鈇^[4][5]（IUPAC名：Flerovium，化学符号：Fl）^[6][7]是一種化學元素。其符號為Fl，原子序為114。

科學家至今觀測到約80個鈇原子，其中50個是直接合成的，其餘30個則是在更重元素（鉝和Og）的衰變產物中發現的。所有衰變都來自^285-289Fl，一共5個質量數相鄰的同位素。已知壽命最長的同位素為²⁸⁹Fl，半衰期約為2.6秒，但有證據顯示存在著另一個同核異構體^289bFl，其半衰期約為66秒，將會是超重元素中壽命最長的原子核。

2007年進行的化學研究指出，鈇的化學特性和鉛非常不同。由於某些相對論性效應，它是第一種表現出惰性氣體特性的超重元素。^[8]

歷史

發現

1998年12月，位於俄羅斯杜布納聯合核研究所（JINR）的科學家使用⁴⁸Ca離子撞擊²⁴⁴Pu目標體，合成一個鈇原子。該原子以9.67 MeV的能量進行α衰變，半衰期為30秒。該原子其後被確認為²⁸⁹Fl同位素。這項發現在1999年1月公佈。^[9]然而，之後的實驗並未能重現所觀測到的衰變鏈。因此這顆原子的真正身份仍待確認，有可能是穩定的同核異構體^289mFl。

1999年3月，同一個團隊以²⁴²Pu代替²⁴⁴Pu目標體，以合成其他的鈇同位素。這次，他們成功合成兩個鈇原子，原子以10.29 MeV的能量進行α衰變，半衰期為5.5秒。這兩個原子確認為²⁸⁷Fl。^[10]其他的實驗同樣未能重現這次實驗的結果，因此真正產生的原子核身份一樣不能被確定，但有可能是穩定的同核異構體^287mFl。

杜布納的團隊在1999年6月進行實驗，成功製成鈇。這項結果是受到公認的。他們重複進行²⁴⁴Pu的反應，並產生兩個鈇原子，原子以9.82 MeV能量進行α衰變，半衰期為2.6秒。^[11]

研究人員一開始把所產生的原子認定為²⁸⁸Fl，但2002年12月進行的研究工作則將結論更改為²⁸⁹Fl。^[12]

${\displaystyle \,_{94}^{244}\mathrm {Pu} +\,_{20}^{48}\mathrm {Ca} \to \,_{114}^{292}\mathrm {Fl} ^{*}\to \,_{114}^{289}\mathrm {Fl} +3\,_{0}^{1}\mathrm {n} }$

2009年5月，IUPAC的聯合工作組發布鎶的發現報告，其中提到²⁸³Cn的發現。^[13]由於²⁸⁷Fl和²⁹¹Lv（見下）的合成數據牽涉到²⁸³Cn，因此這也意味著鈇的發現得到證實。

2009年1月，伯克利團隊證實²⁸⁷Fl和²⁸⁶Fl的發現。接著在2009年7月，德國重離子研究所又證實²⁸⁸Fl和²⁸⁹Fl的發現。

2011年6月11日，IUPAC證實鈇的存在。^[14]

命名

Flerovium（Fl）是IUPAC在2012年5月30日正式採用的，以纪念苏联原子物理学家格奥尔基·弗廖罗夫^[15]。此前根据IUPAC元素系統命名法所產生的臨時名稱為Ununquadium（Uuq）^[16]。科學家通常稱之為“元素114”（或E114）。2012年6月2日，中華民國國家教育研究院的化學名詞審譯委員會暫定以鈇作為該元素的中文名稱。^[4]2013年7月，中華人民共和國全國科學技術名詞審定委員會通過以鈇為中文定名。^[5]

未來的實驗

日本理化學研究所的一個團隊已表示有計劃研究以下的冷聚變反應：

${\displaystyle \,_{82}^{208}\mathrm {Pb} +\,_{32}^{76}\mathrm {Ge} \to \,_{114}^{284}\mathrm {Fl} ^{*}\to \,?}$

Flerov核反應實驗室在未來有計劃研究在²³⁹Pu和⁴⁸Ca反應中合成的較輕的鈇同位素。

也有計劃使用不同發射體能量再次用²⁴⁴Pu進行反應，以進一步了解2n通道，從而發現新的同位素²⁹⁰Fl。

同位素與核特性

核合成

能產生Z=114复核的目標、發射體組合

下表列出各種可用以產生114號元素的目標、發射體組合。

冷聚變

²⁰⁸Pb(⁷⁶Ge,xn)^284−xFl

第一次以冷聚變合成鈇的實驗於2003年法國國家大型重離子加速器（GANIL）進行，產量限制為1.2 pb時並沒有合成任何原子。

熱聚變

²⁴⁴Pu(⁴⁸Ca,xn)^292−xFl (x=3,4,5)

杜布納的一個團隊於1998年11月首次嘗試合成鈇。他們探測到一個源自²⁸⁹Fl的長衰變鏈。^[9]在1999年重複進行的實驗再次合成了兩個鈇原子，這次則是²⁸⁸Fl。^[11]團隊在2002年進一步研究了這項反應。在測量3n、4n和5n中子蒸發激發函數時，他們探測到3個²⁸⁹Fl原子、12個²⁸⁸Fl原子及1個新同位素²⁸⁷Fl原子。根據這些結果，第一個被探測到的原子是²⁹⁰Fl或^289mFl，而接著的兩個原子是²⁸⁹Fl。^[12]2007年4月利用²⁸⁵Cn來研究鎶的化學特性時，科學家再次進行這條反應。瑞士保羅謝勒研究所和Flerov核反應實驗室直接探測到兩個²⁸⁸Fl原子，這為對鈇的首次化學研究打下基礎。

2008年6月，科學家再用該反應來產生²⁸⁹Fl同位素，以研究鈇的化學特性。這次發現了一個鈇原子，這得以確認它的屬性類似於惰性氣體。

2009年5月至7月，德國重離子研究所第一次研究了這個反應，再進一步嘗試合成Ts。團隊成功確認了²⁸⁸Fl和²⁸⁹Fl的合成與衰變數據，合成的原子中，前者有9個，而後者有4個。^[17]

²⁴²Pu(⁴⁸Ca,xn)^290−x114 (x=2,3,4,5)

杜布納的團隊首先在1999年3月至4月研究了這項反應，並探測到兩個²⁸⁷Fl原子。^[10]由於有關²⁸³Cn的數據有衝突，所以科學家在2003年9月重複進行了該實驗，以確認²⁸⁷Fl和²⁸³Cn的衰變數據（詳見鎶）。他們通過測量2n、3n和4n激發函數得到了²⁸⁸Fl、²⁸⁷Fl和新同位素²⁸⁶Fl的衰變數據。^[18][19]

2006年4月，保羅謝勒研究所和Flerov核反應實驗室的合作計劃曾使用過這項反應來產生²⁸³Cn，以研究鎶的屬性。在2007年4月進行的一項確認實驗中，團隊直接探測到²⁸⁷Fl，並能夠取得有關鈇原子化學特性的最初數據。

2009年1月，伯克利的團隊使用伯克利充氣分離器（BGS）和新得到的²⁴²Pu樣本繼續進行研究，通過以上反應嘗試合成鈇。2009年9月，他們公佈成功探測到2個鈇原子，分別為²⁸⁷Fl和²⁸⁶Fl，證實了Flerov核反應實驗室取得的衰變數據，但是所測量的截面更低。^[20]

2009年4月，瑞士和俄羅斯的合作研究計劃再次使用以上反應進行了對鈇化學屬性的研究，其中探測到一個²⁸³Cn原子。

2010年12月，勞倫斯伯克利國家實驗室的團隊公佈發現了²⁸⁵Fl原子，並觀測到5個衰變產物的新同位素。

作為衰變產物

科學家也曾在鉝和Og的衰變鏈中觀測到鈇的同位素。

撤回的同位素

²⁸⁵Fl

在1999年發現²⁹³Og的報告中，²⁸⁵Fl是以11.35 MeV能量進行α衰變的，半衰期為0.58 ms。發現者於2001年撤回了這項發現。這個同位素最後是在2010年被合成的，其衰變屬性和1999年報告中的不符，意味著撤回的數據是錯誤的。

同位素發現時序

原子序為114复核的裂變

2000年至2004年期間Flerov核反應實驗室進行了幾項研究²⁹²Fl複核衰變屬性的實驗。他們所使用的核反應為²⁴⁴Pu+⁴⁸Ca。結果顯示，這些複核進行裂變時主要發射完整軌域原子核，如82
132Sn。另一項發現是，使用⁴⁸Ca和⁵⁸Fe作為發射體的聚變裂變路徑相似，這表示未來在合成超重元素時有可能使用⁵⁸Fe發射體。^[23]

核異構體

²⁸⁹Fl

第一次合成的鈇同位素為²⁸⁹Fl，它以9.71 MeV的能量進行α衰變，時長為30秒。之後的直接合成實驗中並未被觀測到這種現象。然而，在一次²⁹³Lv的合成實驗中，所測得的衰變鏈釋放了9.63 MeV能量的α粒子，時長為2.7秒。之後其他的衰變都與²⁸⁹Fl的相似。這很明確地表明，這些衰變活動都是來自於同核異構體的。近期實驗中並未出現類似的活動，表示這種同核異構體的產量約為基態的20%，而第一個實驗觀測到的現象只是巧合。要解釋這個問題，必須進行更多的研究。

²⁸⁷Fl

使用²⁴²Pu作為目標的初次實驗中，所觀測到的²⁸⁷Fl同位素進行衰變時放射能量為10.29 MeV的α粒子，時常為5.5秒。其衰變產物再進行自發裂變，時常符合先前合成的²⁸³Cn。後來科學家再沒有觀測到同樣的衰變活動（詳見鎶）。不過，兩者的相關性表示實驗結果是非隨機的，而合成方式是不會影響同核異構體的生成的。這些問題要經過更多研究才能解決。

同位素產量

下表列出直接合成鈇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

熱聚變

理論計算

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

衰變特性

對Fl不同同位素半衰期的理論估算與實驗結果相符。^[27][28]沒有裂變的同位素²⁹⁸Fl的α衰變半衰期預計有17天。^[29][30]

尋找穩定島：²⁹⁸Fl

根據宏觀—微觀理論^{[來源請求]}，原子序114是下一個幻數。這意味著，該原子核呈球體狀，而其基態將會有高和寬的裂變位壘，因此自發裂變部分的半衰期會很長。

當原子序為114時，宏觀—微觀理論表示下一個中子幻數為184，因此²⁹⁸Fl原子核很有可能會是繼²⁰⁸Pb（原子序82、中子數126）之後下一個滿足雙重幻數的原子核。²⁹⁸Fl位於理論預計的“穩定島”的中央。然而，其他運用相對論平均場理論的計算顯示，原子序120、122和126才是幻數。有一種可能性是，穩定性並不在單一數字上飆升，而是在原子序從114到126時都是較高的。

由於偶核效應，²⁹⁷Mc的軌域修正能量最低，因此裂變位壘最高。由於較高的裂變位壘，任何在這穩定島上的原子核都只會進行α衰變，所以半衰期最長的原子核將會是²⁹⁸Fl。半衰期預計很難超過10分鐘，除非中子數為184的中子軌域實際比理論上預計的更穩定。另外，由於有奇數中子，²⁹⁷Fl的半衰期可能會更长。

化學屬性

推算的化學屬性

氧化態

鈇預計屬於7p系，並是元素週期表中14 (IVA)族最重的成員，位於鉛之下。這一族的氧化態為+IV，而較重的元素也表現出較強的+II態，這是因為惰性電子對效應。錫的+II和+IV態強度相近。鉛的+II態比+IV態強。因此鈇應該繼續這一趨勢，有著氧化性的+IV態和穩定的+II態。

化學特性

鈇的化學特性應與鉛相近，能形成FlO、FlF₂、FlCl₂、FlBr₂和FlI₂。如果其+IV態能夠進行化學反應，它將只能形成FlO₂和FlF₄。它也有可能形成混合氧化物Fl₃O₄，類似於Pb₃O₄。

一些研究指出鈇的化學特性可能和惰性氣體氡更接近。^{[8][需要更新]}

實驗化學

原子氣態

2007年4月至5月，瑞士保羅謝勒研究所與Flerov核反應實驗室的合作計劃研究了鎶的化學特性。第一項反應為²⁴²Pu(⁴⁸Ca,3n)²⁸⁷Fl，第二項反應為²⁴⁴Pu(⁴⁸Ca,4n)²⁸⁸Fl。他們將所生成的原子在金平面上的吸收屬性與氡的屬性作了比較。第一項實驗探測到3個²⁸³Cn原子，但同時也似乎探測到了1個²⁸⁷Fl原子。這項結果是出乎意料的，因為要移動生成了的原子需時大約2秒，鈇原子應該在被吸收前已經衰變了。第二個反應產生了2個²⁸⁸Fl原子和1個²⁸⁹Fl原子。其中兩個原子的吸收特性符合惰性氣體的特性。2008年進行的實驗肯定了這一重要的結果，所產生的²⁸⁹Fl原子特性也符合先前的數據，表示鈇和金發生交互作用時類似於惰性氣體。^[31]

參見

• 穩定島: Fl–Ubn–Ubh
• 鉛
• 擴展元素週期表
• Fl的同位素

參考資料

外部連結

• WebElements.com: Ununquadium
• First postcard from the island of nuclear stability
• Second postcard from the island of stability