Nihon - Nihonium

Nihonium,  113 Nh
Nihon
Wymowa / N ɪ H n i ə m / ( Ni HOH -nee-əm )
Liczba masowa [286]
Nihonium w układzie okresowym
Wodór Hel
Lit Beryl Bor Węgiel Azot Tlen Fluor Neon
Sód Magnez Aluminium Krzem Fosfor Siarka Chlor Argon
Potas Wapń Skand Tytan Wanad Chrom Mangan Żelazo Kobalt Nikiel Miedź Cynk Gal German Arsen Selen Brom Krypton
Rubid Stront Itr Cyrkon Niob molibden Technet Ruten Rod Paladium Srebro Kadm Ind Cyna Antymon Tellur Jod Ksenon
Cez Bar Lantan Cer Prazeodym Neodym promet Samar Europ Gadolin Terb Dysproz Holmium Erb Tul Iterb Lutet Hafn Tantal Wolfram Ren Osm Iryd Platyna Złoto Rtęć (pierwiastek) Tal Prowadzić Bizmut Polon Astatin Radon
Francium Rad Aktyn Tor Protaktyn Uran Neptun Pluton Ameryk Kiur Berkel Kaliforn Einsteina Ferm Mendelew Nobel Wawrzyńca Rutherford Dubnium Seaborgium Bohrium Hass Meitnerium Darmsztadt Rentgen Kopernik Nihon Flerow Moskwa Livermorium Tennessine Oganesson
Tl

Nh

(Uhs)
koperniknihoniumflerow
Liczba atomowa ( Z ) 113
Grupa grupa 13 (grupa boru)
Kropka okres 7
Blok   p-blok
Konfiguracja elektronów [ Rn ] 5f 14 6d 10 7s 2 7p 1 (przewidywane)
Elektrony na powłokę 2, 8, 18, 32, 32, 18, 3 (przewidywane)
Właściwości fizyczne
Faza STP solidny (przewidywany)
Temperatura topnienia 700  K ​(430 °C, ​810 °F) (przewidywane)
Temperatura wrzenia 1430 K ​(1130 °C, ​2070 °F) (przewidywane)
Gęstość (w pobliżu  rt ) 16 g / cm 3 (przewidywane)
Ciepło stapiania 7,61  kJ/mol (ekstrapolowane)
Ciepło parowania 130 kJ/mol (przewidywane)
Właściwości atomowe
Stany utleniania (−1), ( +1 ), ( +3 ), (+5) (przewidywane)
Energie jonizacji
Promień atomowy empiryczne: 170  pm (przewidywane)
Promień kowalencyjny 172-180 po południu (ekstrapolowana)
Inne właściwości
Naturalne występowanie syntetyczny
Struktura krystaliczna sześciokątne ciasno upakowane (hcp)
Sześciokątna, ciasno upakowana struktura krystaliczna dla nihonium

(przewidywane)
Numer CAS 54084-70-7
Historia
Nazewnictwo Po Japonii ( po japońsku Nihon )
Odkrycie Riken (Japonia, pierwsze niekwestionowane roszczenie 2004)
JINR (Rosja) i Livermore (USA, pierwsze ogłoszenie 2003)
Główne izotopy nihonium
Izotop Obfitość Okres półtrwania ( t 1/2 ) Tryb zaniku Produkt
278 Nh syn 1,4 ms α 274 Rg
282 Nh syn 73 ms α 278 Rg
283 Nh syn 75 ms α 279 Rg
284 Nh syn 0,91 s α 280 Rg
WE 284 Cn
285 Nh syn 4,2 sekundy α 281 Rg
286 Nh syn 9,5 sekundy α 282 Rg
287 Nh syn 5,5 sekundy? α 283 Rg
290 Nh syn 2 sekundy? α 286 Rg
Kategoria Kategoria: Nihonium
| Bibliografia

Nihonium to syntetyczny pierwiastek chemiczny o symbolu Nh i liczbie atomowej 113. Jest niezwykle radioaktywny ; jego najbardziej stabilny znany izotop , nihonium-286, ma okres półtrwania około 10 sekund. W układzie okresowym pierwiastków nihonium jest pierwiastkiem transaktynowym w bloku p . Jest członkiem okresu 7 i grupy 13 (grupa boru).

Po raz pierwszy doniesiono, że Nihonium został stworzony w 2003 roku przez rosyjsko-amerykańską współpracę w Połączonym Instytucie Badań Jądrowych (ZIBJ) w Dubnej w Rosji, a w 2004 roku przez zespół japońskich naukowców z Riken w Wakō w Japonii. Potwierdzeniem ich roszczeń w kolejnych latach były niezależne zespoły naukowców pracujących w Stanach Zjednoczonych, Niemczech, Szwecji i Chinach, a także pierwotni pretendenci w Rosji i Japonii. W 2015 r. Wspólna Grupa Robocza IUPAC/IUPAP uznała pierwiastek i przyznała Rikenowi pierwszeństwo odkrycia i praw do nazewnictwa pierwiastka. Zespół Riken zasugerował nazwę nihonium w 2016 roku, która została zatwierdzona w tym samym roku. Nazwa pochodzi od potocznej japońskiej nazwy Japonii (日本, nihon ) .

Niewiele wiadomo na temat nihonium, ponieważ wytwarza się go tylko w bardzo małych ilościach, które rozkładają się w ciągu kilku sekund. Anomalnie długie życie niektórych superciężkich nuklidów, w tym niektórych izotopów nihonium, wyjaśnia teoria „ wyspy stabilności ”. Eksperymenty potwierdzają teorię, a okresy półtrwania potwierdzonych izotopów nihonium wzrastają z milisekund do sekund w miarę dodawania neutronów i zbliżania się do wyspy. Obliczono, że nihonium ma podobne właściwości do swoich homologów: boru , glinu , galu , indu i talu . Wszystkie oprócz boru są metalami po transformacji , a oczekuje się, że nihonium również będzie metalem po transformacji. Powinien również wykazywać kilka głównych różnic od nich; na przykład nihonium powinno być bardziej stabilne w stanie utlenienia +1 niż w stanie +3, jak tal, ale w stanie +1 nihonium powinno zachowywać się bardziej jak srebro i astatyna niż tal. Wstępne eksperymenty w 2017 roku wykazały, że nihonium elementarne nie jest bardzo lotne ; jego chemia pozostaje w dużej mierze niezbadana.

Wprowadzenie

Graficzne przedstawienie reakcji syntezy jądrowej
Graficzny obraz reakcji syntezy jądrowej . Dwa jądra łączą się w jedno, emitując neutron . Reakcje, które doprowadziły do ​​powstania nowych pierwiastków w tym momencie, były podobne, z tą jedyną możliwą różnicą, że czasami uwalnianych było kilka pojedynczych neutronów lub wcale.
Wideo zewnętrzne
ikona wideo Wizualizacja nieudanej syntezy jądrowej na podstawie obliczeń Australijskiego Uniwersytetu Narodowego

Najcięższe jądra atomowe powstają w reakcjach jądrowych, które łączą dwa inne jądra o nierównej wielkości w jedno; z grubsza im bardziej nierówne są dwa jądra pod względem masy, tym większe prawdopodobieństwo, że oba zareagują. Materiał z cięższych jąder zostaje przerobiony na cel, który następnie jest bombardowany wiązką lżejszych jąder. Dwa jądra mogą się złączyć w jedno tylko wtedy, gdy zbliżą się do siebie wystarczająco blisko; normalnie jądra (wszystkie naładowane dodatnio) odpychają się nawzajem z powodu odpychania elektrostatycznego . Oddziaływanie silne może przezwyciężyć to odpychanie, ale tylko w bardzo niewielkiej odległości od jądra; jądra wiązki są zatem znacznie przyspieszane , aby takie odpychanie było nieznaczne w porównaniu z prędkością jądra wiązki. Samo zbliżenie się nie wystarcza, aby dwa jądra się złączyły: gdy dwa jądra zbliżają się do siebie, zwykle pozostają razem przez około 10-20  sekund, a następnie rozchodzą się (niekoniecznie w tym samym składzie jak przed reakcją) zamiast tworzyć pojedyncze jądro. Jeśli nastąpi fuzja, tymczasowe połączenie – zwane jądrem złożonym – jest stanem wzbudzonym . Aby stracić energię wzbudzenia i osiągnąć bardziej stabilny stan, złożone jądro albo rozszczepia się, albo wyrzuca jeden lub kilka neutronów , które odprowadzają energię. Dzieje się to w około 10-16  sekund po początkowej kolizji.

Wiązka przechodzi przez cel i dociera do następnej komory, separatora; jeśli wytworzone zostanie nowe jądro, jest ono niesione tą wiązką. W separatorze nowo wytworzone jądro jest oddzielane od innych nuklidów (pierwotnej wiązki i wszelkich innych produktów reakcji) i przenoszone do detektora bariery powierzchniowej , który zatrzymuje jądro. Zaznaczona jest dokładna lokalizacja nadchodzącego uderzenia w detektor; zaznaczona jest również jego energia i czas przybycia. Transfer trwa około 10-6  sekund; aby zostać wykrytym, jądro musi przetrwać tak długo. Jądro jest ponownie rejestrowane po zarejestrowaniu jego rozpadu i zmierzeniu lokalizacji, energii i czasu rozpadu.

Stabilność jądra zapewnia oddziaływanie silne. Jednak jego zasięg jest bardzo krótki; w miarę powiększania się jąder jego wpływ na najbardziej zewnętrzne nukleony ( protony i neutrony) słabnie. Jednocześnie jądro jest rozrywane przez odpychanie elektrostatyczne między protonami, ponieważ ma nieograniczony zasięg. Jądra najcięższych pierwiastków są zatem przewidywane teoretycznie i do tej pory zaobserwowano, że rozpadają się głównie poprzez tryby rozpadu, które są spowodowane przez takie odpychanie: rozpad alfa i spontaniczne rozszczepienie ; tryby te dominują dla jąder pierwiastków superciężkich . Rozpady alfa są rejestrowane przez emitowane cząstki alfa , a produkty rozpadu są łatwe do określenia przed faktycznym rozpadem; jeśli taki rozpad lub seria kolejnych rozpadów wytwarza znane jądro, oryginalny produkt reakcji można wyznaczyć arytmetycznie. Spontaniczne rozszczepienie wytwarza jednak różne jądra jako produkty, więc nie można określić oryginalnego nuklidu na podstawie jego potomków.

Informacjami dostępnymi dla fizyków dążących do syntezy jednego z najcięższych pierwiastków są zatem informacje zbierane przez detektory: położenie, energia i czas przybycia cząstki do detektora oraz jej rozpadu. Fizycy analizują te dane i starają się dojść do wniosku, że rzeczywiście był on spowodowany przez nowy pierwiastek i nie mógł być spowodowany przez inny nuklid niż ten, który twierdził. Często podane dane są niewystarczające do stwierdzenia, że ​​definitywnie powstał nowy element i nie ma innego wytłumaczenia obserwowanych efektów; popełniono błędy w interpretacji danych.

Historia

Wczesne wskazania

Syntezy pierwiastków 107 do 112 przeprowadzono w GSI Helmholtz Center for Heavy Jon Research w Darmstadt w Niemczech w latach 1981-1996. Pierwiastki te zostały wykonane w reakcjach zimnej fuzji, w których tarcze wykonano z talu , ołowiu i bizmutu , które są wokół stabilnej konfiguracji 82 protonów, są bombardowane ciężkimi jonami pierwiastków z okresu 4 . Powoduje to powstanie skondensowanych jąder o niskich energiach wzbudzenia ze względu na stabilność jąder docelowych, co znacznie zwiększa wydajność pierwiastków superciężkich . Fuzja na zimno została zapoczątkowana przez Jurija Oganessiana i jego zespół w 1974 r. w Zjednoczonym Instytucie Badań Jądrowych (ZIBJ) w Dubnej w Związku Radzieckim. Stwierdzono, że uzyski z reakcji zimnej fuzji znacząco spadają wraz ze wzrostem liczby atomowej; powstałe jądra były silnie ubogie w neutrony i krótkotrwałe. Zespół GSI próbował zsyntetyzować pierwiastek 113 poprzez zimną fuzję w 1998 i 2003 roku, bombardując bizmut-209 cynkiem- 70; obie próby zakończyły się niepowodzeniem.

W obliczu tego problemu Oganessian i jego zespół z JINR ponownie skupili się na starszej technice gorącej fuzji, w której ciężkie cele aktynowe były bombardowane lżejszymi jonami. Calcium-48 został zasugerowany jako idealny pocisk, ponieważ jest bardzo bogaty w neutrony dla lekkiego pierwiastka (w połączeniu z już bogatymi w neutrony aktynowcami) i minimalizuje niedobory neutronów wytwarzanych nuklidów. Będąc podwójnie magicznym , zapewniałby stabilność połączonym jąderkom. We współpracy z zespołem z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) w Livermore, Kalifornia , Stany Zjednoczone, podjęli próbę na pierwiastku 114 (który, jak przewidywano, był magiczną liczbą , zamykającą powłokę protonową i bardziej stabilnym niż pierwiastek 113 ).

W 1998 roku współpraca JINR-LLNL rozpoczęła próbę na pierwiastku 114, bombardując cel z plutonu-244 jonami wapnia-48:

244
94
Pu
+ 48
20
Ca
292 114* → 290 114 + 2
nie
+ e 290 113 + ν e

Zaobserwowano pojedynczy atom, który uważany był za izotop 289 114: wyniki opublikowano w styczniu 1999 r. Pomimo licznych prób powtórzenia tej reakcji, nigdy więcej nie znaleziono izotopu o takich właściwościach rozpadu, a dokładna tożsamość tej aktywności jest nieznany. W artykule z 2016 r. uznano, że najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem wyniku z 1998 r. jest to, że wytworzone jądro złożone wyemitowało dwa neutrony, co doprowadziło do 290 114 i wychwytu elektronów do 290 113, podczas gdy więcej neutronów zostało wyemitowanych we wszystkich innych wytworzonych łańcuchach. Byłby to pierwszy raport o łańcuchu rozpadu z izotopu pierwiastka 113, ale nie został on wówczas rozpoznany, a przypisanie jest nadal niepewne. Podobna długowieczna aktywność obserwowana przez zespół ZIBJ w marcu 1999 r. w reakcji 242 Pu + 48 Ca może być spowodowana wychwytem elektronu córki 287 114, 287 113; to zadanie jest również niepewne.

Współpraca JINR–LLNL

Potwierdzone teraz odkrycie pierwiastka 114 miało miejsce w czerwcu 1999 roku, kiedy zespół ZIBJ powtórzył pierwszą reakcję 244 Pu + 48 Ca z 1998 roku; następnie zespół JINR zastosował tę samą technikę gorącej fuzji do syntezy pierwiastków 116 i 118 odpowiednio w 2000 i 2002 roku poprzez reakcje 248 Cm + 48 Ca i 249 Cf + 48 Ca. Następnie zwrócili uwagę na brakujące pierwiastki o nieparzystych numerach, ponieważ nieparzyste protony i prawdopodobnie neutrony utrudniałyby rozpad przez spontaniczne rozszczepienie i skutkowałyby dłuższymi łańcuchami rozpadów.

Pierwszy raport pierwiastka 113 miał miejsce w sierpniu 2003 roku, kiedy został zidentyfikowany jako produkt rozpadu alfa pierwiastka 115 . Element 115 został wyprodukowany przez bombardowanie celu z ameryku -243 pociskami wapniowymi-48. Współpraca JINR-LLNL opublikowała swoje wyniki w lutym 2004 roku:

243
95
Jestem
+ 48
20
Ca
291 115* → 288 115 + 3
nie
284 113 +
α
243
95
Jestem
+ 48
20
Ca
291 115* → 287 115 + 4
nie
283 113 +
α

Zaobserwowano cztery kolejne rozpady alfa, kończące się samorzutnym rozszczepieniem izotopów pierwiastka 105, dubnium .

Riken

Podczas gdy współpraca JINR-LLNL badała reakcje syntezy jądrowej z 48 Ca, zespół japońskich naukowców z Riken Nishina Center for Accelerator-Based Science w Wakō w Japonii, kierowany przez Kōsuke Moritę, badał reakcje zimnej fuzji. Morita wcześniej studiował syntezę superciężkich pierwiastków w JINR, zanim założył własny zespół w Riken. W 2001 roku jego zespół potwierdził odkrycia przez GSI pierwiastków 108 , 110 , 111 i 112. Następnie podjęli nową próbę na pierwiastku 113, używając tej samej reakcji 209 Bi + 70 Zn, którą GSI próbował bezskutecznie w 1998 roku. oczekiwana znacznie niższa wydajność niż w przypadku techniki gorącej fuzji z wapniem-48 opracowanej przez ZINR, zespół Riken zdecydował się na zastosowanie zimnej fuzji, ponieważ zsyntetyzowane izotopy rozpadłyby się na alfa do znanych nuklidów potomnych i uczyniłyby odkrycie znacznie bardziej pewnymi i nie wymagałyby użycia cele radioaktywne. W szczególności izotop 278 113, który ma zostać wytworzony w tej reakcji, rozpadłby się do znanego 266 Bh, który został zsyntetyzowany w 2000 roku przez zespół z Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) w Berkeley.

Bombardowanie 209 Bi 70 Zn w Riken rozpoczęło się we wrześniu 2003 roku. Zespół wykrył pojedynczy atom 278 113 w lipcu 2004 roku i opublikował swoje wyniki we wrześniu:

209
83
Bi
+ 70
30
Zn
279 113* → 278 113 +
nie

Zespół Riken zaobserwował cztery rozpady alfa z 278 113, tworząc łańcuch rozpadu przechodzący przez 274 Rg, 270 Mt i 266 Bh, zanim zakończył się spontanicznym rozszczepieniem 262 Db. Zaobserwowane przez nich dane dotyczące rozpadu alfa 266 Bh pokrywały się z danymi z 2000 r., potwierdzając ich twierdzenie. Spontaniczne rozszczepienie jego córki 262 Db nie było wcześniej znane; zespół amerykański zaobserwował jedynie rozpad alfa z tego nuklidu.

Droga do potwierdzenia

W przypadku stwierdzenia odkrycia nowego pierwiastka, Wspólna Grupa Robocza (JWP) Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC) oraz Międzynarodowej Unii Fizyki Czystej i Stosowanej (IUPAP) zbiera się w celu zbadania twierdzeń zgodnie z ich kryteriami do odkrycia nowego pierwiastka i decyduje o priorytecie naukowym i prawach do nazewnictwa pierwiastków. Zgodnie z kryteriami JWP odkrycie musi wykazać, że pierwiastek ma liczbę atomową różną od wszystkich wcześniej zaobserwowanych wartości. Powinno to również zostać powtórzone przez inne laboratoria, chociaż odstąpiono od tego wymogu w przypadku danych o bardzo wysokiej jakości. Taka demonstracja musi ustalić właściwości fizyczne lub chemiczne nowego pierwiastka i ustalić, że są one właściwościami wcześniej nieznanego pierwiastka. Głównymi technikami stosowanymi do wykazania liczby atomowej są reakcje krzyżowe (tworzenie zgłoszonych nuklidów jako rodziców lub potomków innych nuklidów wytworzonych w innej reakcji) oraz zakotwiczenie łańcuchów rozpadu do znanych nuklidów potomnych. Dla JWP pierwszeństwo z potwierdzenia ma pierwszeństwo przed datą pierwotnego roszczenia. Obie drużyny postanowiły potwierdzić swoje wyniki tymi metodami.

Podsumowanie łańcuchów rozpadu przechodzących przez izotopy pierwiastka 113, kończące się na mendelevium (pierwiastek 101) lub wcześniej. Dwa łańcuchy z nuklidami obramowanymi pogrubioną czcionką zostały zaakceptowane przez JWP jako dowód na odkrycie pierwiastka 113 i jego rodziców, pierwiastków 115 i 117.

2004-2008

W czerwcu 2004 roku i ponownie w grudniu 2005 roku, współpraca ZIBJ-LLNL wzmocnić swoje roszczenie za odkrycie pierwiastka 113 przez przeprowadzanie eksperymentów chemicznych na 268 Db , końcowy produkt gnijący od 288 115. To było cenne, jak żaden z nuklidów w tym rozpadu były wcześniej znane, więc ich twierdzenie nie było poparte żadnymi wcześniejszymi danymi eksperymentalnymi, a eksperymenty chemiczne wzmocniłyby argumenty za ich twierdzeniem, ponieważ chemia dubnium jest znana. 268 Db zostało pomyślnie zidentyfikowane poprzez ekstrakcję końcowych produktów rozpadu, pomiar aktywności spontanicznego rozszczepienia (SF) i użycie technik identyfikacji chemicznej w celu potwierdzenia, że ​​zachowują się jak pierwiastek grupy 5 (wiadomo, że dubniu należy do grupy 5). Zarówno okres półtrwania, jak i tryb rozpadu zostały potwierdzone dla proponowanego 268 Db, co potwierdza przypisanie jądra rodzicielskiego i potomnego do elementów odpowiednio 115 i 113. Dalsze eksperymenty w ZIBJ w 2005 r. potwierdziły obserwowane dane dotyczące rozpadu.

W listopadzie i grudniu 2004 r. zespół Riken badał reakcję 205 Tl + 70 Zn, kierując wiązkę cynku na tarczę talową, a nie bizmutową, w celu bezpośredniego wytworzenia 274 Rg w bombardowaniu krzyżowym, ponieważ jest to bezpośrednia córka z 278 113. Reakcja zakończyła się niepowodzeniem, ponieważ tarcza talowa była fizycznie słaba w porównaniu z częściej stosowanymi tarczami ołowianymi i bizmutowymi, a także uległa znacznemu pogorszeniu i stała się niejednolita pod względem grubości. Przyczyny tej słabości są nieznane, biorąc pod uwagę, że tal ma wyższą temperaturę topnienia niż bizmut. Zespół Riken powtórzył następnie pierwotną reakcję 209 Bi + 70 Zn i wyprodukował drugi atom 278 113 w kwietniu 2005, z łańcuchem rozpadu, który ponownie zakończył się spontanicznym rozszczepieniem 262 Db. Dane rozpadu różniły się nieco od danych z pierwszego łańcucha: mogło to wynikać z faktu, że cząstka alfa uciekła z detektora bez zdeponowania swojej pełnej energii, lub dlatego, że niektóre z produktów pośredniego rozpadu powstały w metastabilnych stanach izomerycznych .

W 2006 roku zespół z Heavy Ion Research Facility w Lanzhou w Chinach zbadał reakcję 243 Am + 26 Mg , w wyniku której powstały cztery atomy o masie 266 Bh. Wszystkie cztery łańcuchy rozpoczęły się rozpadem alfa do 262 Db; trzy łańcuchy kończyły się tam spontanicznym rozszczepieniem, jak w łańcuchach 278 113 obserwowanych w Riken, podczas gdy drugi kontynuował przez kolejny rozpad alfa do 258 Lr, jak w łańcuchach 266 Bh obserwowanych w LBNL.

W czerwcu 2006 roku współpraca JINR-LLNL twierdziła, że ​​zsyntetyzowano nowy izotop pierwiastka 113 bezpośrednio przez bombardowanie celu neptunium -237 przyspieszonymi jądrami wapnia-48:

237
93
Np
+ 48
20
Ca
285 113* → 282 113 + 3
nie

Wykryto dwa atomy 282 113. Celem tego eksperymentu była synteza izotopów 281 113 i 282 113, które wypełniłyby lukę pomiędzy izotopami wytworzonymi przez fuzję na gorąco ( 283 113 i 284 113) i fuzję na zimno ( 278 113). Po pięciu rozpadach alfa nuklidy te dotarłyby do znanych izotopów lawrencjum , zakładając, że łańcuchy rozpadu nie zostały przedwcześnie przerwane przez spontaniczne rozszczepienie. Pierwszy łańcuch rozpadu kończył się rozszczepieniem po czterech rozpadach alfa, prawdopodobnie pochodzących z 266 Db lub jego pochodnej 266 Rf wychwytującej elektrony . Spontanicznego rozszczepienia nie zaobserwowano w drugim łańcuchu nawet po czterech rozpadach alfa. Piąty rozpad alfa w każdym łańcuchu mógł zostać pominięty, ponieważ 266 Db może teoretycznie ulegać rozpadowi alfa, w którym to przypadku pierwszy łańcuch rozpadów zakończyłby się na znanym 262 Lr lub 262 No, a drugi mógłby kontynuować do znanego przeżył 258 Md, którego okres półtrwania wynosi 51,5 dnia, dłuższy niż czas trwania eksperymentu: wyjaśniałoby to brak spontanicznego zdarzenia rozszczepienia w tym łańcuchu. Wobec braku bezpośredniego wykrycia długożyciowych rozpadów alfa, interpretacje te pozostają niepotwierdzone i nadal nie ma znanego związku między superciężkimi nuklidami wytwarzanymi przez fuzję na gorąco a dobrze znaną główną częścią wykresu nuklidów.

2009-2015

JWP opublikowała swój raport na temat pierwiastków 113-116 i 118 w 2011 roku. Uznała współpracę JINR-LLNL za odkrycie pierwiastków 114 i 116, ale nie zaakceptowała roszczeń żadnego zespołu do pierwiastka 113 i nie przyjęła roszczeń JINR-LLNL do pierwiastki 115 i 118. Roszczenie JINR-LLNL do pierwiastków 115 i 113 zostało oparte na chemicznej identyfikacji ich pochodnego dubniu, ale JWP sprzeciwił się, że obecna teoria nie może odróżnić superciężkich pierwiastków grupy 4 i grupy 5 na podstawie ich właściwości chemicznych z wystarczającą ilością zaufanie, aby umożliwić to zadanie. Własności rozpadu wszystkich jąder w łańcuchu rozpadu pierwiastka 115 nie zostały wcześniej scharakteryzowane przed eksperymentami JINR, sytuacja, którą JWP ogólnie uważa za „kłopotliwą, ale niekoniecznie wykluczającą”, i przy małej liczbie atomów wytworzonych z żadnym znanych córek ani reakcji krzyżowych JWP uznała, że ​​ich kryteria nie zostały spełnione. JWP nie zaakceptowała twierdzenia zespołu Riken również z powodu niespójności w danych dotyczących rozpadu, małej liczby wyprodukowanych atomów pierwiastka 113 oraz braku jednoznacznych kotwic do znanych izotopów.

Na początku 2009 r. zespół Riken zsyntetyzował produkt rozpadu 266 Bh bezpośrednio w reakcji 248 Cm + 23 Na, aby ustalić jego połączenie z 278 113 jako bombardowanie krzyżowe. Ustalili również rozgałęziony rozpad 262 Db, który czasami ulegał spontanicznemu rozszczepieniu, a czasami ulegał wcześniej znanemu rozpadowi alfa do 258 Lr.

Pod koniec 2009 roku w ramach współpracy JINR–LLNL zbadano reakcję 249 Bk + 48 Ca w celu wytworzenia pierwiastka 117 , który rozpadłby się na pierwiastki 115 i 113 i wzmocnił ich twierdzenia w reakcji krzyżowej. Teraz dołączyli do nich naukowcy z Oak Ridge National Laboratory (ORNL) i Vanderbilt University , oba w Tennessee w Stanach Zjednoczonych, którzy pomogli uzyskać rzadki i wysoce radioaktywny cel berkelu niezbędny do ukończenia kampanii wapnia-48 JINR w celu syntezy najcięższych pierwiastków na Tabela okresowa. Zsyntetyzowano dwa izotopy pierwiastka 117, rozpadając się na pierwiastek 115, a następnie pierwiastek 113:

249
97
Bk
+ 48
20
Ca
297 117* → 294 117 + 3
nie
290 115 + α → 286 113 + α
249
97
Bk
+ 48
20
Ca
297 117* → 293 117 + 4
nie
289 115 + α → 285 113 + α

Nowe wyprodukowane izotopy 285 113 i 286 113 nie pokrywały się z wcześniej zastrzeganymi 282 113, 283 113 i 284 113, więc ta reakcja nie mogła być wykorzystana jako bombardowanie krzyżowe w celu potwierdzenia roszczeń z 2003 lub 2006 roku.

W marcu 2010 r. zespół Riken ponownie spróbował zsyntetyzować 274 Rg bezpośrednio w reakcji 205 Tl + 70 Zn przy użyciu zmodernizowanego sprzętu; znowu zawiedli i porzucili tę trasę krzyżowego bombardowania.

Po kolejnych 450 dniach napromieniania bizmutu pociskami cynkowymi Riken wyprodukował i zidentyfikował kolejne 278 113 atomów w sierpniu 2012 roku. Chociaż ceny energii elektrycznej wzrosły od trzęsienia ziemi i tsunami w Tōhoku w 2011 roku , Riken nakazał zamknięcie programów akceleracyjnych, aby zaoszczędzić pieniądze , zespół Mority mógł kontynuować jeden eksperyment i wybrali próbę potwierdzenia syntezy pierwiastka 113. W tym przypadku zaobserwowano serię sześciu rozpadów alfa, prowadzących do izotopu mendelewa :

278 113 →274
111
Rg
+
α
270
109
Mt
+
α
266
107
Bh
+
α
262
105
Db
+
α
258
103
Lr
+
α
254
101
Md
+
α

Ten łańcuch rozpadu różnił się od poprzednich obserwacji w Riken głównie w trybie rozpadu 262 Db, w którym wcześniej zaobserwowano spontaniczne rozszczepienie, ale w tym przypadku rozpad alfa; rozpad alfa od 262 Db do 258 Lr jest dobrze znany . Zespół obliczył prawdopodobieństwo przypadkowego zbiegu okoliczności na 10–28 lub całkowicie pomijalne. Powstały atom 254 Md przeszedł następnie wychwyt elektronów do 254 Fm , który przeszedł siódmy rozpad alfa w łańcuchu do długotrwałego 250 Cf , którego okres półtrwania wynosi około trzynastu lat.

249 Bk + 48 Ca eksperyment powtórzono w ZIBJ w 2012 i 2013 ze spójnych wyników, a ponownie w GSI w 2014. W sierpniu 2013 roku zespół naukowców z Uniwersytetu w Lund w Lund , w Szwecji, a na GSI ogłosił, że powtórzyli eksperyment z 2003 r. 243 Am + 48 Ca, potwierdzając wyniki współpracy JINR–LLNL. W tym samym roku eksperyment z 2003 r. został powtórzony w ZIBJ, tworząc teraz również izotop 289 115, który może służyć jako bombardowanie krzyżowe dla potwierdzenia odkrycia pierwiastka 117 izotopu 293 117, a także jego córki 285 113 jako części jego łańcucha rozpadu. Potwierdzenie 288 115 i jego córek zostało opublikowane przez zespół LBNL w 2015 roku.

Zatwierdzenie odkryć

W grudniu 2015 roku wnioski z nowego raportu JWP zostały opublikowane przez IUPAC w komunikacie prasowym, w którym element 113 przyznano Rikenowi; elementy 115, 117 i 118 zostały przyznane współpracy z udziałem ZIBJ. Wspólne ogłoszenie przez IUPAC i IUPAP w 2016 roku miało zbiegać się z publikacją raportów JWP, ale IUPAC zdecydował się na wcześniejsze wydanie, ponieważ wiadomość o przyznaniu Rikenowi kredytu za pierwiastek 113 wyciekła do japońskich gazet. Po raz pierwszy w historii zespół azjatyckich fizyków wymieniłby nowy element. JINR uznał, że przyznanie pierwiastka 113 firmie Riken jest nieoczekiwane, powołując się na własną produkcję pierwiastków 115 i 113 w 2003 r. oraz wskazując na precedensy pierwiastków 103 , 104 i 105 , w których IUPAC przyznał wspólne uznanie JINR i LBNL. Oświadczyli, że uszanowali decyzję IUPAC, ale ustalili swoje stanowisko zarezerwowali do oficjalnej publikacji raportów JWP.

Pełne raporty JWP zostały opublikowane w styczniu 2016 r. JWP uznał odkrycie pierwiastka 113, przyznając pierwszeństwo Rikenowi. Zauważyli, że chociaż poszczególne energie rozpadu każdego nuklidu w łańcuchu rozpadu 278 113 były niespójne, ich suma została teraz potwierdzona jako spójna, co silnie sugeruje, że stan początkowy i końcowy w 278 113 i jego córce 262 Db były takie same dla wszystkie trzy wydarzenia. Rozpad 262 Db do 258 Lr i 254 Md był wcześniej znany, mocno zakotwiczając łańcuch rozpadu 278 113 w znanych obszarach wykresu nuklidów. JWP uznał, że współpraca JINR-LLNL z 2004 i 2007 roku, produkująca pierwiastek 113 jako dziecko pierwiastka 115, nie spełniła kryteriów odkrycia, ponieważ nie określiła w sposób przekonujący liczby atomowej swoich nuklidów poprzez bombardowania krzyżowe, które uznano za konieczne, ponieważ ich łańcuchy rozpadu nie były zakotwiczone w znanych wcześniej nuklidach. Uważali również, że obawy poprzedniego JWP dotyczące ich chemicznej identyfikacji córki dubnium nie zostały odpowiednio uwzględnione. JWP uznał współpracę JINR–LLNL–ORNL–Vanderbilt z 2010 r. za odkrycie pierwiastków 117 i 115 i zaakceptował, że pierwiastek 113 został wyprodukowany jako ich córka, ale nie przyznał tej pracy wspólnego uznania.

Po opublikowaniu raportów JWP, Sergey Dimitriev, dyrektor laboratorium Flerov w ZIBJ, gdzie dokonano odkrycia, zauważył, że jest zadowolony z decyzji IUPAC, wspominając czas, jaki Riken spędził na swoim eksperymencie i dobre relacje z Moritą. , który nauczył się podstaw syntezy superciężkich pierwiastków na ZIBJ.

Argument sumaryczny wysunięty przez JWP w aprobacie odkrycia pierwiastka 113 został później skrytykowany w badaniu z maja 2016 r. przeprowadzonym przez Uniwersytet w Lund i GSI, ponieważ jest słuszny tylko wtedy, gdy w łańcuchu rozpadu nie zachodzi rozpad gamma ani wewnętrzna konwersja. co jest mało prawdopodobne w przypadku jąder nieparzystych, a niepewność energii rozpadów alfa mierzonych w łańcuchu rozpadów 278 113 nie była wystarczająco mała, aby wykluczyć tę możliwość. W takim przypadku podobieństwo czasów życia córek pośrednich staje się argumentem bez znaczenia, ponieważ różne izomery tego samego nuklidu mogą mieć różne okresy półtrwania: na przykład stan podstawowy 180 Ta ma okres półtrwania wynoszący godziny, ale nigdy nie zaobserwowano rozpadu stanu wzbudzonego 180m Ta . Badanie to znalazło powód, aby wątpić i krytykować zatwierdzenie przez IUPAC odkryć pierwiastków 115 i 117, ale dane z Riken dla pierwiastka 113 okazały się zgodne, a dane od zespołu JINR dla pierwiastków 115 i 113 prawdopodobnie tak są. , zatwierdzając w ten sposób zatwierdzenie przez IUPAC odkrycia pierwiastka 113. Dwóch członków zespołu JINR opublikowało artykuł w czasopiśmie obalający tę krytykę przeciwko zgodności ich danych dotyczących pierwiastków 113, 115 i 117 w czerwcu 2017 r.

Nazewnictwo

Główny badacz Kosuke Morita i prezydent Riken Hiroshi Matsumoto z Riken pokazują dodanie „Nh” do układu okresowego pierwiastków
Kōsuke Morita i Hiroshi Matsumoto , świętujący nadanie imion 1 grudnia 2016 r.

Używając nomenklatury Mendelejewa dla nienazwanych i nieodkrytych pierwiastków , nihonium byłoby znane jako eka-tal . W 1979 r. IUPAC opublikował zalecenia, zgodnie z którymi pierwiastek miał być nazywany ununtrium (z odpowiednim symbolem Uut ), systematyczną nazwą pierwiastka jako symbol zastępczy , do momentu potwierdzenia odkrycia pierwiastka i ustalenia nazwy. Zalecenia były szeroko stosowane w społeczności chemicznej na wszystkich poziomach, od klas chemii po zaawansowane podręczniki, ale w większości zostały zignorowane przez naukowców w tej dziedzinie, którzy nazwali je „pierwiastkiem 113” z symbolem E113 , (113) , a nawet po prostu 113 .

Przed uznaniem ich priorytetu przez JWP, zespół japoński nieoficjalnie proponował różne nazwy: japonium , od ich kraju ojczystego; nishinanium , na cześć japońskiego fizyka Yoshio Nishiny , „ojca założyciela współczesnych badań fizyki w Japonii”; i rikenium , po instytucie. Po uznaniu zespół Riken zebrał się w lutym 2016 roku, aby zdecydować o nazwie. Morita wyraził pragnienie, by nazwa uhonorowała fakt, że pierwiastek 113 został odkryty w Japonii. Rozważano Japonium , co sprawia, że ​​połączenie z Japonią jest łatwe do zidentyfikowania dla nie-Japończyków, ale zostało odrzucone, ponieważ Jap jest uważany za obelgę etniczną . Nazwa nihonium została wybrana po godzinie namysłu: pochodzi od nihon (日本) , jednej z dwóch japońskich wymowy nazwy Japonii. Odkrywcy zamierzali również odwołać się do poparcia swoich badań przez Japończyków (Riken jest prawie w całości finansowany przez rząd), odzyskać utraconą dumę i zaufanie do nauki wśród osób dotkniętych katastrofą nuklearną w Fukushimie Daiichi oraz uhonorować japońskiego chemika Masatakę Ogawę odkrycie renu w 1908 roku , który nazwał „nipponium” symbolem Np, po innej japońskiej wymowie japońskiej nazwy. Ponieważ twierdzenie Ogawy nie zostało zaakceptowane, nazwa „nipponium” nie mogła być ponownie użyta dla nowego pierwiastka, a jej symbol Np był od tego czasu używany dla neptunium . W marcu 2016 roku Morita zaproponował IUPAC nazwę „nihonium” z symbolem Nh. Nazewnictwo urzeczywistniało to, co od czasów twierdzenia Ogawy było narodowym marzeniem japońskiej nauki.

Była prezes IUPAP, Cecilia Jarlskog skarżyła się na Sympozjum Noblowskim na temat superciężkich elementów w zamku Bäckaskog w Szwecji w czerwcu 2016 r. na brak otwartości w procesie zatwierdzania nowych elementów i stwierdziła, że ​​uważa, iż praca JWP jest wadliwy i powinien zostać przerobiony przez nowego JWP. Ankieta przeprowadzona wśród fizyków wykazała, że ​​wielu uważało, że krytyka raportu JWP z 2016 r. Lund-GSI była zasadna, ale wnioski utrzymają się, jeśli prace zostaną przerobione, a nowy prezydent Bruce McKellar orzekł, że proponowane nazwiska powinny zostać opublikowane we wspólnym komunikacie prasowym IUPAP–IUPAC. W ten sposób IUPAC i IUPAP opublikowały propozycję nihonium w czerwcu i ustaliły pięciomiesięczny termin na zebranie komentarzy, po którym nazwa zostanie formalnie ustalona na konferencji. Nazwa została oficjalnie zatwierdzona w listopadzie 2016 r. Ceremonia nazwania nowego elementu odbyła się w Tokio w Japonii w marcu 2017 r. w obecności Naruhito , ówczesnego następcy tronu Japonii.

Izotopy

Lista izotopów nihonium
Izotop Pół życia
Tryb zaniku

Rok odkrycia

Reakcja na odkrycie
Wartość Ref
278 Nh 2,3 ms α 2004 209 Bi( 70 Zn,n)
282 Nh 73 ms α 2007 237 Np( 48 Ca,3n)
283 Nh 75 ms α 2004 287 Mc(-,α)
284 Nh 0,91 s α, WE 2004 288 Mc(—,α)
285 Nh 4,2 sekundy α 2010 289 Mc(-,α)
286 Nh 9,5 sekundy α 2010 290 Mc(—,α)
287 Nh 5,5 sekundy α 1999 287 Fl(e e )
290 Nh 2 sekundy α 1998 290 Fl(e e )

Nihonium nie ma stabilnych ani naturalnie występujących izotopów. W laboratorium zsyntetyzowano kilka izotopów promieniotwórczych, albo przez fuzję dwóch atomów, albo przez obserwację rozpadu cięższych pierwiastków. Doniesiono o ośmiu różnych izotopach nihonium o masach atomowych 278, 282–287 i 290 ( 287 Nh i 290 Nh są niepotwierdzone); wszystkie rozpadają się przez rozpad alfa do izotopów rentgenu ; istnieją przesłanki, że nihonium-284 może również rozpadać się poprzez wychwytywanie elektronów do copernicium -284.

Stabilność i okresy półtrwania

Wykres ciężkich nuklidów z ich znanymi i przewidywanymi okresami półtrwania (znane nuklidy pokazane z ramkami). Oczekuje się, że Nihonium (wiersz 113) znajduje się na „wyspie stabilności” (białe kółko), a zatem jego jądra są nieco bardziej stabilne, niż można by było przewidzieć; znane izotopy nihonium są zbyt ubogie w neutrony, aby znaleźć się na wyspie.

Stabilność jąder szybko spada wraz ze wzrostem liczby atomowej po pierwiastku kiur , 96, którego okres półtrwania jest ponad dziesięć tysięcy razy dłuższy niż każdego kolejnego pierwiastka. Wszystkie izotopy o liczbie atomowej powyżej 101 przejść rozpadu promieniotwórczego z półtrwania krótszy niż 30 godzin: to z powodu coraz większej Coulomba odpychania protonów, tak że silna siła jądrowa nie może posiadać jądro razem przeciwko spontanicznego rozszczepienia za długo . Obliczenia sugerują, że przy braku innych czynników stabilizujących pierwiastki o więcej niż 103 protonach nie powinny istnieć. Naukowcy w latach 60. sugerowali, że zamknięte powłoki jądrowe około 114 protonów i 184 neutronów powinny przeciwdziałać tej niestabilności i stworzyć „ wyspę stabilności ” zawierającą nuklidy o okresie połowicznego rozpadu sięgającym tysięcy lub milionów lat. Istnienie wyspy jest wciąż nieudowodnione, ale istnienie superciężkich pierwiastków (w tym nihonium) potwierdza, że ​​efekt stabilizujący jest rzeczywisty i ogólnie znane superciężkie nuklidy wydłużają się w miarę zbliżania się do przewidywanego położenia wyspy.

Wszystkie izotopy nihonium są niestabilne i radioaktywne; cięższe izotopy nihonium są bardziej stabilne niż lżejsze, ponieważ znajdują się bliżej centrum wyspy. Najbardziej stabilny znany izotop nihonium, 286 Nh, jest również najcięższy; ma okres półtrwania 8 sekund. Izotop 285 Nh, a także niepotwierdzone 287 Nh i 290 Nh, również mają okres półtrwania ponad sekundę. Izotopy 284 Nh i 283 Nh mają okresy półtrwania odpowiednio 1 i 0,1 sekundy. Pozostałe dwa izotopy mają okres półtrwania od 0,1 do 100 milisekund: 282 Nh ma okres półtrwania 70 milisekund, a 278 Nh, najlżejszy znany izotop nihonium, ma również najkrótszy okres półtrwania 1,4 milisekundy . Ten szybki wzrost okresów półtrwania w pobliżu zamkniętej powłoki neutronowej przy N = 184 jest widoczny w roentgenium, copernicium i nihonium (pierwiastki od 111 do 113), gdzie każdy dodatkowy neutron dotychczas mnożył okres półtrwania od 5 do 20.

Przewidywane właściwości

Zmierzono bardzo niewiele właściwości nihonium lub jego związków; wynika to z bardzo ograniczonej i kosztownej produkcji oraz z faktu, że bardzo szybko się psuje. Właściwości nihonium w większości pozostają nieznane i dostępne są tylko przewidywania.

Fizyczne i atomowe

Poziomy energii atomowej najbardziej zewnętrznych elektronów s, p i d talu i nihonu

Nihonium jest pierwszym członkiem serii pierwiastków 7p i najcięższym pierwiastkiem grupy 13 w układzie okresowym, poniżej boru , glinu , galu , indu i talu . Wszystkie pierwiastki z grupy 13 z wyjątkiem boru są metalami i oczekuje się, że nihonium pójdzie w ich ślady. Przewiduje się, że Nihonium będzie wykazywać wiele różnic w stosunku do lżejszych homologów. Główną tego przyczyną jest oddziaływanie spin-orbita (SO) , które jest szczególnie silne w przypadku superciężkich pierwiastków , ponieważ ich elektrony poruszają się znacznie szybciej niż w lżejszych atomach, z prędkościami bliskimi prędkości światła . W stosunku do atomów nihonium obniża poziom energii elektronów 7s i 7p (stabilizując te elektrony), ale dwa z poziomów energii elektronów 7p są stabilizowane bardziej niż pozostałe cztery. Stabilizacja elektronów 7s nazywana jest efektem pary bezwładności , a rozdzielenie podpowłoki 7p na bardziej i mniej ustabilizowane części nazywa się rozszczepieniem podpowłoki. Chemicy obliczeniowi widzą podział jako zmianę drugiej, azymutalnej liczby kwantowej l , z 1 na 1/2 i 3/2 odpowiednio dla mniej i bardziej ustabilizowanych części podpowłoki 7p. Dla celów teoretycznych można przedstawić konfigurację elektronu walencyjnego, aby odzwierciedlić podział podpowłoki 7p jako 7s 2,  7p 1/2 1 . Oczekuje się, że pierwsza energia jonizacji nihonu wyniesie 7,306  eV , najwyższa wśród metali z grupy 13. Podobne rozszczepienie podpowłok powinno istnieć dla poziomów elektronów 6d, przy czym cztery to 6d 3/2, a sześć to 6d 5/2 . Oba te poziomy są podniesione, aby były bliskie energii 7s, wystarczająco wysokie, aby być chemicznie aktywne. Pozwoliłoby to na istnienie egzotycznych związków nioniowych bez lżejszych analogów grupy 13.

Trendy okresowe przewidują, że nihonium ma promień atomowy większy niż tal, ponieważ jest o jeden okres dalej w układzie okresowym, ale obliczenia sugerują, że nihonium ma promień atomowy około 170 pm, taki sam jak tal, ze względu na relatywistyczna stabilizacja i skurcz orbitali 7s i 7p 1/2 . Oczekuje się więc, że nihonium będzie znacznie gęstszy niż tal, z przewidywaną gęstością około 16 do 18 g/cm 3 w porównaniu z talem 11,85 g/cm 3 , ponieważ atomy nionu są cięższe niż atomy talu, ale mają taką samą objętość. Oczekuje się, że luzem nihonium będzie mieć heksagonalną, gęsto upakowaną strukturę krystaliczną, taką jak tal. Przewiduje się, że temperatury topnienia i wrzenia nihonium wynoszą odpowiednio 430 ° C i 1100 ° C, przekraczając wartości dla galu, indu i talu, zgodnie z okresowymi trendami. Nihonium powinno mieć moduł objętościowy 20,8 GPa, około połowy talu (43 GPa).

Chemiczny

Oczekuje się, że chemia nihonium będzie bardzo różna od chemii talu. Ta różnica wynika z rozszczepienia spinowo-orbitalnego powłoki 7p, co powoduje, że nihonium znajduje się między dwoma stosunkowo obojętnymi pierwiastkami o zamkniętej powłoce ( copernicium i flerovium ), co jest bezprecedensową sytuacją w układzie okresowym. Oczekuje się, że nihonium będzie mniej reaktywny niż tal, ze względu na większą stabilizację i wynikającą z tego nieaktywność chemiczną podpowłoki 7s w niku w porównaniu z podpowłoką 6s w talu. Przewiduje się, że standardowy potencjał elektrody dla pary Nh + /Nh wynosi 0,6 V. Nihonium powinien być raczej metalem szlachetnym .

Pierwiastki metaliczne z grupy 13 występują zazwyczaj na dwóch stopniach utlenienia : +1 i +3. Pierwsze wynika z zaangażowania tylko jednego elektronu p w wiązanie, a drugie z zaangażowania wszystkich trzech elektronów walencyjnych, dwóch w podpowłoce s i jednego w podpowłoce p. Idąc w dół grupy, energie wiązań maleją, a stan +3 staje się mniej stabilny, ponieważ energia uwolniona podczas tworzenia dwóch dodatkowych wiązań i osiągania stanu +3 nie zawsze jest wystarczająca, aby przeważyć energię potrzebną do zaangażowania s-elektronów. Stąd, dla aluminium i galu +3 jest najbardziej stabilnym stanem, ale +1 zyskuje na znaczeniu dla indu i przy talu staje się bardziej stabilny niż stan +3. Oczekuje się, że nihonium będzie kontynuować ten trend i ma +1 jako najbardziej stabilny stan utlenienia.

Najprostszym możliwym związkiem nioniowym jest monowodorek NHH. Wiązanie zapewnia 7p 1/2 elektronu nioniowego i 1s elektronu wodoru. Oddziaływanie SO powoduje zmniejszenie energii wiązania monowodorku jonu o około 1 eV i zmniejszenie długości wiązania jon-wodór w miarę relatywistycznego skurczu orbitalu 7p 1/2 . Jest to wyjątkowe wśród monowodorków pierwiastków 7p; wszystkie inne mają relatywistyczne wydłużenie długości wiązania zamiast skrócenia. Innym efektem interakcji SO jest to, że oczekuje się, że wiązanie Nh-H będzie miało znaczący charakter wiązania pi (zachodzenie na orbitę), w przeciwieństwie do prawie czystego wiązania sigma (zachodzenie na orbitę) w monowodorku talu (TlH). Analogiczny Fluorkowo (NH F ) powinny też istnieje. Przewiduje się, że nihonium(I) jest bardziej podobne do srebra (I) niż talu(I): oczekuje się, że jon Nh + będzie chętniej wiązał aniony , tak więc NhCl powinien być całkiem rozpuszczalny w nadmiarze kwasu solnego lub amoniaku ; T1Cl nie jest. W przeciwieństwie do Tl + , który w roztworze tworzy silnie zasadowy wodorotlenek ( TlOH ), kation Nh + powinien hydrolizować aż do amfoterycznego tlenku Nh 2 O, który byłby rozpuszczalny w wodnym amoniaku i słabo rozpuszczalny w wodzie.

Adsorpcji zachowanie nihonium na złocie Oczekuje się powierzchnie w thermochromatographical eksperymenty, aby być bliżej niż Astat niż talu. Destabilizacja podpowłoki 7p 3/2 skutecznie prowadzi do zamknięcia powłoki walencyjnej w konfiguracji 7s 2  7p 2 zamiast oczekiwanej konfiguracji 7s 2  7p 6 z jej stabilnym oktetem. Jako taki, nihonium, podobnie jak astatyn, można uznać za jeden elektron p za zamknięty w powłoce walencyjnej. Stąd, mimo że nihonium należy do grupy 13, ma kilka właściwości podobnych do pierwiastków z grupy 17. ( Tennessine w grupie 17 ma pewne właściwości podobne do grupy 13, ponieważ ma trzy elektrony walencyjne poza zamkniętą powłoką 7s 2  7p 2. ) Oczekuje się, że nihonium będzie w stanie uzyskać elektron, aby osiągnąć tę konfigurację zamkniętej powłoki, tworząc -1 stopień utlenienia jak halogeny ( fluor , chlor , brom , jod , i astat). Ten stan powinien być bardziej stabilny niż w przypadku talu, ponieważ rozszczepienie SO podpowłoki 7p jest większe niż w przypadku podpowłoki 6p. Nihonium powinno być najbardziej elektroujemnym spośród pierwiastków metalicznych 13, nawet bardziej elektroujemnym niż tennessine, kongener halogenów z okresu 7: w związku NhTs oczekuje się, że ładunek ujemny będzie na atomie nihonium, a nie na atomie tennessine. Utlenianie -1 powinno być bardziej stabilne dla nihonium niż dla tennessyny. Obliczono, że powinowactwo elektronowe nihonium wynosi około 0,68 eV, więcej niż talu przy 0,4 eV; Oczekuje się, że tennessine wyniesie 1,8 eV, najniższy w swojej grupie. Teoretycznie przewiduje się, że nihonium powinno mieć entalpię sublimacji około 150 kJ/mol i entalpię adsorpcji na powierzchni złota około -159 kJ/mol.

Model szkieletowy cząsteczki trygonalnej z centralnym atomem (borem) związanym symetrycznie z trzema peryferyjnymi (chlorowymi) atomami
BCl
3
ma strukturę trygonalną.
Model szkieletowy płaskiej cząsteczki z centralnym atomem (jodem) symetrycznie związanym z trzema atomami (chloru), tworząc dużą prostokątną 2
NhCl
3
przewiduje się, że ma kształt litery T.

Oczekuje się znacznego zaangażowania 6d w wiązaniu Nh-Au, chociaż oczekuje się, że będzie ono bardziej niestabilne niż wiązanie Tl-Au i całkowicie z powodu oddziaływań magnetycznych. Rodzi to możliwość pewnego charakteru metalu przejściowego dla nihonium. Na podstawie małej przerwy energetycznej między elektronami 6d i 7s sugerowano wyższe stopnie utlenienia +3 i +5 dla nihonu. Niektóre proste związki z nioniem na stopniu utlenienia +3 to trójwodorek (NhH 3 ), trifluorek (NhF 3 ) i trichlorek (Nh Cl 3 ). Przewiduje się, że cząsteczki te mają kształt litery T, a nie są trygonalne, jak ich borowe analogi: wynika to z wpływu elektronów 6d 5/2 na wiązanie. Cięższe nihonium tribromek (NH Br, 3 ) i trójjodek (NH I 3 ) mają płaski trójkątny ze względu na zwiększoną zawadę odpychania pomiędzy atomami obwodowych; w związku z tym nie wykazują znaczącego zaangażowania 6d w ich wiązanie, chociaż duża przerwa energetyczna 7s–7p oznacza, że ​​wykazują zmniejszoną hybrydyzację sp 2 w porównaniu z ich analogami borowymi.

Wiązanie w lżejszych cząsteczkach NhX 3 można uznać za wiązanie liniowego NhX+
2
gatunek (podobny do HgF 2 lub AuF
2
) z dodatkowym wiązaniem Nh-X obejmującym orbital 7p nioniowy prostopadły do ​​pozostałych dwóch ligandów. Wszystkie związki te są spodziewane jest wysoce niestabilna w kierunku utraty X, 2 cząsteczki i reduktorem nihonium (I):

NhX 3 → NhX + X 2

Nihonium zatem kontynuuje trend w dół grupy 13 o zmniejszonej stabilności stopnia utlenienia +3, ponieważ wszystkie pięć z tych związków ma niższe energie reakcji niż nieznany jodek talu (III). Stan +3 jest stabilizowany dla talu w anionowych kompleksach, takich jak TlI
4
oczekuje się, że obecność ewentualnego wolnego miejsca koordynacji na lżejszych trójhalogenkach nihonu w kształcie litery T umożliwi podobną stabilizację NHF
4
i być może NhCl
4
.

Stopień utlenienia +5 jest nieznany dla wszystkich lżejszych pierwiastków z grupy 13: obliczenia przewidują, że pentawodorek nihonu (NhH 5 ) i pentafluorek (NhF 5 ) powinny mieć kwadratową piramidalną geometrię cząsteczkową , ale także, że oba byłyby wysoce niestabilne termodynamicznie na utratę Cząsteczka X 2 i redukcja do nihonium(III). Pomimo jego niestabilności, możliwe istnienie pentafluorku nihonu jest całkowicie spowodowane efektami relatywistycznymi umożliwiającymi udział elektronów 6d w wiązaniu. Ponownie, spodziewana jest pewna stabilizacja kompleksów anionowych, takich jak NhF
6
. Struktury cząsteczek trifluorku i pentafluorku nihonium są takie same jak dla trifluorku i pentafluorku chloru .

Chemia eksperymentalna

Właściwości chemiczne nihonium nie zostały jeszcze jednoznacznie określone. Izotopy 284 Nh, 285 Nh i 286 Nh mają wystarczająco długi okres półtrwania do badań chemicznych. W latach 2010-2012 w ZIBJ przeprowadzono kilka wstępnych eksperymentów chemicznych w celu określenia lotności nikonu. Zbadano izotop 284 Nh, który powstał jako córka 288 Mc wytworzonego w reakcji 243 Am+ 48 Ca. Atomy nihoniowe zsyntetyzowano w komorze odrzutu, a następnie przeniesiono przez kapilary z politetrafluoroetylenu (PTFE) w temperaturze 70 °C za pomocą gazu nośnego do pokrytych złotem detektorów. Wyprodukowano około dziesięciu do dwudziestu atomów o masie 284 Nh, ale żaden z tych atomów nie został zarejestrowany przez detektory, co sugeruje, że nihonium miał podobną lotność do gazów szlachetnych (a zatem dyfundował zbyt szybko, aby można go było wykryć), albo, co bardziej prawdopodobne, że czysty nihonium nie był bardzo lotny i dlatego nie mógł skutecznie przejść przez kapilary PTFE. Tworzenie wodorotlenku NhOH powinno ułatwić transport, ponieważ oczekuje się, że wodorotlenek nioniowy będzie bardziej lotny niż pierwiastkowy jon jonowy, a tę reakcję można ułatwić przez dodanie większej ilości pary wodnej do gazu nośnego. Wydaje się prawdopodobne, że ta formacja nie jest faworyzowana kinetycznie, więc dłużej żyjące izotopy 285 Nh i 286 Nh uznano za bardziej pożądane dla przyszłych eksperymentów.

Eksperyment w ZIBJ z 2017 roku, wytwarzający 284 Nh i 285 Nh w reakcji 243 Am+ 48 Ca jako córki 288 Mc i 289 Mc, pozwolił uniknąć tego problemu, usuwając powierzchnię kwarcu, używając tylko PTFE. Po separacji chemicznej nie zaobserwowano atomów nikonu, co sugeruje nieoczekiwanie dużą retencję atomów nihonu na powierzchniach PTFE. Ten eksperymentalny wynik dla granicy interakcji atomów nikonu z powierzchnią PTFE (-Δ HReklamy PTFE
(Nh) > 45 kJ/mol)
znacznie nie zgadza się z wcześniejszą teorią, która zakładała niższą wartość 14,00 kJ/mol. Sugeruje to, że gatunki nihonium biorące udział w poprzednim eksperymencie prawdopodobnie nie były pierwiastkowym nihonium, ale raczej wodorotlenkiem nihonium, i że techniki wysokotemperaturowe, takie jak chromatografia próżniowa, byłyby konieczne do dalszego badania zachowania pierwiastkowego nihonium. Brom nasycony tribromkiem boru został zasugerowany jako gaz nośny w eksperymentach dotyczących chemii nioniowej; utlenia to lżejszy kongener talu nihonu do talu(III), zapewniając możliwość badania stanów utlenienia nihoniu, podobnie jak we wcześniejszych eksperymentach przeprowadzonych na bromkach pierwiastków grupy 5, w tym superciężkim dubniu .

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Bibliografia

Linki zewnętrzne