Нихоний

Нихо́ний[3] (лат. Nihonium, Nh), который ранее фигурировал под временными наименованиями уну́нтрий (лат. Ununtrium, Uut) или эка-тáллий[4], — химический элемент 13-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы III группы) 7-го периода периодической системы. Атомный номер — 113. Атомная масса наиболее устойчивого из известных изотопов, 286Nh, с периодом полураспада 20 с[5], составляет 286,182(5) а. е. м.[2]. Как и все сверхтяжёлые элементы, чрезвычайно радиоактивен.

Нихоний
← Коперниций | Флеровий →
113 Tl
↑
Nh[1]
↓
(Uhs)
Периодическая система элементов
113Nh[1]
Внешний вид простого вещества
Неизвестен
Свойства атома
Название, символ, номер Нихоний / Nihonium (Nh), 113
Группа, период, блок 13, 7, p
Атомная масса
(молярная масса)		 [286] (массовое число наиболее устойчивого изотопа)[2]
Электронная конфигурация предположительно [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p1
Радиус атома 170 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 172—180 пм
Энергия ионизации

1‑я: (расчётная) 704,9 кДж/моль (эВ)
2‑я: (расчётная) 2238,5 кДж/моль (эВ)


3‑я: (расчётная) 3203,3 кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) (расчётная) 16 г/см³
Температура плавления (расчётная) 700 K
Температура кипения (расчётная) 1430 K
Уд. теплота плавления (расчётная) 7,61 кДж/моль
Уд. теплота испарения (расчётная) 130 кДж/моль
Прочие характеристики
Номер CAS 54084-70-7
113
Нихоний
(286)
5f146d107s27p1

История открытия

В феврале 2004 года были опубликованы результаты экспериментов, проводившихся с 14 июля по 10 августа 2003 года, в результате которых был получен 113-й элемент[6][7]. Исследования проводились в Объединённом институте ядерных исследований (Дубна, Россия) на циклотроне У-400 с использованием дубненского газонаполненного сепаратора ядер отдачи (DGFRS) совместно с Ливерморской национальной лабораторией (США). В этих экспериментах в результате бомбардировки мишени из америция ионами кальция были синтезированы изотопы элемента 115 (в настоящее время получившего название «московий», Mc): три ядра 288Mc и одно ядро 287Mc. Все четыре ядра в результате альфа-распада превратились в изотопы элемента 113 (284Nh и 283Nh). Ядра элемента 113 претерпели дальнейший альфа-распад, превратившись в изотопы элемента 111 (рентгений). Цепочка последовательных альфа-распадов привела в результате к спонтанно делящимся ядрам элемента 105 (дубний).

В 2004 и 2005 годах в ОИЯИ (в сотрудничестве с Ливерморской национальной лабораторией) были проведены эксперименты по химической идентификации конечного продукта распада цепочки 288115 → 284113 → 280111 → 276109 → 272107 → 268105, долгоживущего (около 28 часов) изотопа 268Db. Эксперименты, в которых было исследовано ещё 20 событий, подтвердили синтез 115-го и 113-го элементов[8].

В сентябре 2004 года о синтезе изотопа 113-го элемента 278Nh в количестве одного атома объявила группа из института RIKEN (Япония)[9]. Они использовали реакцию слияния ядер цинка и висмута. В итоге за 8 лет японским учёным удалось зарегистрировать три события рождения атомов нихония: 23 июля 2004-го, 2 апреля 2005-го и 12 августа 2012 годов[10].

Два атома ещё одного изотопа — 282Nh — были получены в ОИЯИ в 2007 году в реакции 237Np + 48Ca → 282Nh+ 3 1n[11].

Ещё два изотопа — 285Nh и 286Nh были получены в ОИЯИ в 2010 году как продукты двух последовательных альфа-распадов теннессина.

В 2013 году атомы нихония были получены группой из Лундского университета в Институте тяжёлых ионов в ходе экспериментов, подтвердивших производство нихония по методике, использованной российско-американской группой в Дубне[12]. В 2015 году такой же способ получения успешно повторили в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли[13].

Получение методом холодного слияния, использованного японскими учёными, ни одна лаборатория пока не проводила в виду её низкой эффективности.

В августе 2015 года на съезде IUPAC в Пусане было объявлено, что доклад об элементах под номерами 113, 115, 117 и 118 уже подготовлен[14]. Однако никакой подробной информации обнародовано не было. В декабре 2015 года было объявлено, что окончательное решение о приоритете открытия и названии химического элемента № 113 будет принято в январе 2016 года на заседании Международного союза теоретической и прикладной химии. При этом уже тогда сообщалось, что приоритет будет отдан команде исследователей RIKEN[15]. 30 декабря 2015 года ИЮПАК официально признал открытие 113-го элемента и приоритет в этом учёных из RIKEN[16]. Таким образом, 113-й стал первым элементом, открытым в Японии и вообще в азиатской стране[17].

Метод горячего слияния, использованный учёными из ОИЯИ, оказался намного эффективнее метода холодного слияния, использованного учёными из RIKEN, позволив получить несколько десятков атомов нихония против трёх у японцев. Кроме того, российско-американские эксперименты были успешно воспроизведены в Дармштадте и Беркли. Тем не менее рабочая группа IUPAC/IUPAP признала приоритет японских учёных в открытии, поскольку полученные ими лёгкие изотопы нихония в ходе своего распада превращались в хорошо изученные изотопы, в частности 266
107Bh, а распады тяжёлых изотопов нихония, получаемых методом горячего слияния, происходят через новые, никогда ранее не наблюдавшиеся изотопы. Также у рабочей группы возникли сомнения в возможности химически отличить дубний от резерфордия методом, использованным учёными ОИЯИ при анализе продуктов распада изотопов нихония и московия[18].

Название

Первоначально для 113-го элемента использовалось систематическое название унунтрий (лат. Ununtrium), составленное из корней латинских числительных, соответствующих порядковому номеру: Ununtrium — дословно «одно-одно-третий»).

Синтезировавшие элемент учёные из российского наукограда Дубна предлагали назвать его беккерелием (Becquerelium, Bq) в честь открывателя радиоактивности Анри Беккереля (ранее этим же названием предлагалось назвать 110-й элемент, который стал дармштадтием[19]). Учёные из Японии предложили назвать элемент японием (Japonium, Jp), нисинанием (Nishinanium, Nh) — в честь физика Ёсио Нисина), или рикением (Rikenium, Rk) — в честь института RIKEN[20][21].

8 июня 2016 года ИЮПАК рекомендовал дать элементу название «нихоний» (Nihonium, Nh) по одному из двух вариантов самоназвания Японии — Нихон, что переводится как «Страна восходящего солнца». Название «нихоний» было представлено научной общественности для пятимесячного обсуждения с 8 июня по 8 ноября 2016 года, после чего оно должно было быть формально утверждено на ближайшем конгрессе ИЮПАК[22], назначенном на июль 2017 года[23].

28 ноября 2016 года ИЮПАК утвердил для 113-го элемента название «нихоний»[24][25].

Получение

Изотопы нихония были получены в результате α-распада изотопов московия[7]:

,
,
,
,

а также в результате ядерных реакций

[11],
[9].

Известные изотопы
Основная статья: Изотопы нихония
Изотоп Масса Период полураспада Тип распада
278Nh 278 0,24+1,14
−0,11 мс[26]		 α-распад в 274Rg
282Nh 282 73+134
−29 мс[11]		 α-распад в 278Rg
283Nh 283 100+490
−45 мс[26]		 α-распад в 279Rg
284Nh 284 0,48+0,58
−0,17 с[26]		 α-распад в 280Rg
285Nh 285 5,5 с[26] α-распад в 281Rg
286Nh 286 19,6 с[26] α-распад в 282Rg

Физические и химические свойства

Нихоний принадлежит к подгруппе бора, следуя в ней после таллия. Нихоний предположительно является тяжёлым (с расчётной плотностью 16 г/см3) непереходным металлом.

Как и все металлы подгруппы бора (начиная с алюминия), он должен быть весьма легкоплавок. Расчётная температура плавления нихония 430 °C (немного выше таллия, который плавится при 304 °C).

Расчётные химические свойства нихония предполагаются очень интересными. Ожидается, что нихоний будет существенно менее реакционноспособным, чем таллий (свойства которого ближе к щелочным металлам), и будет больше похож не на него, а на металлы побочной подгруппы I группы — медь или серебро[27]. Причиной этого служат релятивистские эффекты взаимодействия одного 7p-электрона с двумя 7s2 электронами, которые повышают энергию ионизации нихония до 704,9 кДж/моль, что гораздо выше энергии ионизации таллия (589,4 кДж/моль)[28].

Нихоний обладает самым сильным сродством к электрону среди всей подгруппы бора (0,64 эВ). Поэтому он может быть и окислителем, в отличие от всех предыдущих элементов. Присоединяя один электрон, нихоний приобретает стабильную электронную конфигурацию флеровия, поэтому он может проявлять некоторое сходство с галогенами, давая нихониды — соли, где имеется анион Nh−. Такие соли, впрочем, будут проявлять довольно сильные восстановительные свойства, однако гипотетическое соединение NhTs с теннессином будет на самом деле иметь вид TsNh — нихоний будет окислителем, а теннессин восстановителем[29].

Степень окисления нихония +1 возможна и, как и у таллия, будет наиболее устойчивой степенью окисления; однако отличия от химии таллия весьма значительны. Так, ожидается, что гидроксид нихония, в отличие от гидроксида таллия, будет слабым основанием, легко разлагающимся до Nh2O (возможно, он и вовсе не будет существовать, как гидроксид серебра). Моногалогениды нихония(I), подобно галогенидам таллия(I) и серебра(I) (кроме фторидов), в воде будут малорастворимыми либо вовсе нерастворимыми.

Кроме степеней окисления −1 и +1, нихоний сможет проявлять степени окисления +2, +3 и даже +5, что противоречит порядку группы. Однако дальнейшее окисление нихония осуществляется не с помощью 7s2 электронов, на разбиение пары которых требуется слишком много энергии, а за счёт 6d-электронной оболочки. Поэтому соединения нихония в степени окисления +3 не будут похожи на соединения более лёгких аналогов в этой степени окисления. С учётом тенденции, эта степень окисления нихония будет относительно малоустойчивой, и нихоний сможет образовывать её, как правило, с сильными электроотрицательными элементами (фтор, хлор, кислород). Форма молекулы будет Т-образной, а не треугольной, как соли других элементов подгруппы бора в степени окисления +3.

Высшая степень окисления +5 теоретически возможна, но только со фтором и в жёстких условиях, подобно фториду золота(V), и, вероятно, она будет нестабильна. Однако предполагается существование аниона NhF6-, который будет стабилен в составе гипотетических солей фторнихониевой кислоты.

Примечания
  1. https://iupac.org/iupac-announces-the-names-of-the-elements-113-115-117-and-118/
  2. Meija J. et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2016. — Vol. 88, no. 3. — P. 265–291. — doi:10.1515/pac-2015-0305.
  3. Названия новых химических элементов 113, 115, 117 и 118. ОИЯИ (8 июня 2016). Дата обращения: 8 июня 2016.
  4. Eliav Ephraim, Kaldor Uzi, Ishikawa Yasuyuki, Seth Michael, Pyykkö Pekka. Calculated energy levels of thallium and eka-thallium (element 113) // Physical Review A. — 1996. — 1 июня (т. 53, № 6). — С. 3926—3933. — ISSN 1050-2947. — doi:10.1103/PhysRevA.53.3926.
  5. Грушина А. Биографии новых элементов // Наука и жизнь. — 2017. — Вып. 1. — С. 24—25.
  6. Oganessian Yu. Ts. et al. Experiments on the synthesis of element 115 in the reaction 243Am(48Ca, xn)291–x115 // Physical Review C. — 2004. — Vol. 69. — P. 021601.
  7. Yu. Ts. Oganessian et al. Synthesis of elements 115 and 113 in the reaction 243Am+48Ca // Physical Review C. — 2005. — Vol. 72. — P. 034611.
  8. N. J. Stoyer et al. Chemical Identification of a Long-Lived Isotope of Dubnium, a Descendant of Element 115 // Nuclear Physics A. — 2007. — Vol. 787, № 1—4. — P. 388—395.
  9. Kosuke Morita et al. Experiment on the Synthesis of Element 113 in the Reaction 209Bi(70Zn, n)278113 (англ.) // Journal of the Physical Society of Japan. — 2004. — Vol. 73, no. 10. — P. 2593—2596.
  10. Kosuke Morita et al. New Result in the Production and Decay of an Isotope, 278113, of the 113th Element (англ.) // Journal of the Physical Society of Japan. — 2012. — Vol. 81, no. 103201. — P. 1—4.
  11. Oganessian Yu. Ts. et al. Synthesis of the isotope 282113 in the 237Np+48Ca fusion reaction (англ.) // Physical Review C. — 2007. — Vol. 76. — P. 011601.
  12. Rudolph D. et al. Spectroscopy of element 115 decay chains (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2013. — Vol. 111, no. 11. — P. 112502. — doi:10.1103/PhysRevLett.111.112502.
  13. Gates J. M. et al. Decay spectroscopy of element 115 daughters:280Rg→276Mt and 276Mt→272Bh (англ.) // Phys. Rev. C. — 2015. — Vol. 92, no. 2. — P. 021301. — doi:10.1103/PhysRevC.92.021301.
  14. Хироко Сайто. Кому присудят открытие 113-го элемента таблицы Менделеева? = 科学の森：１１３番元素命名権、近く結論　発見認定　理研か、米露チームか // Майнити симбун. — 2015. — Сентябрь.
  15. Японий станет 113-м элементом таблицы Менделеева
  16. Discovery and Assignment of Elements with Atomic Numbers 113, 115, 117 and 118 (англ.). ИЮПАК (30 декабря 2015). Дата обращения: 31 декабря 2015.
  17. Японцев признали первооткрывателями 113-го химического элемента, Вести.ру (31 декабря 2015). Дата обращения 31 декабря 2015.
  18. Barber R. C., Karol P. J., Nakahara H., Vardaci E., Vogt E. W. Discovery of the elements with atomic numbers greater than or equal to 113 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure Appl. Chem.. — 2011. — Vol. 83, no. 7. — P. 1485. — doi:10.1351/PAC-REP-10-05-01.
  19. Chemistry : Periodic Table : darmstadtium : historical information (недоступная ссылка). Дата обращения: 17 января 2005. Архивировано 17 января 2005 года.
  20. Discovering element 113 (англ.) (недоступная ссылка). RIKEN News — November 2004. — № 281. Дата обращения: 24 июля 2007. Архивировано 26 августа 2011 года.
  21. Обзорная статья «Дискуссии о приоритете в открытии трансурановых элементов» (недоступная ссылка). Дата обращения: 5 сентября 2004. Архивировано 5 сентября 2004 года.
  22. IUPAC Is Naming The Four New Elements Nihonium, Moscovium, Tennessine, And Oganesson (англ.). ИЮПАК (8 июня 2016). Дата обращения: 8 июня 2016.
  23. 48th IUPAC COUNCIL MEETING. Busan, Korea 12-13 August 2015. Draft Minutes.
  24. IUPAC Announces the Names of the Elements 113, 115, 117, and 118 (англ.). ИЮПАК (30 ноября 2016). Дата обращения: 30 ноября 2016.
  25. Образцов П. Унуноктий стал оганесоном // Наука и жизнь. — 2017. — Вып. 1. — С. 22—25.
  26. Nudat 2.3
  27. Fægri Knut, Saue Trond. Diatomic molecules between very heavy elements of group 13 and group 17: A study of relativistic effects on bonding (англ.) // The Journal of Chemical Physics. — 2001. — 8 August (vol. 115, no. 6). — P. 2456—2464. — ISSN 0021-9606. — doi:10.1063/1.1385366.
  28. Haire R. G. Transactinides and the future elements // The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (англ.) / Eds.: L. R. Morss, N. M. Edelstein, J. Fuger. — 3rd Ed. — Dordrecht, The Netherlands: Springer Science+Business Media, 2006. — ISBN 1-4020-3555-1.
  29. Stysziński J. Why do we Need Relativistic Computational Methods? // Relativistic Methods for Chemists (англ.) / Eds.: Maria Barysz, Yasuyuki Ishikawa. — 2010. — P. 99—164. — xiv, 613 p. — (Challenges and Advances in Computational Chemistry and Physics, volume 10). — ISBN 978-1-4020-9975-5.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.