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== 预测性质 == ===核稳定性和同位素=== [[File:Island of Stability derived from Zagrebaev.svg|class=|center|thumb|upright=2.8|alt=A 2D graph with rectangular cells colored in black-and-white colors, spanning from the llc to the urc, with cells mostly becoming lighter closer to the latter|杜布纳团队于2010年使用的一张核素图,已表征的同位素有边框。118号元素(鿫,已知原子序最高的元素)之后预计将迅速进入不稳定区域。圈起来的部分包含稳定岛预测的位置。{{sfn|Zagrebaev|Karpov|Greiner|2013}}]] [[File:Next proton shell.svg|class=skin-invert-image|thumb|right|upright=1.2|[[角量子数]]高的轨道能量变高,导致[[钅夫|114号元素]]处应有的质子闭壳层消失(如左侧未考虑此现象的图像所示)。此现象会使下一个质子闭壳层出现在[[Ubn|120号元素]]处(如右图所示),119和120号元素的半衰期可能因此有所提升<ref name="Kratz"/>]] 82号元素[[铅]]之后的元素都有放射性,<ref>{{cite journal |last1=de Marcillac |first1=Pierre |last2=Coron |first2=Noël |last3=Dambier |first3=Gérard |last4=Leblanc |first4=Jacques |last5=Moalic |first5=Jean-Pierre |display-authors=3 |date=2003 |title=Experimental detection of α-particles from the radioactive decay of natural bismuth |url=https://archive.org/details/sim_nature-uk_2003-04-24_422_6934/page/876 |journal=Nature |volume=422 |pages=876–878 |pmid=12712201 |doi=10.1038/nature01541 |issue=6934 |bibcode=2003Natur.422..876D |s2cid=4415582 |language=en}}</ref>原子核的稳定性在96号元素[[锔]]之后迅速下降,之后的元素的半衰期比锔低了四个数量级,101号元素[[钔]]之后的元素的半衰期更是短于30个小时。{{NUBASE2020|ref}}尽管如此,由于尚未完全了解的原因,在原子序[[钅达|110]]至[[钅夫|114]]周围的原子核的稳定性略微增加,这导致了核物理学中所谓的“[[稳定岛]]”的出现。[[加利福尼亚大学伯克利分校]]的[[格伦·西奥多·西博格]]教授提出的这个概念解释了为什么超重元素的半衰期比预测的要长。<ref>{{cite book |title=Van Nostrand's scientific encyclopedia |url=https://archive.org/details/vannostrandsscie0001unse_b2u7 |first1=Glenn D. |last1=Considine |first2=Peter H. |last2=Kulik |publisher=Wiley-Interscience |date=2002 |edition=9th |isbn=978-0-471-33230-5 |oclc=223349096 |language=en}}</ref> <sup>291–307</sup>Uue预测的α衰变半衰期都是微秒级别的,其中<sup>294</sup>Uue的α衰变半衰期最长,预测约485微秒。<ref name="npa07">{{cite journal|journal=Nucl. Phys. A|volume=789|issue=1–4|pages=142–154|title=Predictions of alpha decay half lives of heavy and superheavy elements|author=Chowdhury, P. Roy|author2=Samanta, C. |author3=Basu, D. N. |doi=10.1016/j.nuclphysa.2007.04.001 |bibcode=2007NuPhA.789..142S |arxiv=nucl-th/0703086 |year=2007 |citeseerx=10.1.1.264.8177 |s2cid=7496348|language=en}}</ref><ref>{{cite journal |journal=Phys. Rev. C |volume=77 |issue=4 |at=044603 |title=Search for long lived heaviest nuclei beyond the valley of stability |author=Chowdhury, P. Roy |author2=Samanta, C. |author3=Basu, D. N. |doi=10.1103/PhysRevC.77.044603 |bibcode=2008PhRvC..77d4603C |arxiv=0802.3837 |year=2008 |s2cid=119207807|language=en}}</ref><ref>{{cite journal|journal=Atomic Data and Nuclear Data Tables|volume=94|issue=6 |pages=781–806|title=Nuclear half-lives for α -radioactivity of elements with 100 ≤ Z ≤ 130 |author=Chowdhury, P. Roy |author2=Samanta, C. |author3=Basu, D. N. |doi=10.1016/j.adt.2008.01.003 |bibcode=2008ADNDT..94..781C |arxiv=0802.4161 |year=2008|language=en}}</ref>不过如果算上所有的衰变方式,它们的半衰期预测只剩几十微秒。<ref name="Haire" /><ref name="Hofmann" />更重的同位素应该会更稳定。1971年,Fricke和Waber预测<sup>315</sup>Uue是Uue最稳定的同位素。<ref name="Fricke1971" />这会对Uue的合成产生影响,因为半衰期低于一微秒的同位素会在到达探测器之前衰变,而较重的同位素无法通过任何已知可用目标和发射体的碰撞来合成。<ref name="Haire" /><ref name="Hofmann" />然而,新的理论模型表明,[[核壳层模型|质子轨道]]2f<sub>7/2</sub>(会在114号元素时填充)和2f<sub>5/2</sub>(会在120号元素时填充)之间的能量差距比预期的要小,使得114号元素不再是稳定的球形封闭原子核,而这个能隙可能会增加119和120号元素的稳定性。下一个有双[[幻数]]的原子核预计在122号元素<sup>306</sup>[[Ubb]]周围,但是该核素预期的短半衰期和低[[截面 (物理)|截面]]使其合成更困难。<ref name="Kratz">{{cite conference |last1=Kratz |first1=J. V. |date=2011-09-05 |title=The Impact of Superheavy Elements on the Chemical and Physical Sciences |url=http://tan11.jinr.ru/pdf/06_Sep/S_1/02_Kratz.pdf |conference=4th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements |access-date=2013-08-27 |language=en |archive-date=2017-01-06 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170106190703/http://tan11.jinr.ru/pdf/06_Sep/S_1/02_Kratz.pdf }}</ref> 未来最有可能合成的同位素是<sup>293</sup>Uue至<sup>296</sup>Uue,可由<sup>243</sup>Am+<sup>54</sup>Cr、<sup>248</sup>Cm+<sup>51</sup>V和<sup>249</sup>Bk+<sup>50</sup>Ti反应产生。<ref name=jinr2024>{{Cite web |url=https://indico.jinr.ru/event/4343/contributions/28663/attachments/20748/36083/U%20+%20Cr%20AYSS%202024.pptx |title=Synthesis and study of the decay properties of isotopes of superheavy element Lv in Reactions <sup>238</sup>U + <sup>54</sup>Cr and <sup>242</sup>Pu + <sup>50</sup>Ti |last=Ibadullayev |first=Dastan |date=2024 |website=jinr.ru |publisher=Joint Institute for Nuclear Research |access-date=2026-04-03 |quote=}}</ref><ref>{{cite journal | last1=Chen | first1=Fang-Yu | last2=Li | first2=Jia-Xing | last3=Zhang | first3=Hong-Fei | title=Theoretical study of optimal synthesis conditions for superheavy element Z = 119<sup>*</sup> | journal=Chinese Physics C | volume=49 | issue=6 | date=2025-06-01 | issn=1674-1137 | doi=10.1088/1674-1137/adbe3e | page=064107 }}</ref> ===原子和物理性质=== Uue作为第一个[[第8周期元素]],预测会是碱金属,在元素周期表中位于[[锂]]、[[钠]]、[[钾]]、[[铷]]、[[铯]]和[[钫]]之下。碱金属最外层的[[s轨道]]中都有一个[[价电子]](价电子排布''n''s<sup>1</sup>),在化学反应中可以轻易失去,形成+1[[氧化态]],因此[[反应性]]很高。Uue预计会延续这个趋势,价电子的排布为8s<sup>1</sup>,因此Uue的行为预计很像它的较轻的[[同类物]]。然而据预测,它在某些特性上与较轻的碱金属不同。<ref name="Haire" /> Uue和其它碱金属有不同之处的主要原因是[[自旋-轨道作用]]——电子运动与[[自旋]]之间的相互作用。自旋-轨道作用对于超重元素尤其强烈,因为它们的电子比轻原子中的电子移动得更快,速度与[[光速]]相当。<ref name="Thayer" />在Uue原子中,7p和8s电子能级下降,对应的电子变得稳定,但有两个7p电子能级要比其它四个更稳定。<ref name="Faegri">{{Cite journal | last1 = Fægri Jr. | first1 = Knut | last2 = Saue | first2 = Trond | doi = 10.1063/1.1385366 | title = Diatomic molecules between very heavy elements of group 13 and group 17: A study of relativistic effects on bonding | journal = The Journal of Chemical Physics | volume = 115 | issue = 6 | pages = 2456 | year = 2001 |bibcode = 2001JChPh.115.2456F |language=en}}</ref>这个效应被称为亚层分裂,因为它将7p亚层分裂成更稳定和更不稳定的部分。计算化学家将这种分裂理解为[[角量子数]] ''l'' 从1分裂成1/2和3/2,分别为7p亚层较稳定和较不稳定的部分。<ref name="Thayer" />{{efn|量子数对应于电子轨道名称中的字母:0为s、1为p、2为d等。更多信息请参见[[角量子数]]。}}因此,Uue外层的8s电子变得稳定,会比预期更难移除,而7p<sub>3/2</sub>电子则变得不稳定,可能允许它们参与化学反应。<ref name="Haire" />最外层s轨道(在钫中就已经很重要)的这种稳定性是影响Uue的化学性质的关键因素,并会导致碱金属的原子和分子性质的所有趋势在铯之后反转。<ref name="Pershina" /> {| align="center" |- | valign=bottom | [[File:Atomic radius of alkali metals and alkaline earth metals.svg|class=skin-invert-image|thumb|none|upright=1.2|从[[第3周期元素|第3]]至[[第9周期元素|第9周期]]的碱金属和碱土金属的原子半径的[[经验证据|实测值]](Na–Cs,Mg–Ra)和预测值(Fr–Uhp,Ubn–Uhh),单位为[[埃格斯特朗]]。<ref name="Haire" /><ref name="pyykko" />]] | valign=bottom | [[File:Electron affinity of alkali metals.svg|class=skin-invert-image|thumb|none|upright=1.2|从第3到[[第8周期元素|第8周期]]的碱金属的[[电子亲和能]]的实测值(Na–Cs)、半实测值(Fr)和预测值(Uue),单位为[[电子伏特]]。<ref name="Haire" /><ref name="pyykko" />电子亲和能从Li到Cs一直下降,但Fr的{{val|492|10|u=meV}}比Cs的电子亲和能高了20 meV,而Uue的电子亲和能更高,达到662 meV。<ref name="Landau">{{cite journal |last1=Landau |first1=Arie |last2=Eliav |first2=Ephraim |first3=Yasuyuki |last3=Ishikawa |first4=Uzi |last4=Kador |date=2001-05-25 |title=Benchmark calculations of electron affinities of the alkali atoms sodium to eka-francium (element 119) |url=https://www.researchgate.net/publication/234859102 |journal=Journal of Chemical Physics |volume=115 |issue=6 |pages=2389–2392 |doi=10.1063/1.1386413 |access-date=2015-09-15|bibcode=2001JChPh.115.2389L |language=en}}</ref>]] | valign=bottom | [[File:Ionization energy of alkali metals and alkaline earth metals.svg|class=skin-invert-image|thumb|none |upright=1.25|从第3到第9周期的碱金属和碱土金属的第一电离能的实测值(Na–Fr,Mg–Ra)和预测值(Uue–Uhp,Ubn–Uhh),单位为电子伏特。<ref name="Haire" /><ref name="pyykko">{{Cite journal|last1=Pyykkö|first1=Pekka|title=A suggested periodic table up to Z ≤ 172, based on Dirac–Fock calculations on atoms and ions|journal=Physical Chemistry Chemical Physics|volume=13|issue=1|pages=161–168|date=2011|pmid=20967377|doi=10.1039/c0cp01575j|bibcode=2011PCCP...13..161P|s2cid=31590563|url=https://semanticscholar.org/paper/a0ec522315904230d171353561d53f24d17dcfad|language=en|access-date=2021-12-04|archive-date=2021-10-19|archive-url=https://web.archive.org/web/20211019202250/https://www.semanticscholar.org/paper/A-suggested-periodic-table-up-to-Z%E2%89%A4-172%2C-based-on-Pyykk%C3%B6/a0ec522315904230d171353561d53f24d17dcfad}}</ref>]] |} 由于外层的8s电子变得稳定,Uue的第一[[电离能]](从电中性原子中移除一个电子所需的能量)预测为4.53 eV,比钾之后的所有碱金属都高,甚至比121号元素Ubu的4.45 eV都高。因此,第8周期的碱金属Uue不是整个周期电离能最低的,这和之前的所有周期不同。<ref name="Haire" />Uue的[[电子亲和能]]预计远大于铯和钫。它的电子亲和能比所有更轻的碱金属都高,为0.662 eV,接近于[[钴]](0.662 eV)和[[铬]](0.676 eV)。<ref name="Landau" />相对论效应也会导致Uue的[[极化性]]大幅下降<ref name="Haire" />到169.7 [[原子单位制|a.u.]]。<ref name="Borschevsky">{{cite journal |last1=Borschevsky |first1=A. |last2=Pershina |first2=V. |last3=Eliav |first3=E. |last4=Kaldor |first4=U. |date=2013-03-22 |title=''Ab initio'' studies of atomic properties and experimental behavior of element 119 and its lighter homologs |journal=The Journal of Chemical Physics |volume=138 |issue=12 |at=124302 |doi=10.1063/1.4795433 |pmid=23556718 |bibcode=2013JChPh.138l4302B |url=http://repository.gsi.de/record/52121/files/PHN-ENNA-THEORY-08.pdf |language=en |access-date=2021-12-04 |archive-date=2022-03-15 |archive-url=https://web.archive.org/web/20220315200718/https://repository.gsi.de/record/52121/files/PHN-ENNA-THEORY-08.pdf }}</ref>事实上,计算出来的Uue的静态偶极极化性(α<sub>''D''</sub>)很小,接近于钠。<ref>{{cite journal |display-authors=3 |last1=Lim |first1=Ivan S. |last2=Pernpointner |first2=Markus |first3=Michael |last3=Seth |first4=Jon K. |last4=Laerdahl |first5=Peter |last5=Schwerdtfeger |first6=Pavel |last6=Neogrady |first7=Miroslav |last7=Urban |date=1999 |title=Relativistic coupled-cluster static dipole polarizabilities of the alkali metals from Li to element 119 |journal=Physical Review A |volume=60 |issue=4 |at=2822 |doi=10.1103/PhysRevA.60.2822 |bibcode=1999PhRvA..60.2822L|language=en}}</ref> Uue的[[类氢原子]](只有一个电子的原子)——Uue<sup>118+</sup>的电子预测会非常快地移动,使得它的质量是静止电子的1.99倍,是[[相对论效应]]的特征。作为比较,钫的类氢原子的电子质量为1.29,铯的则为1.091。<ref name="Thayer" />根据相对论的简单外推,这间接表明了Uue的[[原子半径]]会收缩<ref name="Thayer" />到只有240 [[皮米|pm]],<ref name="Haire" />很接近铷的247 pm,而Uue的[[金属半径]]也相应降低到260 pm。<ref name="Haire" />Uue<sup>+</sup>的[[离子半径]]预测为180 pm。<ref name="Haire" /> Uue的熔点预测在0℃和30℃之间,所以在室温下可能是[[液体]]。{{Fricke1975}}人们还不知道这是否符合熔点继续降低的趋势,因为铯的熔点为28.5℃,而钫的熔点估计约为8.0℃。<ref name="L&P">{{cite book |title=Analytical Chemistry of Technetium, Promethium, Astatine, and Francium |url=https://archive.org/details/analyticalchemis0000unse_j5s7 |first1=Avgusta Konstantinovna |last1=Lavrukhina |first2=Aleksandr Aleksandrovich |last2=Pozdnyakov |year=1970 |publisher=Ann Arbor–Humphrey Science Publishers |others=Translated by R. Kondor |isbn=978-0-250-39923-9 |page=[https://archive.org/details/analyticalchemis0000unse_j5s7/page/269 269]|language=en}}</ref>Uue的沸点预测在630℃左右,类似钫的620℃左右,它们都比铯的671℃低。<ref name="Fricke1971" /><ref name="L&P" />Uue的密度预计在3到4 g/cm<sup>3</sup>之间,符合随着族往下密度一直增加的趋势:钫的密度预测为2.48 g/cm<sup>3</sup>,而铯的密度是1.93 g/cm<sup>3</sup>。<ref name="Fricke1971" /><ref name="B&K" /><ref name="L&P" /> ===化学性质=== {| class="wikitable floatright" style="font-size:85%;" |+ 碱金属二聚体的键长和键解离能。Fr<sub>2</sub> 和Uue<sub>2</sub>的数据都是预测值。<ref name="Liddle" /> ! 化合物 ! 键长(Å) ! 键解离能(kJ/mol) |- ! Li<sub>2</sub> | 2.673 | 101.9 |- ! Na<sub>2</sub> | 3.079 | 72.04 |- ! K<sub>2</sub> | 3.924 | 53.25 |- ! Rb<sub>2</sub> | 4.210 | 47.77 |- ! Cs<sub>2</sub> | 4.648 | 43.66 |- ! Fr<sub>2</sub> | ~4.61 | ~42.1 |- ! Uue<sub>2</sub> | ~4.27 | ~53.4 |} Uue的化学性质预测类似碱金属,<ref name="Haire" />但它的性质比起铯或钫,会更像钾<ref name="EB">{{cite web|author=Seaborg|url=http://www.britannica.com/EBchecked/topic/603220/transuranium-element|title=transuranium element (chemical element)|website=[[Encyclopædia Britannica]]|date=c. 2006|access-date=2010-03-16|language=en|archive-date=2010-11-30|archive-url=https://web.archive.org/web/20101130112151/http://www.britannica.com/EBchecked/topic/603220/transuranium-element}}</ref>或铷<ref name="Haire" />。这是由于相对论效应导致的,如果不存在相对论效应,[[元素周期律]]将预测Uue比铯和钫更具反应性。由于相对论效应稳定了它的价电子,增加了第一电离能,使得Uue的[[反应性]]、[[金属半径]]和[[离子半径]]降低了。<ref name="EB" />这个效应在钫中就已经出现了。<ref name="Haire" /> +1氧化态的Uue的化学性质比起钫会更像铷。另一方面,由于变得不稳定而比其它p轨道大的7p轨道,Uue<sup>+</sup>的离子半径预测大于Rb<sup>+</sup>。除了其它碱金属特征性且主要的+1氧化态以外,Uue可能也有在其它碱金属都未发现<ref name="Greenwood&Earnshaw">{{Greenwood&Earnshaw|p=28}}</ref>的+3[[氧化态]]。<ref name="Haire" />这是因为7p<sub>3/2</sub>轨道的不稳定和膨胀,导致其电子的电离能低于预期。<ref name="Haire" /><ref name="Greenwood&Earnshaw" />7p{{sub|3/2}}轨道的不稳定性甚至有可能使Uue达到+5氧化态,出现于类似[SbF{{sub|6}}]{{sup|−}}或[BrF{{sub|6}}]{{sup|−}}的[UueF{{sub|6}}]{{sup|−}}中。类似的钫(V)化合物[FrF{{sub|6}}]{{sup|−}}可能存在,但目前未发现。<ref name=Cao/> 由于成键时也涉及了7p<sub>3/2</sub>电子,很多Uue的化合物都预计有很大的[[共价]]性。这个效应也在钫中出现,其中超氧化钫(FrO<sub>2</sub>)的成键中有一些6p<sub>3/2</sub>的成分。<ref name="Thayer">{{cite book |last1=Thayer |first1=John S. |editor-last1=Maria |editor-first1=Barysz |editor-last2=Ishikawa |editor-first2=Yasuyuki |title=Relativistic Methods for Chemists |volume=10 |date=2010 |pages=63–67, 81, 84 |doi=10.1007/978-1-4020-9975-5_2|chapter=Relativistic Effects and the Chemistry of the Heavier Main Group Elements |publisher=Springer Netherlands |isbn=978-1-4020-9974-8 |series=Challenges and Advances in Computational Chemistry and Physics |language=en}}</ref>因此,Uue不能替代铯[[电正性]]最高的元素的地位,而它的[[电负性]]最有可能接近[[钠]]的0.93(鲍林标度)。<ref name="Pershina" />Uue<sup>+</sup>/Uue的[[标准电极电势]]预测为−2.9 V,和Fr<sup>+</sup>/Fr一样仅略微大于K<sup>+</sup>/K的−2.931 V。{{Fricke1975|name}} :{| class="wikitable floatright" style="font-size:85%;"" |+ MAu(M是碱金属)的键长和键解离能。除了KAu、RbAu和CsAu的键解离能以外,全部数据都是预测。<ref name="Pershina" /> ! 化合物 ! 键长(Å) ! 键解离能(kJ/mol) |- ! KAu | 2.856 | 2.75 |- ! RbAu | 2.967 | 2.48 |- ! CsAu | 3.050 | 2.53 |- ! FrAu | 3.097 | 2.75 |- ! UueAu | 3.074 | 2.44 |} 在气相中以及在非常低温下的凝聚相中,碱金属会形成以共价键键合的双原子分子。在这些M<sub>2</sub>分子里,它们的金属-金属[[键长]]从[[二锂|Li<sub>2</sub>]]到Cs<sub>2</sub>一直增加,但由于上述8s轨道的相对论效应,Uue<sub>2</sub>的键长下降。在这些分子的[[键解离能]]中有相反的趋势,其中Uue–Uue键应该比K–K键略强。<ref name="Pershina" /><ref name="Liddle">{{cite book |last1=Jones |first1=Cameron |last2=Mountford |first2=Philip |last3=Stasch |first3=Andreas |last4=Blake |first4=Matthew P. |editor-last=Liddle |editor-first=Stephen T. |title=Molecular Metal-Metal Bonds: Compounds, Synthesis, Properties |publisher=John Wiley and Sons |date=2015-06-22 |pages=23–24 |chapter=s-block Metal-Metal Bonds |isbn=9783527335411|language=de}}</ref>Uue的[[升华热]](Δ''H''<sub>sub</sub>)预测为94 kJ/mol(钫的值在77 kJ/mol左右)。<ref name="Pershina" /> 由于Uue的高电子亲和能,UueF分子预计有显著的共价性。UueF中的成键主要是Uue的7p轨道和氟的2p轨道成的键,来自氟的2s轨道和Uue的8s、6d<sub>''z''<sup>2</sup></sub>和其它两个7p轨道对键的贡献较少。这和其它s区元素、[[金]]和[[汞]]的行为非常不同,它们使用s轨道(有时混合d轨道)来成键。Uue–F键因为相对论效应把7p轨道分成7p<sub>1/2</sub>和7p<sub>3/2</sub>而扩张,这和氢化物[[砹|At]]H和TsH的键扩张类似。<ref>{{cite journal |display-authors=3 |last1=Miranda |first1=P. S. |last2=Mendes |first2=A. P. S. |first3=J. S. |last3=Gomes |first4=C. N. |last4=Alves |first5=A. R. |last5=de Souza |first6=J. R. |last6=Sambrano |first7=R. |last7=Gargano |first8=L. G. M. |last8=de Macedo |date=2012 |title=Ab Initio Correlated All Electron Dirac-Fock Calculations for Eka-Francium Fluoride (E119F) |journal=Journal of the Brazilian Chemical Society |volume=23 |issue=6 |pages=1104–1113 |doi=10.1590/S0103-50532012000600015 |url=https://www.researchgate.net/publication/262650693 |access-date=2018-01-14 |doi-access=free|language=en,pt}}</ref>Uue–Au键将会是金和碱金属之间最弱的键,但仍然稳定。通过外推,可以给出Uue的吸附焓(−Δ''H''<sub>ads</sub>):在金上为106 kJ/mol(钫的值是136 kJ/mol)、在[[铂]]上为76 kJ/mol、在[[银]]上为63 kJ/mol,都是碱金属之中最低。这些数据表明在由[[贵金属]]制成的表面上研究Uue的[[色谱法]][[吸附]]可行。<ref name="Pershina" />Uue在[[聚四氟乙烯]]表面的[[吸附]][[焓]]预测为17.6 kJ/mol,在碱金属当中最低。这些信息对于Uue未来的化学实验非常有用。<ref name="Borschevsky" />碱金属的Δ''H''<sub>sub</sub>和−Δ''H''<sub>ads</sub>值都不成比例相关,因为它们会随着原子序数的增加而向相反的方向变化。<ref name="Pershina" />
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