Nh · Элемент 113 · Постпереходный металл
Первый элемент, открытый и названный азиатской исследовательской группой.
Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение нихоний среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 247 pm — это 0,247 нм, поэтому около 2,02 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Нихоний находится в жидком состоянии в диапазоне 700 K — от 700 K до 1400 K.
История
Первый элемент, открытый и названный азиатской исследовательской группой.
Историческое достижение: Нихоний стал первым открытым в Японии химическим элементом, что явилось выдающимся достижением японской науки и принесло признание как одному из наиболее значимых научных открытий XXI века.
Руководство RIKEN: Группа первооткрывателей под руководством Kosuke Morita в Центре ускорительной науки Nishina при RIKEN почти десять лет совершенствовала методы синтеза, необходимые для создания этого сверхтяжёлого элемента. Их настойчивость после многолетних неудачных попыток служит примером научной преданности делу.
Прорывные эксперименты: В период с 2004 по 2012 год группа успешно создала три атома нихония, бомбардируя мишени из Висмута-209 ионами Цинка-70 в своём линейном ускорителе. Каждый успешный синтез требовал месяцев непрерывной работы и точной калибровки экспериментальных условий.
Международное признание: Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) официально признал открытие RIKEN в 2015 году, предоставив Японии право дать название элементу 113. Название «нихоний» происходит от «Nihon», японского слова, обозначающего Японию.
Технологические инновации: Для открытия потребовалась разработка новых систем обнаружения, способных идентифицировать отдельные атомы среди миллиардов фоновых частиц. Эти инновации продвинули ядерную аппаратуру и методы анализа данных во всём мире.
Глобальное научное значение: Открытие нихония подтвердило теоретические предсказания о синтезе сверхтяжёлых элементов и открыло новые возможности для исследования пределов периодической таблицы. Это достижение способствовало расширению международного сотрудничества в исследованиях сверхтяжёлых элементов.
Культурное значение: Помимо научной важности, нихоний символизирует вклад Японии в фундаментальные знания человечества, укрепляет гордость за японские научные достижения и вдохновляет будущие поколения исследователей.
Применение
Исследования ядерной физики: Нихоний служит важным этапом в изучении синтеза сверхтяжёлых элементов и закономерностей их распада. Для его создания необходимо бомбардировать мишени из Висмута-209 ионами Цинка-70 в ускорителях частиц, что даёт представление о механизмах ядерных реакций при экстремальных энергиях.
Исследования острова стабильности: Будучи элементом 113, нихоний занимает стратегическое положение на пути к теоретически предсказанному «острову стабильности», где сверхтяжёлые элементы могут существовать более длительное время. Исследования сосредоточены на определении того, обладает ли нихоний повышенной стабильностью по сравнению с соседними элементами, что потенциально подтвердило бы теоретические предсказания о замыканиях ядерных оболочек.
Исследования фундаментальной химии: Несмотря на короткий период полураспада, исследования нихония помогают понять, как релятивистские эффекты влияют на химические связи в сверхтяжёлых элементах. Теоретические расчёты предполагают, что нихоний может вести себя подобно Таллию, но со значительными отличиями из-за релятивистского сжатия электронных орбиталей.
Передовые технологии обнаружения: Создание нихония требует передовых систем обнаружения частиц и сложных методов анализа данных. Эти технологические разработки расширяют возможности ядерной аппаратуры, принося пользу таким областям, как медицинская визуализация и материаловедение.
Международное научное сотрудничество: Исследования нихония служат примером глобального научного сотрудничества: команды из RIKEN (Япония), GSI (Германия) и других учреждений обмениваются знаниями и ресурсами, чтобы расширять границы синтеза элементов.
Образовательное значение: Как первый открытый в Японии элемент, нихоний вдохновляет новые поколения учёных и демонстрирует, как упорные исследования позволяют достигать, казалось бы, невозможных целей, стимулируя дальнейшее изучение неизвестного.
Эксперименты на ускорителях частиц: Нихоний существует только в специализированных исследовательских учреждениях, оснащённых линейными ускорителями и системами ионных пучков. Для получения всего нескольких атомов эти эксперименты требуют непрерывной бомбардировки в течение нескольких месяцев, поэтому каждое создание атома является значительным научным достижением.
Исследования ядерного распада: Учёные используют нихоний для изучения цепочек альфа-распада и осколков деления, получая данные о стабильности ядер и силах, удерживающих атомные ядра вместе. Каждый распадающийся атом нихония предоставляет ценную информацию о поведении сверхтяжёлых элементов.
Проверка теоретических моделей: Нихоний служит объектом проверки квантово-механических моделей строения атома, особенно теорий о поведении электронных орбиталей при экстремальных ядерных зарядах и релятивистских условиях.
Разработка передовой аппаратуры: Создание и обнаружение нихония стимулируют инновации в технологиях обнаружения частиц, системах синхронизации и методах сбора данных, приносящих пользу более широким научным исследованиям.
Координация международных исследований: Эксперименты с нихонием требуют координации между несколькими исследовательскими учреждениями, способствуя сотрудничеству и обмену знаниями в мировом научном сообществе.
Потенциал будущего применения: Хотя в настоящее время нихоний используется только в исследованиях, понимание его свойств способствует долгосрочной цели открытия стабильных сверхтяжёлых элементов, которые могут найти практическое применение в передовых технологиях.
Откуда он происходит
0 мг/кг земной коры · более распространён, чем 0% элементов
Отсутствие в природе: В современных условиях нихоний нигде во Вселенной не встречается в природе. Его атомное ядро содержит 113 протонов, поэтому оно слишком тяжёлое и нестабильное, чтобы образовываться в результате естественных ядерных процессов или сохраняться в звёздных средах.
Только искусственное создание: Каждый атом нихония был искусственно создан в ускорителях частиц посредством реакций ядерного синтеза. Процесс включает ускорение ионов Цинка-70 до чрезвычайно высоких энергий и их направление на мишени из Висмута-209; частота синтеза составляет всего несколько атомов в неделю.
Отсутствие в космосе: Даже в самых экстремальных космических условиях — например, при слиянии нейтронных звёзд, взрывах сверхновых или в ядрах массивных звёзд — условий недостаточно для создания и сохранения ядер нихония. Из-за короткого периода полураспада любой образовавшийся нихоний распался бы до обнаружения.
Существование только в лаборатории: Линейный ускоритель RIKEN в Японии является основным местом, где нихоний был успешно синтезирован. Элемент существует всего несколько миллисекунд, после чего подвергается альфа-распаду, что делает его изучение чрезвычайно сложным.
Ядерная нестабильность: Синтетическая природа нихония обусловлена фундаментальной нестабильностью тяжёлых атомных ядер. С увеличением числа протонов электромагнитное отталкивание между ними подавляет сильное ядерное взаимодействие, удерживающее ядро вместе.
Потенциал будущего синтеза: Передовые технологии ускорителей частиц со временем могут сделать производство нихония более эффективным, однако из-за присущей ему ядерной нестабильности этот элемент всегда будет оставаться синтетическим.
Обращение
Нихоний радиоактивен. У него нет стабильных изотопов — каждое ядро распадается. Для обращения требуются соответствующие средства защиты и лицензия.
Интенсивное альфа-излучение: Нихоний быстро распадается по альфа-типу с периодом полураспада около 8 миллисекунд, испуская высокоэнергетические альфа-частицы, которые создают серьёзную радиационную опасность. Даже микроскопические количества за секунды воздействия привели бы к смертельным дозам радиации.
Специализированная изоляция: Все исследования нихония проводятся в хорошо экранированных установках с ускорителями частиц и несколькими защитными барьерами. Работники должны соблюдать безопасную дистанцию и использовать оборудование для дистанционного обращения, чтобы предотвратить прямое воздействие радиации.
Опасности цепочки распада: При распаде нихония образуется ряд радиоактивных дочерних ядер, каждое из которых создаёт дополнительные радиационные риски. При оценке протоколов безопасности и требований к изоляции необходимо учитывать всю цепочку распада.
Протоколы исследовательских учреждений: Работать с нихонием могут только обученные ядерные физики, прошедшие обширную подготовку по радиационной безопасности. Учреждения требуют непрерывного радиационного мониторинга, процедур реагирования на чрезвычайные ситуации и строгого контроля доступа для защиты персонала и окружающей среды.
Прямое обращение запрещено: Из-за экстремальной радиоактивности и короткого периода полураспада нихония прямое обращение с ним невозможно. Все взаимодействия осуществляются через дистанционные системы и оборудование для обнаружения, предназначенные для минимизации воздействия на людей при максимальном сборе научных данных.
Экологические аспекты: Хотя количества нихония чрезвычайно малы, надлежащие протоколы утилизации гарантируют, что радиоактивное загрязнение не выйдет за пределы лабораторных систем изоляции. Долгосрочный мониторинг подтверждает полный распад всех радиоактивных материалов.
Краткие ответы
Нихоний (символ Nh) — элемент 113 в периодической таблице, представитель семейства постпереходный металл в 7 периоде, 13 группе. Первый элемент, открытый и названный азиатской исследовательской группой. При комнатной температуре, как ожидается, это будет твёрдое вещество, и оно радиоактивно.
[Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s² 7p¹; она включает 7 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 32, 32, 18, 3. На внешней оболочке находится 3 электрона, что определяет характер химических связей.Образец Нихоний ещё ни разу не был сконденсирован, поэтому оба значения рассчитаны, а не измерены: предполагается, что он плавится при 700 K (426.9 °C) и кипит при 1400 K (1126.9 °C).
У Нихоний нет стабильных изотопов, поэтому для него не существует стандартной атомной массы. Указанное значение 284 — массовое число наиболее долгоживущего известного изотопа.
Предполагается, что плотность Нихоний составляет около 16 г/см³, хотя образец, достаточно большой для взвешивания, ещё ни разу не был получен. Для сравнения, плотность воды — 1,0 г/см³.
Нихоний был открыт в 2004 году RIKEN, Japan. Назван в честь nihon, «Япония».
Нихоний практически не встречается в природе на Земле — его получают в реакторе или ускорителе.
Да. Нихоний не имеет стабильных изотопов — каждое его ядро распадается. В природе он не встречается в количествах, пригодных для использования, и должен быть синтезирован.