108 Hs 𬭶 270*
过渡金属 d区 第7周期 第8族 放射性 合成

𬭶

Hs · 元素108 · 过渡金属

化学性质得到实验证实的最重元素。

20°C时的状态 固态
原子量 270 u
电子排布[Rn] 5f¹⁴ 6d⁶ 7s²

结构

𬭶原子

这不是环上点阵图,而是对每个已占据亚层的实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

属性表

每个条形图显示𬭶在全部118种元素中该属性所处的位置。

物理

密度 40.7 g/cm³~ 100%
熔点 —
沸点 —
比热容 —
热导率 —

原子

原子半径 247 pm~ 85%
共价半径 134 pm~
范德华半径 247 pm~

电子

电负性 —
电离能 820.1 kJ/mol~ 71%
电子亲和能 —

存在情况

地壳中的丰度 0 mg/kg 0%

身份

符号Hs
原子序数108
原子量270 u
类别过渡金属
区d
晶体结构unknown
氧化态+8
发现1984
发现者GSI Darmstadt

来源:IUPAC 2021标准原子量、CRC《化学与物理手册》、NIST。标有~的数值为预测值,而非测量值。

尺寸,按比例显示

𬭶的原子有多大?

半径247 pm——即0.247 nm,因此大约2.02百万个这样的原子并排起来才有一毫米长。

温度范围

固态、液态、气态——以及转变时机

𬭶的两种状态转变均未测定——因为同时存在过的原子太少。

所在位置

在表中的位置

𬭶位于第7周期、第8族。 第8族中的所有元素具有相同的最外层电子数,因此它们的性质非常相似。

其他过渡金属

所有过渡金属

背后的故事

𬭶是什么,以及我们如何发现它

化学性质得到实验证实的最重元素。

𬭶的发现

𬭶于1984年由Peter Armbruster和Gottfried Münzenberg领导的德国研究团队在德国达姆施塔特的GSI Helmholtz重离子研究中心首次合成,使用的是该中心先进的重离子加速器设施。研究人员用铁-58离子轰击铅-208靶,并将其加速到极高能量,通过核聚变反应成功生成𬭶-265,随后探测到其特征性衰变信号。德国团队利用复杂的探测系统,通过独特的放射性衰变链识别𬭶原子,并仔细分析持续数毫秒的核事件,确认了元素108的合成。最初,根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)为未发现元素制定的命名规则,该元素被赋予系统命名“unniloctium”(在拉丁语中意为“一〇八”)。德国研究人员提议以德国黑森州的名称命名为“hassium”,因为GSI实验室位于该州;其中Hassia是黑森州的拉丁名称,这遵循了以对元素发现具有重要意义的地点命名元素的传统。苏联科学家曾提出争议,声称他们在可追溯到20世纪70年代和80年代的早期实验中观察到了元素108的证据。然而,国际科学界认为苏联方面的主张不够确凿,因为其​​实验依据未达到确认新元素发现所需的严格标准。经过对实验​​证据的广泛审查,IUPAC于1997年正式承认德国团队在发现𬭶方面的优先权,并批准使用名称“hassium”和符号“Hs”。这一发现代表了超重元素研究领域的重大进展,展示了在核稳定性极限处制备和探测极短寿命原子核的改进技术。𬭶的成功合成为尝试制备更重元素打开了大门,并为检验超重元素稳定性和稳定岛理论提供了关键数据。这项成就需要在加速器物理、靶材制备和超灵敏探测方法方面进行多年的技术发展,以研究罕见的核事件。

用途

𬭶的用途

𬭶是一种半衰期以秒计的极短寿命人工超重元素,除了用于核物理和原子结构极限的基础科学研究外,没有实际应用。该元素是研究理论上“稳定岛”的关键对象之一;理论预测某些超重原子核在该区域可能具有更长的半衰期和潜在的有用性质。对𬭶的研究有助于我们理解决定原子核稳定性的核壳层效应和幻数,为推进核物理理论提供重要见解。该元素用于检验和验证复杂的核模型,这些模型预测极端条件下物质的行为,帮助科学家了解原子核在稳定性极限处的行为。𬭶研究推动了我们对超重元素化学的认识,使科学家能够研究随着元素变得越来越重以及相对论效应日益明显时化学性质如何变化。用于探测和分析𬭶的技术促进了粒子探测技术和核仪器的发展,这些技术被用于各种科学应用。𬭶的研究为理解恒星核合成过程以及重元素如何在中子星并合等极端天体物理环境中形成提供了重要数据。该元素的研究促进了更复杂的原子结构和核物理理论模型的发展,这些模型在材料科学和核技术中具有更广泛的应用。虽然𬭶本身无法实际使用,但它所支持的基础研究有助于推进核医学、核能技术以及我们对物质基本组成单元的理解。未来发现寿命更长的𬭶同位素或相关超重元素,可能会揭示具有潜在技术应用的独特性质。𬭶研究所需的国际合作推动了全球核物理研究中的科学协作和知识共享。

由于半衰期极短,且只能在专门的粒子加速器设施中制备出微量的𬭶,因此它在日常生活、工业或技术领域没有实际应用。该元素仅用于具备重离子加速器能力的主要国际科研机构开展的先进核物理研究。研究实验室通过研究𬭶,探索有关原子结构极限以及稳定原子核所能容纳的最大质子数等基础问题。核物理学家将𬭶用作检验理论模型的对象,这些模型预测超重元素的性质以及提出的核稳定岛。该元素还可作为验证计算化学方法的基准,这些方法试图通过相对论量子力学计算预测超重元素的化学行为。核物理教育项目将𬭶作为研究物质基本本质以及持续探索原子结构的前沿研究实例。科学数据库和参考资料收录𬭶的数据,以维护所有已知化学元素及其性质的完整记录。国际科学合作通过研究𬭶,推动全球对核物理的理解,并共享超重元素研究方面的知识。对该元素的研究有助于培养下一代核物理学家,并发展研究罕见核现象的先进实验技术。虽然𬭶不能用于实际应用,但对其性质的研究推动了核技术基础科学的发展,而核技术被用于医学、能源和材料研究。为探测和分析𬭶而开发的方法促进了核仪器和粒子物理研究技术的改进。该元素代表了当前人工合成元素能力的顶峰,展示了现有核物理技术所能达到的极限。

来源

自然存在

地壳中含量为0 mg/kg · 比0%的元素更丰富

𬭶在地球上并非天然存在,只能通过粒子加速器中的核聚变反应人工制备,因此是最稀有且最难制备的元素之一。该元素通过以极高能量轰击重靶原子核和较轻的入射原子核来合成,通常使用铅-208靶和铁-58入射粒子,通过核聚变生成𬭶-265。制备过程需要复杂的重离子加速器设施,能够将离子加速到精确能量,同时保持靶向和探测系统的极高精度。即使使用最先进的加速器技术,每小时也只能制备出少数𬭶原子,而这些原子会在生成后数秒内衰变。已知最稳定的同位素𬭶-270的半衰期约为22秒,其他同位素衰变得更快,有些在形成后数毫秒内就会衰变。该元素的制备仅限于全球少数专门研究设施,包括德国的GSI、日本的RIKEN以及其他具备相应加速器能力的机构。在当前条件下,𬭶的人工合成性质意味着它在宇宙任何地方都没有地质存在、环境存在或天然储藏。所有𬭶研究都必须针对单个原子或极少量原子进行,因此需要极其灵敏的探测设备来识别单个核事件。人类迄今制备的𬭶总量少到即使在最强大的显微镜下也远远无法看见,数十年的研究可能也只制备出了几千个原子。由于𬭶会迅速发生放射性衰变且不存在天然生成机制,其环境浓度实际上为零。随着加速器技术进步,未来的制备量可能略有增加,但𬭶仍将是人类技术能够制造的最稀有物质之一。该元素只会暂时存在于核物理实验室的受控环境中,并在生成后数秒内衰变消失。

处理

安全

𬭶具有放射性。 它没有稳定同位素——每个原子核都会衰变。的处理需要适当的屏蔽和许可。

𬭶具有强烈的放射性和快速衰变特性,会带来显著的辐射危害,因此核物理研究设施必须采用现有最严格的辐射安全规程。主要安全问题并不是𬭶原子本身,因为其数量可以忽略不计,而是制备过程中产生的强辐射场,以及它衰变时形成的放射性衰变产物。在𬭶研究中工作的人员必须佩戴完整的辐射监测设备,并遵守严格规程,以尽量减少高能辐射和放射性污染暴露。制备𬭶的设施需要复杂的辐射屏蔽系统,通常包括多层致密材料,以保护工作人员免受伽马射线、中子和其他形式电离辐射的伤害。研究环境必须持续监测所有开展𬭶相关工作的区域的辐射水平,并配备自动安全系统;如果辐射水平超过安全限值,系统能够关闭运行。工作人员在获准进入这些设施工作前,必须接受辐射安全、应急响应程序以及超重元素研究特定危害方面的全面培训。𬭶的半衰期很短,会迅速衰变成其他放射性元素,形成复杂的衰变产物混合物,因此需要专门的围封和废物管理程序。必须制定应急规程,以应对研究环境中可能发生的放射性污染、设备故障或意外辐射暴露事故。𬭶研究产生的废物含有具有不同衰变特征和半衰期的多种放射性同位素,因此需要长期储存和监测。由于孕妇和18岁以下人员对辐射效应通常更为敏感,通常禁止其进入开展𬭶研究的区域。研究设施必须详细记录所有辐射暴露情况,并实施ALARA(在合理可行的范围内尽量低)原则,以尽量减少所有工作人员受到的辐射剂量。必须定期开展安全审计和设备维护,以确保所有辐射防护系统持续有效,并确保安全规程得到正确遵守。

快速解答

𬭶:常见问题

𬭶是什么?

𬭶(符号Hs)是元素周期表中的第108号元素,属于7周期8族的过渡金属。 化学性质得到实验证实的最重元素。 在室温下为固态,并具有放射性。

𬭶的电子排布是什么?

𬭶的基态电子排布为[Rn] 5f¹⁴ 6d⁶ 7s²,共有7个已占据的电子层,电子分布为2, 8, 18, 32, 32, 14, 2。

𬭶的原子量是多少?

𬭶没有稳定同位素,因此没有标准原子量。所列数值270是其已知寿命最长同位素的质量数。

𬭶的密度是多少?

预计𬭶的密度约为40.7 g/cm³,但从未制得足够大的样品来称量。作为比较,水的密度为1.0 g/cm³。

谁发现了𬭶,是在什么时候?

𬭶由GSI Darmstadt于1984年发现。 它以拉丁语 Hassia,德国黑森州命名。

𬭶在地球上有多常见?

𬭶在地球上不会以任何有意义的数量自然存在——它是在反应堆或加速器中制得的。

𬭶具有放射性吗?

是。𬭶没有稳定同位素——它的每个原子核都会衰变。 自然界中不存在可用数量的该元素,必须通过合成获得。