锘

鍩 102No
氫（非金屬） 氦（惰性氣體）
鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體）
鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體）
鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體）
銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體）
銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體）
鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體）
鐿
↑
鍩
↓
(Uph)
鍆 ← 鍩 → 鐒
概況
名稱·符號·序數鍩（nobelium）·No·102
元素類別錒系元素
族·週期·區不適用·7·f
標準原子質量[259]
电子排布[Rn] 5f14 7s2
2, 8, 18, 32, 32, 8, 2
鍩的电子層（2, 8, 18, 32, 32, 8, 2）
鍩的电子層（2, 8, 18, 32, 32, 8, 2）
歷史
發現杜布納聯合原子核研究所（1965年）
物理性質
物態固體（預測[1]）
密度（接近室温）
9.9(4)（预测[a]） g·cm−3
熔点1100 K，827 °C，1521 °F（預測[1]）
原子性質
氧化态
（粗体为常见氧化态）		+2、+3
电负性1.3（鲍林标度）（預測[4]）
电离能第一：639.33[5] kJ·mol−1
第二：1254.3 kJ·mol−1
第三：2605.1 kJ·mol−1
（除第一外皆為估計）
电子亲和能−223[6] kJ·mol−1
雜項
晶体结构面心立方（预测[3]）
鍩具有面心立方晶體結構
CAS号10028-14-5
同位素
主条目：鍩的同位素
同位素 丰度 半衰期​（t1/2） 衰變
方式 能量​（MeV） 產物
253No 人造 1.57 分鐘 α 8.415 249Fm
β+ 2.17? 253Md
255No 人造 3.52 分鐘 β+ 0.948 255Md
α 8.428 251Fm
259No 人造 58 分鐘 α 7.854 255Fm
ε 0.52? 259Md

鍩（nuò）（英語：nobelium），是一種人工合成的化學元素，其化學符號为No，原子序數为102，是第十個超鈾元素及倒數第二個錒系元素，為一種具極高放射性的金屬元素，其壽命最長的同位素鍩-259的半衰期僅58分鐘，而化學上最常使用的是可被較大規模製造的鍩-255（半衰期3.52分鐘）。如同所有原子序超過100的重元素，鍩無法通過中子捕獲生成，只能在粒子加速器中，由粒子撞擊較輕之元素生成。由於鍩無法大量生產且其所有同位素的半衰期都很短，目前在基礎科學研究之外沒有任何用途。

化學實驗確認了鍩在元素週期表中表現為鐿的較重同类物。鍩的化學性質並沒有被完全了解；大部分已知的化學性質是在水溶液中表現出的。有別於其他重錒系元素，氧化數為+2的鍩在水溶液中遠較+3態穩定，且氧化數為+3的鍩不容易被保存，和鍩被發現之前科學家預測的結果相符。鍩也是所有鑭系及錒系元素中，唯一一個以+2價為最常見、最穩定氧化態的元素。

鍩是以炸藥發明者及科學貢獻者瑞典人阿佛烈·諾貝爾命名。在1950年至1960年代間，來自瑞典、蘇聯及美國的實驗室都宣稱發現了鍩。瑞典的科學家不久後撤回了他們的宣稱，而發現的順序以及元素的命名在蘇聯以及美國的科學家之間起了爭論。直到1997年，國際純化學和應用化學聯合會（IUPAC）將元素的發現歸功於蘇聯，但因鍩的名稱已被長期使用而保留了瑞典的命名。

概论

这个部分摘自：超重元素 § 概论[编辑]

超重元素的合成

核聚变图示
核聚变反应的图示。两个原子核融合成一个，并发射出一个中子。这个反应和用来创造新元素的反应相似，唯一可能的区别是它有时会释放几个中子，或者根本不释放中子。
外部视频链接
影片 基于澳大利亚国立大学的计算，核聚变未成功的可视化[7]

超重元素[b]的原子核是在两个不同大小的原子核[c]的聚变中产生的。粗略地说，两个原子核的质量之差越大，两者就越有可能发生反应。[13]由较重原子核组成的物质会作為靶子，被较轻原子核的粒子束轰击。两个原子核只能在距离足够近的时候，才能聚变成一个原子核。原子核都带正电荷，会因为静电排斥力而相互排斥，所以只有两个原子核的距离足够短时，强核力才能克服这个排斥力并发生聚变。粒子束因此被粒子加速器大大加速，以使这种排斥力与粒子束的速度相比变得微不足道。[14]施加到粒子束上以加速它们的能量可以使它们的速度达到光速的十分之一。但是，如果施加太多能量，粒子束可能会分崩离析。[14]

不过，只是靠得足够近不足以使两个原子核聚变：当两个原子核逼近彼此时，它们通常会融為一體约10−20秒，之後再分開（分開後的原子核不需要和先前相撞的原子核相同），而非形成单一的原子核。[14][15]这是因为在尝试形成单个原子核的过程中，静电排斥力会撕开正在形成的原子核。[14]每一对目标和粒子束的特征在于其截面，即两个原子核彼此接近时发生聚变的概率。[d]这种聚变是量子效应的结果，其中原子核可通过量子穿隧效應克服静电排斥力。如果两个原子核可以在该阶段之后保持靠近，则多个核相互作用会导致能量的重新分配和平衡。[14]

两个原子核聚变产生的原子核处于非常不稳定，[14]被称为复合原子核的激发态。[17]复合原子核为了达到更稳定的状态，可能会直接裂变，[18]或是放出一些中子来带走激发能量。如果激发能量太小，无法放出中子，复合原子核就会放出γ射线来带走激发能量。这个过程会在原子核碰撞后的10−16秒发生，并创造出更稳定的原子核。[18]原子核只有在10−14秒内不衰变，IUPAC/IUPAP联合工作小组才会认为它是化学元素。这个值大约是原子核得到它的外层电子，显示其化学性质所需的时间。[19][e]

衰变和探测

粒子束穿过目标后，会到达下一个腔室——分离室。如果反应产生了新的原子核，它就会存在于这个粒子束中。[21]在分离室中，新的原子核会从其它核素（原本的粒子束和其它反应产物）中分离，[f]到达半导体探测器后停止。这时标记撞击探测器的确切位置、能量和到达时间。[21]这个转移需要10−6秒的时间，因此原子核需要存在这么长的时间才能被检测到。[24]若衰变發生，衰變的原子核被再次记录，并测量位置、衰变能量和衰变时间。[21]

原子核的稳定性源自于强核力，但强核力的作用距离很短，随着原子核越来越大，强核力对最外层的核子（质子和中子）的影响减弱。同时，原子核会被质子之间，范围不受限制的静电排斥力撕裂。[25]强核力提供的核结合能以线性增长，而静电排斥力则以原子序数的平方增长。后者增长更快，对重元素和超重元素而言变得越来越重要。[26][27]超重元素理论预测[28]及实际观测到[29]的主要衰变方式，即α衰变和自发裂变都是这种排斥引起的。[g]几乎所有会α衰变的核素都有超过210个核子，[31]而主要通过自发裂变衰变的最轻核素有238个核子。[29]有限位势垒在这两种衰变方式中抑制了原子核衰变，但原子核可以隧穿这个势垒，发生衰变。[26][27]

Apparatus for creation of superheavy elements
基于在杜布纳联合原子核研究所中设置的杜布纳充气反冲分离器，用于产生超重元素的装置方案。在检测器和光束聚焦装置内的轨迹会因为前者的磁偶极和后者的四极磁体而改变。[32]

放射性衰变中常产生α粒子是因为α粒子中的核子平均质量足够小，足以使α粒子有多余能量离开原子核。[33]自发裂变则是由静电排斥力将原子核撕裂而致，会产生各种不同的产物。[27]随着原子序数增加，自发裂变迅速变得重要：自发裂变的部分半衰期从92号元素铀到102号元素锘下降了23个数量级，[34]从90号元素钍到100号元素镄下降了30个数量级。[35]早期的液滴模型因此表明有约280个核子的原子核的裂变势垒会消失，因此自发裂变会立即发生。[27][36]之后的核壳层模型表明有大约300个核子的原子核将形成一个稳定岛，其中的原子核不易发生自发裂变，而是会发生半衰期更长的α衰变。[27][36]随后的研究发现预测存在的稳定岛可能比原先预期的更远，还发现长寿命锕系元素和稳定岛之间的原子核发生变形，获得额外的稳定性。[37]对较轻的超重核素[38]以及那些更接近稳定岛的核素[34]的实验发现它们比先前预期的更难发生自发裂变，表明核壳层效应变得重要。[h]

α衰变由发射出去的α粒子记录，在原子核衰变之前就能确定衰变产物。如果α衰变或连续的α衰变产生了已知的原子核，则可以很容易地确定反应的原始产物。[i]因为连续的α衰变都会在同一个地方发生，所以通过确定衰变发生的位置，可以确定衰变彼此相关。[21]已知的原子核可以通过它经历的衰变的特定特征来识别，例如衰变能量（或更具体地说，发射粒子的动能）。[j]然而，自发裂变会产生各种分裂产物，因此无法从其分裂产物确定原始核素。[k]

嘗試合成超重元素的物理学家可以获得的信息是探测器收集到的信息，即原子核到达探测器的位置、能量、时间以及它衰变的信息。他们分析这些数据并试图得出结论，確認它确实是由新元素引起的。如果提供的数据不足以得出创造出来的核素确实是新元素的结论，且对观察到的现象没有其它解释，就可能在解释数据时出现错误。[l]

歷史

此元素的名稱來自於阿佛烈·諾貝爾

102號元素的發現過程複雜，來自瑞典、英国、美國與蘇聯的團體皆聲稱最早發現它，而關於102號元素的第一篇完整且精確的檢驗報告則在1966年由苏联杜布納聯合原子核研究所发表。[49]

1957年，由阿贡国家实验室、英国原子能研究院、瑞典諾貝爾研究所物理學家组成的团队第一次宣布了102號元素的發現。[50]他們用碳-13撞擊鋦靶50次，每次持續半小時，標靶在兩次撞擊間通过離子交換反應分离产物。50次的撞擊中有12次包含了會發出8.5±0.1 MeV的α粒子的樣品。觀測到的半衰期為10分鐘，被認為是251102或是253102衰变放出的，不過α粒子也可能來自於一個由102號元素電子補捉而產生、短壽命的鍆同位素。[51]該團隊提出nobelium（符号No）作為102號元素的名稱，[52][50]IUPAC立即批准。[53]杜布納團隊於1968年表示此舉是倉促的。[54]

1958年，勞倫斯柏克萊國家實驗室的科學家重複實驗，由艾伯特·吉奧索、格倫·西奧多·西博格、John R. Walton和Torbjørn Sikkeland組成的團隊宣稱合成102号元素。該團隊使用新的重離子直線加速器（HILAC）並用碳-12撞擊鋦原子（95％鋦-244和5％鋦-246）。他們無法確認瑞典聲稱的8.5 MeV偵測結果，但能侦测到250Fm的衰变（能量7.43 MeV），由半衰期約3秒的母同位素产生。[55]他们认为是254102的衰变产生了250Fm，但后来杜布納的實驗发现254102的半衰期實際上更长，达50±10秒。[56]1967年，柏克萊隊試圖捍衛自己的結果，指出他们原以为那是250Fm的衰变，但半衰期測量結果發現實際上同位素是244Cf（252102的衰变产物，能量7.22 MeV），將能量差異歸因於“分辨率和漂移問題”。1977年的實驗也表明，252102確實具有2.3秒的半衰期。然而，1973年的工作也表明，核同质异能素250mFm（半衰期1.8秒）也可能在反應中生成，在該實驗中很可能沒有產生鍩，而是250mFm的衰变产生250Fm。[55]

1959年，瑞典團隊堅持認為他們確實發現了102號元素，並試圖解釋為何柏克萊團隊在1958年無法發現102號元素。不過，後來的實驗顯示任何比鍩-259（瑞典實驗中不可能產生比它重的同位素）輕的同位素，半衰期皆小於三分鐘，而瑞典團隊的結果很可能來自釷-225，釷-225具有8分鐘的半衰期，並會迅速經歷三重α衰變產生会放出8.375 MeV的α粒子的釙-213。由於釷-225在所用反應中很容易產生，並且不會被其所用的化學方法分離出來，因此這個假設很有利。後來關於鍩的研究也表明，二價锘比三價锘穩定，因此發射α粒子的樣品不能含有鍩，因為二價的鍩元素不會与其它三價錒系元素一同出现。[57]因此，瑞典團隊後來撤回了他們的聲稱，並將成果归因于背景效應。[53]

同年，柏克萊團隊繼續他們的研究並聲稱他們能夠合成102号元素的同位素，它主要通過發射8.3 MeV的α粒子而衰變，半衰期為3秒，伴隨著30％的自發裂變分支。当时此結果被認為由254102產生，不過他們也指出由於條件困難，不能確定是否有製造出102号元素。[55]而伯克利團隊決定採用瑞典團隊提出的nobelium作為元素的名稱，作為對他們的尊重。[53]后来的研究发现这些性质与254No不符，但与252No吻合。[55]

246
96Cm
 + 12
6C
 → 258102*
 → 254102 + 4 1
0
n

同時，苏联杜布纳团队於1958年以及1960年两次尝试合成102號元素。1958年的第一次實驗用氧-16撞擊鈽-239和鈽-241，觀察到一些能量稍微超過8.5 MeV的α衰變，被認為是251,252,253102造成的結果，儘管該團隊也說該同位素不能排除是由鉛或鉍雜質所產生的（不會產生102号元素）。雖然後來1958年的實驗指出，新的同位素可以由汞、鉈、鉛、鉍產生，不過科學家們仍然堅持認為，102號元素可以從這種反應中產生，提到半衰期不到30秒，衰變能量為8.8±0.5 MeV。後來1960年的實驗證明這些是背景效應，1967年的综述將衰變能量修正到8.6±0.4 MeV，但兩個值都太高而不能對應到鍩-253或鍩-254。[58]杜布納團隊後來在1970年和1987年再次說明這些結果不足以下定論。[58]

伯克利團隊於1961年宣稱在鉲、硼與碳離子的反應中發現了103號元素。他們宣稱製造出了同位素257103，[59]同時也聲稱合成了102號元素的同位素，其会发生α衰变，能量8.2 MeV，半衰期15秒。它們認為此同位素為255102，而沒有給出理由。這些數值並不符合現在已知鍩-255的數值，但符合鍩-257，而雖然這個同位素也許有出現在這個實驗中，但當時並沒有明確確認它的產生。[60]

杜布納团队於1964年的實驗中通过鈾-238靶與氖離子的反應合成出102號元素，並檢測102号元素同位素的α衰變子體。生成物沿著銀製捕捉箔運送並以化學方式純化，而檢測到鐨-250以及鐨-252。由於鐨-252的產生，其母體256102也被認為有被合成出來。而鐨-252也可在這個反應中，由同時發射具有多餘中子的α粒子的反應中直接被製造出來，因此科學家採取了步驟，確保鐨-252不能直接進入銀製捕捉箔中。[56]那時檢測到256102的半衰期為8秒，[61]遠长於更近代、1967年所測的3.2±0.2秒。1966年進一步的實驗利用243Am(15N,4n)254102與238U(22Ne,6n)254102的反應，測得254102的半衰期為50±10秒。在當時，這個數值與更早的柏克利數據之間的差異並沒有被了解，然而後來的實驗證明了在杜布納實驗中，異構體250mFm的生成機率小於柏克利實驗。事後来看，杜布納的實驗結果應是正確的，而可視為發現102号元素的結論性實驗。[56]

杜布納团队另一個非常具有信服力的實驗於1965年完成，1966年發表，同樣利用了兩個反應，結論為254102的半衰期確實遠超過柏克利實驗的3秒。[49]后来，柏克利於1967年以及橡樹嶺國家實驗室於1971年的實驗完整確認了102號元素的存在，也確認了早期的觀測。[53]柏克利團隊於1966年12月重複了杜布納的實驗，完整確認了這些實驗，並且利用這些數據分配了他們之前就已經合成、但當時無法識別的同位素，並聲稱於1958年至1961年間發現了102号元素。[53]

238
92U
 + 22
10Ne
 → 260
102No
*
 → 254
102No
 + 6 1
0
n
弗雷德里克·约里奥-居里与伊雷娜·约里奥-居里

1969年，杜布納團隊通过化學實驗確認102号元素表現為鐿的較重同類物。俄羅斯的科學家將此元素命名為joliotium（符號Jo），以紀念過世不久的科學家伊雷娜·约里奥-居里（Irène Joliot-Curie）。這造成了持續幾十年的元素命名爭議，而不同的團隊各自使用自己命的名稱。[53]

於1992年，IUPAC以及国际纯粹与应用物理学联合会（IUPAP）的超鐨工作小組（TWG）重新審查了有關發現該元素的聲稱，並總結了只有杜布納於1966年的實驗正確的檢測並指出衰變来自原子序為102的原子核。因此，杜布納團隊正式的被視為102号元素的發現者，[49]儘管它可能早在1959年就被柏克利的團隊偵測到。[55]柏克利团队於次年批評了這項決定，並指出重新審理101至103號元素「無用而浪費時間」。另一方面，杜布納認同了IUPAC的決定。[54]

1994年，IUPAC批准了一個嘗試解決元素命名爭議的方案，公佈了101號至109號元素的英文名稱。其中102號元素被命名為nobelium（符號No），因為這個名稱在三十年間已被廣泛使用，而也應以這個方式紀念阿佛烈·諾貝爾。[48]由於1994年的命名大多不尊重發現者，引來強烈抗議，IUPAC於是在事後設置了一段評論期。而在1995年，IUPAC在新計畫中將102号元素命名為flerovium（符號Fl），以紀念蘇聯核物理學家格奧爾基·佛雷洛夫（Гео́ргий Флёров）以及以他命名的佛雷洛夫原子反應實驗室。[62]這個計畫未被接受，現在flerovium成了114號元素的英文名稱。[63]

鑒於國際上对104至107號元素名均存在較大分歧，1997年8月27日IUPAC正式對101至109號元素重新英文定名，其中恢復了102號元素nobelium的名稱，[48]全國科學技術名詞化學名詞審定委員會據此於1998年6月15日重新审定、公佈101至109號元素的中文命名，其中101號至103號元素仍使用原有的中文定名「鍆」（音同「門」）、「鍩」（音同「諾」）、「鐒」（音同「勞」）。[64]

性質

圖為鑭系和錒系元素要將一f軌域電子躍遷到d軌域所需的能量。在210 kJ/mol左右為一界線，高於此界線的元素銪、鐿、锿、镄、钔多會形成二價金屬。鍩预测也是如此，但仍有待商確[65]

物理性質

鍩於週期表當中的左右方分別為錒系的鍆與鐒，而上方為鑭系的鐿。目前還沒有辦法大量製備鍩金屬。[2]然而，科學家已對關於鍩的性質做出許多預測以及一些初步的實驗結果。[2]

鑭系元素與錒系元素於金屬態下，可以二價（如銪及鐿）或三價（如其它鑭系元素）存在。前者的电子排布為fn+1s2，而後者為fnd1s2。在1975年，Johansson以及Rosengren研究鑭系以及錒系金屬元素（皆為二價和三價金屬）的凝聚力（結晶焓）的測量及預測值，[66][67]結論為如果原子从[Rn]5fn+17s2組態激发到[Rn]5fn6d17s2組態所增加的結合能不足以補償将电子从5f激发到6d的能量，那么该锕系元素就是二价金属。此现象发生于後段的錒系元素中，因此鑀、鐨、鍆以及鍩皆被預測為二價金屬。[66]二價態在錒系還沒有結束前逐漸常见是因为隨著原子序增加，因相對論而更稳定的5f電子，因此与其它鑭系與錒系元素不同，鍩主要的化合價是二價而非三價。[68]在1986年，鍩金屬的昇華熱被估計為126 kJ/mol，這個數值與鑀、鐨、鍆的數值相近，而這支持了鍩會形成二價金屬的理論。[2]如同其它後段的錒系元素（三價的鐒除外），金屬鍩應呈現為面心立方晶系。[3]二價金屬鍩的原子半徑應大約為1.97 Å。[2]鍩的熔點預測為827°C，與相鄰的鍆之預測數值相同。[69]它的密度預計為9.9±0.4g/cm2。[a]

化學性質

科學家對鍩化學性質的瞭解并不完整。鍩於水溶液中的氧化數可為+3或+2，其中後者較穩定。[70]在鍩被發現之前，科學家們預測鍩在溶液中會如同其他大部分錒系金屬一樣以+3價為較穩定的氧化態。但在1949年時，西博格預測+2價應為鍩的另一穩定態，理由為No2+的電子組態為[Rn]5f14，而其5f14殼層十分穩定。這項預測在十九年後才被證實。[71]

1967年的實驗比較了鍩和鋱、鉲、鐨的化學性質。實驗中用氯气与這四種元素反應，產物用气体推动，結果發現鍩的氯化物會強力吸附在固體表面上，這顯示了如同實驗中另外三種元素的氯化物，氯化锘的揮發性不高。然而，NoCl2以及NoCl3預測皆為不易揮發的化合物，因此此實驗無法得知鍩較常見的氧化態。[72]鍩在+2價下的穩定性要到了隔年的實驗才被確認，通过離子交換色谱法和共沉澱法實驗約五万個255No原子，發現鍩的行為與二價的鹼土金屬較為相似，而與三价的錒系元素表現不同。這證明了在水溶液中，沒有強氧化劑時，二價態為鍩最穩定的狀態。後來於1974年的實驗中顯示鍩與鈣離子至鍶離子間的鹼土金屬溶析。[71]鍩是內過渡元素中唯一在水溶液中，+2價為最常見、最穩定氧化態的元素，而這是因為錒系末段5f與6d軌域間較大的能量差。[73]

受相对论影响，锘的7s电子更稳定，锘化合物预测变得更不稳定。NoH2分子中的No–H键键长预测为212.2 pm。长键长与明显的电荷转移作用导致 NoH2的偶极矩极高，达5.94 D。在该分子中，锘的性质类似主族的碱土金属，同有ns2电子构型，内部的5f电子则属于原子实。[74]锘与碱土金属类似，不易与氯离子形成配合物。它与柠檬酸根、草酸根、乙酸根在0.5 M 硝酸铵水溶液中形成配合物的能力介于钙与锶之间，更接近锶。[72]

No(H2O)3+
9预测的结构，形状为三侧锥三角柱[75]

E°(No3++→No2+) 的標準還原電位在1969年估計介於+1.4 到 +1.5 V之間，[76]後來在2009年的實驗發現只有+0.75 V。[77]这顯示No2+較No3+穩定且No3+為较强的氧化劑。E°(No2+→No0) 和E°(No3+→No0) 廣泛接受的還原電位值分別為−2.61和−1.26 V。E°(No4+→No3+)則估計為+6.5 V。[78]No3+和No2+生成的吉布斯自由能估計分别為−342及−480 kJ/mol。[78]No2+在水溶液中预测会与八个水分子形成水合离子No(H2O)2+
8，[79]而No3+预测与其它锕系元素的三价离子一样，与九个水分子结合成No(H2O)3+
9。[75]

原子性質

鍩原子有102顆電子，它們的排列方式預測為[Rn]5f147s2（基態能項符號為1S0），不過直到2006年為止才被實驗確認。锘5f和7s亚层的16顆电子都是價電子。[2]锘在形成化合物時可以失去三個價電子，留下[Rn]5f13內層，這符合了其他錒系元素在+3態時的[Rn]5fn組態。然而，锘更有可能只失去兩顆價電子，留下穩定、擁有全填滿5f14層的[Rn]5f14內層。鍩的第一游離能在1974年時根據7s電子會比5f電子先解離的推測，測為(6.65 ± 0.07) eV，[80]后于2018年修正至6.62621 eV（639.33 kJ/mol）。[5]1978年時初步估計配位數為6和8的No3+離子半徑分別約為0.90和1.02 Å；由實驗得知No2+離子半徑為1.0 Å。[72]計算得出No2+的水合焓為−355 kcal/mol（−1,490 kJ/mol）。[81]

同位素

相互作用玻色子模型预测各种原子核的形状，其中254No预测呈长球面形[82]

鍩的已知同位素共有14個，質量數分別為248-260和262，皆有强放射性，半衰期很短，非常不穩定。[29]此外，锘另有17個同核異構體，質量數介于250至256。[29][83][84][85][86]其中壽命最長的同位素和同核異構體分別為259No（58分鐘）和251mNo（1.02秒），不过尚未被发现的261No预测会有更长的半衰期，达3小时。[29]255No的半衰期為3.52分鐘，虽然不是最稳定的同位素，但因為可透過鉲-249和碳-12反應大量製得而較常用於化學實驗。[87]除了259No和255No，其餘半衰期超過一秒的鍩同位素有253No、254No、257No、256No和252No。半衰期最短的同位素則為248No，半衰期短于2微秒。[29]254No位于从231Pa至279Rg的一系列长球面形原子核中间，受到理论关注。它可通过208Pb和48Ca的反应合成，[82]可用于研究原子核的幻数。[88]

製備與純化

鍩的同位素大多以轟擊錒系元素標靶（鈾、鈽、鋦、鉲或鑀）產生，唯鍩-262僅能作為鐒-262的衰變產物生成。[89]虽然锘-259最稳定，但實驗中最常使用可以更大量制备的鍩-255。[70]它可利用碳-12轟擊鋦-248或鉲-249產出（通常使用後者）。以每秒3兆個73 MeV的碳-12離子照射350μg cm−2 的鉲-249標靶於十分鐘內可產出大約1200個鍩-255原子。[89]

一旦成功做出了鍩-255，便可使用類似用於分離钔的方式將其分離出來。[89]鍩-255的反沖的动量會使它們遠離標靶，並將它們帶到標靶後面的金屬箔（通常為鈹、鋁、鉑或金），這時通常會同時使用氣體（通常是氦氣）來固定鍩-255，並將它們以氣流從反應室的小開口中帶離。使用長毛細管，並在氦氣中加入氯化鉀，鍩原子可以被輸送幾十公尺遠。[90]收集在金屬箔上的鍩可以用稀酸除去而不至於使金屬箔完全溶解，然後可以利用其趨向二價態的性質（與其他三價為主的重錒系元素不同）來分離锘。[89]此过程可为色谱法，使用HDEHP作為固定有機相，0.05M鹽酸作為流動相分离锘。使用3M鹽酸洗脱陽離子交換樹脂柱，亦可用此过程分离锘。鍩將通過色譜柱並分離，而其他三價錒系元素將留在色譜柱上。[91]然而，如果使用金箔，因為須先使用陰離子交換色谱法分離出金，所以過程將會變得複雜。[2]

注释

  1. ^ 1.0 1.1 通过预测的原子半径[2]和晶体结构[3]计算得到
  2. ^ 在核物理学中，原子序高的元素可称为重元素，如82号元素铅。超重元素通常指原子序大于103（也有大于100[8]或112[9]的定义）的元素。有定义认为超重元素等同于锕系后元素，因此认为还未发现的超锕系元素不是超重元素。[10]
  3. ^ 2009年，由尤里·奥加涅相引领的团队发表了他们尝试通过对称的136Xe + 136Xe反应合成𬭶的结果。他们未能在这个反应中观察到单个原子，因此设置截面，即发生核反应的概率的上限为2.5 pb。[11]作为比较，发现𬭶的反应208Pb + 58Fe的截面为19+19
    -11     pb。[12]
  4. ^ 施加到粒子束以加速它的能量也会影响截面。举个例子，在28
    14    Si
     + 1
    0    n
     → 28
    13    Al
     + 1
    1    p
    反应中，截面会从12.3 MeV的370 mb变化成18.3 MeV的160 mb，最高值是13.5 MeV的380 mb。[16]
  5. ^ 这个值也是普遍接受的复合原子核寿命上限。[20]
  6. ^ 分离基于产生的原子核会比未反应的粒子束更慢地通过目标这一点。分离器中包含电场和磁场，它们对运动粒子的影响会因粒子的特定速度而被抵消。[22]飞行时间质谱法和反冲能量的测量也有助于分离，两者结合可以估计原子核的质量。[23]
  7. ^ 不是所有放射性衰变都是因为静电排斥力导致的，β衰变便是弱核力导致的。[30]
  8. ^ 早在1960年代，人们就已经知道原子核的基态在能量和形状上的不同，也知道核子数为幻数时，原子核就会更稳定。然而，当时人们假设超重元素的原子核因为过于畸形，无法形成核子结构。[34]
  9. ^ 超重元素的原子核的质量通常无法直接测量，所以是根据另一个原子核的质量间接计算得出的。[39]2018年，劳伦斯伯克利国家实验室首次直接测量了超重原子核的质量，[40]它的质量是根据转移后原子核的位置确定的（位置有助于确定其轨迹，这与原子核的质荷比有关，因为转移是在有磁铁的情况下完成的）。[41]
  10. ^ 如果在真空中发生衰变，那么由于孤立系统在衰变前后的总动量必须保持守恒，衰变产物也将获得很小的速度。这两个速度的比值以及相应的动能比值与两个质量的比值成反比。衰变能量等于α粒子和衰变产物的已知动能之和。[31]这些计算也适用于实验，但不同之处在于原子核在衰变后不会移动，因为它与探测器相连。
  11. ^ 自发裂变由苏联科学家格奥尔基·弗廖罗夫发现，[42]而他也是杜布纳联合原子核研究所的科学家，所以自发裂变就成了杜布纳联合原子核研究所经常讨论的课题。[43]劳伦斯伯克利国家实验室的科学家认为自发裂变的信息不足以声称合成元素，他们认为对自发裂变的研究还不够充分，无法将其用于识别新元素，因为很难确定复合原子核是不是仅喷射中子，而不是质子或α粒子等带电粒子。[20]因此，他们更喜欢通过连续的α衰变将新的同位素与已知的同位素联系起来。[42]
  12. ^ 举个例子，1957年，瑞典斯德哥尔摩省斯德哥尔摩的诺贝尔物理研究所错误鉴定102号元素。[44]早先没有关于该元素发现的明确声明，所以瑞典、美国、英国发现者将其命名为nobelium。后来证明该鉴定是错误的。[45]次年，劳伦斯伯克利国家实验室无法重现瑞典的结果。他们宣布合成了该元素，但后来也被驳回。[45]杜布纳联合原子核研究所坚持认为他们第一个发现该元素，并建议把新元素命名为joliotium，[46]而这个名称也没有被接受（他们后来认为102号元素的命名是仓促的）。[47]由于nobelium这个名称在三十年间已被广泛使用，因此没有更名。[48]

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参考书目

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