Ununennium（化學符號為 Uue）是一種尚未被發現的化學元素，原子序數是 119。直到這個元素被發現、確認並確定了永久名稱之前，Ununennium 和 Uue 分別為這個元素的暫時系統命名和化學符號。在擴充套件元素週期表裡，Uue 預測是 s 區元素和鹼金屬，也是第一個第 8 週期元素。它是目前最輕的未發現元素。 日本的理化學研究所正在嘗試合成該元素，俄羅斯杜布納聯合原子核研究所也在計劃合成。理論和實驗證據表明，Uue 等第八週期元素的合成很可能比之前的元素要困難得多，Uue 甚至可能是目前技術所能合成的倒數第二個元素。 Uue 所處的第七種鹼金屬的位置表明它會和較輕的同族元素有相似的性質。不過，相對論效應可能會導致 Uue 的某些性質與直接用元素週期律推測的性質不同。舉個例子，Uue 預測會比銫和鍅更不活潑，反應性反而更像鉀或銣。此外，Uue 除了預計會有鹼金屬特徵性的 1 氧化態外，也有學者預測它能形成其它鹼金屬都未知的 3 氧化態。 概論 歷史 超重元素是透過核聚變產生的。根據產物複合原子核的激發能量，這些核聚變反應可以分為熱核聚變和冷核聚變。在熱核聚變中，非常輕、高能量的發射體加速砸向非常重的目標（錒系元素），產生的複合原子核有高激發能量（4050 MeV）。它們可能會直接裂變，或是放出多顆（3 到 5）中子。在冷核聚變反應中，會使用更重的第 4 週期元素髮射體，以及較輕的鉛和鉍目標。產生的複合原子核的激發能量相對較低（1020 MeV），減少了直接裂變的可能性。當產生的複合原子核回到基態後，它們只需要發射一到兩顆中子。不過，熱核聚變反應可以產生有更多中子的產物，因為錒系元素在所有可以大量製造的元素中有最高的中子 質子比。 Uue 和 Ubn（元素 119 和 120）都是還沒被發現的元素中，原子序最低的。由於反應的截面減少，半衰期也可能很短（微秒級別），嘗試合成它們將突破當前技術的極限。Ubu（元素 121）之後的元素因為半衰期太短，會在到達探測器之前的一微秒內衰變，所以當前技術可能無法檢測到它們。檢測到元素 121 到 124 的可能性在很大程度上取決於所使用的理論模型，因為它們的半衰期預計非常接近一微秒。此前，超重元素合成中的重要幫助來自𨭆270 周圍變形的核殼層，增加了周圍核素的穩定性。此外，接近穩定的富中子同位素鈣 48 可用作發射體，產生更多超重元素的富中子同位素。超重元素原子核的中子越多，它就預計越接近穩定島。即便如此，合成出來的同位素的中子數仍然比穩定島中預期的要少。此外，使用鈣 48 發射體來合成 Uue 需要鑀做的目標，後者難以大量製備（只能合成微克級別，而鉳和鉲可以做到毫克級別），所以更重的超重元素更實際的合成方法將會需要比 48Ca 重的發射體。 嘗試合成 以前 1985 年，人們在加州伯克利的 superHILAC 加速器透過用鈣 48 離子轟擊鑀 254，首次嘗試合成 Uue： 沒有原子 反應沒有檢測到任何原子，截面上限為 300 nb。之後的計算認為 3n 反應（產物為 299Uue 和三個中子）的截面實際上少了六十萬倍，為 05 pb。 1999 年，勞倫斯伯克利國家實驗室透過 208Pb 和 86Kr 的反應，聲稱合成了 293Og。因此，類似的反應 209Bi 86Kr 和 208Pb 87Rb 被提議用於合成元素 119 和它未知的 α 衰變產物 元素 117、115 和 113。2001 年這些結果的撤回和最近對冷聚變反應截面的計算對這種可能性提出了質疑。舉個例子，209Bi 86Kr 反應的橫截面上限預測為 2 fb。放射性的發射體可以提供利用鉛或鉍目標的替代方法，可以產生更多富中子的同位素。 從 2012 年 4 月到 9 月，在德國達姆施塔特亥姆霍茲重離子研究中心透過用鈦 50 轟擊鉳 249，嘗試合成 295Uue 和 296Uue。Modern alchemy Turning a line The Economist May 12 2012Superheavy Element Search Campaign at TASCA J Khuyagbaatar249Bk 和 50Ti 的反應被預測為實際上製備 Uue 最有利的反應，因為反應比較不對稱，儘管反應有點冷。Superheavy Element Search Campaign at TASCA Alexander Yakushev254Es 和 48Ca 的反應更好，但是製備毫克量級的 254Es 來作為目標很難。而且，鉳 249 會衰變成下一個元素鉲 249，半衰期只有短短的 327 天，所以可以同時尋找元素 119 和 120。然而，由於發射體從 48Ca 改成了 50Ti，Uue 的預期產量將除以二十倍，因為產量在很大程度上取決於聚變反應的不對稱性。由於預計 Uue 的半衰期較短，GSI 團隊使用了能夠在微秒內記錄衰變事件的新型快速電子裝置。 沒有原子 沒有原子 元素 119 和元素 120 都沒有被發現，這意味著在這些反應中生成元素 119 的限制截面為 65 fb，而生成元素 120 的限制截面為 200 fb。在該反應中生產元素 119 的預測實際橫截面約為 40 fb，是當前技術的極限。（記錄中有最低截面的成功反應是 209Bi 和 70Zn 反應產生鉨的反應，為 30 fb。）這個實驗原本會持續到 2012 年 11 月，但實驗人員把發射體改成 48Ca 以確認鿬的發現，提早結束實驗。 現在 位於日本埼玉縣和光市的理化學研究所團隊在 2018 年 6 月開始用釩 51 轟擊鋦 248 目標來合成 Uue。由於較重的鉳或鉲難以製備，他們選擇了鋦來作為目標。由於反應的不對稱性降低，預計的截面大約減半，需要至少 30 fb 的靈敏度。這些 248Cm 目標由橡樹嶺國家實驗室提供，他們也為鿬（元素 117）的合成中提供了 249Bk 目標。實驗開始於迴旋加速器，而理化學研究所於 2020 年升級了它的直線加速器。兩臺機器都可以繼續轟擊，直到觀察到第一個事件，該實驗目前是間歇性執行，每年至少進行 100 天。理化學研究所仁科中心主任延與秀人預測，到 2022 年時可能會發現元素 119 和 120。理化學研究所團隊的嘗試會由天皇資助。 現在還沒有原子 產生的 Uue 同位素預計會 α 衰變兩次，產生已知的鏌同位素（288Mc 和 287Mc）。在這之後已知會發生五個 α 衰變事件，就可以證實它們的發現。這些反應的預測截面約為 10 fb。 計劃中 俄羅斯杜布納聯合原子核研究所的團隊計劃開始使用 249Bk 50Ti 反應來合成 Uue。 日本的理化學研究所和俄羅斯的 JINR 實驗室最適合這些實驗，因為它們是世界上唯一可以進行低截面反應的實驗室。 命名 根據，Uue 可稱為「eka 鍅」。1979 年，IUPAC 釋出了有關新元素命名的建議，根據這一規則 119 號元素應稱為 ununennium，化學符號 Uue。儘管這在化學界的各個層面，從化學課堂到高階教科書都在廣泛使用，但在超重元素理論或實驗上工作的科學家中，這些建議大多被忽視，並將這個元素稱之為 元素 119，化學符號 E119、119 或 119。 預測性質 核穩定性和同位素 原子核的穩定性在鋦（元素 96）之後迅速下降，它的半衰期比其它原子序更高的元素高了四個數量級。鍆（元素 101）之後的元素的半衰期都少於 30 個小時。在鉛（元素 82）之後的元素都沒有穩定同位素。儘管如此，由於尚未完全瞭解的原因，在原子序 110 至 114 周圍的原子核的穩定性略微增加，這導致了核物理學中所謂的 穩定島 的出現。加利福尼亞大學伯克利分校的格倫西奧多西博格教授提出的這個概念解釋了為什麼超重元素的半衰期比預測的要長。 291307Uue 預測的 α 衰變半衰期都是微秒級別的，其中 294Uue 的 α 衰變半衰期最長，預測約 485 微秒。不過如果算上所有的衰變方式，它們的半衰期預測只剩幾十微秒。更重的同位素應該會更穩定。1971 年，Fricke 和 Waber 預測 315Uue 是 Uue 最穩定的同位素。這會對 Uue 的合成產生影響，因為半衰期低於一微秒的同位素會在到達探測器之前衰變，而較重的同位素無法透過任何已知可用目標和發射體的碰撞來合成。然而，新的理論模型表明，質子軌道 2f72（會在元素 114 填充）和 2f52（會在元素 120 填充）之間的能量差距比預期的要小，使得元素 114 不再是穩定的球形封閉原子核，而這個能隙可能會增加元素 119 和 120 的穩定性。下一個有雙幻數的原子核預計在 306Ubb（元素 122）周圍，但是該核素預期的低半衰期和低截面使其合成具有挑戰性。 原子和物理性質 Uue 作為第一個第 8 週期元素，預測會是鹼金屬，在元素週期表中位於鋰、鈉、鉀、銣、銫和鍅之下。鹼金屬最外層的 s 軌道中都有一個價電子（價電子排布 ns1），在化學反應中可以輕易失去，形成 1 氧化態，因此很高。Uue 預計會延續這個趨勢，價電子的排布為 8s1，因此 Uue 的行為預計很像它的較輕的同類物。然而據預測，它在某些特性上與較輕的鹼金屬不同。 Uue 和其它鹼金屬有不同之處的主要原因是自旋 軌道作用 電子運動與自旋之間的相互作用。自旋 軌道作用對於超重元素尤其強烈，因為它們的電子比輕原子中的電子移動得更快，速度與光速相當。在 Uue 原子中，7p 和 8s 電子能級下降，對應的電子變得穩定，但有兩個 7p 電子能級要比其它四個更穩定。這個效應被稱為亞層分裂，因為它將 7p 亞層分裂成更穩定和更不穩定的部分。計算化學家將這種分裂理解為角量子數 l 從 1 分裂成 12 和 32，分別為 7p 亞層較穩定和較不穩定的部分。因此，Uue 外層的 8s 電子變得穩定，會比預期更難移除，而 7p32 電子則變得不穩定，可能允許它們參與化學反應。最外層 s 軌道（在鍅中就已經很重要）的這種穩定性是影響 Uue 的化學性質的關鍵因素，並會導致鹼金屬的原子和分子性質的所有趨勢在銫之後反轉。 由於外層的 8s 電子變得穩定，Uue 的第一電離能（從電中性原子中移除一個電子所需的能量）預測為 453 eV，比鉀之後的所有鹼金屬都高，甚至比 121 號元素 Ubu 的 445 eV 都高。因此，第 8 週期的鹼金屬 Uue 不是整個週期電離能最低的，這和之前的所有周期不同。Uue 的電子親和能預計遠大於銫和鍅。它的電子親和能比所有更輕的鹼金屬都高，為 0662 eV，接近於鈷（0662 eV）和鉻（0676 eV）。相對論效應也會導致 Uue 的極化性大幅下降到 1697 au。事實上，計算出來的 Uue 的靜態偶極極化性（αD）很小，接近於鈉。 Uue 的類氫原子（只有一個電子的原子）Uue118 的電子預測會非常快地移動，使得它的質量是靜止電子的 199 倍，是相對論效應的特徵。作為比較，鍅的類氫原子的電子質量為 129，銫的則為 1091。根據相對論的簡單外推，這間接表明了 Uue 的原子半徑會收縮到只有 240 pm，很接近銣的 247 pm，而 Uue 的金屬半徑也相應降低到 260 pm。Uue 的離子半徑預測為 180 pm。 Uue 的熔點預測在 0和 30之間，所以在室溫下可能是液體。人們還不知道這是否符合熔點繼續降低的趨勢，因為銫的熔點為 285，而鍅的熔點估計約為 80。Uue 的沸點預測在 630左右，類似鍅的 620左右，它們都比銫的 671低。Uue 的密度預計在 3 到 4 gcm3 之間，符合隨著族往下密度一直增加的趨勢：鍅的密度預測為 248 gcm3，而銫的密度是 193 gcm3。 化學性質 鹼金屬二聚體的鍵長和鍵解離能。Fr2 和 Uue2 的資料都是預測值。 化合物 鍵長（Å） 鍵解離能（kJmol） Li2 2673 1019 Na2 3079 7204 K2 3924 5325 Rb2 4210 4777 Cs2 4648 4366 Fr2 461 421 Uue2 427 534 Uue 的化學性質預測類似鹼金屬，但它的性質比起銫或鍅，會更像鉀或銣。這是由於相對論效應導致的，如果不存在相對論效應，元素週期律將預測 Uue 比銫和鍅更具反應性。由於相對論效應穩定了它的價電子，增加了第一電離能，使得 Uue 的、金屬半徑和離子半徑降低了。這個效應在鍅中就已經出現了。 1 氧化態的 Uue 的化學性質比起鍅會更像銣。另一方面，由於變得不穩定而比其它 p 軌道大的 7p 軌道，Uue 的離子半徑預測大於 Rb。除了其它鹼金屬特徵性且主要的 1 氧化態以外，Uue 可能也有在其它鹼金屬都未發現的 3 氧化態。這是因為 7p32 軌道的不穩定和膨脹，導致其電子的電離能低於預期。由於成鍵時也涉及了 7p32 電子，很多 Uue 的化合物都預計有很大的共價性。這個效應也在鍅中出現，其中超氧化鍅（FrO2）的成鍵中有一些 6p32 的成分。因此，Uue 不能替代銫，成為電正性最高的元素，而它的電負性最有可能接近鈉的 093（鮑林標度）。UueUue 的標準電極電勢預測為29 V，和 FrFr 一樣只是略微大於 KK 的2931 V。 MAu（M 是鹼金屬）的鍵長和鍵解離能。除了 KAu、RbAu 和 CsAu 的鍵解離能以外，全部資料都是預測。 化合物 鍵長（Å） 鍵解離能（kJmol） KAu 2856 275 RbAu 2967 248 CsAu 3050 253 FrAu 3097 275 UueAu 3074 244 在氣相中以及在非常低溫下的凝聚相中，鹼金屬會形成以共價鍵鍵合的雙原子分子。在這些 M2 分子裡，它們的金屬 金屬鍵長從 Li2 到 Cs2 一直增加，但由於上述 8s 軌道的相對論效應，Uue2 的鍵長下降。在這些分子的鍵解離能中有相反的趨勢，其中 UueUue 鍵應該比 KK 鍵略強。Uue 的昇華熱（ΔHsub）預測為 94 kJmol（鍅的值在 77 kJmol 左右）。 由於 Uue 的高電子親和能，UueF 分子預計有顯著的共價性。UueF 中的成鍵主要是 Uue 的 7p 軌道和氟的 2p 軌道成的鍵，來自氟的 2s 軌道和 Uue 的 8s、6dz2 和其它兩個 7p 軌道對鍵的貢獻較少。這和其它 s 區元素、金和汞的行為非常不同，它們使用 s 軌道（有時混合 d 軌道）來成鍵。UueF 鍵因為相對論效應把 7p 軌道分成 7p12 和 7p32 而擴張，這和氫化物 AtH 和 TsH 的鍵擴張類似。UueAu 鍵將會是金和鹼金屬之間最弱的鍵，但仍然是穩定的。透過外推，可以給出 Uue 的吸附焓（ΔHads）：在金上為 106 kJmol（鍅的值是 136 kJmol）、在鉑上為 76 kJmol、在銀上為 63 kJmol，都是鹼金屬之中最低。這些資料表明，在由貴金屬製成的表面上研究 Uue 的色譜法吸附是可行的。Uue 在聚四氟乙烯表面的吸附焓預測為 176 kJmol，是鹼金屬當中最低的。這些資訊對於 Uue 未來的化學實驗非常有用。鹼金屬的 ΔHsub 和ΔHads 值都不成比例相關，因為它們會隨著原子序數的增加而向相反的方向變化。 註釋 參考資料 擴充套件閱讀 外部連結 Category 鹼金屬 8A 8A 119