【元素】鏌 - 反重力素材

鏌的電子層（2, 8, 18, 32, 32, 18, 5（預測））

鏌（英語：Moscovium），是一種人工合成的化學元素，其化學符號為Mc，原子序數為115。鏌是一種放射性極強的超重元素，所有同位素的半衰期都極短，極為不穩定，其最長壽的已知同位素為鏌-290，半衰期僅0.65秒。鏌不出現在自然界中，只能在實驗室內以粒子加速器人工合成，於2003年用鈣-48離子撞擊鋂而發現。至今約有100個鏌原子被探測到，所發現原子的質量數介於286至290間。

俄羅斯及美國科學家組成的團隊發現鈇後，於2003年在俄羅斯杜布納聯合原子核研究所（JINR）所合成。2015年12月，其被國際純化學和應用化學聯合會（IUPAC）和國際純粹與應用物理學聯合會（IUPAP）的聯合工作團隊認定為四個新元素之一，於2016年11月28日，正式以莫斯科州之名，將此元素命名為鏌，而莫斯科州正是杜布納聯合原子核研究所的所在地。

在元素週期表中，鏌是位於p區的錒系後元素，屬於第7週期、第15族（氮族），是已知最重的氮族成員。由於沒有足夠穩定的同位素，因此目前未能通過化學實驗來驗證鏌是否與同族中第二重的元素鉍有著相似的化學特性。根據計算，鏌可能與同族中較輕的元素（氮、磷、砷、銻）有類似的化學性質，且屬於後過渡金屬，儘管計算也顯示鏌的某些性質可能和同族元素有較大差異。此外，鏌的性質可能也與鉈有顯著的相似之處，因為兩者在準閉合殼層之外，皆具有一個不太被束縛的電子。

核融合反應的圖示。兩個原子核融合成一個，並發射出一個中子，在這一刻，這個反應和用來創造新元素的反應是相似的，唯一可能的區別是它有時會釋放幾個中子，或者根本不釋放中子。

概論

超重元素的合成

超重元素的原子核是在兩個不同大小的原子核的聚變中產生的。粗略地說，兩個原子核的質量之差越大，兩者就越有可能發生反應。由較重原子核組成的物質會作為靶子，被較輕原子核的粒子束轟擊。兩個原子核只能在距離足夠近的時候，才能聚變成一個原子核。原子核都帶正電荷，會因為靜電排斥力而相互排斥，所以只有兩個原子核的距離足夠短時，強核力才能克服這個排斥力並發生聚變。粒子束因此被粒子加速器大大加速，以使這種排斥力與粒子束的速度相比變得微不足道。施加到粒子束上以加速它們的能量可以使它們的速度達到光速的十分之一。但是，如果施加太多能量，粒子束可能會分崩離析。 不過，只是靠得足夠近不足以使兩個原子核融合：當兩個原子核逼近彼此時，它們通常會融為一體約10−20秒，之後再分開（分開後的原子核不需要和先前相撞的原子核相同），而非形成單一的原子核。這是因為在嘗試形成單個原子核的過程中，靜電排斥力會撕開正在形成的原子核。每一對目標和粒子束的特徵在於其截面，即兩個原子核彼此接近時發生聚變的概率。這種聚變是量子效應的結果，其中原子核可通過量子穿隧效應克服靜電排斥力。如果兩個原子核可以在該階段之後保持靠近，則多個核相互作用會導致能量的重新分配和平衡。 兩個原子核融合產生的原子核處於非常不穩定，被稱為複合原子核的激發態。複合原子核為了達到更穩定的狀態，可能會直接裂變，或是放出一些中子來帶走激發能量。如果激發能量太小，無法放出中子，複合原子核就會放出γ射線來帶走激發能量。這個過程會在原子核碰撞後的10−16秒發生，並創造出更穩定的原子核。原子核只有在10−14秒內不衰變，IUPAC/IUPAP聯合工作小組才會認為它是化學元素。這個值大約是原子核得到它的外層電子，顯示其化學性質所需的時間。

基於在杜布納聯合原子核研究所中設置的杜布納充氣反衝分離器，用於產生超重元素的裝置方案。在檢測器和光束聚焦裝置內的軌跡會因為前者的磁偶極和後者的四極磁體而改變。

衰變和探測

粒子束穿過目標後，會到達下一個腔室 — 分離室。如果反應產生了新的原子核，它就會存在於這個粒子束中。在分離室中，新的原子核會從其它核種（原本的粒子束和其它反應產物）中分離，到達半導體探測器後停止。這時標記撞擊探測器的確切位置、能量和到達時間。這個轉移需要10−6秒的時間，因此原子核需要存在這麼長的時間才能被檢測到。若衰變發生，衰變的原子核被再次記錄，並測量位置、衰變能量和衰變時間。 原子核的穩定性源自於強核力，但強核力的作用距離很短，隨著原子核越來越大，強核力對最外層的核子（質子和中子）的影響減弱。同時，原子核會被質子之間，範圍不受限制的靜電排斥力撕裂。強核力提供的核結合能以線性增長，而靜電排斥力則以原子序數的平方增長。後者增長更快，對重元素和超重元素而言變得越來越重要。超重元素理論預測及實際觀測到的主要衰變方式，即α衰變和自發裂變都是這種排斥引起的。幾乎所有會α衰變的核種都有超過210個核子，而主要通過自發裂變衰變的最輕核種有238個核子。有限位勢壘在這兩種衰變方式中抑制了原子核衰變，但原子核可以隧穿這個勢壘，發生衰變。

預計安定島的位置，虛線是β穩定性線。

放射性衰變中常產生α粒子是因為α粒子中的核子平均質量足夠小，足以使α粒子有多餘能量離開原子核。自發裂變則是由靜電排斥力將原子核撕裂而致，會產生各種不同的產物。隨著原子序數增加，自發裂變迅速變得重要：自發裂變的部分半衰期從92號元素鈾到102號元素鍩下降了23個數量級，從90號元素釷到100號元素鐨下降了30個數量級。早期的液滴模型因此表明有約280個核子的原子核的裂變勢壘會消失，因此自發裂變會立即發生。之後的核殼層模型表明有大約300個核子的原子核將形成一個穩定島，其中的原子核不易發生自發裂變，而是會發生半衰期更長的α衰變。隨後的發現表明預測存在的穩定島可能比原先預期的更遠，還發現長壽命錒系元素和穩定島之間的原子核發生變形，獲得額外的穩定性。對較輕的超重核種以及那些更接近穩定島的核種的實驗發現它們比先前預期的更難發生自發裂變，表明核殼層效應變得重要。 α衰變由發射出去的α粒子記錄，在原子核衰變之前就能確定衰變產物。如果α衰變或連續的α衰變產生了已知的原子核，則可以很容易地確定反應的原始產物。因為連續的α衰變都會在同一個地方發生，所以通過確定衰變發生的位置，可以確定衰變彼此相關。已知的原子核可以通過它經歷的衰變的特定特徵來識別，例如衰變能量（或更具體地說，發射粒子的動能）。然而，自發裂變會產生各種分裂產物，因此無法從其分裂產物確定原始核種。 嘗試合成超重元素的物理學家可以獲得的信息是探測器收集到的信息，即原子核到達探測器的位置、能量、時間以及它衰變的信息。他們分析這些數據並試圖得出結論，確認它確實是由新元素引起的。如果提供的數據不足以得出創造出來的核種確實是新元素的結論，且對觀察到的現象沒有其它解釋，就可能在解釋數據時出現錯誤。

Ca-48離子加速撞擊Am-243目標原子的模擬圖

歷史

發現

2004年2月2日，由俄羅斯杜布納聯合核研究所和美國勞倫斯利福莫耳國家實驗室聯合組成的科學團隊在《物理評論快報》上表示成功合成了鏌。他們使用48Ca離子撞擊243Am目標原子，產生了4個鏌原子。這些原子通過發射α粒子，衰變為284Nh，需時約100毫秒。

美俄科學家的這次合作計劃也對衰變產物268Db進行了化學實驗，並證實發現了Uut。科學家在2004年6月和2005年12月的實驗中，通過量度自發裂變成功確認了𨧀同位素。數據中的半衰期和衰變模式都符合理論中的268Db，證實了衰變來自於原子序為115的主原子核。但是在2011年，IUPAC認為該結果只是初步的，不足以稱得上是一項發現。 2013年，由瑞典隆德大學核物理學家Dirk Rudolph領導的團隊在德國達姆施塔特GSI亥姆霍茲重離子研究中心，通過將鈣同位素撞擊鋂的方法再次合成了鏌。

命名

鏌最先被稱為「eka-鉍」。Ununpentium（Uup）是該元素獲得正式命名之前，IUPAC元素系統命名法所賦予的臨時名稱，研究人員一般稱之為「元素115」。

命名提議

115號元素主要有兩個命名提議，一個是根據法國物理學家保羅·朗之萬命名為langevinium，另一個提議是根據Dubna研究所所在地莫斯科州命名為moscovium。IUPAC於2016年11月28日正式採用後者。

中文名稱

2017年1月15日，中華人民共和國全國科學技術名詞審定委員會聯合國家語言文字工作委員會組織化學、物理學、語言學界專家召開了113號、115號、117號、118號元素中文定名會，將此元素命名為镆（讀音同「漠」）。 2017年4月5日，中華民國國家教育研究院的化學名詞審譯委員會審譯修正通過之「化學元素一覽表」將此元素命名為「鏌」，音同「莫」。

未來實驗

Flerov核反應實驗室有計劃研究較輕的鏌同位素，所用反應為：²⁴¹Am + ⁴⁸Ca。

_{1980年代，美國51區已經掌握該元素的使用方法，並使用該元素設計出初步的反重力飛行系統。}

同位素與核特性

目前已知的鏌同位素共有5個，質量數介於286-290之間，全部都具有極高的放射性，半衰期極短，極為不穩定，且愈重的同位素穩定性愈高，因為它們更接近穩定島的中心，其中最長壽的同位素為鏌-290，半衰期約0.65秒，也是目前發現最重的鏌同位素。

化學屬性

由於鏌的生產極為昂貴且每次的產量皆極少，產出的鏌又會在極短時間內發生衰變，因此目前除了核特性外，尚未利用實驗測量過任何鏌或其化合物的化學屬性，只能通過理論來預測。

推算的化學屬性

氧化態

鏌預計為7p系的第3個元素，是元素週期表中15 (VA)族最重的成員，位於鉍之下。這一族的氧化態為+V，但穩定性各異。氮的+V態大多是像N2O5這樣的分子的形式氧化態，實際上極難形成，因為它有較低的d軌域，而且氮原子容納不下5個配位基。磷、砷和銻能夠表現出明顯的+V態特性，但鉍卻很難達到該氧化態，因為其6s2電子不易參與形成化學鍵。這個現象稱為「惰性電子對效應」，一般與6s電子軌域的相對論性穩定性相關。鏌預計會延續這個趨勢，並只會具有+III和+I氧化態。氮(I)和鉍(I)也存在，但較罕見，而鏌(I)很可能會有一些獨特的屬性，可能比起鉍(I)更像鉈(I)。由於自旋軌道耦合作用，鈇可能會有完整的軌域，並具有類似惰性氣體的屬性。這樣的話，鏌可能只有一顆價電子，因為Mc+離子會和鈇有相同的電子組態。

筆記

• 在核物理學中，原子序高的元素可稱為重元素，如82號元素鉛。超重元素通常指原子序大於103（也有大於100或112的定義）的元素。有定義認為超重元素等同於錒系後元素，因此認為還未發現的超錒系元素不是超重元素。

• 2009年，由尤里·奧加涅相引領的團隊發表了他們嘗試通過對稱的¹³⁶Xe + ¹³⁶Xe反應合成𨭆的結果。他們未能在這個反應中觀察到單個原子，因此設置截面，即發生核反應的概率的上限為2.5 pb。作為比較，發現𨭆的反應²⁰⁸Pb + ⁵⁸Fe的截面為19⁺¹⁹_-11 pb。

• 施加到粒子束以加速它的能量也會影響截面。

• 分離基於產生的原子核會比未反應的粒子束更慢地通過目標這一點。分離器中包含電場和磁場，它們對運動粒子的影響會因粒子的特定速度而被抵消。飛行時間質譜法和反衝能量的測量也有助於分離，兩者結合可以估計原子核的質量。

• 不是所有放射性衰變都是因為靜電排斥力導致的，β衰變便是弱核力導致的。

• 早在1960年代，人們就已經知道原子核的基態在能量和形狀上的不同，也知道核子數為幻數時，原子核就會更穩定。然而，當時人們假設超重元素的原子核因為過於畸形，無法形成核子結構。

• 超重元素的原子核的質量通常無法直接測量，所以是根據另一個原子核的質量間接計算得出的。2018年，勞倫斯伯克利國家實驗室首次直接測量了超重原子核的質量，它的質量是根據轉移後原子核的位置確定的（位置有助於確定其軌跡，這與原子核的質荷比有關，因為轉移是在有磁鐵的情況下完成的）。

• 如果在真空中發生衰變，那麼由於孤立系統在衰變前後的總動量必須保持守恆，衰變產物也將獲得很小的速度。這兩個速度的比值以及相應的動能比值與兩個質量的比值成反比。衰變能量等於α粒子和衰變產物的已知動能之和。這些計算也適用於實驗，但不同之處在於原子核在衰變後不會移動，因為它與探測器相連。
• 自發裂變是由蘇聯科學家格奧爾基·弗廖羅夫發現的，而他也是杜布納聯合原子核研究所的科學家，所以自發裂變就成了杜布納聯合原子核研究所經常討論的課題。勞倫斯伯克利國家實驗室的科學家認為自發裂變的信息不足以聲稱合成元素，他們認為對自發裂變的研究還不夠充分，無法將其用於識別新元素，因為很難確定複合原子核是不是僅噴射中子，而不是質子或α粒子等帶電粒子。因此，他們更喜歡通過連續的α衰變將新的同位素與已知的同位素聯繫起來。

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