第106號元素

**𨭎**（拼音：xǐ，注音：ㄒㄧˇ【或拼音：nǐ，注音：ㄋㄧˇ】；英語：**Seaborgium**），是一種人工合成的化學元素，其化學符號為 **Sg**，原子序數為 106，屬於錒系後元素。

𨭎是一種放射性極高的超重元素，所有同位素的半衰期都很短，非常不穩定，其中壽命最長的是 269Sg，半衰期約 14 分鐘。在元素週期表中其位於 d 區。它是第 7 週期、第 6 族的成員，過渡金屬 6d 電子軌域的第 4 個元素，作為鎢之下的同系物。

西元 1974 年，前蘇聯與美國的實驗室分別合成出了數顆 106 號元素的原子。而蘇聯科學家和美國科學家之間為了發現的優先權以及元素的命名爭執數年，最終國際純化學暨應用化學聯合會（IUPAC）才將𨭎作為該元素的正式名稱，以紀念對多個超鈾元素的發現有著重要貢獻的美國化學家格倫・西奧多・西博格。此外，它也是唯二用當時仍在世的人命名的元素，另一個是鿫，原子序 118。

## 概述

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，兩者發生反應的可能性就越大。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（全部都有正電荷）會因為靜電排斥而相互排斥，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。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。如果聚變發生了，兩個原子核產生的一個原子核會處於激發態，被稱為複合原子核，非常不穩定。為了達到更穩定的狀態，這個暫時存在的原子核可能會直接核分裂，或是放出一些帶走激發能量的中子。如果這些激發能量不足以使中子被放出，複合原子核就會放出 γ 射線。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。聯合工作團隊（JWP）定義，化學元素的原子核只有 10−14 秒內不進行放射性衰變，才能被識別出來，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。

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，它就會被這個粒子束攜帶。在分離室中，新產生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，並轉移到半導體探測器中，在這裡停住原子核。撞擊至探測器時的確切位置、能量和到達時間將會被記錄下來。這個轉移需要 10−6 秒的時間，意即這個原子核需要存活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。超重元素的主要衰變方式 ——α 衰變和自發裂變都是這種排斥引起的。α 衰變由發射出去的 α 粒子記錄，在實際衰變之前很容易確定衰變產物。如果這樣的衰變或一系列連續衰變產生了一個已知的原子核，則可以很容易地確定反應的原始產物。（衰變鏈中的所有衰變都必須在同一個地方發生。） 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：粒子到達探測器的位置、能量和時間，以及粒子衰變的信息。物理學家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，而非由不同的核種引起的。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，並且對觀察到的效應沒有其他解釋，就可能在解釋數據時出現錯誤。

## 歷史

### 發現

𨭎原稱 106 號元素，首次於 1974 年在阿伯特・吉奧索和 E. Kenneth Hulet 的帶領下，利用勞倫斯伯克利國家實驗室的超重離子直線加速器合成出來。他們用 18O 離子撞擊 249Cf 目標，並產生出新的核種 263Sg。該核種進行放射衰變，半衰期為 0.9 ± 0.2 秒。

### 命名

發現 106 號元素的美國團隊提出將新元素命名為 seaborgium（Sg），以紀念美國化學家格倫・西奧多・西博格。他是該團隊的成員之一，並在多個錒系元素的發現中都作出了重要的貢獻。這個名稱引起了爭議。IUPAC 所用的臨時名稱為 unnilhexium（Unh），根據 IUPAC 元素系統命名法。1994 年，一個 IUPAC 委員會提出將元素命名為 rutherfordium（104 號元素的現稱），並規定元素不能以在世的人物命名。美國化學學會強烈抗議這項規定。他們指出，在阿爾伯特・愛因斯坦在世時命名的 einsteinium（鑀）已經設下了先例，而且調查顯示化學家們對西博格仍然在世並沒有意見。鑒於國際上對 104 至 107 號元素名均存在較大分歧，1997 年 8 月 27 日 IUPAC 在協商後正式對 101 至 109 號元素的重新英文定名，𨭎的英文現稱 seaborgium 得到了 IUPAC 的採用及國際上的承認。

全國科學技術名詞化學名詞審定委員會據此於 1998 年 7 月 8 日重新審定、公佈 101 至 109 號元素的中文命名，其中首次給出 106 號元素中文名：「𨭎」（xǐ，音同「喜」），名稱源自 IUPAC 決定的英文名 seaborgium（Sg），以紀念美國化學家格倫・西奧多・西博格。

## 化學特性

### 推算的特性

**氧化態**

經過推算，𨭎是 6d 系過渡金屬的第 3 個元素，也是元素週期表中 6 族的最重元素，位於鉻、鉬和鎢以下。該族的所有元素都呈現出 + 6 氧化態，其穩定性隨著元素的重量而增加。因此𨭎估計會有穩定的 + 6 態。這個族的穩定 + 5 和 + 4 態也在較重的元素中呈現出來；除鉻 (III) 以外，該族的 + 3 態是還原性的。

**化學**

𨭎的許多化學特性都是通過同族較輕元素的反應中推算出來的，如從鉬和鎢。鉬和鎢很容易形成三氧化物 MO3，所以𨭎也應該會形成 SgO3。已知的 MO3 氧化物能溶於鹼當中，並形成氧離子，因此𨭎也應形成𨭎酸鹽離子 SgO42−。另外，WO3 能與酸反應，意味著 SgO3 也會是兩性的。鉬的氧化物 MoO3 會與水氣反應，產生氫氧化物 MoO2(OH)2，所以 SgO2(OH)2 也是可能形成的。同族較重的元素容易形成具揮發性和不穩定的六鹵化物 MX6（X=Cl,F）。只有鎢形成不穩定的六溴化鎢 WBr6。因此，SgF6 和 SgCl6 都是可能形成的化合物，其繼承鎢的特性有可能表現在六溴化物 SgBr6 的更高穩定性上。這些鹵化物在氧和水氣中都是不穩定的，並會立即形成具揮發性的氧鹵化物 MOX4 和 MO2X2。故此 SgOX4（X=F,Cl）和 SgO2X2（X=F,Cl）應該會形成。在水溶狀態下，它們和氟離子形成各種氧氟絡負離子，例如 MOF5−和 MO3F33−。𨭎也預計會形成類似的錯合物。

### 實驗化學

#### 氣態

最初研究𨭎化學的實驗主要是通過對揮發性氧氯化物進行氣態熱力色譜法。𨭎原子首先在這條反應中產生： 248Cm(22Ne,4n)266Sg，加熱後與 O2/HCl 混合物反應。產生出的氧氯化物的吸附屬性在測量之後與鉬和鎢作對比。結果顯示，𨭎形成了揮發性氧氯化物，與其他 6 族元素相似：

　
: Sg + O 
2 + 2 HCl → SgO 
2Cl 
2 + H 
2

2001 年，一組人員繼續研究𨭎的氣態化學。他們把𨭎與 O2 在 H2O 環境下反應。情況與形成氧氯化物時相近，實驗結果顯示形成了氫氧化氧𨭎，該反應在較輕的 6 族元素中是常見的。

　
: 2 Sg + 3 O 
2 → 2 SgO 
3

　
: SgO 
3 + H 
2O → SgO 
2(OH) 
2

#### 水溶態

在水溶狀態下，𨭎的化學與鉬和鎢的相近，會形成穩定的 + 6 氧化態。𨭎首先在 HNO3/HF 溶液中被稀釋成正離子交換樹脂，可能形成中性的 SgO2F2 或絡負離子 [SgO2F3]−。0.1 M 的 HNO3 溶液無法稀釋𨭎，而相比之下鉬和鎢則可以。這意味著 [Sg (H2O)6]6+ 的水解最多進行到絡正離子 [Sg (OH)5(H2O)]+ 為止。

#### 0 價化合物

𨭎除了 + 6 價外，目前唯一已知的氧化態為 0。在 2014 年，𨭎被發現了羰基錯合物 Sg (CO)6，和同族形成的 Cr (CO)6、Mo(CO)6、W(CO)6 類似。Sg (CO)6 是揮發性的化合物，和二氧化矽接觸迅速反應。

### 化合物及錯離子

## 核合成

### 冷核融合

本節有關以冷核融合反應合成𨭎原子核。這些過程在低激發能（約 10 至 20 MeV，因而稱為「冷」核融合）生成複核，裂變之後存活機率較高。處於激發狀態的原子核再衰變至基態，期間只發出一顆或兩顆中子。

**208Pb(54Cr,xn)262-xSg (x=1,2,3)**

位於前蘇聯杜布納聯合核研究所由格奧爾基・弗廖羅夫領導的團隊在 1974 年首次利用冷核融合反應嘗試合成𨭎。他們宣布製造出一次 0.48 秒長的自發裂變，並指向 259Sg。根據後期證據，他們很可能當時探測到 260Sg 及其衰變產物 256Rf 兩者的衰變反應。The TWG 的結論為，根據當時的證據不足以作出任何結論。

該團隊在 1983 至 1984 年再次研究這條反應，並探測到 5 秒長的自發裂變，並直接指向 260Sg。

位於德國重離子研究所的團隊首次在 1985 年研究了這條反應。他們使用的是改進了的母子體衰變關係法，並探測到 261Sg (x=1) 和 260Sg，以及測量到不完整的 1n 中子蒸發激發函數。

2000 年 12 月，位於法國國家大型重離子加速器的團隊研究了該反應，並探測到 10 顆 261Sg 原子及 2 顆 260Sg 原子。

在優化設施之後，重離子研究所人員在 2003 年使用金屬鉛目標測量了 1n 激發函數。同年 5 月，他們成功把鉛 - 208 目標替換成更耐損耗的硫化鉛（PbS）目標，從而能夠在日後使用更強的離子束。他們探測了 1n、2n 和 3n 激發函數，並首次在 261Sg 同位素上運用 α-γ 光譜法。他們探測到這個同位素的大約 1600 個原子，還辨認到新的 α 光譜線，量度了更準確的半衰期以及辨認出新的電子捕獲和自發裂變支鏈。另外，他們首次探測到了來自衰變產物鑪的 K 殼層 X 光，並改進了有關 260Sg 的數據，包括一個不確定的同核異構物。這項研究在 2005 年 9 月和 2006 年 3 月也有繼續進行。對 261Sg 的累積數據於 2007 年發佈。2005 年 9 月的工作也包括開始對 260Sg 進行光譜分析。

位於勞倫斯伯克利國家實驗室的團隊最近研究了這條反應，從而對同位素 261Sg 進行分析。他們探測到一個新的同核異構物 261mSg，其通過內部轉換衰變到基態。在同一項實驗中，他們也證實了衰變產物 257Rf 的 K 殼層同核異構物 257m2Rf。

**207Pb(54Cr,xn)261-xSg (x=1,2)**

位於杜布納的團隊在 1974 年研究了這條反應，結果與先前使用鉛 - 208 目標時相同。自發裂變活動最先指向 259Sg，但之後改為指向 260Sg 或 256Rf，或兩者皆是。在 1983 至 1984 年的進一步工作中探測到 5 秒長的自發裂變，指向衰變源 260Sg。

重離子研究所的團隊首次在 1985 年利用母子體衰變關係法研究了該反應。他們確定探測到 259Sg，其為 2n 中子蒸發通道產物。

這條反應在 2005 年 3 月再一次被使用。研究用硫化鉛目標對偶 - 偶同位素 260Sg 進行光譜分析。

**206Pb(54Cr,xn)260-xSg**

杜布納團隊在 1974 年研究了該反應。他們用它來判斷使用 Pb-207 和 Pb-208 目標時所觀察到的自發裂變行為的源頭。他們並沒有探測到任何自發裂變，意味著產生的同位素主要進行 α 衰變。

**208Pb(52Cr,xn)260-xSg (x=1,2)**

在 1974 年一系列冷核融合反應中，杜布納的團隊也研究了該反應，但同樣沒有探測到自發裂變。勞倫斯伯克利國家實驗室在 2006 年研究發射物同位旋的效應以及複核原子量對蒸發殘餘量的影響，當中再次研究了這條反應。他們在測量 1n 激發函數時，辨認出 259Sg 和 258Sg。

**209Bi(51V,xn)260-xSg (x=2)**

在 1974 年一系列冷核融合反應中，杜布納的團隊也研究了該反應，但同樣沒有探測到自發裂變。1994 年，重離子研究所的團隊利用這條反應合成𨭎，從而研究新發現的偶 - 偶同位素 258Sg。他們探測到 10 顆 258Sg 原子，其進行了自發裂變。

### 熱核融合

本節有關以熱核融合反應合成𨭎原子核。這些過程在高激發能（約 40 至 50 MeV，因而稱為「熱」核融合）生成複核，裂變及擬裂變之後存活機率較低。處於激發狀態的原子核再衰變至基態，期間發出 3 至 5 顆中子。

**238U(30Si,xn)268-xSg (x=3,4,5,6)**

對該反應的首次研究是由日本原子能研究所的科學家於 1998 年進行的。他們探測到一次自發裂變，當時不確定地指向新同位素 264Sg 或由 263Sg 經過電子捕獲後形成的 263Db。2006 年，重離子研究所和勞倫斯伯克利國家實驗室同時研究了該反應，並使用了母子體衰變關係法。勞倫斯伯克利的團隊測量了 4n、5n 和 6n 通道的激發函數，而重離子研究所的團隊則觀察到額外的 3n 通道活動。兩組人員都辨認出新同位素 264Sg，其在短半衰期內進行了自發裂變。

**248Cm(22Ne,xn)270-xSg (x=4?,5)**

1993 年，位於杜布納由 Yuri Lazarev 帶領的團隊宣布發現了半衰期較長的 266Sg 和 265Sg，都是經過這條反應在 4n 和 5n 通道中產生的。這是在尋找可進行化學研究的𨭎同位素之後得到的成果。報告中指出，266Sg 以 8.57 MeV 的能量放射 α 粒子，半衰期約為 20 秒。這為 Z=108，N=162 閉核的穩定性理論提供了證據。1997 年，重離子研究所進一步研究了該反應。儘管他們確認了 266Sg 的產量、衰變模式及半衰期，但是一些矛盾之處仍然存在。在最近進行的對 270Hs 的合成實驗中（見𨭆）發現，266Sg 只進行短半衰期的自發裂變（TSF = 360 ms）。有可能這是其基態（266gSg），而另一個直接產生的活動則指向高旋的 K 同核異構物 266mSg。要證實這一點需要進一步的實驗。

最近在重新評估 265Sg 和 266Sg 的衰變特性後，得出的結論為，至今所有衰變都源自具有兩種同核異構物的 265Sg。其一是 265aSg，其主要的 α 線位於 8.85 MeV，計算出的半衰期為 8.9 秒；而 265bSg 的衰變能量為 8.70 MeV，半衰期為 16.2 秒。直接產生時，兩個同核異構能級同時存在。從 269Hs 的衰變數據中能看出，265bSg 是在 269Hs 衰變時產生的，並會衰變至短半衰期的 261gRf 同位素。這意味著 266Sg 其實並非放射 α 粒子的長半衰期同位素，它實際上在短時間內就會進行裂變。

無論源頭是哪一個同位素，研究人員最近成功使用這條反應來研究𨭎的化學屬性（見下）。

**249Cf(18O,xn)267-xSg (x=4)**

勞倫斯伯克利和勞倫斯利福莫耳國家實驗室的合作團隊在 1974 年首次成功合成了𨭎。在成功時所用的實驗中，他們利用了新的母子體關係法辨認出新同位素 263Sg。1975 年，橡樹嶺國家實驗室的團隊證實了這些衰變數據，但未能辨認出一致的 X 光，因此未能證明𨭎確實被合成了。1979 年，位於杜布納的團隊通過探測自發裂變來研究了這條反應。相比從伯克利得出的數據，他們計算出 263Sg 的自發裂變支鏈為 70%。原先成功的合成反應在 1994 年終於被勞倫斯伯克利的另一個團隊證實。

### 作為衰變產物

𨭎的同位素也是某些更高元素衰變中的產物。下表列出至今為止的觀測：

## 同位素

如同其他高原子序的超重元素，𨭎的所有同位素都具有極高的放射性，壽命短暫，非常不穩定。目前已知的𨭎同位素有 12 個（不包括亞穩態及 K 旋同核異構物）。半衰期最長的是 269Sg，這個同位素會進行 α 衰變和自發裂變，半衰期大約為 14 分鐘。半衰期最短的是 261mSg，會進行內部轉變。其半衰期為 92 微秒。

### 同核異構物

**266Sg**

最初的研究辨認出一次 8.63 MeV 的 α 衰變，半衰期約為 21 秒，並指向 266Sg 的基態。之後的研究辨認出一個以 8.52 和 8.77 MeV 能量進行 α 放射的核種，其半衰期約為 21 秒。這對偶 - 偶核種來說是罕見的。近期有關合成 270Hs 的工作辨認出 266Sg 進行自發裂變，半衰期只有 360 毫秒。最近對 277Cn 和 269Hs 的研究為 265Sg 和 261Rf 的衰變帶來了新的信息。結果指出，原先的 8.77 MeV 活動應該指向 265Sg。因此，自發裂變是源自基態的，而 8.52 MeV 的活動則是源自高旋的 K 同核異構物的。要證實這一切則仍需要更多的實驗。最近重新評估數據後的結論指出，8.52 MeV 的活動應該指向 265Sg，而 266Sg 只會進行裂變。

**265Sg**

直接合成 265Sg 的實驗產生了 4 條 α 線：8.94、8.84、8.76 和 8.69 MeV，半衰期為 7.4 秒。對產自 277Cn 和 269Hs 衰變的 265Sg 的觀測指出，8.69 MeV 的 α 線可能與半衰期約為 20 秒的一個同核異構能級有關。這個能級很可能就是混淆指向 266Sg 或 265Sg 的原因，因為兩者均能夠衰變為進行裂變的鑪同位素。

對數據的重新評估指出，確實存在兩種同核異構物。一種的主要衰變能量為 8.85 MeV，半衰期為 8.9 秒；第二種衰變能量為 8.70 MeV，半衰期為 16.2 秒。

**263Sg**

成功合成 263Sg 的反應產生了一條能量為 9.06 MeV 的 α 線。在觀察 271gDs、271mDs 和 267Hs 衰變產生的 263Sg 之後，研究人員證實了以 9.25 MeV 的 α 放射進行衰變的同核異構物。同時 9.06 MeV 的衰變也被證實了，並指向半衰期為 0.3 秒的基態。9.25 MeV 的活動指向半衰期為 0.9 秒的同核異構能級。

最近合成 271g,mDs 的數據當中有關 267Hs 衰變的結果存在怪異之處。其中一次衰變中，267Hs 衰變為 263Sg，再進行 α 衰變，半衰期約為 6 秒。該活動仍沒有確切的同核異構物源頭，要得出結論就需要更多的研究。

**261Sg 的衰變光譜圖**

### 撤回的同位素

**269Sg**

1999 年聲稱合成 293Uuo 時，同位素 269Sg 被辨認為其一衰變產物。它以 α 放射進行衰變，半衰期為 22 秒。這次發現在 2001 年被撤回。該同位素最終於 2010 年成功被合成。

## 注釋

## 參考資料

## 外部連結

* 元素𨭎在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的介紹（英文）
* EnvironmentalChemistry.com —— 𨭎（英文）
* 元素𨭎在 _The Periodic Table of Videos_（諾丁漢大學）的介紹（英文）
* 元素𨭎在 Peter van der Krogt elements site 的介紹（英文）
* WebElements.com – 𨭎（英文）
* Chemistry in its element podcast (MP3) from the Royal Society of Chemistry's Chemistry World: Seaborgium（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）