101) или раньше. Две цепочки с нуклидами, выделенными жирной рамкой, были приняты JWP в качестве доказательства открытия элемента 113 и его родителей, элементов 115 и 117. Данные представлены как известные в 2015 году (до публикации выводов JWP).

2004–2008

В июне 2004 г. и снова в декабре 2005 г. коллаборация ОИЯИ–ЛЛНЛ подкрепила свои претензии на открытие элемента 113, проведя химические эксперименты на ²⁶⁸ Db , конечный распада продукт ²⁸⁸ 115. Это было ценно, поскольку ни один из нуклидов в этой цепочке распада ранее не был известен, так что их утверждение не было подтверждено какими-либо предыдущими экспериментальными данными, а химические эксперименты укрепили бы аргументы в пользу их утверждения, поскольку химия дубния известна. ²⁶⁸ 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 элементы 5-й группы (известно, что дубний относится к 5-й группе). Для предложенного варианта были подтверждены как период полураспада, так и режим распада. ²⁶⁸ Db, что подтверждает отнесение родительского и дочернего ядер к элементам 115 и 113 соответственно. Дальнейшие эксперименты в ОИЯИ в 2005 г. подтвердили наблюдаемые данные о распаде.

В ноябре и декабре 2004 года команда Riken изучила ²⁰⁵ Тл + ⁷⁰ Реакция цинка, направленная на таллий, а не на мишень из висмута, с целью прямого получения цинкового луча. ²⁷⁴ Rg в перекрестной бомбардировке, поскольку она является непосредственной дочерью ²⁷⁸ 113. Реакция оказалась неудачной, поскольку мишень из таллия была физически слабой по сравнению с более часто используемыми мишенями из свинца и висмута, а также значительно ухудшилась и стала неоднородной по толщине. Причины этой слабости неизвестны, поскольку таллий имеет более высокую температуру плавления, чем висмут. Затем команда Riken повторила оригинал. ²⁰⁹ С + ⁷⁰ Zn и образовался второй атом ²⁷⁸ 113 в апреле 2005 г., цепочка распада которого снова завершилась спонтанным делением ²⁶² Дб. Данные распада несколько отличались от данных первой цепочки: это могло быть связано с тем, что альфа-частица вылетела из детектора, не отдав полной энергии, или с тем, что часть промежуточных продуктов распада образовалась в метастабильных изомерных состояниях .

В 2006 году команда Исследовательского центра тяжелых ионов в Ланьчжоу , Китай, исследовала ²⁴³ Я + ²⁶ Реакция Mg с образованием четырех атомов ²⁶⁶ Бх. Все четыре цепи начались с альфа-распада до ²⁶² Дб; там три цепочки заканчивались спонтанным делением, как в ²⁷⁸ В Рикене наблюдалось 113 цепочек, а оставшаяся продолжила еще один альфа-распад до ²⁵⁸ Лр, как и в ²⁶⁶ Цепи Bh наблюдаются при LBNL.

В июне 2006 года коллаборация ОИЯИ-ЛЛНЛ заявила, что синтезировала новый изотоп элемента 113 непосредственно путем бомбардировки мишени из нептуния -237 ускоренными ядрами кальция-48:

²³⁷
₉₃ Нп
+ ⁴⁸
₂₀ Калифорния
→ ²⁸⁵ 113* → ²⁸² 113 + 3
н

Два атома ²⁸² было обнаружено 113 человек. Целью этого эксперимента был синтез изотопов. ²⁸¹ 113 и ²⁸² 113, который заполнил бы пробел между изотопами, полученными в результате горячего синтеза ( ²⁸³ 113 и ²⁸⁴ 113) и холодный синтез ( ²⁷⁸ 113). После пяти альфа-распадов эти нуклиды достигнут известных изотопов лоуренсия , если предположить, что цепочки распада не были прерваны преждевременно спонтанным делением. Первая цепочка распада завершилась делением после четырех альфа-распадов, предположительно произошедших от ²⁶⁶ Db или его дочь электронного захвата ²⁶⁶ Рф. спонтанного деления Во второй цепочке не наблюдалось даже после четырех альфа-распадов. Пятый альфа-распад в каждой цепочке можно было пропустить, поскольку ²⁶⁶ Теоретически Db может подвергаться альфа-распаду, и в этом случае первая цепочка распада закончилась бы при известной ²⁶² Лр или ²⁶² Нет, и второй мог бы продолжить известный долгоживущий ²⁵⁸ Md, период полураспада которого составляет 51,5 дня, что превышает 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, полученными в результате горячего синтеза, и известной основной частью таблицы нуклидов.

2009–2015

JWP опубликовала свой отчет об элементах 113–116 и 118 в 2011 году. Она признала, что сотрудничество ОИЯИ-ЛЛНЛ открыло элементы 114 и 116, но не приняло претензий ни одной из команд на элемент 113 и не приняло заявления ОИЯИ-ЛЛНЛ об открытии элементов 113–116 и 118. элементы 115 и 118. Претензия ОИЯИ-ЛНЛ на элементы 115 и 113 была основана на химическая идентификация их дочернего дубния, но JWP возражала, что современная теория не может различить сверхтяжелые элементы группы 4 и группы 5 по их химическим свойствам с достаточной уверенностью, чтобы позволить это отнесение. Свойства распада всех ядер в цепочке распада элемента 115 ранее не были охарактеризованы до экспериментов ОИЯИ, ситуацию, которую JWP обычно считает «проблемной, но не обязательно исключительной», и с небольшим количеством атомов, образующихся ни с одним из них. известных дочерей и перекрестных реакций, JWP посчитала, что их критерии не были выполнены. JWP не приняла заявление команды Райкена также из-за несоответствий в данных о распаде, небольшого количества образовавшихся атомов элемента 113 и отсутствия однозначных привязок к известным изотопам.

В начале 2009 года команда Riken синтезировала продукт распада. ²⁶⁶ Бх прямо в ²⁴⁸ См + ²³ На реакцию для установления связи с ²⁷⁸ 113 как перекрестная бомбардировка. Они также установили разветвленный распад ²⁶² Db, который иногда подвергался спонтанному делению, а иногда претерпевал ранее известный альфа-распад на ²⁵⁸ Лр.

В конце 2009 г. коллаборация ОИЯИ–ЛЛНЛ исследовала ²⁴⁹ Бк+ ⁴⁸ Реакция Ca с целью производства элемента 117 , который распадется на элементы 115 и 113 и подтвердит их претензии в результате перекрестной реакции. Теперь к ним присоединились ученые из Окриджской национальной лаборатории (ORNL) и Университета Вандербильта , оба в Теннесси , США. который помог добыть редкую и высокорадиоактивную мишень из берклия, необходимую для завершения кампании ОИЯИ по синтезу кальция-48 по синтезу самых тяжелых элементов в таблице Менделеева. Были синтезированы два изотопа элемента 117, распавшиеся на элемент 115, а затем на элемент 113:

²⁴⁹
₉₇ Бк
+ ⁴⁸
₂₀ Калифорния
→ ²⁹⁷ 117* → ²⁹⁴ 117 + 3
н
→ ²⁹⁰ 115 + а → ²⁸⁶ 113 + а

²⁴⁹
₉₇ Бк
+ ⁴⁸
₂₀ Калифорния
→ ²⁹⁷ 117* → ²⁹³ 117 + 4
н
→ ²⁸⁹ 115 + а → ²⁸⁵ 113 + а

Новые изотопы ²⁸⁵ 113 и ²⁸⁶ 113 произведенных не перекликались с ранее заявленными ²⁸² 113, ²⁸³ 113 и ²⁸⁴ 113, поэтому эту реакцию нельзя было использовать в качестве перекрестной бомбардировки для подтверждения утверждений 2003 или 2006 годов.

В марте 2010 года команда Riken снова попыталась синтезировать ²⁷⁴ Рг непосредственно через ²⁰⁵ Тл + ⁷⁰ Реакция цинка на модернизированном оборудовании; они снова потерпели неудачу и покинули этот маршрут перекрестной бомбардировки.

После еще 450 дней облучения висмута цинковыми снарядами Рикен произвел и идентифицировал еще один ²⁷⁸ Атом 113 в августе 2012 года. Хотя цены на электроэнергию резко выросли после землетрясения и цунами в Тохоку в 2011 году , а Рикен приказал закрыть программы ускорителей, чтобы сэкономить деньги, команде Мориты было разрешено продолжить один эксперимент, и они выбрали попытку подтвердить свой синтез элемента 113. При этом наблюдалась серия из шести альфа-распадов, приведшая к изотопу менделевия :

²⁷⁸ 113 → ²⁷⁴
₁₁₁ рг
+
а
→ ²⁷⁰
₁₀₉ тонн
+
а
→ ²⁶⁶
₁₀₇ бат.ч.
+
а
→ ²⁶²
₁₀₅ Дб
+
а
→ ²⁵⁸
₁₀₃ лр
+
а
→ ²⁵⁴
₁₀₁ мкр.
+
а

Эта цепочка распада отличалась от предыдущих наблюдений в Рикене главным образом режимом распада. ²⁶² Db, который, как ранее наблюдалось, подвергался спонтанному делению, но в данном случае вместо этого распался альфа; альфа-распад ²⁶² Дб в ²⁵⁸ Лр хорошо известен . Команда подсчитала, что вероятность случайного совпадения равна 10. ⁻²⁸ , или совершенно незначителен. В результате ²⁵⁴ Затем атом Md подвергся электронному захвату ²⁵⁴ Fm , претерпевший седьмой альфа-распад в цепочке до долгоживущего ²⁵⁰ Cf , период полураспада которого составляет около тринадцати лет.

The ²⁴⁹ Бк+ ⁴⁸ Эксперимент с кальцием был повторен в ОИЯИ в 2012 и 2013 годах с устойчивыми результатами, а затем снова в GSI в 2014 году. В августе 2013 года группа исследователей из Лундского университета в Лунде , Швеция, и GSI объявили, что они повторили эксперимент 2003 года. ²⁴³ Я + ⁴⁸ Ca-эксперимент, подтверждающий результаты коллаборации ОИЯИ–ЛЛНЛ. В том же году эксперимент 2003 года был повторен в ОИЯИ, теперь также был создан изотоп ²⁸⁹ 115, который мог бы послужить перекрестной бомбардировкой для подтверждения открытия элемента 117. изотопа ²⁹³ 117, а также его дочь ²⁸⁵ 113 как часть цепи распада. Подтверждение ²⁸⁸ 115 и его дочери были опубликованы командой LBNL в августе 2015 года.

Одобрение открытий

В декабре 2015 года выводы нового отчета JWP были опубликованы IUPAC в пресс-релизе, в котором элемент 113 был присужден Riken; 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 том, что Riken получил признание за элемент 113, просочилась в японские газеты. Впервые в истории группа азиатских физиков назвала новый элемент. ОИЯИ посчитал присуждение Riken элемента 113 неожиданным, сославшись на собственное производство элементов 115 и 113 в 2003 году и указав на прецеденты элементов 103 , 104 и 105 , когда IUPAC присудил совместную оценку ОИЯИ и LBNL. Они заявили, что уважают решение ИЮПАК, но отложили определение своей позиции до официальной публикации отчетов JWP.

Полные отчеты JWP были опубликованы 21 января 2016 года. JWP признала открытие элемента 113, отдав приоритет Riken. Они отметили, что хотя отдельные энергии распада каждого нуклида в цепочке распада ²⁷⁸ 113 были противоречивыми, теперь было подтверждено, что их сумма непротиворечива, что убедительно свидетельствует о том, что начальное и конечное состояния в ²⁷⁸ 113 и его дочь ²⁶² Db были одинаковыми для всех трех событий. Распад ²⁶² Дб в ²⁵⁸ Лр и ²⁵⁴ Ранее был известен Md, что прочно закрепило цепь распада ²⁷⁸ 113 к известным областям карты нуклидов. JWP считала, что коллаборации ОИЯИ и ЛЛНЛ в 2004 и 2007 годах, в результате которых был получен элемент 113 как дочерний элемент 115, не соответствовали критериям открытия, поскольку они не смогли убедительно определить атомные номера своих нуклидов посредством перекрестных бомбардировок, которые считались Это необходимо, поскольку их цепочки распада не были связаны с ранее известными нуклидами. Они также считали, что опасения предыдущей JWP по поводу химической идентификации дочернего соединения дубния не были должным образом решены. JWP признала, что в 2010 году в результате сотрудничества ОИЯИ-ЛЛНЛ-ОРНЛ-Вандербильт были обнаружены элементы 117 и 115, и признала, что элемент 113 был получен как их дочерний элемент, но не придала этой работе общего признания.

После публикации отчетов JWP Сергей Димитриев, директор лаборатории Флерова ОИЯИ, где были сделаны открытия, отметил, что доволен решением IUPAC, упомянув время, которое Рикен потратил на эксперимент, и хорошие отношения с Моритой. , который изучил основы синтеза сверхтяжелых элементов в ОИЯИ.

Аргумент суммы, выдвинутый JWP в одобрении открытия элемента 113, позже был раскритикован в исследовании Лундского университета и GSI в мае 2016 года, поскольку он действителен только в том случае, если гамма-распада или внутреннего преобразования в цепочке распада не происходит . что маловероятно для нечетных ядер, а также неопределенность энергий альфа-распада, измеренных в ²⁷⁸ Цепочка распада 113 не была достаточно маленькой, чтобы исключить такую ​​возможность. В этом случае сходство времен жизни промежуточных дочерних элементов становится бессмысленным аргументом, поскольку разные изомеры одного и того же нуклида могут иметь разные периоды полураспада: например, основное состояние ¹⁸⁰ Та имеет период полураспада часы, но возбужденное состояние ^{180 м} Та Никогда не наблюдалось распада . Это исследование нашло повод усомниться и раскритиковать одобрение ИЮПАК открытий элементов 115 и 117, но данные Райкена для элемента 113 оказались совпадающими, а данные команды ОИЯИ для элементов 115 и 113, вероятно, таковы. , тем самым подтверждая одобрение ИЮПАК открытия элемента 113. В июне 2017 года два члена команды ОИЯИ опубликовали журнальную статью, опровергающую критику соответствия их данных по элементам 113, 115 и 117.

Мы

Косуке Морита и Хироши Мацумото празднуют присвоение имени 1 декабря 2016 года.

Используя номенклатуру Менделеева для безымянных и неоткрытых элементов , нихоний будет известен как эка-таллий . В 1979 году ИЮПАК опубликовал рекомендации, согласно которым элемент должен был называться унунтрием (с соответствующим символом Уут ), систематическое имя элемента в качестве заполнителя до тех пор, пока обнаружение элемента не будет подтверждено и не будет выбрано имя. Рекомендации широко использовались в химическом сообществе на всех уровнях, от уроков химии до продвинутых учебников, но в основном игнорировались учеными в этой области, которые называли его «элементом 113» с символом E113 , (113) или даже просто 113 .

До признания JWP их приоритета японская команда неофициально предлагала различные названия: japonium , в честь их родной страны; нишинаниум , в честь японского физика Ёсио Нисина , «отца-основателя современных физических исследований в Японии»; и рикениум , после института. После признания команда Riken собралась в феврале 2016 года, чтобы определиться с названием. Морита выразил желание, чтобы это название было в честь того факта, что элемент 113 был открыт в Японии. Рассматривался вариант Japonium , что позволяло неяпонцам легко определить связь с Японией, но он был отклонен, поскольку японец считается этническим оскорблением . Название нихоний было выбрано после часа размышлений: оно происходит от нихон ( 日本 ) , одного из двух японских вариантов произношения названия Японии. Первооткрыватели также намеревались сослаться на поддержку своих исследований со стороны японского народа (Рикен почти полностью финансируется государством). восстановить утраченную гордость и доверие к науке среди тех, кто пострадал от ядерной катастрофы на Фукусиме-дайити , и отдать дань уважения японским химиком Масатакой Огавой открытию в 1908 году рения , который он назвал «ниппониумом» с символом Np в честь другого японского произношения названия Японии. Поскольку заявление Огавы не было принято, название «ниппоний» не могло быть повторно использовано для нового элемента, а его символ Np с тех пор использовался для обозначения нептуния . В марте 2016 года Морита предложил ИЮПАК название «нихоний» с символом Nh. Это название воплотило в жизнь то, что было национальной мечтой японской науки с момента заявления Огавы.

Бывший президент IUPAP Сесилия Ярлског пожаловалась на Нобелевском симпозиуме по сверхтяжелым элементам в замке Бэкаског , Швеция, в июне 2016 года на недостаточную открытость в процессе одобрения новых элементов, и заявила, что, по ее мнению, работа JWP была ошибочен и должен быть переделан новым JWP. Опрос физиков показал, что многие считают, что критика отчета JWP Лунда-GSI 2016 года была хорошо обоснованной, но выводы сохранятся, если работа будет переделана, а новый президент Брюс МакКеллар постановил, что предложенные имена должны быть опубликованы в совместном пресс-релизе IUPAP–IUPAC. Таким образом, IUPAC и IUPAP обнародовали предложение нихония в июне того же года. и установил пятимесячный срок для сбора комментариев, после чего название будет официально установлено на конференции. Название было официально утверждено в ноябре 2016 года. Церемония присвоения имени новому элементу прошла в Токио , Япония, в марте 2017 года, на ней присутствовал Нарухито , тогдашний наследный принц Японии.

изотопы

Основная статья: Изотопы нихония

Список изотопов нихония

Изотоп	Период полураспада		Разлагаться режим	Открытие год	Открытие реакция
	Ценить	ссылка
278 Нх	2,3 мс		а	2004	209 С( 70 Зн, н)
282 Нх	61 мс		а	2006	237 Например( 48 Ca,3n)
283 Нх	123 мс		а	2004	287 Мак(—,α)
284 Нх	0,90 с		α, ЕС	2004	288 Мак(—,α)
285 Нх	2,1 с		α, СФ	2010	289 Мак(—,α)
286 Нх	9,5 с		а	2010	290 Мак(—,α)
287 Нх	5,5 с		а	1999	287 Fl(e − , н е )
290 Нх	2 с		а	1998	290 Fl(e − , н е )

Нихоний не имеет 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 ( ²⁸⁷ Нх и ²⁹⁰ Nh не подтверждены); все они распадаются через альфа-распад на изотопы рентгения . Были признаки того, что нихоний-284 также может распадаться путем захвата электронов до коперниция -284, хотя оценки частичного периода полураспада для этой ветви сильно различаются в зависимости от модели. 285 . Сообщалось также о ветви спонтанного деления нихония-

Стабильность и период полураспада

Диаграмма тяжелых нуклидов с их известными и прогнозируемыми периодами полураспада (известные нуклиды показаны с рамками). Ожидается, что нихоний (строка 113) будет находиться в пределах «острова стабильности» (белый кружок), и, следовательно, его ядра немного более стабильны, чем можно было бы предсказать в противном случае; известные изотопы нихония слишком бедны нейтронами, чтобы находиться на острове.

Стабильность ядер быстро снижается с увеличением атомного номера после кюрия , элемента 96, период полураспада которого более чем в десять тысяч раз превышает период полураспада 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 сильные ядерные силы удерживать ядро ​​вместе против спонтанного деления. не могут долго . Расчеты показывают, что в отсутствие других стабилизирующих факторов элементы с числом протонов более 103 существовать не должны. Исследователи в 1960-х годах предположили, что замкнутые ядерные оболочки вокруг 114 протонов и 184 нейтронов должны противодействовать этой нестабильности и создать « остров стабильности », содержащий нуклиды с периодом полураспада, достигающим тысяч или миллионов лет. Существование острова пока не доказано, но существование сверхтяжелых элементов (в том числе нихония) подтверждает, что стабилизирующий эффект реален, и в целом известные сверхтяжелые нуклиды становятся более долгоживущими по мере приближения к предсказанному местоположению острова.

Все изотопы нихония нестабильны и радиоактивны; более тяжелые изотопы нихония более стабильны, чем более легкие, поскольку они находятся ближе к центру острова. Самый стабильный из известных изотопов нихония. ²⁸⁶ Nh, также самый тяжелый; его период полураспада составляет 8 секунд. Изотоп ²⁸⁵ Нх, а также неподтвержденные ²⁸⁷ Нх и ²⁹⁰ Сообщалось также, что Nh имеют период полураспада более секунды. Изотопы ²⁸⁴ Нх и ²⁸³ Nh имеет период полураспада 0,90 и 0,12 секунды соответственно. Остальные два изотопа имеют период полураспада от 0,1 до 100 миллисекунд: ²⁸² Nh имеет период полураспада 61 миллисекунду, а ²⁷⁸ Nh, самый легкий из известных изотопов нихония, также является самым короткоживущим: период полураспада составляет 1,4 миллисекунды. Такое быстрое увеличение периодов полураспада вблизи замкнутой нейтронной оболочки при N = 184 наблюдается в рентгении, коперниции и нихонии (элементы со 111 по 113), где каждый дополнительный нейтрон умножает период полураспада в 5 раз. 20.

Прогнозируемые свойства

Измерено очень мало свойств нихония или его соединений; это связано с его крайне ограниченным и дорогим производством и дело в том, что он очень быстро разлагается. Свойства нихония по большей части остаются неизвестными и доступны лишь предсказания.

Физические и атомные

Уровни атомной энергии крайних s-, p- и d-электронов таллия и нихония

Нихоний является первым членом ряда элементов 7p и самым тяжелым элементом 13-й группы периодической таблицы, после бора , алюминия , галлия , индия и таллия . Все элементы 13-й группы, кроме бора, являются металлами, и ожидается, что нихоний последует их примеру. Предполагается, что нихоний будет иметь множество отличий от своих более легких гомологов. Основной причиной этого является спин-орбитальное (СО) взаимодействие , которое особенно сильно для сверхтяжелых элементов , поскольку их электроны движутся гораздо быстрее, чем в более легких атомах, со скоростями, близкими к скорости света . Что касается атомов нихония, он понижает энергетические уровни электронов 7s и 7p (стабилизируя эти электроны), но два из энергетических уровней электронов 7p стабилизируются больше, чем остальные четыре. Стабилизация 7s-электронов называется эффектом инертной пары , а разделение подоболочки 7p на более и менее стабилизированные части — расщеплением подоболочки. Химики-вычислители рассматривают раскол как изменение второго, азимутального квантового числа l с 1 на 1/2 и 3/2 для более и менее стабилизированных частей подоболочки 7p соответственно. Для теоретических целей конфигурация валентных электронов может быть представлена ​​как отражающая расщепление подоболочки 7p как 7s ² 7р _1/2 ¹ . Ожидается, что первая энергия ионизации нихония составит 7,306 эВ , что является самым высоким показателем среди металлов 13 группы. Аналогичное расщепление подоболочек должно существовать и для 6d-электронных уровней: четыре — это 6d _3/2 , а шесть — 6d _5/2 . Оба этих уровня подняты так, чтобы быть близкими по энергии к уровням 7s, достаточно высокими, чтобы быть химически активными. Это позволило бы создать экзотические соединения нихония без более легких аналогов 13-й группы.

Периодические тенденции предсказывают, что атомный радиус нихония больше, чем у таллия, поскольку он находится на один период дальше в периодической таблице, но расчеты показывают, что атомный радиус нихония составляет около 170 пм, такой же, как у таллия, из-за релятивистская стабилизация и сжатие его 7s и 7p _1/2 орбиталей. Таким образом, ожидается, что нихоний будет намного плотнее таллия, с прогнозируемой плотностью от 16 до 18 г/см. ³ по сравнению с 11,85 г/см таллия ³ , поскольку атомы нихония тяжелее атомов таллия, но имеют тот же объем. Ожидается, что объемный нихоний будет иметь гексагональную плотноупакованную кристаллическую структуру, как и таллий. Согласно прогнозам, температуры плавления и кипения нихония составят 430 ° C и 1100 ° C соответственно, что превышает значения для индия и таллия, что соответствует периодическим тенденциям. Нихоний должен иметь модуль объемного сжатия 20,8 ГПа, что примерно вдвое меньше, чем у таллия (43 ГПа).

Химическая

Ожидается, что химический состав нихония будет сильно отличаться от химического состава таллия. Это различие происходит из-за спин-орбитального расщепления оболочки 7p, в результате чего нихоний оказывается между двумя относительно инертными элементами с закрытой оболочкой ( коперницием и флеровием ). Ожидается, что нихоний будет менее реакционноспособным, 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 Nh ⁺ Пара /Nh прогнозируется на уровне 0,6 В. Нихоний должен быть довольно благородным металлом .

Элементы металлической группы 13 обычно находятся в двух степенях окисления : +1 и +3. Первый результат является результатом участия в связи только одного p-электрона, а второй приводит к участию всех трех валентных электронов: двух в s-подоболочке и одного в p-подоболочке. Спускаясь по группе, энергии связи уменьшаются, и состояние +3 становится менее стабильным, поскольку энергии, выделяемой 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, а благодаря таллию оно становится более стабильным, чем состояние +3. Ожидается, что нихоний продолжит эту тенденцию и будет иметь +1 как наиболее стабильную степень окисления.

Простейшим соединением нихония является моногидрид NhH. Связь обеспечивается 7p _1/2 электроном нихония и 1s электроном водорода. Взаимодействие SO приводит к энергии связи моногидрида нихония примерно на 1 эВ. уменьшению а длина связи нихоний-водород уменьшается по мере _{7p 1/2} релятивистского сжатия связывающей орбитали . Это уникально среди моногидридов элемента 7p; все остальные имеют релятивистское расширение длины связи вместо сокращения. Другой эффект взаимодействия SO заключается в том, что связь Nh – H, как ожидается, будет иметь значительный характер пи-связи (боковое перекрытие орбиталей), в отличие от почти чистой сигма-связи (лобовое перекрытие орбиталей) в моногидриде таллия (TlH). Аналогичный монофторид (Nh F ) также должен существовать. Предполагается, что нихоний(I) будет больше похож на серебро (I), чем на таллий(I): Нх ⁺ ожидается, что ион будет более охотно связывать анионы , так что NhCl должен быть хорошо растворим в избытке соляной кислоты или аммиака ; TlCl нет. В отличие от Тл. ⁺ , который в растворе образует сильноосновный гидроксид ( TlOH ), Nh ⁺ вместо этого катион должен полностью гидролизоваться до амфотерного оксида Nh ₂ O, который растворим в водном растворе аммиака и слабо растворим в воде.

поведение Ожидается , что адсорбционное нихония на золотых поверхностях в термохроматографических экспериментах будет ближе к поведению астата, чем к поведению таллия. Дестабилизация подоболочки 7p _3/2 эффективно приводит к закрытию валентной оболочки в 7s. ² 7р ² конфигурация, а не ожидаемая 7s ² 7р ⁶ конфигурация со своим стабильным октетом. Таким образом, нихонию, как и астату, можно считать, что ему не хватает одного p-электрона до закрытой валентной оболочки. Следовательно, хотя нихоний находится в 13-й группе, он имеет некоторые свойства, аналогичные элементам 17-й группы. ( Теннессин в группе 17 имеет некоторые свойства, подобные группе 13, поскольку у него есть три валентных электрона за пределами 7s. ² 7р ² закрытая оболочка. Ожидается, что нихоний сможет получить электрон для достижения этой конфигурации с закрытой оболочкой, образуя степень окисления -1, как и галогены ( фтор , хлор , бром , йод и астат). Это состояние должно быть более стабильным, чем для таллия, поскольку расщепление SO подоболочки 7p больше, чем расщепление подоболочки 6p. Нихоний должен быть самым электроотрицательным из элементов 13-й металлической группы. еще более электроотрицательный, чем теннессин, родственный галогенам с периодом 7: в соединении NhTs ожидается, что отрицательный заряд будет находиться на атоме нихония, а не на атоме теннессина. Окисление -1 должно быть более стабильным для нихония, чем для теннессина. По расчетам, сродство нихония к электрону составляет около 0,68 эВ, что выше, чем у таллия при 0,4 эВ; Ожидается, что у теннессина оно составит 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.

БКл
₃ имеет тригональную структуру.

NHCl
_3, по прогнозам, будет Т-образным.

Ожидается значительное участие 6d в связи Nh-Au, хотя ожидается, что она будет более нестабильной, чем связь Tl-Au, и полностью обусловлена ​​магнитными взаимодействиями. Это повышает вероятность того, что нихоний имеет некоторый характер переходного металла . На основании небольшой энергетической щели между 6d и 7s электронами для нихония были предложены высшие степени окисления +3 и +5. Некоторыми простыми соединениями с нихонием в степени окисления +3 являются тригидрид (NhH ₃ ), трифторид (NhF ₃ ) и трихлорид (Nh Cl ₃ ). Предполагается, что эти молекулы будут иметь Т-образную форму , а не тригонально-планарные , как их борные аналоги: это связано с влиянием 6d _5/2 -электронов на связь. Более тяжелые трибромид нихония (Nh Br ₃ ) и трииодид (Nh I ₃ ) являются тригонально-планарными из-за повышенного стерического отталкивания между периферийными атомами; соответственно, они не демонстрируют значительного участия 6d в своих связях, хотя большой энергетический зазор 7s–7p означает, что они демонстрируют пониженное sp. ² гибридизация по сравнению с их борными аналогами.

Связь в более легких молекулах NhX ₃ можно рассматривать как связь линейного NhX ⁺
₂ вида (аналогично HgF ₂ или AuF ⁻
₂ ) с дополнительной связью Nh–X, включающей 7p-орбиталь нихония, перпендикулярную двум другим лигандам. Ожидается, что все эти соединения будут очень нестабильны в отношении потери молекулы X ₂ и восстановления до нихония(I):

NhX ₃ → NhX + X ₂

Таким образом, нихоний продолжает тенденцию к понижению группы 13 пониженной стабильности степени окисления +3, поскольку все пять этих соединений имеют более низкие энергии реакции, чем неизвестный йодид таллия (III). Состояние +3 стабилизируется для таллия в анионных комплексах, таких как TlI ⁻
₄ , и ожидается, что наличие возможного вакантного координационного центра на более легких Т-образных тригалогенидах нихония позволит осуществить аналогичную стабилизацию NhF. ⁻
₄ и, возможно, NhCl ⁻
₄ .

Степень окисления +5 неизвестна для всех более легких элементов группы 13: расчеты предсказывают, что пентагидрид нихония (NhH ₅ ) и пентафторид (NhF ₅ ) должны иметь квадратно-пирамидальную молекулярную геометрию , но также и то, что оба они будут очень термодинамически нестабильны к потере Молекула X ₂ и восстановление до нихония(III). Опять же, ожидается некоторая стабилизация анионных комплексов, таких как NhF. ⁻
₆ . Строение молекул трифторида и пентафторида нихония такое же, как у хлора трифторида и пентафторида .

Экспериментальная химия

Химические характеристики нихония до сих пор однозначно не определены. Изотопы ²⁸⁴ Нх, ²⁸⁵ Нх, и ²⁸⁶ Nh имеет период полураспада, достаточный для химического исследования. С 2010 по 2012 год в ОИЯИ были проведены предварительные химические эксперименты по определению летучести нихония. Изотоп ²⁸⁴ Н. была расследована как дочь ²⁸⁸ Mc производства в ²⁴³ Am+ ⁴⁸ Са-реакция. Атомы нихония были синтезированы в камере отдачи, а затем перенесены по капиллярам из политетрафторэтилена (ПТФЭ) при температуре 70 ° C с помощью газа-носителя к детекторам, покрытым золотом. Около десяти-двадцати атомов ²⁸⁴ Nh образовывался, но ни один из этих атомов не был зарегистрирован детекторами, что позволяет предположить, что либо нихоний по летучести аналогичен благородным газам (и, таким образом, диффундировал слишком быстро, чтобы его можно было обнаружить), либо, что более правдоподобно, чистый нихоний не был очень летучим. и, таким образом, не может эффективно проходить через капилляры из ПТФЭ. Образование гидроксида NhOH должно облегчить транспортировку, 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 такое образование не является кинетически выгодным, поэтому более долгоживущие изотопы ²⁸⁵ Нх и ²⁸⁶ Nh считались более желательными для будущих экспериментов.

Эксперимент 2017 года в ОИЯИ, в результате которого были получены ²⁸⁴ Нх и ²⁸⁵ Нх через ²⁴³ Am+ ⁴⁸ Реакция Ca как дочери ²⁸⁸ Мак и ²⁸⁹ Мак избежал этой проблемы, удалив кварцевую поверхность и используя только ПТФЭ. После химического разделения не наблюдалось атомов нихония, что указывает на неожиданно большое удерживание атомов нихония на поверхностях ПТФЭ. Этот экспериментальный результат для предела взаимодействия атомов нихония с поверхностью ПТФЭ (−Δ H ^ПТФЭ
_ad (Nh) > 45 кДж/моль) существенно противоречит предыдущей теории, которая ожидала более низкое значение - 14,00 кДж/моль. высокотемпературные методы, такие как вакуумная хроматография . Это говорит о том, что разновидность нихония, участвовавшая в предыдущем эксперименте, скорее всего, была не элементарным нихонием, а скорее гидроксидом нихония, и что для дальнейшего исследования поведения элементарного нихония потребуются Бром, насыщенный трибромидом бора, предложен в качестве газа-носителя для экспериментов по химии нихония; это окисляет более легкий родственный нихонию таллий до таллия (III), предоставляя возможность исследовать степени окисления нихония, аналогично более ранним экспериментам, проведенным с бромидами элементов 5-й группы, включая сверхтяжелый дубний .

Библиография

• Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Ван, М.; и др. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016». Китайская физика C . 41 (3): 030001. Бибкод : 2017ChPhC..41c0001A . дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 .
• Бейзер, А. (2003). Концепции современной физики (6-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN  978-0-07-244848-1 . OCLC   48965418 .
• Хоффман, округ Колумбия ; Гиорсо, А .; Сиборг, GT (2000). Трансурановые люди: история изнутри . Всемирная научная . ISBN  978-1-78-326244-1 .
• Краг, Х. (2018). От трансурановых к сверхтяжелым элементам: история спора и сотворения . Спрингер . ISBN  978-3-319-75813-8 .
• Загребаев В.; Карпов А.; Грейнер, В. (2013). «Будущее исследований сверхтяжелых элементов: какие ядра можно будет синтезировать в ближайшие несколько лет?». Физический журнал: серия конференций . 420 (1): 012001. arXiv : 1207.5700 . Бибкод : 2013JPhCS.420a2001Z . дои : 10.1088/1742-6596/420/1/012001 . ISSN   1742-6588 . S2CID   55434734 .

Внешние ссылки

• Нихоний в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
• Uut и Uup добавляют свою атомную массу в периодическую таблицу Менделеева. Архивировано 7 сентября 2006 г. в Wayback Machine.
• Открытие элементов 113 и 115.
• Сверхтяжелые элементы
• WebElements.com: Ничего.