鐽（Darmstadtium）是一種人工合成的放射性元素，化學符號是Ds，原子序是110。它是10 (VIIIB)族最重的元素，属于超铀元素、超锕元素。由於還沒有足夠穩定的鐽同位素，因此未能通過化學實驗來驗證鐽的特性。鐽於1994年首次被合成，其最重也是最稳定同位素为^281aDs，半衰期约为11秒。有證據顯示存在着另一個同核異構體^281bDs，其半衰期為3.7分鐘。

歷史

发现

鐽是一種人工合成的元素，由德国达姆施塔特重离子研究所（GSI）的西格･霍夫曼（英语：Sigurd Hofmann）等人于1994年11月9日，在线性加速器内利用镍-62和镍-64轰击鉛-208而合成的。製成的同位素有鐽-269和鐽-271，其中鐽-271比較穩定。

${\displaystyle \,_{82}^{208}\mathrm {Pb} +\,_{28}^{62}\mathrm {Ni} \to \,_{110}^{269}\mathrm {Ds} +\,_{0}^{1}\mathrm {n} }$

${\displaystyle \,_{82}^{208}\mathrm {Pb} +\,_{28}^{64}\mathrm {Ni} \to \,_{110}^{271}\mathrm {Ds} +\,_{0}^{1}\mathrm {n} }$

命名

根据IUPAC元素系统命名法，鐽的舊稱是Ununnilium，源自110的拉丁文寫法。2003年8月，IUPAC正式將其命名為Darmstadtium，以紀念發現這元素的重離子研究所所在地达姆施塔特（但其實GSI位于达姆施塔特以北的Wixhausen小区）。由於110也是德國報警時所撥的號碼，鐽又有另外一個外號：Policium（警察元素）。^[4]

同位素與核特性

核合成

能產生Z=110複核的目標、發射體組合

下表列出各種可用以產生110號元素的目標、發射體組合。

冷聚變

²⁰⁸Pb(⁶⁴Ni,xn)^272-xDs(x=1)

GSI的科學家在1986年研究了這條反應，但沒有成功。計算出的截面限制在12 pb。1994年，他們使用改進了的設施，成功地檢測到9顆²⁷¹Ds原子。GSI在2000年成功重現了這種反應，檢測到4個原子^[5][6][7][8] ，勞倫斯伯克利國家實驗室則在2000年和2004年探測到9顆原子，而2002年日本理化學研究所也測得14顆原子。^[9]

²⁰⁷Pb(⁶⁴Ni,xn)^271-xDs(x=1)

2000年10月至11月，GSI小組也在反應中使用²⁰⁷Pb目標體進行實驗，以尋找新的同位素²⁷⁰Ds。他們成功合成8個²⁷⁰Ds原子，其中包括基態²⁷⁰Ds和高自旋同核異構體^270mDs。^[10]

²⁰⁸Pb(⁶²Ni,xn)^270-xDs(x=1)

GSI的研究小組於1994年研究了這條反應，探測到3個²⁶⁹Ds原子。他們起初測定了第4條衰變鏈，但其後將其撤回。

²⁰⁹Bi(⁵⁹Co,xn)^268-xDs

俄羅斯杜布納的小組在1986年首次研究這個反應。他們無法檢測到任何原子，測量的截面限制在1 pb。1995年，勞倫斯伯克利國家實驗室報告表明，他們成功地在1n中子蒸發通道中檢測到²⁶⁷Ds的單個原子。然而他們沒有測量某些衰變，因此需要進一步研究來確認這一發現。^[11]

熱聚變

²³²Th(⁴⁸Ca,xn)^280-xDs

杜布納的團隊在1986年首次嘗試用熱核聚變合成鐽元素。他們無法測量任何自發裂變活動，計算出的截面限制在1 pb。1997年11月和1998年10月，同樣的團隊在三個不同的實驗中重新研究這種反應。他們的新方法使用⁴⁸Ca來合成超重元素。他們檢測到一些半衰期相對較長的自發裂變活動，並初步分配到衰變產物²⁶⁹Sg或²⁶⁵Rf，截面為5 pb。

²³²Th(⁴⁴Ca,xn)^276-xDs

杜布納小組在1986年和1987年進行了這種反應，並在這兩個實驗中測量到10毫秒的自發裂變活動，分配到²⁷²Ds，截面為10 pb。目前認為這項裂變活動並不是來自鐽同位素的。

²³⁸U(⁴⁰Ar,xn)^278-xDs

1987年，杜布納小組首次嘗試這種反應。他們只觀察到來自^240mfAm和^242mfAm的自發裂變，截面限制在1.6 pb。GSI小組於1990年首次研究這個反應，沒有檢測到任何鐽原子。2001年8月，GSI重複進行反應，但沒有成功，計算出的截面限制在1.0 pb。

²³⁶U(⁴⁰Ar,xn)^276-xDs

1987年，杜布納小組首次嘗試這種反應，但沒有觀察到自發裂變活動。

²³⁵U(⁴⁰Ar,xn)^275-xDs

1987年，杜布納小組首次嘗試這種反應，但沒有觀察到自發裂變活動。GSI團隊在1990年作進一步研究，同樣沒有檢測到鐽原子，截面限制在21 pb。

²³³U(⁴⁰Ar,xn)^273-xDs

GSI團隊在1990年首次嘗試這條反應，但沒有檢測到鐽原子，截面限制在21 pb。

²⁴⁴Pu(³⁴S,xn)^278-xDs(x=5)

1994年9月，杜布納小組在5n中子蒸發通道中檢測到²⁷³Ds的單個原子，截面只有400 fb。^[12]

作為衰變產物

科學家也曾在更重元素的衰變產物中發現鐽的同位素。

在一些實驗中，²⁹³Lv和²⁸⁹Fl衰變所產生的鐽同位素以8.77 MeV的能量進行α衰變，半衰期為3.7分鐘。雖然未經證實，但這項活動極有可能是與一個亞穩態同核異構體^281mDs有關。

撤回的同位素

²⁸⁰Ds

首次合成Fl時所產生的兩個原子起初被認定為²⁸⁸Fl，其衰變到²⁸⁰Ds後進行自發裂變。後來該發現被改為²⁸⁹Fl，衰變產物則改為²⁸¹Ds。因此²⁸⁰Ds目前還是未知的同位素。

²⁷⁷Ds

1999年一項有關發現²⁹³Uuo的報告指出，²⁷⁷Ds以10.18 MeV能量進行α衰變，半衰期為3 ms。發現者於2001年撤回這項發現。這個同位素最後於2010年被合成，其衰變特性不符合此前的數據。

^273mDs

GSI在1996年合成²⁷⁷Cn（詳見鎶），其中一條衰變鏈以9.73 MeV能量進行α衰變，形成²⁷³Ds，半衰期為170毫秒。該數據無法得到證實，因此^273mDs目前還是未知的。

²⁷²Ds

在第一次嘗試合成鐽的實驗中，10毫秒的自發裂變活動被分配到²⁷²Ds，所用反應為²³²Th(⁴⁴Ca,4n)。該同位素的發現已被撤回。

同位素發現時序

核異構體

²⁸¹Ds

分別由²⁸⁹Fl或²⁹³Lv形成²⁸¹Ds的兩條衰變鏈相互存在矛盾。最常見的衰變模式是自發裂變，半衰期為11秒。一個未經證實的罕見衰變模式是能量為8.77MeV的α衰變，觀察到的半衰期為3.7分鐘。這種衰變路徑十分特別，很可能是源自同核異構體能級，但需要進一步研究來確認這些報告。

²⁷¹Ds

直接合成²⁷¹Ds的衰變數據清楚地表明存在兩個同核異構體。第一個所釋放的α粒子能量為10.74和10.69 MeV，半衰期為1.63毫秒；另一個的α粒子能量為10.71 MeV，半衰期為69毫秒。第一個同核異構體為基態，後者則為同核異能態。有科學家認為，由於兩種同核異構體的α衰變能量相近，因此同核異能態主要是以延遲同核異能躍遷的形式進行衰變的。

²⁷⁰Ds

直接和成²⁷⁰Ds的實驗結果明確表明存在兩個同核異構體。基態²⁷⁰Ds通過α衰變形成²⁶⁶Hs，途中釋放一顆能量為11.03 MeV的α粒子，半衰期為0.1毫秒。亞穩態同樣進行α衰變，期間放射能量為12.15、11.15和10.95 MeV的α粒子，半衰期為6毫秒。亞穩態在釋放12.15 MeV能量的α粒子後，會形成²⁶⁶Hs的基態。這表明該亞穩態的能量比基態高出1.12 MeV。

同位素產量

下表列出直接合成鐽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

衰變特性

理論對不同鐽同位素半衰期的估值與實驗結果相符。^[13][14]尚未被發現的同位素²⁹⁴Ds的中子數為幻數，其α衰變半衰期預計長達311年。^[15][16]

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

推算的化學屬性

氧化態

鐽預計將是6d系的第8個過渡金屬，是元素週期表中10族最重的成員，位於鎳、鈀和鉑的下面。鉑的最高氧化態為+6，但鎳和鈀則具有穩定的+4和+2態。因此鐽的氧化態預計將會是+6、+4和+2。

化學特性

鐽的同族元素從上到下高價態越來越穩定，因此鐽可能會形成穩定的六氟化物DsF₆以及DsF₅和DsF₄和三氧化物DsO₃。鹵素應該能夠與鐽形成四鹵化物，DsCl₄、DsBr₄和DsI₄。和其他10族元素一樣，鐽預計可以有較高的硬度和催化性。

參考資料

• 袁自力等，(1977年)，《105號元素以後》（香港版），香港商務印書館。
• IUPAC: Element 110 is named darmstadtium