钅杜

钅杜

放射性化學元素
钅杜,是一種人工合成的放射性化學元素,它的化學符号是Db,它的原子序數是105,屬于過渡金屬之一。‘钅杜’有12種同位素,其半衰期已知,質量數為256至270。沒有一個是穩定的。最穩定的同位素是268Db,半衰期為32小時。[1]
    中文名:钅杜 外文名: 别名: 英文名:Dubnium 符号:Db 序号:105 族:過渡金屬 元素分區:D

簡介

(Dubnium)是一種化學元素,符号為Db,原子序為105。其名Dubnium源自位于俄羅斯的小鎮杜布納(Dubna),也是最早得到合成的地方。是一種人工合成元素,不出現于在自然界中,并具有放射性。其最穩定的已知同位素(-268)的半衰期約為28小時,這也是102号元素之後最長壽的同位素。

在元素周期表中,是一個d區元素,同時屬于锕系後元素。它位于第7周期和5族元素。化學實驗證實了的特性為钽的較重的5族同系物。人們對的化學特性所知不多。

在1960年代,前蘇聯和美國加州的實驗室制造了微量的元素。兩國未能确定彼此的發現次序,因此雙方科學家對其命名發生了争論,直到1997年國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)确認了蘇聯的實驗室最早合成該元素,并為雙方妥協而取名為Dubnium。

钅杜-268是最穩定的同位素,它的半衰期有16小時。

基本參數

原子序數:105

元素符号:Db

元素中文名稱:钅杜

元素英文名稱:Dubnium

相對原子質量:[262]

核内質子數:105

核外電子數:105

核電核數:105

質子質量:1.75665E-25

質子相對質量:105.735

所屬周期:7

所屬族數:VB

摩爾質量:210

外圍電子排布:6d37s2

核外電子排布:2,8,18,32,32,11,2

顔色和狀态:金屬

發現人:杜布納研究所

發現時間:1968年

曆史

發現

位于杜布納的聯合核研究所(當時在前蘇聯内)在1968年首次報告發現元素。研究人員以

氖-22離子撞擊镅-243目标。他們報告了能量為9.40MeV和9.70MeV的α活動,并認為這些活動指向同位素260Db或261Db:

243

95Am + 22

10Ne → 265−x

105Db + x n

兩年後,杜布納的團隊把産物與NbCl5反應後,對所得的氯化物使用溫度梯度色譜法分離了兩項反應産物。團隊在揮發性氯化物中,辨認出一次2.2秒長的自發裂變活動,有可能來自五氯化-261(261DbCl5)。

同年,在柏克萊加州大學,由阿伯特·吉奧索領導的團隊以氮-15離子撞擊锎-249,肯定性地合成了-260。-260的所測得之α衰變半衰期為1.6秒,衰變能量為9.10 MeV,子衰變産物為铹-256:

249

98Cf + 15

7N → 260

105Db + 4 n

由柏克萊加州大學科學家們得出的結果并沒有證實前蘇聯科學家們的研究指出,-260的衰變能量為9.40 MeV或9.70 MeV的結論。因此餘下-261為可能成功合成的同位素。在1971年,杜布納的團隊利用改善了的試驗設備重複了他們的實驗,并得以證實-260的衰變量據,所用反應如下:

243

95Am + 22

10Ne → 260

105Db + 5 n

1976年,杜布納的團隊繼續用溫度梯度色譜法研究這條反應,并辨認出産物五溴化-260(260DbBr5)。

1992年,IUPAC/IUPAP镄後元素工作小組評估了兩個團隊的報告,并決定雙方的研究成果同時證實對元素的成功合成,因此雙方應共同享有發現者的稱譽。

命名争議

前蘇聯(現俄羅斯)團隊建議名稱Nielsbohrium(Ns),以紀念丹麥核物理學家尼爾斯·玻爾。美國團隊則提出把新元素命名為Hahnium(Ha),以紀念德國化學家奧托·哈恩。因此,Hahnium一名在美洲及西歐廣為科學家們所用,并出現于許多當時的文獻中;而Nielsbohrium用于前蘇聯和東方集團國家。

兩個團隊就此對元素的命名産生了争議。國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)就采用了臨時的系統命名Unnilpentium(Unp)。為了解決争議,IUPAC于1994年提出名稱Joliotium(Jl),紀念法國物理學家弗雷德裡克·約裡奧-居裡。此名原先由蘇聯團隊提議為元素102的名稱,而該元素最後名為锘(Nobelium)。

雙方仍在元素104至106的命名問題上達不到共識。在1997年,他們解決了争端,并沿用了現名Dubnium,名稱源自俄羅斯小鎮杜布納,即聯合核研究所的所在地。IUPAC表示,位于柏克萊的實驗室已經在多個元素的名稱中得到了承認(如锫、锎、镅),且元素104和106已命名為鑪(以盧瑟福命名)和(以西博格命名),因此應在元素105的命名上承認俄羅斯團隊對發現元素104、105及106所作出的貢獻。

來源

發現人:弗廖洛夫、喬克等時間:1967地點:前蘇聯

名稱由來:為紀念杜伯納實驗室(the Dubna Laboratory)而命名。

元素描述::放射性人造金屬元素。

元素來源:用氮15粒子束轟擊锎249原子可制得钅杜。

元素用途:目前尚不清楚

化學特性

在元素周期表中,元素105預測為6d系中第二個過渡金屬,以及為5族最重的元素,位于釩、铌及钽之下。因為直接位于钽以下,所以也能稱為eka-钽。5族元素有着明顯的+5氧化态,而該特性在重5族元素中更為穩定。因此預計會形成穩定的+5态。較重的5族元素也具有+4和+3态,所以也有可能形成這些具還原性的氧化态。

從铌和钽的化學特性推算,會與氧反應形成惰性的五氧化物Db2O5。在堿性環境中,預計會形成鄰配合物DbO3−

與鹵素反應後,應形成五鹵化物DbX5。铌和钽的五鹵化物呈揮發性固态或呈氣态的三角雙錐形單體分子。因此,DbCl5預計将會是一種揮發性固體。同樣,DbF5揮發性将更強。其鹵化物經水解後,即形成鹵氧化物MOX3。因此的鹵化物DbX5應會和水反應形成DbOX3。根據已知較輕的5族元素與氟離子的反應,預計在和氟離子反應後會形成一系列氟配合物。其中五氟化物和氟化氫反應後會形成六氟酸離子DbF−

若氟化物過剩,則會形成DbF2−和DbOF2−

如果的特性是钽的延續,則更高的氟化物濃度會産生DbF3−

因為NbF3−8目前是未知的。

實驗化學

通過氣态熱色譜法,對的化學特性的研究已進行了幾年的時間。這些實驗研究了铌、钽和放射性同位素的相對吸收屬性。結果産生了典型的5族鹵化物及鹵氧化物:DbCl5、DbBr5、DbOCl3及DbOBr3。這些初期實驗的報告通常稱為Hahnium(圖像:Hahnium-hant.png)。

核合成曆史

冷核聚變

本節有關以冷核聚變反應合成原子核。這些過程在低激發能(約10至20MeV,因而稱為“冷”核聚變)生成複核,裂變之後存活機率較高。處于激發狀态的原子核再衰變至基态,期間隻發出一顆或兩顆中子。

209Bi(50Ti,xn)259-xDb (x=1,2,3)

首次嘗試合成的冷聚變反應在1976年由杜布納Flerov核反應研究所的團隊進行,使用的是以上的反應。他們探測到了一次5秒長的自發裂變活動,指向257Db。其後改為指向258Db。1981年,位于重離子研究所的團隊利用改進了的母子體衰變關系法研究了該反應。他們證實探測到258Db,1n中子蒸發道的産物。在1983年,位于杜布納的團隊用化學分離後辨認衰變産物,重新進行了以上的反應。他們探測到了來自以258Db為首的衰變鍊中的已知産物的α衰變。

這項發現成為了成功形成原子核的部分證據。重離子研究所的團隊在1985年重新進行反應,并探測到10個257Db原子。1993年設施的重要更新之後,在2000年,團隊在1n、2n及3n激發函數測量了120次257Db的衰變、16次256Db的衰變及一次258Db的衰變。整合到的257Db的數據使得團隊能夠首次研究這個同位素的光譜,辨認到一個同核異構體257mDb的同時,得到了首次對257Db衰變能級結構的确認。這條反應用于在2003至2004年對钔和锿的光譜研究當中。

209Bi(49Ti,xn)258-xDb (x=2?)

1983年,尤裡·奧加涅相和在杜布納的團隊研究了這條反應。他們觀察到了一次2.6秒長的自發衰變活動,初步指向256Db。之後的結果指出應改為指向256Rf,來自于電子捕獲分支比約為30%的256Db。

209Bi(48Ti,xn)257-xDb (x=1?)

1983年,奧加涅相和在杜布納的團隊研究了這條反應。他們觀察到了一次1.6秒長的活動,其中α衰變分支比約為80%,自發衰變分支比約為20%。這次活動初步指向255Db,而其後的結果指出應改為指向256Db。

208Pb(51V,xn)259-xDb (x=1,2)

杜布納的團隊在1976年研究了這條反應,再次探測到5秒長的自發裂變反應。活動起初指向257Db,而後來改為指向258Db。2006年,勞倫斯伯克利國家實驗室的團隊在其單原子序發射物(odd-Z projectile)計劃中重新研究了該反應。他們在測量1n和2n中子蒸發道時,探測到258Db和257Db。

207Pb(51V,xn)258-xDb

杜布納的團隊在1976研究過這一反應,但這次并未探測到最初指向257Db而後來改為指向258Db的5秒長的自發衰變活動。他們卻探測到1.5秒長的自發衰變活動,最初指向255Db。

205Tl(54Cr,xn)259-xDb (x=1?)

杜布納的團隊在1976年研究了這一反應,再次探測到5秒長的自發裂變活動,最初指向257Db,後來改為指向258Db。

熱核聚變

本節有關以熱核聚變反應合成原子核。這些過程在高激發能(約40至50 MeV,因而稱為“熱”核聚變)生成複核,裂變及拟裂變之後存活機率較低。處于激發狀态的原子核再衰變至基态,期間發出3至5顆中子。

232Th(31P,xn)263-xDb (x=5)

Andreyev等人于1989年在Flerov核反應研究所利用磷-31束研究了該罕見的反應,但對此研究結果的報告非常有限。一處來源稱沒有探測到任何原子,而來自俄羅斯本國的另一更可靠來源稱,在5n通道合成了258Db,産量為120 pb。

238U(27Al,xn)265-xDb (x=4,5)

2006年,在一項用鈾目标合成超重元素的研究項目中,勞倫斯伯克利國家實驗室的由Ken Gregorich領導的團隊研究了這條新反應的4n和5n通道的激發函數。

236U(27Al,xn)263-xDb (x=5,6)

Andreyev等人在杜布納Flerov核反應研究所于1992年首次進行了對這條反應的研究。他們在5n和6n出射道觀察到258Db及257Db,産量分别為450 pb和75 pb。

243Am(22Ne,xn)265-xDb (x=5)

杜布納Flerov核反應研究所的團隊首次在1968年嘗試合成元素。他們觀察到兩條α線,初步指向261Db和260Db。他們在1970年重複進行實驗,觀察自發裂變活動。發現的2.2秒長自發裂變活動指向261Db。1970年,杜布納的團隊開始使用溫度梯度色譜法,在化學實驗中探測的揮發性氯化物。

第一次嘗試中,他們探測到具揮發性的自發裂變活動,其吸收特性類似于NbCl5而非HfCl4。這表示,類钕原子核形成為DbCl5。1971年,他們用更高敏感度的工具重複進行了實驗,并觀測到類钕部分的α衰變。這成了形成260Db的證據。利用溴化物的形成,這個實驗在1976年再次進行,并取得幾乎相同的結果。這意味着産生了具揮發性及類钕特性的DbBr5。

241Am(22Ne,xn)263-xDb (x=4,5)

2000年,于蘭州現代物理中心的中國科學家們宣布發現了當時未知的259Db同位素,同位素在4n中子蒸發通道中形成。他們同時證實了258Db的衰變屬性。

248Cm(19F,xn)267-xDb (x=4,5)

保羅謝爾研究所首次在1999年研究了這項反應,從而産生262Db作化學實驗。實驗探測到4顆原子,截面為260 pb。位于日本原子能研究所的科學家們在2002年進一步研究這條反應,并在研究的水溶化學時,确認産生出262Db同位素。

249Bk(18O,xn)267-xDb (x=4,5)

阿伯特·吉奧索在1970年于加州大學發現了260Db之後,其團隊在翌年又發現了新同位素262Db。他們同時觀察到源頭未能确認的一次25秒長的自發裂變,可能與現在所知的263Db自發裂變支鍊有關。1990年,勞倫斯伯克利國家實驗室中由Kratz帶領的一組團隊确切地發現了新同位素263Db,同位素産生于4n中子蒸發通道中。這一團隊重複幾次利用這條反應,用以嘗試證實263Db的一條電子捕獲支鍊,該支鍊會産生半衰期較長的263Rf同位素(見鑪)。

249Bk(16O,xn)265-xDb (x=4)

阿伯特·吉奧索在1970年于加州大學發現了260Db之後,其團隊在翌年又發現了新同位素261Db。

250Cf(15N,xn)265-xDb (x=4)

勞倫斯伯克利國家實驗室在1970年發現了260Db之後,在翌年又發現了新同位素261Db。

249Cf(15N,xn)264-xDb (x=4)

勞倫斯伯克利國家實驗室的一個團隊在1970年研究了這條反應,并在實驗中發現了同位素260Db。他們用了現代的母子核衰變關系法證實了這個發現。1977年,橡樹嶺國家實驗室團隊重複進行了實驗,通過辨認來自衰變産物铹的K殼層X光,證實發現了同位素。

254Es(13C,xn)267-xDb

1988年,勞倫斯利福摩爾國家實驗室的科學家在不對稱熱核聚變反應中用锿-254作目标,以尋找新的核素:264Db和263Db。由于锿-254目标太小,實驗的敏感度太低,因此未能探測到任何蒸發殘餘。

同核異構體

260Db

近期有關272Rg的衰變量據指出,某些衰變鍊通過260Db時的半衰期比預期的長許多。這些衰變與同核異構體衰變有關,其進行α衰變時半衰期約為19秒。更進一步的研究能斷定更準确的衰變源。

258Db

在對266Mt和262Bh衰變的研究中,有258Db同核異構體存在的證據。這些經電子捕獲的衰變與經釋放α粒子的衰變的半衰期有着顯著的分别。這表示存在着一種以電子捕獲方式衰變,半衰期約為20秒的同核異構體的存在。更進一步的研究能斷定更準确的衰變源。

257Db

對257Db 形成及衰變的研究已證實了一種同核異構體的存在。最初認為257Db進行α衰變,能量為9.16、9.07和8.97 MeV。在測量這些衰變與253Lr的衰變的關系之後,證實能量為9.16 MeV的衰變屬于另外一種同核異構體。數據分析加上理論表示該活動的源頭為亞穩态257mDb。基态進行α放射,能量為9.07和8.97 MeV。近期實驗并沒有證實257m,gDb的自發裂變。

撤回的同位素

255Db

1983年,杜布納的科學家為了發現 元素,進行了一系列的實驗。在其中兩項實驗中,他們聲稱探測到約1.5秒長的自發裂變,其來自于以下兩條反應:207Pb(51V,xn)及209Bi(48Ti,xn)。他們把該活動指向255Db。進一步研究指出該活動應指向256Db。因此,同位素255Db目前不出現在核素表上。要證實這個同位素的存在則需要更多的實驗。

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