𬬭

人工合成的放射性化学元素

𬬭

𬬭（Roentgenium）是人工合成的放射性金属元素，[1][6]又称“超铹元素”或“超锕系元素”，[2]位于元素周期表的第7周期ⅠB 族，111号元素，电子分布式为[Rn] 7s2 5f14 6d9，根据在元素周期表的位置预测𬬭呈固态，[1]密度约为28.7g/cm-3，[5]原子半径为138pm。[1]氧化态可能为+5, +3, +1, −1，[1]预测+1价态是非常不稳定的，最稳定的氧化态为+3价，且+3价𬬭的化学性质类似于+3价的金。[7]𬬭的半衰期也较短，最稳定的同位素282Rg半衰期仅为130s±50。[1]1994年德国达姆施塔特亥姆霍兹重离子研究中心（Gesellschaft für Schwerionenforschung，GSI）的西格·霍夫曼（Sigurd Hofmann）等人用64Ni轰击209Bi合成了111号元素，为纪念伦琴射线发现100周年，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）用德国物理学家威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Röntgen）的名字正式将111号元素命名为“Roentgenium”，元素符号为“Rg”。[3]2007年3月12日，中国“全国科学技术名词审定委员会”批准111号元素的中文名为“𬬭”，读音为“lún”，[0]因其较短的半衰期，所以目前Roentgenium除了基础科学研究之外，没有任何已知的其他应用。[1]

𬬭lún（Roentgenium）是人工合成的放射性金属元素，[2][7]又称“超铹láo元素”或“超锕ā系元素”，[3]位于元素周期表的第7周期ⅠB 族，111号元素，电子分布式为[Rn] 7s2 5f14 6d9，根据在元素周期表的位置预测𬬭呈固态，[2]密度约为28.7g/cm-3，[6]原子半径为138pm。[2]氧化态可能为+5, +3, +1, −1，[2]预测+1价态是非常不稳定的，最稳定的氧化态为+3价，且+3价𬬭的化学性质类似于+3价的金。[8]𬬭的半衰期也较短，最稳定的同位素282Rg半衰期仅为130s±50。[2]

1994年德国达姆施塔特亥姆霍兹重离子研究中心（Gesellschaft für Schwerionenforschung，GSI）的西格·霍夫曼（Sigurd Hofmann）等人用64Ni轰击209Bi合成了111号元素，为纪念伦琴射线发现100周年，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）用德国物理学家威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Röntgen）的名字正式将111号元素命名为“Roentgenium”，元素符号为“Rg”。[4]2007年3月12日，中国“全国科学技术名词审定委员会”批准111号元素的中文名为“𬬭”，读音为“lún”，[1]因其较短的半衰期，所以目前Roentgenium除了基础科学研究之外，没有任何已知的其他应用。[2]

早期探索

1986 年，俄国杜布纳联合核子研究所(JINR) 的物理学家用镍niè轰击铋，希望制造 111号元素，但他们未能检测到任何111号元素的原子。[5]

发现与命名

1994年德国达姆施塔特亥姆霍兹重离子研究中心（Gesellschaft für Schwerionenforschung，GSI）的西格·霍夫曼（Sigurd Hofmann）等人在线性加速器内用64Ni的原子核在加速器中轰击209Bi合成了三个111号元素的原子，该元素仅存在1.5ms便以粒子辐射形式衰变。[4]国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）将该元素临时命名为Unununium，其中词尾-i-um代表 “元素”，1-1-1 则分别对应 un-un-un。[3]

272Rg元素的衰变链
272Rg元素的衰变链

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）的联合工作小组（Joint Working Party，JWP）在2001年时认为没有足够证据证明当时确实发现了𬬭。[9]因此GSI小组在2002年再次重复该实验，并检测到另外三个原子。[10]

2003年10月，IUPAC的JWP对GSI在1994年发现的111号元素予以认可，将该元素的命名权授于GSI小组。2004年7月GSI建议111号元素以德国物理学家威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Röntgen，1845年3月27日—1923年2月10日）的名字命名为roentgenium（符号为Rg），因为111号元素在1994年被合成，正好迎来了伦琴发现X射线100周年。IUPAC在2004年11月同意了这一命名。[4]

2004年，JINR-LLNL（俄国杜布纳联合核子研究所-美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室）联合小组用含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115号元素，该元素可衰变为111号元素（279Rg和280Rg）。[11][12][13]

115号元素的衰变链
115号元素的衰变链

2006年6月，JINR-LLNL联合小组用加速的48Ca轰击237Np合成了113号元素的同位素282Nh，该元素可衰变为111号元素（278Rg）。[14]

282Nh的衰变链
282Nh的衰变链

2007年3月12日，全国科学技术名词审定委员会批准111号元素的中文名为“𬬭”，读音为“lún”，[1]对应繁体字“錀”字，是古代表示化学元素金的古字。[15]

2010年，JINR的尤里·奥加涅相（Yuri Oganessian）等人在粒子回旋加速器中用249Bk和48Ca合成了117号元素（293Ts和294Ts），该元素随后衰变为115号元素（290Mc和289Mc）、113号元素（286Nh和285Nh）和111号元素（281Rg和282Rg）。[16][17]

117号元素的衰变链
117号元素的衰变链

结构

282Rg的原子核包含111个质子和161个中子，[3]其外层电子排布为[Rn] 7s2 5f14 6d9，[2]预测Rg呈体心立方结构。[18][19]

体心立方结构
体心立方结构

物理性质

根据在元素周期表的位置，推测Rg为金属固体，原子半径138pm，[2]密度约为28.7g/cm-3，△Hsub=335kJ/mol-1，第一电离势能为10.6ev，在水溶液中的标准电极电位为1.9V。[6]

化学性质

Rg是6d系过渡金属的第九个元素，[20]根据其电离势、原子和离子半径的计算结果，它与其较轻同族元素铜、银和金的基本性质相似。预测Rg最稳定的氧化态为+3价，化学性质类似于Au(+3)，在Au(+3)化合物中，配体在中心Au离子周围为平面正方形排列，表明其轨道为dsp2杂化，5d，6s和6p电子被用于成键，另一对电子与阴离子结合形成络合物，如AuCI4-。从6d106s1基态到5d96s16p1的能量约为5.9eV，而从Rg的6d97s2基态到类似杂化构型的能量约为6.2eV。因为Rg的原子半径是1.2Å，而金的原子半径是1.35Å，所以Rg的杂化轨道不会扩散到那么大的体积上，因此其形成的键至少和Au一样强。此外，Rg和Au的升华热相似，Rg较小的原子半径及其较高的电离势进一步表明，其升华热可能略高而不是略低。[8]

Rg的+1价态是非常不稳定的，可与强极化配体(如氰化物)形成配合物，+2价态的Rg可能不存在。[8]Rg更倾向于携带负电荷，[21]Rg-离子的稳定性类似于铅离子，预期Rg的电子亲和能为1.6eV，介于Au(2.3eV)与Cu和Ag之间，Au在CsAu和RbAu等化合物中可形成负的金离子，而Cu和Ag则不会形成阴离子。[8]

𬬭的6d轨道在第四过渡金属系列末端的相对论效应和自旋轨道相互作用下变得不稳定，由于6d电子更大程度地参与成键，使得+5价态的𬬭比其较轻的同系物金（仅在五氟化金Au2F10中）更稳定。自旋轨道相互作用使𬬭化合物变得更稳定，如RgF6-预计比RgF4-更稳定，而RgF4-预计比RgF2- 更稳定。[22][21]RgF6-的稳定性与AuF6−相似；银的类似物AgF6- 是未知的，预计只能稳定地分解为AgF4- 和F2。此外，Rg2F10应该是稳定的分解，完全类似于Au2F10，而Ag2F10应该是不稳定的分解为Ag2F6和F2，因此RgF6-和Rg2F10更加稳定一些。七氟化金AuF7被称为金(+5价)二氟fú配合物AuF5·F2，其能量低于真正的七氟化金(+7价)；RgF7是更稳定的七氟化元素(+7价)，尽管其在室温下可分解成Rg2F10和F2并释放少量能量。[23]Au易形成氰化络合物Au(CN)2−，预计Rg也会形成Rg(CN)2−。[24]

相对论效应使𬬭-氢键的强度增加了一倍，尽管自旋轨道相互作用也使𬬭-氢键的强度减弱了0.7eV (16kcal/mol)，Rg的二聚体比金的二聚体更不稳定，比较特定金属的卤化物和氧化物的偶极矩发现，AuF＞AuO~AuCl＞AuBr，但是(Rg)O＞(Rg) F>>(Rg) Cl＞(Rg) Br，因为卤化物的偶极矩从金到类金的减少比氧化物的更明显。[21]Rg+在水溶液中会形成水离子[Rg(H2O)2 ]+，Rg–O键距为207.1pm。预计还会与氨、磷化氢和硫化氢形成 Rg(+1价) 络合物。[25]

-104105106107108109110111112
族456789101112
稳定氧化态[4],3[5],4,(3)[6],5,4,(3)[7],5,4,[8],66,16,4,2,5,[3],-1[4],2,[0]
第一电离能(eV)6.016.897.857.77.68.79.610.611.97
水溶液中的标准电极电位(V)(4+→0)
-1.85		(5+→0)
-0.81		(6+→0)
-0.12		(5+→0)
+0.1		(4+→0)
+0.4		(3+→0)
+0.8		(2+→0)
+1.7		(3+→0)
+1.9		(2+→0)
+2.1
相应离子的离子半径0.74(4+)0.69(5+)0.65(6+)0.83(5+)
0.58(7+)		0.80(4+)
0.45(8+)		0.83(3+)0.80(2+)0.76(3+)0.75(2+)
原子半径(Å)1.501.391.321.281.261.221.181.141.10
密度(g/cm-3)2329353737.437.434.828.723.7
标准摩尔升华焓hán△Hsub(J/mol-1)694795858753628594481335-29
沸点(K)5800-
熔点(K)2400
加粗字体:气相最稳定;[ ]=在水溶液中最稳定;不加粗:不太稳定;()=最不稳定.

同位素

Rg已发现的同位素有八种：272Rg，274Rg，278Rg，279Rg，280Rg，281Rg，282Rg和286Rg，均为α衰变。其中最稳定的同位素是2010年发现的282Rg，半衰期为130s±50；最不稳定的同位素为1995年发现的272Rg，半衰期为4.2ms±1.1。其中280Rg、281Rg、282Rg和286Rg的半衰期均超过1秒，其他同位素的半衰期较短，均为毫秒级。同位素的放射性衰变特性如下：[2]

同位素半衰期发现年份衰变模式、强度和不确定性[%
272Rg4.2ms±1.11995α=100%
274Rg20ms±112004α≈100%
278Rg8ms±52007α=100%
279Rg170ms±1102004α=100%
280Rg4.3s±0.52004α=100%
281Rg19s±52010SF=87±0.8%;α=13±0.8%
282Rg130s±502010α=100%
286Rg10s2016SF=100%;α?

制备方法

方法一：用64Ni的原子核在加速器中轰击209Bi原子可得到111号元素，反应式如下：[4]

方法二：用70Zn照射209Bi可得到111号元素，衰变链如下：[11][26]

方法三：用237Np和48Ca可得到111号元素，衰变链如下：[27]

方法四：用249Bk 和48Ca反应可得到111号元素，衰变链如下：[16]

方法五：用48Ca照射243Am反应可得到111号元素，衰变链如下：[28][13]

参考资料 28

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