鉝

鉝（Livermorium），是一種人工合成的化學元素，其化學符號為鉝，原子序數為116。鉝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鉝-293，半衰期僅約60毫秒。鉝不出現在自然界中，只能在實驗室內以粒子加速器人工合成，於2000年用鈣(48Ca)離子撞擊鋦而發現。至今約有30個鉝原子被探測到，其中一些為直接合成的，其餘則是鿫的衰變產物。

鉝元素是以美國的勞倫斯利佛摩國家實驗室（英語：Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）命名，該實驗室與俄羅斯杜布納的杜布納聯合原子核研究所合作，在西元2000至2006年之間的實驗中發現了此元素。該實驗室的名稱中包含了它所在的城市之名，即加利福尼亞州的利佛摩；而該城市是以農場主兼地主羅伯特·利佛摩（英語：Robert Livermore）所命名。此元素的名稱在西元2012年5月30日被IUPAC採用。

在元素週期表中，鉝是位於p區的錒系後元素，屬於第7週期、第16族（氧族），是已知最重的氧族成員。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鉝的性質是否符合釙的較重同族元素。根據計算，鉝的一些特性與其同族的較輕元素（氧、硫、硒、碲、釙）相近，且屬於後過渡金屬，儘管計算也顯示鉝的某些性質可能和同族元素有較大差異。

## 歷史

### 失敗的合成嘗試

對116號元素的第一次搜尋，是由Ken Hulet與他的團隊在西元1977年於勞倫斯利佛摩國家實驗室（LLNL）執行，他們利用了248Cm與48Ca的反應，但當時偵測不到任何鉝原子。1978年，尤里·奧加涅相與他的團隊也在杜布納聯合原子核研究所的Flerov Laboratory of Nuclear Reactions (FLNR)嘗試做該反應，但也沒有成功。1985年，柏克萊與Peter Armbruster在GSI的團隊合作實驗，實驗結果也是否定的，該次實驗中計算出的截面極限是10–100皮靶。然而，在杜布納，與48Ca有關的反應持續在進行（48Ca已被證明在用natPb+48Ca的反應合成鍩的實驗中很有用）。西元1989年，超重元素分離器被開發出來。西元1990年，開始了靶材料的尋找及與LLNL的合作。西元1996年，開始生產更高強度的48Ca粒子束。西元1990年代，完成了靈敏度高出3個數量級的長期實驗的準備。這些工作直接導致了有錒系元素靶與48Ca的反應中，元素112至118的新同位素的產生，也導致了元素週期表中最重的五個元素（鈇、鏌、鉝、鿬、鿫）的發現。

1995年，Sigurd Hofmann領導的國際團隊在德國達姆施塔特的Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) 嘗試合成116號元素。他們執行鉛-208的靶與硒-82的入射粒子之間的輻射捕獲反應。在反應之中，複合核以純粹的伽馬發射（不發射中子）而去激發。此反應並無偵測到116號元素的原子。

1998年尾，波蘭物理學家羅伯特·斯莫蘭楚克發表了合成包括118和116號元素在內的超重元素的計算。計算顯示在嚴格控制的環境下，鉛與氪的核聚變可以產生這兩個元素。1999年，勞倫斯伯克利國家實驗室利用這些預測，宣布合成了118和116號元素，並把論文發布到《物理評論快報》，不久後結果登上《科學》。研究團隊宣稱成功完成以下核反應：

Krypton + Lead → oganesson + Neutron

oganesson → Livermorium + α

翌年，由於其它實驗室及勞倫斯伯克利國家實驗室本身都未能重複這些結果，研究團隊因此撤稿。2002年6月，實驗室主任宣布原先兩個元素的發現結果建立在第一作者維克托·尼諾夫所假造的數據上。

### 發現

2000年7月19日，位於俄羅斯杜布納聯合核研究所（JINR）的科學家使用48Ca離子撞擊248Cm目標，探測到鉝原子的一次α衰變，能量為10.54 MeV。結果於2000年12月發佈。由於292Lv的衰變產物和已知的288Fl關聯，因此這次衰變起初被認為源自292Lv。然而其後科學家把288Fl更正為289Fl，所以衰變來源292Lv也順應更改到293Lv。他們於2001年4至5月進行了第二次實驗，再發現兩個鉝原子。

$$\,^{48}_{20}\mathrm{Ca} + \,^{248}_{96}\mathrm{Cm} \to \,^{296}_{116}\mathrm{Lv} ^{*} \to \,^{293}_{116}\mathrm{Lv} + 3\,^{1}_{0}\mathrm{n}$$

在同樣的實驗裏，研究人員探測到鈇的衰變，並將此次衰變活動指定到289Fl。在重複進行相同的實驗後，他們並沒有觀測到該衰變反應。這可能是來自鉝的同核異能素293bLv的衰變，或是293aLv的一條較罕見的衰變支鏈。這須進行進一步研究才能確認。

研究團隊在2005年4月至5月重複進行實驗，並探測到8個鉝原子。衰變數據證實所發現的同位素是293Lv。同時他們也通過4n通道第一次觀測到292Lv。

2009年5月，聯合工作組在報告中指明，發現了的鎶同位素包括283Cn。283Cn是291Lv的衰變產物，因此該報告意味著291Lv也被正式發現（見下）。

2011年6月11日，IUPAC證實了鉝的存在。

### 命名

鉝的原文名稱Livermorium（Lv），是IUPAC在2012年5月30日正式命名的。之前IUPAC根據系統命名法將之命名為Ununhexium（Uuh）。科學家通常稱之為「元素116」（或E116）。

此前鉝被提議以俄羅斯莫斯科州（Moscow Oblast）名為Moscovium，但由於元素114和116是俄羅斯和美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室研究人員合作的產物，而元素114已經根據俄羅斯的要求命名，因此元素116最後以實驗室所在地美國利弗莫爾市（Livermore）命名為Livermorium（Lv）。

2012年6月2日，中華民國國家教育研究院的化學名詞審譯委員會將此元素暫譯為zh-hant|鉝。

2013年7月，中華人民共和國全國科學技術名詞審定委員會通過以zh-hans|鉝（讀音同「立」）為中文定名。

## 同位素與核特性

目前已知的鉝的同位素共有5個，質量數為288及290-293，全部都具有極高的放射性，半衰期極短，極為不穩定。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鉝-293，半衰期為53毫秒，也是目前發現最重的鉝同位素。此外，未經證實的更重同位素鉝-294可能也具有較長的半衰期，約為54毫秒。

## 預測性質

由於鉝的生產極為昂貴且每次的產量皆極少，產出的鉝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鉝或其化合物的化學屬性，只能通過理論來預測。

### 物理與原子性質

鉝是氧族元素，在元素周期表中位於氧、硫、硒、碲、釙之下。所有氧族元素都有六粒價電子，電子構型ns2np4。鉝預測也和其它氧族元素一樣有六粒價電子，電子構型7s27p4，因此性質與較輕的同族元素相似。不過，由於鉝的電子速度比同族元素快，接近光速，因此變得明顯的自旋-軌道作用會影響鉝的性質。它降低了鉝原子7s、7p電子能級的能量，使它們穩定，但有兩個7p電子能級比另外四個更穩定。使7s電子變得穩定的現象叫惰性電子對效應，使7p電子能級分裂成較穩定與較不穩定部分的現象則叫亞層分裂。計算化學家把較穩定與較不穩定部分分別稱為7p1/2和7p3/2。7p1/2電子能級會變成第二對惰性電子對，而7p3/2電子能級則可容易地參與化學反應。大部分理論預測都會把鉝的電子構型寫成7s7p7p，以顯示7p電子能級的分裂。

鉝的惰性電子對效應應該比釙強，因此其+2氧化態會比+4氧化態穩定。鉝預測的電離能反映了這點，第三電離能（電離了惰性的7p1/2電子）會遠高於第二電離能，而第五電離能也會遠高於第四電離能。name鉝的7s電子的穩定性將會使它無法達到+6氧化態。鉝的熔點和沸點預測會延續氧族元素的趨勢，熔點比釙高，但沸點比釙低。它有與釙類似的α相和β相，密度預測比釙高（α-Lv 12.9 g/cm3，α-Po 9.2 g/cm3）。name鉝的類氫原子（只剩一粒電子的原子，即Lv115+）中的電子速度極快，會由於相對論效應而有靜止電子1.86倍的重量。作為比較，釙和碲的這個值分別是1.26和1.080。

### 化學屬性

#### 氧化態

鉝預計為7p系非金屬的第4個元素，並是元素週期表中16族（VIA）最重的成員，位於釙之下。儘管它是7p系元素中理論研究最少的，它的化學性質預測類似釙。name這一族的氧化態為+VI，缺少d軌域，無法形成超價分子的氧除外。氧的最高氧化態只到 +2，存在於OF2（理論上存在的三氟𨦡的氧化態為 +4）硫、硒、碲及釙的氧化態都是+IV，穩定性由S(IV)和Se(IV)的還原性到Po(IV)的氧化性。Te(IV)是碲最穩定的氧化態。這表明了相對論效應，尤其是惰性電子對效應對元素性質的影響越來越大。因此，隨著元素周期表中氧族元素的下降，較高氧化態的穩定性也跟著下降。因此，鉝應有不穩定，有氧化性的+IV態，以及最穩定的+II態。同族其他元素亦能產生−II態，如氧化物、硫化物、硒化物、碲化物和釙化物。鉝的+2氧化態應該與鈹和鎂一樣容易形成，而+4氧化態只有在和電負性極高的基團反應才能得到，例如四氟化鉝 (LvF4)。鉝的 +6 氧化態應該不存在，因為7s軌道非常穩定，使得鉝可能只有四顆價電子。name較輕的氧族元素可以形成−2氧化態，存在於氧化物、硫化物、硒化物、碲化物和釙化物中。由於鉝的 7p3/2 殼層變得不穩定，它的−2氧化態會非常不穩定。這使得鉝應該只能形成陽離子，儘管與釙相比，鉝更大的殼層和能量分裂會使得Lv2-的不穩定程度略低於預期。

#### 化學特性

鉝的化學特性能從釙的特性推算出來。因此，它應在氧化後產生二氧化鉝（LvO2）。三氧化鉝（LvO3）也有可能產生，但可能性較低。在氧化鉝（LvO）中，鉝會展現出+II氧化態的穩定性。氟化後它可能會產生四氟化鉝（LvF4）和/或二氟化鉝（LvF2）。氯化和溴化後會產生二氯化鉝（LvCl2）和二溴化鉝（LvBr2）。碘對其氧化後一定不會產生比二碘化鉝（LvI2）更重的化合物，甚至可能完全不發生反應。

氫化鉝 (LvH2) 將會是最重的氧族元素氫化物，也是H2O、H2S、H2Se、H2Te和PoH2)的同系物。釙化氫比大部分金屬氫化物共價，因為釙介於金屬和類金屬之間，還有一些非金屬的性質。它的性質介於鹵化氫，像是氯化氫（HCl）和金屬氫化物，像是甲錫烷 (SnH4)之間。氫化鉝將會繼續這個趨勢。比起是一種鉝化物，它更可能是一種氫化物，不過它還是一種分子型化合物。自旋-軌道作用會使Lv–H鍵比單純靠元素周期律推測的長，也會使H–Lv–H的鍵角比預測的更大。從理論上講，這是因為未被占用的8s軌道能量較低，並且可以與鉝的7p軌道發生軌道雜化。這種現象被稱為「超價軌道雜化」，在周期表里並不少見。例如，分子型二氟化鈣中的鈣原子有4s和3d參與的軌道雜化。鉝的二鹵化物將會是直線形的，不過更輕的氧族元素的二鹵化物是角形的。