鉨

鉨xǐ（nihonium），又称为鿭，^[13][4]是人工合成的放射性金属元素，^[4]又称“超重元素”，^[15]位于元素周期表的第7周期ⅢA族，元素符号为Nh，原子序数为113，分子量是286，^[3][4]电子分布式为[Rn]5f146d107s27p1，^[6]预测其呈固态，熔点为700K​(430°C,810°F) ​，沸点为1430K​(1130°C,​2070°F) ，原子半径170pm ，没有稳定的同位素，^[3]稳定氧化态可能为+1价。^[8][9]

2004年2月，俄国（杜布纳联合核子研究所，JINR）和美国（劳伦斯利弗莫尔国家实验室， LLNL）联合小组通过243Am(48Ca,xn) (x =3; 4)核反应合成了113号元素，^[16][17]同年9月，日本理化学研究所通过用70Zn照射209Bi也合成了113号元素。^[18]虽然美俄团队报告的更早，但日本理化研究所的数据更准确，^[14]因此国际化学机构将113号元素命名权授予了日本。^[4]2016年11月30日，IUPAC公布113号元素名为“Nihonium”（Nh），源于日本国的国名Nihon。^[19]2017年中文名称定为“鿭”。^[2]目前nihonium除了基础科学研究之外，没有任何已知的其他应用。^[3]

1869年2月7日，俄国化学家门捷列夫（Дмитрий Иванович Менделеев）把当时已发现的63种元素按照一定的周期性变化规律绘制成世界上第一张元素周期表，还对不曾发掘的元素做了预测，但这些预测被当时的科学家认为是天方夜谭。^[20]直到1875年，法国化学家博伊斯鲍德兰(Boisbaudran)发现了门捷列夫预测的类似铝的元素一镓，随后类似的元素锗和钪kàng相继被发现，印证了其理论和预测，自此越来越多的新元素被发现。^[20]

但自然界存在的元素直到铀yóu（Z=92），比铀更重的元素均是人工合成的，^[21]这类元素统称为“超重元素”，^[15]原子序数越大就越不稳定，半衰期就越短，所以元素周期表的发展可能已走到尽头，而“稳定岛”假说预言在第114号元素附近存在着超重原子核稳定区域，该区域可能存在半衰期较长，相对稳定的原子，鼓舞科学家们继续制造新元素。^[22]

对第113号元素的合成始于1998年，霍夫曼（Hofmann）等德国重离子研究所(GSI)的物理学家们尝试用冷融合技术去合成113号元素，即用70Zn 轰击209Bi ，但由于束流时间不足，实验没有成功。^{[23][24][25][26]}

1999年1月，俄罗斯和美国的科学家用重离子加速器加速的钙48的原子核轰击钚bù244，合成了114号元素（Ununquadium，Uuq），半衰期是30us，比较稳定，因此它比113号元素先诞生。^[27]

森田浩介（Kosuke Morita）在日本理化学研究所（RIKEN）组建自己的团队之前，曾在JINR研究过超重元素的合成。2001年他的团队确认了GSI对108、110、111和112号元素的发现，随后使用GSI在1998年尝试但未成功的相同反应（70Zn+209Bi）对113号元素开始进行新的探索。^[28]

2003年8月，杜布纳小组用48Ca+243Am的融合-蒸发反应合成了115号元素（288Mc和287Mc）及其α衰变产物113号元素，这是首次报道合成了113号元素。^[29][30]

2004年2月，美、俄同时宣布发现了113号和115号元素，该项成果是JINR-LLNL的科学家合作完成的，^[17]用含20个质子的钙元素的同位素反复轰击含95个质子的镅méi元素，得到两个115号元素的同位素288115和287115，经过100ms后α衰变成第113号元素，^[18][31]核反应式为243Am(48Ca,xn) (x =3; 4)。^[16]其中3n蒸发通道产生的288115和4n蒸发通道产生的287115的后续衰变一致。结果表明，在这个衰变链中，284113的3个原子和283113的1个原子分别是288115和287115的α-衰变产物，衰变链的末端是铀同位素268Db和267Db的自发裂变。^[16]

2004年9月，森田浩介领导的小组基于“冷熔合”反应结合充气反冲核分离器也合成了113号元素，^[32][18]中国中科院兰州近代物理研究所、高能研究所等单位的研究人员也参加了这个小组的研究，它们是通过70Zn照射209Bi获得的。^[18]113号元素是利用“冷熔合”反应合成的最重元素， 反应截面仅为19fb，^[5]合成出的新元素仅存在344微秒（10-6秒）就衰变为111号元素（Rg）的同位素，最终产生，^[18]这个实验于2003年9月5日开始，2003年12月29日中断，2004年7月8日重新开始，一直持续到2004年8月2日，净照射时间为79d。^[16]

2004到2005年，森田小组共发现了两个113号元素，都是通过观察到𬭛bō（Bh）发生阿尔法衰变来证实合成成功的，但IUPAC/IUPAP的新元素联合工作小组（JWP）认为正式认可的从𬭛到𬭊dù（Db）的衰变过去仅有一例，不能拿这个来作为判断成功与否的依据。而且两次113号元素合成后的第5次衰变（𬭊到铹láo）都是发生概率只有33%的自发核分裂，数据存疑，因此不能在2006年的新元素招募中得到命名权。^[1]

2006年6月，JINR-LLNL联合小组用加速的48Ca轰击237Np合成了一种新的113号元素的同位素，核反应式为237Np(48Ca,3n)282Nh，这个发现填补了热聚变(283Nh和284Nh)和冷聚变(278Nh)产生的同位素之间的空白。^[33]

当时的俄罗斯、美国或日本的尝试都不足以让IUPAC确信113或115号元素已经被发现，两个团队都需要更多数据去证明。因此，在日本理化学研究所继续进行冷聚变研究的同时，俄美团队采用249Bk+ 48Ca反应试图生成117号元素——他们预测该元素会衰变形成115和113。^[34]2010年，尤里·奥加涅相(Yuri Oganessian）等人用249Bk 和48Ca合成了117号元素（Ts），该元素随后衰变为115号和113号元素，产生了两个新的同位素285Nh和286Nh。^[35]但这两个新同位素与先前发现的282Nh、283Nh和284Nh并不重叠，因此该反应不能用作交叉轰击来证实2003年或2006年的试验结果。^[36]

2012年，森田小组给JWP提交了补充实验证据，即合成几个107号元素𬭛（Bh）（113号元素在第3次衰变后会生成𬭛）并观察其衰变链，证实Bh经阿尔法衰变生成元素Db后，确实以67%的阿尔法衰变、33%的自发核分裂的概率继续衰变成铹（Lr），证明了之前合成的2个113号元素的路径是正确和可信的，请求JWP考虑授予他们对113号新元素的命名权。^[1]而此时德、美和俄组成的联合国际小组也正准备提交从112~118号6种新元素的合成成果。^[1]

2013年JINR重复了其2003年的实验制成了同位素289Mc，可以作为交叉轰击来证实他们发现了元素117同位素293Ts，以及它的子体285Nh作为其衰变链的一部分。^[36]

113号元素是人工合成的放射性化学元素，由日本理化学研究所和俄罗斯、美国的研究团队（俄罗斯杜布纳联合核子研究所和美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室）分别独立发现，^[4]其中美俄团队报告的更早，而日本理化研究所的数据更准确，俄美团队曾试图争夺主导权，但日本在2004年、2005年、2012年成功合成了三次113号元素，且已知的原子核在衰变时连续6次获得了明确证据，因此赢得了国际认可，^[14]是日本乃至亚洲国家发现的第一个新元素。^[4]

2015年12月30日，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）与国际纯粹与应用物理联合会（IUPAP）组建的联合工作组确认人工合成了113号、115号、117号和118号4个新元素，^[19]并将113号元素命名权授予日本，^[4]俄罗斯和美国则从其他3种元素获得荣誉及冠名权。^[37]2016年6月8日，公示了这四个新元素发现者提出的推荐名供公众审查与查阅。^[19]2016年11月30日，IUPAC正式公布113号元素名为Nihonium（Nh），该名称源于日本国（简称日本）的国名Nihon。^[19]2017年5月9 日，中国科学院、国家语言文字工作委员会、全国科学技术名词审定委员会在北京联合召开发布会，正式向社会发布113号、115号、117号、118号元素中文名称，^[2][4]其中第1—16族的元素，命名以“-ium”结尾，金属元素名称则用金字旁，^[38]并采用左右结构左形右声的形声字，从已有的汉字中找出发音靠近国际命名的汉字，^[39]因此将113号元素中文名定为“鿭”，台湾名定为“鉨”。^[40]

截至到2016年元素周期表已经从92号元素扩展至118号，“鉨”元素所在的第七周期所有元素均已被发现。^[5][32]

Nh元素的原子核包含113个质子和173个中子，^[41]在元素周期表中，Nh与B、Ga、Al、In和Tl（铊）同处于第13族，Tl是最接近Nh的同族元素，因此Nh的价电子结构与Tl非常相似，^[42]其外层电子排布为[Rn]5f146d107s27p1，^[6]预测Nh有类似Tl的六方密堆积晶体结构。^[43]

Nh已发现的同位素有七种，290Nh，286Nh，285Nh，284Nh，283Nh，282Nh和278Nh，均为α衰变，最稳定的同位素是2010年发现的286Nh，半衰期为12s±5，其余同位素的放射性衰变特性如下：^[3]

根据在元素周期表的位置，推测Nh为固态金属，熔点为700K​(430°C,810°F) ​，沸点为1430K​(1130°C,​2070°F) ​，原子半径170pm，^[3]密度16g/cm-3，^[8]汽化热为31 kcal/g-atom，升华热为34 kcal/g-atom，标准焓hán值26±2 kcal/g-atom，熵shāng值17 cal deg-1(g-atom)，^[9]△Hsub=129kJ/mol-1，第一电离势能为7.306ev。^[44]

Nh的化学特性能从Tl的特性中推算出来，其通常有+1和+3两种氧化态，其中+1状态下最稳定，^[44]Nh的氧化电位为-0.6伏，同族Tl的氧化电位则为+0.3伏，^[8]其化学性质通常介于Tl+（铊离子）和Ag+（银离子）之间，^[9]预期Nh的惰性要比Tl大得多，与Ag会更相似，因其电子亲和力和极化率较高，^[8]Nh+会比Tl+更容易结合阴离子形成配位化合物，^[8][9]因此NhCl在过量的HCl中溶解度较高，而TlCl的溶解度基本不变，NhCl预计可溶于氨水，与TlCl的性质相反，在这些方面，Nh+的性质应该更倾向于Ag+。此外，虽然Tl(OH)是一种可溶的强碱，但Nh+离子会形成一种微溶的氧化物，可溶于氨水。^[9]还可形成氢化物（NhH）和氟化物（NhF），^[45]Nh+的氯化物、溴化物、碘化物、硫化物和铬酸盐应具有低溶解度，而硝酸盐和氟fú化物应具有很好的溶解度。^[43]

Nh位于Cn（鿔）和Fl（𫓧）之间，它的外层电子排布为[Rn]5f146d107s27p1，^[6]其中不成对的电子构型为7s27p1/21，未配对的p1/2电子会导致化学反应性增加，而球形7p1/2轨道是相对稳定的。预计Nh在金和石英表面上的吸附活性比Cn和Fl更强，但比同系物Tl反应性更弱，因Nh比13族中较轻的同系物更具惰性，所以可形成氢化物和氢氧化物（NhOH）等稳定的化合物，^[46]测定了单质Nh与特氟龙表面的相互作用极限，确定其吸附焓＞45kJ/mol，预测元素Nh与金表面的相互作用比NhOH更强。^[47]因此计算第13族气态氢氧化物MOH (M = In（铟yīn）, Tl和Nh)在金上的吸附能力，发现与金结合最强的是NhOH，这是由于分子偶极矩增加和氢氧化合物稳定性降低导致的（InOH > TlOH > NhOH）。^[46]

考虑到自旋轨道效应时，Nh的电负性会比同周期的Ts更强，Nh的7s轨道的强相对稳定性表明Nh可形成-1的氧化态，如卤素（氟、氯、溴、碘和砹ài），但这种状态应该比Tl更稳定。^[11]

Nh可能具有较高的氧化态+3 和+5，能形成三氢化物 (NhH3 )、三氟化物 (NhF3 ) 和三氯化物 (NhCl3 )，这些分子被预测是T形而不是三角形平面，三溴化镍（NhBr3）和三碘化物（NhI3）因外围原子之间的空间排斥力增加而呈三角平面，而以+5氧化态存在的化合物如五氢化镍niè (NhH5 ) 和五氟化物 (NhF5 )预计呈正方形棱锥分子几何结构，是热力学不稳定的。^[10]

方法一：先用48Ca照射243Am，获得第115号元素，再经过衰变可制得113号元素，反应式如下：^[18]

方法二：用第30号元素锌原子照射第83号元素铋原子可得到113号元素，反应式如下：^[18]

方法三：用第20号元素钙原子照射第93号元素镎ná原子可得到113号元素，反应式如下：^[33]

方法四：用249Bk 和48Ca反应可得到117号元素，随后衰变为115号和113号元素，反应式如下：^[35]

根据同位素284Nh、285Nh 和286Nh的挥发性研究实验，预测出113号元素的挥发性非常低，类似于稀有气体，增加载气中的水蒸气压，可以促进NhOH的形成，而NhOH比元素态更容易挥发。^[48]