簡介
(Dubnium)是一種化學元素,符號為Db,原子序為105。其名Dubnium源自位於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,不出現於在自然界中,並具有放射性。其最穩定的已知同位素( -268)的半衰期約為28小時,這也是102號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,同時屬於錒系後元素。它位於第7周期和5族元素。化學實驗證實了 的特性為鉭的較重的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製造了微量的 元素。兩國未能確定彼此的發現次序,因此雙方科學家對其命名發生了爭論,直到1997年國際純粹與套用化學聯合會(IUPAC)確認了蘇聯的實驗室最早合成該元素,並為雙方妥協而取名為Dubnium。
基本參數
原子序數:105
元素符號:Db
元素中文名稱:釒杜
元素英文名稱:Dubnium
相對原子質量:[262]
核內質子數: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:6d3 7s2
核外電子排布:2,8,18,32,32,11,2
顏色和狀態:金屬
發現人:杜布納研究所
發現時間:1968年
歷史
發現
位於杜布納的聯合核研究所(當時在前蘇聯內)在1968年首次報告發現 元素。研究人員以
氖-22離子撞擊鎇-243目標。他們報告了能量為9.40MeV和9.70MeV的α活動,並認為這些活動指向同位素260Db或261Db:243
95Am+22
10Ne→265−x
105Db+xn
兩年後,杜布納的團隊把產物與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產物。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離子撞擊鐦-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9.10MeV,子衰變產物為鐒-256:
249
98Cf+15
7N→260
105Db+4n
由柏克萊加州大學科學家們得出的結果並沒有證實前蘇聯科學家們的研究指出, -260的衰變能量為9.40MeV或9.70MeV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,並得以證實 -260的衰變數據,所用反應如下:
243
95Am+22
10Ne→260
105Db+5n
1976年,杜布納的團隊繼續用溫度梯度色譜法研究這條反應,並辨認出產物五溴化 -260(260DbBr5)。
1992年,IUPAC/IUPAP鐨後元素工作小組評估了兩個團隊的報告,並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。
命名爭議
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,並出現於許多當時的文獻中;而Nielsbohrium用於前蘇聯和東方集團國家。兩個團隊就此對元素的命名產生了爭議。國際純粹與套用化學聯合會(IUPAC)就採用了臨時的系統命名Unnilpentium(Unp)。為了解決爭議,IUPAC於1994年提出名稱Joliotium(Jl),紀念法國物理學家弗雷德里克·約里奧-居里。此名原先由蘇聯團隊提議為元素102的名稱,而該元素最後名為鍩(Nobelium)。雙方仍在元素104至106的命名問題上達不到共識。在1997年,他們解決了爭端,並沿用了現名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,位於柏克萊的實驗室已經在多個元素的名稱中得到了承認(如錇、鐦、鎇),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(theDubnaLaboratory)而命名。
元素描述::放射性人造金屬元素。
元素來源:用氮15粒子束轟擊鐦249原子可製得釒杜。
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,位於釩、鈮及鉭之下。因為 直接位於鉭以下,所以也能稱為eka-鉭。5族元素有著明顯的+5氧化態,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態。較重的5族元素也具有+4和+3態,所以 也有可能形成這些具還原性的氧化態。
從鈮和鉭的化學特性推算, 會與氧反應形成惰性的五氧化物Db2O5。在鹼性環境中,預計會形成鄰 配合物DbO3−
4。與鹵素反應後,應形成五鹵化物DbX5。鈮和鉭的五鹵化物呈揮發性固態或呈氣態的三角雙錐形單體分子。因此,DbCl5預計將會是一種揮發性固體。同樣,DbF5揮發性將更強。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−
6。若氟化物過剩,則會形成DbF2−
7和DbOF2−
5。如果 的特性是鉭的延續,則更高的氟化物濃度會產生DbF3−
8,因為NbF3−8目前是未知的。
實驗化學
通過氣態熱色譜法,對 的化學特性的研究已進行了幾年的時間。這些實驗研究了鈮、鉭和 放射性同位素的相對吸收屬性。結果產生了典型的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(中文譯為“ ”,圖像:Hahnium-hant.png)。
公式 | 名稱 |
---|---|
DbCl5 | 五氯化 |
DbBr5 | 五溴化 |
DbOCl3 | 氯氧化 |
DbOBr3 | 溴氧化 |
核合成歷史
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)生成覆核,裂變之後存活機率較高。處於激髮狀態的原子核再衰變至基態,期間只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,位於重離子研究所的團隊利用改進了的母子體衰變關係法研究了該反應。他們證實探測到258Db,1n中子蒸發道的產物。在1983年,位於杜布納的團隊用化學分離後辨認衰變產物,重新進行了以上的反應。他們探測到了來自以258Db為首的衰變鏈中的已知產物的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,並探測到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激發函式測量了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衰變能級結構的確認。這條反套用於在2003至2004年對鍆和鑀的光譜研究當中。
209Bi(49Ti,xn)258-xDb(x=2?)
1983年,尤里·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,來自於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-Zprojectile)計畫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,但這次並未探測到最初指向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50MeV,因而稱為“熱”核聚變)生成覆核,裂變及擬裂變之後存活機率較低。處於激髮狀態的原子核再衰變至基態,期間發出3至5顆中子。
232Th(31P,xn)263-xDb(x=5)
Andreyev等人於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,產量為120pb。
238U(27Al,xn)265-xDb(x=4,5)
2006年,在一項用鈾目標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KenGregorich領導的團隊研究了這條新反應的4n和5n通道的激發函式。
236U(27Al,xn)263-xDb(x=5,6)
Andreyev等人在杜布納Flerov核反應研究所於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,產量分別為450pb和75pb。
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,其吸收特性類似於NbCl5而非HfCl4。這表示,類釹原子核形成為DbCl5。1971年,他們用更高敏感度的工具重複進行了實驗,並觀測到類釹部分的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,並取得幾乎相同的結果。這意味著產生了具揮發性及類釹特性的DbBr5。
241Am(22Ne,xn)263-xDb(x=4,5)
2000年,於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,從而產生262Db作化學實驗。實驗探測到4顆原子,截面為260pb。位於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,並在研究 的水溶化學時,確認產生出262Db同位素。
249Bk(18O,xn)267-xDb(x=4,5)
阿伯特·吉奧索在1970年於加州大學發現了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確認的一次25秒長的自發裂變,可能與現在所知的263Db自發裂變支鏈有關。1990年,勞倫斯伯克利國家實驗室中由Kratz帶領的一組團隊確切地發現了新同位素263Db,同位素產生於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的一條電子捕獲支鏈,該支鏈會產生半衰期較長的263Rf同位素(見鑪)。
249Bk(16O,xn)265-xDb(x=4)
阿伯特·吉奧索在1970年於加州大學發現了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,並在實驗中發現了同位素260Db。他們用了現代的母子核衰變關係法證實了這個發現。1977年,橡樹嶺國家實驗室團隊重複進行了實驗,通過辨認來自衰變產物鐒的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鑀-254作目標,以尋找新的核素:264Db和263Db。由於鑀-254目標太小,實驗的敏感度太低,因此未能探測到任何蒸發殘餘。
更重核素的衰變
的同位素也是某些更高元素衰變中的產物。下表列出至今為止的觀測:
蒸發殘餘 | 觀察到的 同位素 |
---|---|
294 Uus | 270 Db |
288 Uup | 268 Db |
287 Uup | 267 Db |
282 Uut | 266 Db |
267 Bh | 263 Db |
278 Uut,266 Bh | 262 Db |
265 Bh | 261 Db |
272 Rg | 260 Db |
266 Mt,262 Bh | 258 Db |
261 Bh | 257 Db |
260 Bh | 256 Db |
同位素
同位素 | 發現年份 | 所用反應 |
---|---|---|
256 Db | 1983?, 2000 | 209 Bi(50 Ti,3n) |
257 Dbg | 1985 | 209 Bi(50 Ti,2n) |
257 Dbm | 2000 | 209 Bi(50 Ti,2n) |
258 Db | 1976?, 1981 | 209 Bi(50 Ti,n) |
259 Db | 2001 | 241 Am(22 Ne,4n) |
260 Db | 1970 | 249 Cf(15 N,4n) |
261 Db | 1971 | 249 Bk(16 O,4n) |
262 Db | 1971 | 249 Bk(18 O,5n) |
263 Db | 1971?, 1990 | 249 Bk(18 O,4n) |
264 Db | 未知 | |
265 Db | 未知 | |
266 Db | 2006 | 237 Np(48 Ca,3n) |
267 Db | 2003 | 243 Am(48 Ca,4n) |
268 Db | 2003 | 243 Am(48 Ca,3n) |
269 Db | 未知 | |
270 Db | 2009 | 249 Bk(48 Ca,3n) |
同核異構體
260Db
近期有關272Rg的衰變數據指出,某些衰變鏈通過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確的衰變源。
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著顯著的分別。這表示存在著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確的衰變源。
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8.97MeV。在測量這些衰變與253Lr的衰變的關係之後,證實能量為9.16MeV的衰變屬於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態257mDb。基態進行α放射,能量為9.07和8.97MeV。近期實驗並沒有證實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,其來自於以下兩條反應: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。