元素

115 镆 Mc

本文作者:漂泊
镆是一种人工合成的放射性元素,由美俄科学家合作合成,利用48Ca轰击243Am得到,得名于杜布纳联合核子研究所所在地「莫斯科」。

镆的基本物理性质

分类 第ⅤA族(放射性元素)
原子序号原子量 115 [290]
电子配置 7s27p3
发现者 杜布纳联合核子研究所
主要的同位素 287Mc, 288Mc, 289Mc, 290Mc
最长半衰期 650ms(290Mc)
前后的元素 鈇-镆-鉝

镆的发现

2003年8月,一个由俄罗斯和美国科学家组成的联合小组(成员包括劳伦斯利弗莫尔国家实验室科学家和杜布纳联合核子研究所科学家),在Yuri Oganessian的领导下,在杜布纳联合核子研究所利用加速的48Ca轰击243Am,得到了数个115号元素的原子,反应式如下所示,得到的115号元素原子会迅速发生α衰变,产生鉨。

2009-2010年间,在合成117号元素Ts时,研究人员发现 293Ts 和 294Ts会衰变为289115 和 290115,这些衰变产物帮助确认了美俄科学家在2003年的研究结果。为了纪念115号元素的发现地——杜布纳联合核子研究所所在地莫斯科,2015年,IUPAC将115号元素命名为Moscovium,符号为Mc,中文译名为“镆”。 [1-7]

稳定岛理论

稳定岛理论是核物理学中的一个理论推测,即由“幻数”个质子和中子组成的原子核会具有较高的稳定性。人们在自然界中发现的元素基本都是92号元素铀及其之前的元素,而从93号元素镎开始,后面的元素即超铀元素基本上都是人工合成的,即使在自然界中有发现,大多也是痕量存在。为什么自然界中几乎找不到超铀元素呢?这是因为越重的原子核越不稳定,越容易发生衰变变成更轻的元素,而且越重的元素半衰期也越短。所以一些超重元素即使被合成出来,也会很快发生衰变,无法长期保存。

目前所发现的能够稳定存在的最重的元素是82号元素铅,比铅重的元素都有可能会发生衰变。一般衰变方式有三种,第一种是α衰变,即释放α粒子(4He,氦核),然后变成原子序数减2的较轻原子核,这一过程会不断发生直到原子核趋于稳定,这个过程也被称为衰变链。第二种是β衰变,即释放β粒子(电子),然后变成原子序数加1的较重原子核,其本质是原子核中的中子释放出一个电子产生一个新质子。第三种方式是γ辐射,即蕴藏在原子核内部的能量以γ光子的形式辐射出来,一般γ辐射会伴随着α衰变和β衰变产生。除此之外,一些原子序数在100以上的超重核还会发生自发核裂变,即自发分裂成两个原子序数相近的轻原子核。

为什么会发生衰变呢?这与原子核中的相互作用有关。质子带正电,根据库伦相互作用,原子核中距离如此之近的质子之间会有巨大的排斥作用,而万有引力无法与之平衡。维持原子核稳定的作用力就是核力(一种强相互作用),它是一种短程力,在大于0.8×10-15m的范围内表现为吸引力,随距离增大而减小,超过1.5×10-15m时,核力急剧下降几乎消失。正是核力平衡了电磁力,才使得原子核没有崩裂,当距离小于0.8×10-15m时,核力表现为排斥力,这样核子才不会融合在一起。此外,在原子核中,还存在一种弱相互作用,它是β衰变的原因所在。万有引力,电磁相互作用,强相互作用和弱相互作用是目前已知的自然界中存在的四大相互作用,它们是构成这个物质世界的基础。

自然界中较轻的原子核,质子数和中子数大致相等,但对于较重的原子核,中子数则大于质子数,越重的元素,中子质子比越大。这是因为随着原子核的增大,相距较远的质子间的核力不足以平衡他们之间的库伦力,原子核就不再稳定了,增加不带电的中子,不会增加库仑力,但会增加核力,有助于维系原子核的稳定。由于核力的作用范围时有限的,而且核力具有饱和性,即每个核子只跟邻近的核子发生核力作用,因此,原子核不能无限增大,当核子间的距离增大到根本没有核力的作用,再增加中子也无济于事,这时候的原子核一定是不稳定的,会迅速裂变成更稳定的原子核。所以直到目前,也只合成了7个周期的元素。

原子核内部的质子或中子也具有类似于核外电子壳层结构的排布规则。当质子或中子数正好达到特定数目时,原子核将处于最为稳定的状态。这时的原子核称为“幻核”,质子数或者中子数称为“幻数”。若质子数和中子数同时满足幻数的条件,那么这种状态下的原子核就是“双幻核”。目前发现的满足幻数的质子数有2、8、20、28、50、82;满足幻数的中子数有2、8、20、28、50、82、126。是否存在更大的质子幻数是物理学家探讨的热门话题。针对这一问题,科学家们提出了稳定岛理论:即位于Z=114、N=184的双“幻数”核附近,存在一个相当稳定的核素群,就好像核素海洋中露出的稳定核素岛屿。目前已经成功合成的114号元素虽然其原子核内的中子数离幻数184还相距甚远,但它确实要比附近的超重元素拥有更长的半衰期。合成和鉴别双幻核及研究其衰变性质,对检验超重元素的核结构理论具有重要的意义。[7-17]

参考文献

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