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   112Cn
氢(非金属) 氦(惰性气体)
锂(碱金属) 铍(碱土金属) 硼(类金属) 碳(非金属) 氮(非金属) 氧(非金属) 氟(卤素) 氖(惰性气体)
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(Uhb)
𬬭
概况
名称·符号·序数(Copernicium)·Cn·112
元素类别过渡金属
·周期·12 ·7·d
标准原子质量[285]
电子排布[Rn] 5f14 6d10 7s2
2, 8, 18, 32, 32, 18, 2
鎶的电子层(2, 8, 18, 32, 32, 18, 2)
历史
发现重离子研究所(1996年)
物理性质
物态液体(预测)
密度(接近室温
23.7 g·cm−3
沸点357+112
−108
K84+112
−108
°C183+202
−194
°F
蒸气压
原子性质
氧化态4, 2, 1, 0
(预测)
电离能第一:1154.9 kJ·mol−1

第二:2170.0 kJ·mol−1
第三:3164.7 kJ·mol−1

更多
原子半径147 pm
共价半径122 pm
(预测)
杂项
晶体结构六方密排
(预测)
CAS号54084-26-3
最稳定同位素
主条目:[[的同位素]]
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
285Cn 人造 29 s α 9.15, 9.03? 281Ds
283Cn 人造 4 s 90% α 9.53, 9.32, 8.94 279Ds
10% SF -

拼音ɡē注音ㄍㄜ粤拼go1,音同“哥”;英语:Copernicium),是一种放射性人工合成化学元素,其化学符号Cn原子序数为112。放射性极强,会通过α衰变成为273Ds半衰期最长的同位素285Cn,有29秒。位于德国达姆施塔特重离子研究所(GSI),由西格・霍夫曼英语Sigurd Hofmann维克托・尼诺夫英语Victor Ninov领导的研究团队在1996年首次合成出

元素周期表中,属于d区元素,同时也是锕系后元素的化学反应显示,它是一种易挥发的金属。计算显示,与比它轻的同族元素有较大的差异。最显著的不同就是会在失去7s电子层前先失去两个6d层的电子。因此,根据相对论效应,会是一种过渡金属。通过计算,科学家还发现Cn能呈稳定的+4氧化态,而则仅能在极端条件下呈+4态,则不能呈+4态。科学家也精确地预测了从游离态到化合态所需的能量。

只能在实验室中经人工合成,截至目前,科学家用不同的核反应合成了75个原子。

历史

发现

位于德国达姆施塔特重离子研究所(GSI),由西格·霍夫曼和维克托·尼诺夫领导的研究团队在1996年首次合成出元素。他们在重离子加速器中用高速运行的70原子束轰击208目标体,获得一颗半衰期仅为0.24毫秒的277Cn原子(另一颗被击散)。制取该元素的核反应方程式为:

2002年重离子研究所重复相同的实验,再次得到一个原子。2004年,日本一家研究机构也合成出了两个原子。

名称

国际纯化学与应用化学联盟(IUPAC)在经过长期验证后,于2009年6月正式承认第112号元素的合成,并随后邀请霍夫曼领导的团队为112号元素提出一个永久名称。2009年7月17日,该团队提议将112号元素命名为Copernicium,缩写Cp,以纪念著名天文学家哥白尼(Copernicus)。他们称,将其命名为Cp的原因,是由哥白尼所提出的日心说与化学中的原子结构(卢瑟福模型)有很多相似之处。

Cp这个名称当时未获得IUPAC的正式承认。IUPAC在此后6个月的时间内进行审议,听取科学界的意见,并于2010年1月公布审议的结果。2009年9月,《自然》杂志上的一篇文章指出符号Cp曾用于元素(Lutetium)的旧称(Cassiopeium),现在在配位化学中亦用于指环戊二烯Cyclopentadiene)配位体。根据目前IUPAC对元素的命名规则,新元素的提议名称是不得与其他元素名称或符号重复的。考虑到上述情况,为了避免歧义,IUPAC已把提议中的符号Cp改为CnCopernicium)。

2010年2月19日,德国重离子研究所正式宣布,经国际纯粹与应用化学联合会确认,由该所人工合成的第112号化学元素从即日起获正式名称“Copernicium”,相应的元素符号为“Cn”。

在台湾,此元素之中文名称由国立编译馆化学名词审议委员会和中国化学会名词委员会开会讨论后决定命名为

中华人民共和国全国科学技术名词审定委员会于2012年1月确定了(读音同“哥”)的简体中文名称,获国家语言文字工作委员会批准后进入国家规范用字。

核合成

元素等超重元素都是在粒子加速器中用离子轰击轻元素,诱导核聚变反应而产生的。大部分的同位素可用这种方式直接合成,但一些较重的则只发现于更重元素的衰变产物中。

核聚变反应根据所涉及的能量被分为“热聚变”和“冷聚变”。在热核聚变反应中,高能量的轻离子加速撞向质量高的目标体(多数用锕系元素),从而产生高激发能(约40至50 MeV)的复核,并可能释放3至5个中子。在冷聚变反应中,产生的原子核激发能(约10至20 MeV)相对较低,这降低了发生裂变反应的概率。原子核冷却到基态时,只释放一个或两个中子,因此产物的中子数可较高。此处所说的冷聚变反应有别于在室温条件下发生的核聚变反应(见冷聚变)。

冷聚变

1996年重离子研究所首次进行合成的冷核聚变反应,并报告检测到两个277Cn的衰变链。

2000年,他们撤回了这项发现。在2000年重复进行的反应中,他们又合成了一个原子。他们在2002年试图测量1n激发能时,因70Zn束失败而未能取得结果。日本理化学研究所于2004年证实了277Cn的发现。他们进一步发现了两个277Cn原子,并确认了整个衰变链的衰变数据。

277Cn合成成功后,重离子研究所在1997年使用68Zn进行了反应,以研究同位旋(富含中子)对化学产量的影响。

科学家发现,用62Ni和64Ni离子合成𫟼同位素时能提高产量,因此开启了这项实验。由于没有检测到275Cn的衰变链,所以截面限制在1.2 pb。

1990年,一些初步迹象显示,用能量为几个GeV的质子照射目标体后,形成了的同位素。重离子研究所和耶路撒冷大学因此合作研究了下列反应。

他们探测到一些自发裂变活动和12.5 MeV能量的α衰变,并将两者的源头指向辐射俘获产物272Cn或1n蒸发残留物271Cn。要证实这些结论,需要进行更多的研究。

热聚变

1998年,俄罗斯杜布纳Flerov核研究实验室(FLNR)开始了一个研究项目:使用钙-48核的热聚变反应来合成超重元素。1998年3月,他们声称已经达到以下反应:

(x=3,4)

新合成的283Cn自发裂变成较轻的核素,半衰期约为5分钟。

该产物的半衰期足够长,所以科学家首次开始针对进行化学气态实验。2000年,杜布纳的Yuri Yukashev重复实验,但未能证实任何半衰期为5分钟的自发裂变。2001年重复的实验中,自发裂变产生的八块碎片积累于低温部分,这表明具有类似的属性。不过,现在有些科学家高度怀疑这些结果的由来。为了确认的合成,同一个团队在2003年1月成功地重复了反应,证实了衰变模式和半衰期。他们还能够计算出自发裂变活动质量的估值,约为285。这有助证实该同位素的发现。

美国劳伦斯伯克利国家实验室团队在2002年进行反应时无法检测到任何自发裂变,计算的截面限制在1.6 pb。

2003至2004年,杜布纳的团队使用了“杜布纳天然气填充反冲分离器”(DGFRS)重复进行了反应。这一次,283Cn以9.53 MeV进行α衰变,半衰期约为4分钟。研究人员也在4n通道中观察到282Cn(释放出4个中子)。

2003年,德国重离子研究所也参与寻找长度为5分钟的自发裂变活动。和杜布纳团队的结果相似,他们也能够在低温部分探测到七块自发裂变碎片。然而,这些自发裂变事件之间并无关联,因此不是原子核直接自发裂变产生的。这使科学家质疑的化学特性是否真的和氡相似。在杜布纳团队公布283Cn的不同衰变属性后,重离子研究所团队在2004年9月重复进行实验。他们无法检测到任何自发裂变事件,并计算出检测一个事件的截面限制,约为1.6 pb。

2005年5月,重离子研究所进行了物理实验,探测到单个283Cn原子进行了短半衰期的自发裂变,这意味着存在未知的自发裂变分支。然而,杜布纳一开始已观察到数次直接的自发裂变事件,但他们假定没有探测到母核的α衰变。这些结果表明实际并不存在这个母核的α衰变事件。

2006年,保罗谢尔研究所和Flerov核研究实验室联合进行实验,以研究的化学性质。实验证实了283Cn的新衰变数据。他们在287Fl的衰变产物中观测到两个283Cn原子。实验表明,具有12族典型的属性,是化学性质不稳定的金属。

重离子研究所的小组在2007年1月成功地重现了他们的物理实验,并检测到三个283Cn原子,终于确认了283Cn的确是经α衰变和自发裂变的。

长度为5分钟的自发裂变活动至今尚待证实。它可能源自一种同核异构体:283bCn。其产量收到了具体生产方式的影响。

Flerov核研究实验室小组于2004年研究了这个反应。他们无法检测到任何原子,计算的截面限制为0.6 pb。该小组认为,这表明中子质量数会影响复核的蒸发残渣的产量。

衰变产物

蒸发残留 观测到的同位素
285Fl 281Cn
294Og, 290Lv, 286Fl 282Cn
291Lv, 287Fl 283Cn
292Lv, 288Fl 284Cn
293Lv, 289Fl 285Cn

科学家也曾在Fl的衰变产物中观察到𫓧目前有五种已知的同位素,全都会经α衰变成为原子,质量数介乎281至285。其中质量数281、284和285的同位素迄今只出现在Fl的衰变产物中。Fl本身也是𫟷Og的衰变产物。至今已知的其他元素都不会衰变成

例如,2006年5月,杜布纳小组(联合核研究所)确定282Cn是Og的α衰变链的最终产物。该产物经过自发裂变成为较轻的核素。

于1999年科学家声称合成了293Og,报告指出281Cn以10.68MeV能量进行α衰变,半衰期为0.9毫秒。报告在2001年遭撤回。293Og终于在2010年被合成,其衰变特性不符合此前的数据。

化学属性

推算的化学属性

氧化态

是6d系的最后一个过渡金属,是元素周期表中12族最重的元素,位于下面。科学家预测,与其他较轻的12族元素在属性上有显著差异。由于7s电子轨道的稳定加上相对论效应,6d轨道较不稳定性,因此Cn2+离子的电子排布很可能是[Rn]5f146d87s2,这和同族元素是不同的。在水溶液中,很可能形成+2和+4氧化态,后者更稳定。在较轻的12族元素里,+2氧化态是最常见的,而只有汞能呈+4氧化态,但极少见。唯一一个已知的四价汞化合物(四氟化汞,HgF4)也只能在极端条件下存在。 类似的化合物CnF4、CnO2预计将更加稳定。双原子离子Hg2+
2
中汞具有+1态,但是Cn2+
2
离子预计将不稳定,甚至不存在。

实验化学

原子气态

有基态电子排布为[Rn]5f146d107s2,所以根据构造原理应该属于周期表的12族。因此,它的属性应表现为汞的较重同系物,可与等贵金属形成二元化合物的化学实验主要研究在不同温度下在金箔表面的吸附作用,从而计算出吸附焓值。由于7s轨道电子相对稳定,表现出类似氡的属性。实验同时形成了汞和氡的放射性同位素,这使科学家能够比较这些元素的吸附特性。

最初的化学实验使用了238U(48Ca,3n)283Cn反应。实验检测到目标同位素的自发裂变,半衰期为5分钟。分析数据表明,的挥发性比汞高,并似乎具有惰性气体的属性。然而,由于未能确定283Cn同位素的发现,因此科学家对这些化学实验结果是持着疑问的。2006年4月至5月,Flerov核研究实验室和保罗谢尔研究所的联合团队在联合核研究所进行了𫓧的合成实验:242Pu(48Ca,3n)287Fl,并在衰变产物中对283Cn进行研究。该实验明确探测到两个283Cn原子,并发现和金会产生弱金属-金属键。这意味着是具高挥发性的汞同系物,明确属于12族。

2007年4月,科学家重复进行了这条反应,又合成了三个283Cn原子。该实验证实了的吸附特性,结果表示完全具有12族中的最重元素的应有属性。

外部链接


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