第116號元素

**鉝**（拼音：lì，注音：ㄌ丨ˋ，音同「立」；英語：**Livermorium**），是一種人工合成的化學元素，其化學符號為 **Lv**，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。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）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是否為同族的釙的化學同系物。根據計算，鉝的一些性質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。

## 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

### 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。 西元 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。西元 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。

西元 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。

### 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。

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

#### 原文名稱

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莫耳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）。

#### 中文名稱

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**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**鉝**（讀音同「立」）為中文定名。

### 目前及未來的實驗

位於杜布納的團隊表示有意利用 244Pu 和 50Ti 的核反應合成鉝。通過這項實驗，他們可以研究是否可能以原子序大於 20 的發射體來合成原子序大於 118 的超重元素。雖然原定計劃在 2008 年進行，但這項實驗至今仍未開始。

研究團隊也有計劃使用不同發射體能量來重複 248Cm 反應，以進一步了解 2n 通道，從而發現新的同位素 294Lv。另外，他們計劃在未來完成 4n 通道產物 292Lv 的激發函數，並估量 N=184 核殼層對產生蒸發殘留物的穩定效應。

## 同位素與核特性

目前已知的鉝同位素共有 4 個，質量數介於 290-293 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。

## 化學屬性

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。

### 推算的化學屬性

#### 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。這一族的氧化態為 + VI，缺少 d 軌域，無法超越八隅體的氧除外。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，隨著元素週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度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 軌域非常穩定，使得鉝可能只有四顆價電子。 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 - 軌域作用會使 Lv–H 鍵比單純靠元素週期律推測的長，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 軌域能量較低，並且可以與鉝的 7p 軌域發生軌域混成。 這種現象被稱為「超價軌域混成」， 在週期表里並不少見。例如，分子型二氟化鈣中的鈣原子有 4s 和 3d 參與的軌域混成。 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。

## 參見

* 穩定島

## 注釋

## 參考資料

## 外部連結

* 元素鉝在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的介紹（英文）
* EnvironmentalChemistry.com —— 鉝（英文）
* 元素鉝在 _The Periodic Table of Videos_（諾丁漢大學）的介紹（英文）
* 元素鉝在 Peter van der Krogt elements site 的介紹（英文）
* WebElements.com – 鉝（英文）