第115號元素

**鏌**（拼音：mò，注音：ㄇㄛˋ，音同「莫」；英語：**Moscovium**），是一種人工合成的化學元素，其化學符號為 **Mc**，原子序數為 115。鏌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鏌 - 290，半衰期僅 0.65 秒。鏌不出現在自然界中，只能在實驗室內以粒子加速器人工合成。至今約有 100 個鏌原子被探測到，所發現原子的質量數介於 287 至 290 間。

鏌最早是在 2004 年，由一組俄羅斯及美國科學家組成的團隊於俄羅斯杜布納聯合原子核研究所（JINR）所合成出。2015 年 12 月，其被國際純化學和應用化學聯合會（IUPAC）和國際純粹與應用物理學聯合會（IUPAP）的聯合工作團隊認定為四個新元素之一，於 2016 年 11 月 28 日，正式以莫斯科州之名，將此元素命名為鏌，而莫斯科州正是杜布納聯合原子核研究所的所在地。

在元素週期表中，鏌是位於 p 區的錒系後元素，屬於第 7 週期、第 15 族（氮族），是已知最重的氮族成員。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鏌是否與同族中第二重的元素鉍有著相似的化學特性。根據計算，鏌可能與同族中較輕的元素（氮、磷、砷、銻）有類似的化學性質，且屬於後過渡金屬，儘管計算也顯示鏌的某些性質可能和同族元素有較大差異。此外，鏌的性質可能也與鉈有顯著的相似之處，因為兩者在準閉合殼層之外，皆具有一個不太被束縛的電子。

## 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

2004 年 2 月 2 日，由俄羅斯杜布納聯合核研究所和美國勞倫斯利福莫耳國家實驗室聯合組成的科學團隊在《物理評論快報》上表示成功合成了鏌。他們使用 48Ca 離子撞擊 243Am 目標原子，產生了 4 個鏌原子。這些原子通過發射 α 粒子，衰變為 284Nh，需時約 100 毫秒。

　
: $\,_{20}^{48}\mathrm {Ca} +\,_{95}^{243}\mathrm {Am} \to \,_{115}^{291}\mathrm {Mc} ^{*}\to \,_{115}^{288}\mathrm {Mc} +3\,_{0}^{1}\mathrm {n} \to \,_{113}^{284}\mathrm {Nh} +\,_{2}^{4}\mathrm {He} $

美俄科學家的這次合作計劃也對衰變產物 268Db 進行了化學實驗，並證實發現了 Uut。科學家在 2004 年 6 月和 2005 年 12 月的實驗中，通過量度自發裂變成功確認了𨧀同位素。數據中的半衰期和衰變模式都符合理論中的 268Db，證實了衰變來自於原子序為 115 的主原子核。但是在 2011 年，IUPAC 認為該結果只是初步的，不足以稱得上是一項發現。

2013 年，由瑞典隆德大學核物理學家 Dirk Rudolph 領導的團隊在德國達姆施塔特 GSI 亥姆霍茲重離子研究中心，通過將鈣同位素撞擊鋂的方法再次合成了鏌。

### 命名

鏌最先被稱為「eka - 鉍」。_Ununpentium_（Uup）是該元素獲得正式命名之前，IUPAC 元素系統命名法所賦予的臨時名稱。研究人員一般稱之為「元素 115」。

#### 命名提議

115 號元素主要有兩個命名提議，一個是根據法國物理學家保羅・朗之萬命名為 langevinium，另一個提議是根據 Dubna 研究所所在地莫斯科州命名為 moscovium。IUPAC 於 2016 年 11 月 28 日正式採用後者。

#### 中文名稱

2017 年 1 月 15 日，中華人民共和國全國科學技術名詞審定委員會聯合國家語言文字工作委員會組織化學、物理學、語言學界專家召開了 113 號、115 號、117 號、118 號元素中文定名會，將此元素命名為**镆**（讀音同「漠」）。

2017 年 4 月 5 日，中華民國國家教育研究院的化學名詞審譯委員會審譯修正通過之「化學元素一覽表」將此元素命名為「**鏌**」，音同「莫」。

### 未來實驗

Flerov 核反應實驗室有計劃研究較輕的鏌同位素，所用反應為：241Am + 48Ca。

## 同位素與核特性

目前已知的鏌同位素共有 4 個，質量數介於 287-290 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鏌 - 290，半衰期約 0.65 秒，也是目前發現最重的鏌同位素。

### 核合成

#### 能產生 Z=115 覆核的目標、發射體組合

下表列出各種可用以產生 115 號元素的目標、發射體組合。

#### 熱聚變

##### 238U(51V,_x_n)289−_x_Mc

有強烈證據顯示重離子研究所在 2004 年底一項氟化鈾 (IV) 實驗中曾進行過這個反應。他們並未發布任何報告，因此可能並未探測到任何產物原子，這是團隊意料之內的。

##### 243Am(48Ca,_x_n)291−_x_Mc (x=3,4)

杜布納團隊首先在 2003 年 7 月至 8 月進行了該項反應。在兩次分別進行的實驗中，他們成功探測到 3 個 288Mc 原子與一個 287Mc 原子。2004 年 6 月，他們進一步研究這項反應，目的是要在 288Mc 衰變鏈中隔離出 268Db。團隊在 2005 年 8 月重複進行了實驗，證實了衰變的確來自 268Db。

#### 同位素發現時序

### 同位素產量

#### 熱聚變

下表列出直接合成鏌的熱聚變核反應的截面和激發能量。粗體數據代表從激發函數算出的最大值。+ 代表觀測到的出口通道。

### 理論計算

#### 衰變特性

利用量子穿隧模型的理論計算支持實驗得出的 α 衰變數據。

#### 蒸發殘留物截面

下表列出各種目標 - 發射體組合，並給出最高的預計產量。

MD = 多面；DNS = 雙核系統；σ = 截面

## 化學屬性

由於鏌的生產極為昂貴且每次的產量皆極少，產出的鏌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鏌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

鏌預計為 7p 系的第 3 個元素，是元素週期表中 15 (VA) 族最重的成員，位於鉍之下。這一族的氧化態為 + V，但穩定性各異。氮的 + V 態大多是像 N2O5 這樣的分子的形式氧化態，實際上極難形成，因為它有較低的 d 軌域，而且氮原子容納不下 5 個配位基。磷、砷和銻能夠表現出明顯的 + V 態特性，但鉍卻很難達到該氧化態，因為其 6s2 電子不易參與形成化學鍵。這個現象稱為「惰性電子對效應」，一般與 6s 電子軌域的相對論性穩定性相關。鏌預計會延續這個趨勢，並只會具有 + III 和 + I 氧化態。氮 (I) 和鉍 (I) 也存在，但較罕見，而鏌 (I) 很可能會有一些獨特的屬性，可能比起鉍 (I) 更像鉈 (I)。由於自旋軌道耦合作用，鈇可能會有完整的軌域，並具有類似惰性氣體的屬性。這樣的話，鏌可能只有一顆價電子，因為 Mc+ 離子會和鈇有相同的電子組態。

## 注釋

## 參考資料

## 外部連結

* 元素鏌在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的介紹（英文）
* EnvironmentalChemistry.com —— 鏌（英文）
* 元素鏌在 _The Periodic Table of Videos_（諾丁漢大學）的介紹（英文）
* 元素鏌在 Peter van der Krogt elements site 的介紹（英文）
* WebElements.com – 鏌（英文）
* Uut and Uup Add Their Atomic Mass to Periodic Table（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Superheavy elements（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* History and etymology （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）