第109號元素

**䥑**（拼音：mài，注音：ㄇㄞˋ，音同「麥」；英語：**Meitnerium**），是一種人工合成的化學元素，其化學符號為 **Mt**，原子序數為 109。䥑是一種放射性極強的超重元素及錒系後元素，其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 278Mt，半衰期僅約 4.5 秒。䥑是 9 族最重的元素，但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䥑的性質是否符合元素週期律。

德國達姆施塔特重離子研究所的研究團隊在 1982 年首次合成出䥑元素。其名稱得自奧地利、瑞典原子物理學家莉澤・邁特納。

## 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

此元素在 1982 年 8 月 29 日由彼得・安布魯斯特和哥特佛萊德・明岑貝格領導的研究團隊所合成出來，此團隊位於德國黑森邦達姆施塔特的重離子研究所。 他們利用鐵 - 58 離子轟擊鉍 - 209 合成了 266Mt 的單一原子：

　
: $\,_{83}^{209}\mathrm {Bi} +\,_{26}^{58}\mathrm {Fe} \to \,_{109}^{266}\mathrm {Mt} +\,_{0}^{1}\mathrm {n} $

### 命名

根據 IUPAC 元素系統命名法，䥑的舊稱是 Unnilennium，來自 1、0、9 的拉丁語寫法。

1997 年 8 月 27 日 IUPAC 正式對國際上分歧較大的 101 至 109 號元素的重新英文定名中，Meitnerium 正式作為 109 號元素的命名，以紀念奧地利、瑞典原子物理學家莉澤・邁特納（Lise Meitner）。

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 109 號元素中文名：「䥑」（mài，音同「麥」）。

### 未來實驗

日本理化學研究所的一個團隊已表示有計劃研究以下反應：

　
: $\,_{96}^{248}\mathrm {Cm} +\,_{13}^{27}\mathrm {Al} \to \,_{109}^{275}\mathrm {Mt} ^{*}\to \,?$

## 同位素與核特性

目前已知的䥑同位素共有 8 個，質量數分別為 266、268、270 和 274-278，全部都具有極高的放射性，半衰期極短，非常不穩定，且質量數越大的同位素穩定性越高，其中最長壽的同位素為䥑-278，半衰期約 4.5 秒，也是目前發現最重的䥑同位素。未經確認的同位素䥑-282 可能具有更長的半衰期，為 67 秒。除了䥑-278 外，其他壽命較長的同位素有䥑-276 和䥑-274，半衰期分別為 0.45 秒和 0.44 秒，剩下 5 種同位素的半衰期都在 20 毫秒以下。大多數䥑同位素主要發生 α 衰變，有些則會進行自發裂變。

䥑-268 和䥑-270 具有已知但未經證實的同核異構物。

### 核合成

#### 能產生 Z=109 覆核的目標、發射體組合

下表列出各種可用以產生 109 號元素的目標、發射體組合。

#### 作為衰變產物

科學家也曾在更重元素的衰變產物中發現䥑的同位素。

#### 同位素發現時序

### 核異構物

#### 270Mt

科學家在 278Nh 的衰變鏈中確定探測到兩個 270Mt 原子。這兩個原子擁有非常不同的衰期和衰變能量，並來自兩個不同的 274Rg 同核異構物。第一種同核異構物經過 α 衰變，能量為 10.03 MeV，半衰期為 7.16 毫秒；另一種的半衰期為 1.63 秒，但衰變能量未知。由於缺乏數據，要對這些同核異構物進行實際的能級分配，必需作進一步的研究。

#### 268Mt

多個實驗的結果顯示，268Mt 的 α 衰變光譜是非常複雜的。從 268Mt 釋放出的 α 粒子能量有 10.28、10.22 和 10.10 MeV，半衰期也分別為 42 毫秒、21 毫秒和 102 毫秒。長半衰期的一次衰變事件來自同核異能態。科學家正在研究其他兩個半衰期差距的原因。由於缺乏數據，要對這些同核異構物進行實際的能級分配，必需作進一步的研究。

### 同位素產量

下表列出直接合成䥑的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。

#### 冷聚變

### 理論計算

下表列出各種目標 - 發射體組合，並給出最高的預計產量。

HIVAP = 重離子汽化統計蒸發模型； σ = 截面

## 化學屬性

### 推算的化學屬性

#### 物理特性

根據週期表的趨勢，䥑應該是一種高密度金屬，密度大約為 37.4 g/cm3（鈷：8.9，銠：12.5，銥：22.5），熔點也很高，約為 2600 至 2900°C（鈷：1480，銠：1966，銥：2454）。它的耐腐蝕性可能很高，甚至比銥更高。

#### 氧化態

䥑預計將是 6d 系過渡金屬的第 7 個元素，也是週期表中 9 族最重的成員，位於鈷、銠和銥的下面。較重的兩個 9 族元素氧化態為 + 6，而銥最穩定的為 + 4 和 + 3 態，銠則呈穩定的 + 3 態。因此預期䥑會形成穩定的 + 3 狀態，但也可能有穩定的 + 4 和 + 6 態。

#### 化學特性

䥑應可形成六氟化物 MtF6。這氟化物預計將較六氟化銥更加穩定，因為同族元素從上到下的 + 6 氧化態越來越穩定。

在與氧發生反應時，銠主要形成 Rh2O3 ，而銥會被氧化為 + 4 態的 IrO2。因此䥑可能會形成二氧化物 MtO2。

9 族元素的 + 3 態常見於與鹵素直接反應所形成的三鹵化物（氟化物除外）。因此䥑應可形成 MtCl3、MtBr3 和 MtI3。

## 注釋

## 參考資料

## 外部連結

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