Нихоний

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Нихоний
← Коперниций | Флеровий →
113Tl
↑
Nh[1]
↓
(Uhs)
Периодическая система элементовВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесон
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
Степени окисления −1, +1[3]
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
Мол. теплота плавления (расчётная) 7,61 кДж/моль
Мол. теплота испарения (расчётная) 130 кДж/моль
Прочие характеристики
Номер CAS54084-70-7
113
Нихоний
(286)
5f146d107s27p1

Нихо́ний[4] (лат. Nihonium, Nh), который ранее фигурировал под временными наименованиями уну́нтрий (лат. Ununtrium, Uut) или эка-та́ллий[5], — 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[6], составляет 286,182(5) а. е. м.[2]. Как и все сверхтяжёлые элементы, чрезвычайно радиоактивен.

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[7][8]. 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[9].

В сентябре 2004 года о синтезе изотопа 113-го элемента 278Nh в количестве одного атома объявила группа из института RIKEN (Япония)[10]. 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[11].

Два атома ещё одного изотопа — 282Nh — были получены в ОИЯИ в 2007 году в реакции 237Np + 48Ca → 282Nh+ 3 1n[12].

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[13]. В 2015 году такой же способ получения успешно повторили в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли[14].

Получение методом холодного слияния, использованного японскими учёными, ни одна лаборатория пока не проводила ввиду 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[15]. 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[16]. 30 декабря 2015 года ИЮПАК официально признал открытие 113-го элемента и приоритет в этом учёных из RIKEN[17]. Таким образом, 113-й стал первым элементом, открытым в Японии и вообще в азиатской стране[18].

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[19].

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[20]). 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[21][22].

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[23], назначенном на июль 2017 года[24].

28 ноября 2016 года ИЮПАК утвердил для 113-го элемента название «нихоний»[25][26].

Получение

Изотопы нихония были получены в результате α-распада изотопов московия[8]:

,
,
,
,

а также в результате ядерных реакций

[12],
[10].

Известные изотопы

Основная статья: Изотопы нихония
Изотоп Масса Период полураспада Тип распада
278Nh 278 0,24+1,14
−0,11 мс[27]		α-распад в 274Rg
282Nh 282 73+134
−29 мс[12]		α-распад в 278Rg
283Nh 283 100+490
−45 мс[27]		α-распад в 279Rg
284Nh 284 0,48+0,58
−0,17 с[27]		α-распад в 280Rg
285Nh 285 5,5 с[27]α-распад в 281Rg
286Nh 286 19,6 с[27]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[28]. 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)[29].

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[30].

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. ↑ 1 2 https://iupac.org/iupac-announces-the-names-of-the-elements-113-115-117-and-118/
  2. ↑ 1 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. Архивировано 31 марта 2016 года.
  3. ↑ Нихоний. Большая Российская энциклопедия 2004-2017. БРЭ. Дата обращения: 15 февраля 2023. Архивировано 15 февраля 2023 года.
  4. ↑ Названия новых химических элементов 113, 115, 117 и 118. ОИЯИ (8 июня 2016). Дата обращения: 8 июня 2016. Архивировано 11 июня 2016 года.
  5. ↑ 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. [исправить]
  6. ↑ Грушина А. Биографии новых элементов // Наука и жизнь. — 2017. — Вып. 1. — С. 24—25. Архивировано 2 февраля 2017 года.
  7. ↑ 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.
  8. ↑ 1 2 Yu. Ts. Oganessian et al. Synthesis of elements 115 and 113 in the reaction 243Am+48Ca // Physical Review C. — 2005. — Vol. 72. — P. 034611.
  9. ↑ 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. Архивировано 11 мая 2018 года.
  10. ↑ 1 2 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. Архивировано 5 июля 2007 года.
  11. ↑ 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. Архивировано 3 января 2013 года.
  12. ↑ 1 2 3 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.
  13. ↑ 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. Архивировано 20 марта 2021 года.
  14. ↑ 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. Архивировано 14 марта 2020 года.
  15. ↑ 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. Архивировано 21 декабря 2015 года.
  16. ↑ Японий станет 113-м элементом таблицы Менделеева. Дата обращения: 26 декабря 2015. Архивировано 27 декабря 2015 года.
  17. ↑ Discovery and Assignment of Elements with Atomic Numbers 113, 115, 117 and 118 (англ.). ИЮПАК (30 декабря 2015). Дата обращения: 31 декабря 2015. Архивировано 31 декабря 2015 года.
  18. ↑ "Японцев признали первооткрывателями 113-го химического элемента". Вести.ру. 2015-12-31. Архивировано 1 января 2016. Дата обращения: 31 декабря 2015.
  19. ↑ 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.
  20. ↑ Chemistry : Periodic Table : darmstadtium : historical information. Дата обращения: 17 января 2005. Архивировано из оригинала 17 января 2005 года.
  21. ↑ Discovering element 113 (англ.). RIKEN News — November 2004. — № 281. Дата обращения: 24 июля 2007. Архивировано из оригинала 26 августа 2011 года.
  22. ↑ Обзорная статья «Дискуссии о приоритете в открытии трансурановых элементов». Дата обращения: 5 сентября 2004. Архивировано из оригинала 5 сентября 2004 года.
  23. ↑ IUPAC Is Naming The Four New Elements Nihonium, Moscovium, Tennessine, And Oganesson (англ.). ИЮПАК (8 июня 2016). Дата обращения: 8 июня 2016. Архивировано 8 июня 2016 года.
  24. ↑ 48th IUPAC COUNCIL MEETING. Busan, Korea 12-13 August 2015. Draft Minutes Архивная копия от 16 ноября 2016 на Wayback Machine.
  25. ↑ IUPAC Announces the Names of the Elements 113, 115, 117, and 118 (англ.). ИЮПАК (30 ноября 2016). Дата обращения: 30 ноября 2016. Архивировано 23 сентября 2018 года.
  26. ↑ Образцов П. Унуноктий стал оганесоном // Наука и жизнь. — 2017. — Вып. 1. — С. 22—25. Архивировано 2 февраля 2017 года.
  27. ↑ 1 2 3 4 5 Nudat 2.3. Дата обращения: 24 июля 2007. Архивировано 13 мая 2019 года.
  28. ↑ 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. [исправить]
  29. ↑ 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.
  30. ↑ 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. Архивировано 9 сентября 2019 года.

Ссылки