Nihonij je sintetični kemični element s simbolom Nh in atomskim številom 113. Je izredno radioaktiven; njegov najstabilnejši znani izotop, nihonij-286, ima razpolovno dobo približno 10 sekund. V periodnem sistemu je nihonij transaktinoidni element v p bloku. Je član 7. periode in 13. skupine (borova skupina).
O nihonijevi sintezi prvič leta 2003 poročala rusko-ameriška skupina na Združenem inštitutu za jedrske raziskave (JINR) v Dubni, Rusiji, leta 2004 pa skupina japonskih znanstvenikov pri RIKEN-u v Wakō, Japonska. V naslednjih letih so njihove trditve potrdili neodvisne skupine znanstvenikov, ki so delale v ZDA, Nemčiji, na Švedskem in na Kitajskem, pa tudi prvotni skupini v Rusiji in na Japonskem. Leta 2015 je Skupna delovna skupina IUPAC / IUPAP element prepoznala in Rikenu dodelila prednostno pravico odkritja in dovolila poimenovati element, saj je presodila, da so dokazali, da so element 113 opazili, še preden je to storila skupina JINR. Ekipa Riken je leta 2016 predlagala ime nihonij, ki je bilo odobreno istega leta. Ime izhaja iz skupnega japonskega imena za .
O nihoniju je zelo malo znanega, saj je bil narejen le v zelo majhnih količinah, ki propadejo v nekaj sekundah. Nenavadno dolgo življenje nekaterih supertežkih nuklidov, vključno z nekaterimi izotopi nihonija, je razloženih s teorijo "otoka stabilnosti". Eksperimenti podpirajo teorijo, saj se razpolovni časi potrjenih izotopov nihonija z dodajanjem nevtronov in približevanjem otoku povečujejo iz milisekund v sekunde. Izračunano je, da ima nihonij podobne lastnosti kot njegovi homologi bor, aluminij, galij, indij in talij. Vse razen bora so šibke kovine, nihonij pa naj bi bil tudi. Pokazati bi moral tudi nekaj večjih razlik od njih; na primer, nihonij bi moral biti bolj stabilen v oksidacijskem stanju +1 kot +3, podobno kot talij talij, v stanju +1 pa bi se moral nihonij obnašati bolj kot srebro ali astat kot pa talij. Predhodni poskusi leta 2017 so pokazali, da elementarni nihonij ni zelo hlapljiv, njegova kemija pa ostaja večinoma neraziskana.
Uvod
Zgodovina
prve indikacije Sinteze elementov od 107 do 112 so bile opravljene v Centru za raziskave težkih ionov GSI Helmholtz v Darmstadtu, Nemčija od leta 1981 do 1996. Ti elementi so bili narejeni z reakcijami hladne fuzije, pri katerih so bile tarče iz talija, svinca in bizmuta, ki so okoli stabilne konfiguracije 82 protonov, bile bombardirane s težkimi ioni iz elementov 4. periode. To je ustvarilo spojena jedra z nizko energijo vzbujenja zaradi stabilnosti tarčnih jeder, kar znatno poveča donos supertežkih elementov. Hladno fuzijo je leta 1974 z ekipo začel Yuri Oganessian na Združenem inštitutu za jedrske raziskave (JINR) v Dubni v Sovjetski zvezi. Ugotovljeno je bilo, da se donos iz reakcij hladne fuzije bistveno zmanjša z naraščanjem atomskega števila; nastala jedra so bila močno nevtronsko pomanjkljiva in kratkotrajna. Skupina pri GSI je poskušala sintetizirati element 113 s hladno fuzijo v letih 1998 in 2003 ter bombardirala bizmut-209 s cinkom-70; oba poskusa sta bila neuspešna.
Zaradi te težave se je Oganessian in njegova ekipa na JINR ponovno preusmerili pozornost na starejšo tehniko vroče fuzije, pri kateri so težke aktinoidne tarče bombardirali z lažjimi ioni. Kalcij-48 je bil predlagan kot idealen izstrelek, saj je zelo lahek in bogat z nevtroni (v kombinaciji z že nevtronsko bogatimi aktinoidi) in bi zmanjšal nevtronsko pomanjkanje nastalih nuklidov. Ker je dvojno magičen, bi spojenim jedrom prinesel večjo stabilnost. V sodelovanju z ekipo iz Narodnega laboratorija Lawrence Livermore (LLNL) v Livermoreju v Kaliforniji v ZDA so poskusili pridobiti element 114 (za katerega so predvidevali, da je magično število, ki zapira protonsko lupino in je stabilnejše od elementa 113).
Leta 1998 je sodelovanje JINR–LLNL začelo svoj poskus na element 114 in bombardiral tarčo plutonija-244 z ioni kalcija-48:
244Pu + 48Ca → 292114* → 290114 + 2 1Nt + e− → 290113 + νe
Opazili so en sam atom, ki naj bi bil izotop 289114: rezultati so bili objavljeni januarja 1999. Kljub številnim poskusom ponovitve te reakcije, izotopa s temi lastnostmi razpada niso našli nikoli več in natančna potek dogodkov pri tej reakciji ni znan. Članek iz leta 2016 je menil, da je najverjetnejša razlaga rezultata iz leta 1998, da je proizvedeno jedro spojine oddalo dva nevtrona, kar je vodilo do 290Fl in zajetja elektrona do 290Nh, medtem ko je bilo več nevtronov v vseh drugih proizvedenih verigah. To bi bilo prvo poročilo o razpadajoči verigi izotopa nihonija, vendar to takrat še ni bilo prepoznano in dodelitev je še vedno negotova. Podobna stabilnost izotopov, ki jo je skupina JINR opazila marca 1999 pri reakciji 242Pu + 48Ca, je lahko posledica produkta tri zajetju ečektrona 287Fl, 287Nh; ta dodelitev izotopov je tudi okvirna.
Sodelovanje JINR–LLNL Sedaj potrjeno odkritje elementa 114 se je zgodilo junija 1999, ko je skupina JINR ponovila prvo reakcijo 244Pu + 48Ca iz leta 1998; po tem je skupina JINR uporabila isto tehniko vroče fuzije za sintezo elementov 116 oziroma 118 v letih 2000 in 2002 z reakcijami 248Cm + 48Ca in 249Cf + 48Ca. Nato so se osredotočili na manjkajoče neparne elemente, saj bi lihi protoni in morebiti nevtroni ovirali razpad s spontano cepitvijo in povzročili daljše razpadne verige.
Prvo poročilo o elementu 113 je bilo avgusta 2003, ko je bil identificiran kot produkt alfa razpada elementa 115. Element 115 je bil izdelan z bombardiranjem tarče iz americija-243 z izstrelki kalcija-48. Sodelovanje JINR–LLNL je rezultate objavilo februarja 2004:
243Am + 48Ca → 291115* → 288115 + 3 n → 284113 + α 243Am + 48Ca → 291115* → 287115 + 4 n → 283113 + α
Opazili so še štiri alfa razpade, ki so se končali s spontano cepitvijo izotopov elementa 105, dubnija.
Riken Medtem ko je sodelovanje JINR-LLNL preučevalo fuzijske reakcije z 48Ca, je skupina japonskih znanstvenikov iz Centra za znanost, ki temelji na pospeševalnikih Riken Nishina v japonskem Wakōju pod vodstvom Kōsukeja Morite preučevala reakcije hladne fuzije. Morita je preučeval sintezo supertežkih elementov na JINR, preden je ustanovil svojo ekipo v Rikenu. Leta 2001 je njegova ekipa potrdila GSI-jeva odkritja elementov 108, 110, 111 in 112. Nato so poskusili narediti nov element 113 z isto reakcijo 209Bi + 70Zn, ki jo je GSI neuspešno poskusil leta 1998. Kljub pričakovanim precej nižjim donosom kot pri vroči fuziji tehnike JINR s kalcijem-48, se je ekipa Riken odločila za uporabo hladne fuzije, saj bi sintetizirani izotopi alfa razpadli znane hčerinske nuklide in odkritje naredili veliko bolj zanesljivo in ne bi potrebovali uporaba radioaktivnih tarč. V reakciji naj bi se še posebej ustvaril izotop 278113 in bi razpadel na znan 266Bh, ki ga je leta 2000 sintetizirala skupina iz Narodnega laboratorija Lawrence Berkeley (LBNL) v Berkeleyju.
Bombardiranje 209Bi s 70Zn se je v Riken-u začelo septembra 2003. Skupina je julija 2004 zaznala en sam atom 278113 in septembra objavila svoje rezultate:
209Bi + 70Zn → 279113* → 278113 + n
Skupina Riken je opazila štiri alfa razpade 278113, kar je ustvarilo razpadno verigo, ki je šla preko 274Rg, 270Mt in 266Bh, preden se je končala s spontano cepitvijo 262Db. Podatki o razpadu, ki so jih opazili pri alfa razpadu 266Bh, so se ujemali s podatki iz leta 2000, kar podpira njihovo trditev. Spontana cepitev njegovega produkta 262Db prej ni bila znana; ameriška ekipa je opazila le alfa razpad tega nuklida.
Pot do potrditve Ko se zahteva odkritje novega elementa, se Skupna delovna skupina (JWP) Mednarodne zveze za čisto in uporabno kemijo (IUPAC) in Mednarodne zveze za čisto in uporabno fiziko (IUPAP) sestane, da preuči trditve v skladu s svojimi merili za odkritje novega elementa in odloča o znanstveni prednosti in pravicah do poimenovanja elementov. V skladu z merili JWP mora odkritje dokazati, da ima element atomsko število, ki se razlikuje od vseh prej opaženih vrednosti. Po možnosti bi jo morali ponoviti tudi drugi laboratoriji, čeprav je bila ta zahteva opuščena, če so podatki zelo kakovostni. Tak prikaz mora določiti fizikalne ali kemične lastnosti novega elementa in ugotoviti, ali gre za lastnosti prej neznanega elementa. Glavni tehniki, ki se uporabljata za prikaz atomskega števila, so navzkrižne reakcije (ustvarjanje zahtevanih nuklidov kot staršev ali produktov drugih nuklidov, proizvedenih z drugačno reakcijo) in združevanje razpadnih verig na znane produkte. Pri JWP ima prednost pri potrditvi prednost pred datumom prvotne potrditve. Obe ekipi sta se s temi metodami odločili potrditi svoje rezultate. sredina|sličica| Povzetek razpadajočih verig, ki potekajo preko izotopov elementov 113 in se končajo pri mendeleviju (element 101) ali prej. JWP je dve verigi s krepko obrobljenimi nuklidi sprejel kot dokaz za odkritja elementa 113 in njegovih staršev, elementov 115 in 117.|598x598_pik
2004–2008 Junija 2004 in decembra 2005 je sodelovanje med JINR in LLNL okrepilo njihovo trditev o odkritju elementa 113 z izvajanjem kemijskih poskusov na 268Db, končnemu produkta razpada 288Mc. To je bilo dragoceno, saj prej ni bil znan noben nuklid v tej razpadajoči verigi, tako da njihova trditev ni bila podprta s prejšnjimi eksperimentalnimi podatki, kemično eksperimentiranje pa bi okrepilo primer njihove trditve, saj je znana kemija dubnija. Za 268Db je bilo uspešno identificirano z ekstrakcijo končnih produktov razpada, merjenjem aktivnosti spontane cepitve (SF) in s pomočjo kemijskih tehnik identifikacije, da se obnaša kot element 5. skupine (znano je, da je dubnij v 5. skupini). Tako razpolovna doba kot način razpada sta bila potrjena za predlagan 268Db, kar podpira dodelitev starševskega izotopa in produkta elementoma 115 oziroma 113. Nadaljnji poskusi na JINR leta 2005 so potrdili opažene podatke o razpadu.
Novembra in decembra 2004 je skupina Riken preučevala reakcijo 205Tl + 70Zn in usmerila snop cinkovih atomov na talij in ne na bizmut, da bi neposredno ustvarila 274Rg v navzkrižnem bombardiranju, saj gre za neposreden produkt 278113. Reakcija je bila neuspešna, saj je bila talijska tarča v primerjavi s pogosteje uporabljenimi tarčami svinca in bizmuta fizično šibka in se je zato znatno poslabšala in postala neenakomerno debela. Razlogi za to šibkost niso znani, saj ima talij višje tališče kot bizmut. Ekipa Riken je nato ponovila prvotno reakcijo 209Bi + 70Zn in aprila 2005 proizvedla drugi atom 278113 z razpadajočo verigo, ki se je ponovno končala s spontano cepitvijo 262Db. Podatki o razpadu so se nekoliko razlikovali od podatkov iz prve verige: to bi lahko bilo zato, ker je delček alfa pobegnil iz detektorja, ne da bi sprostil vso energijo ali ker so nekateri vmesni produkti razpada nastali v metastabilnih izomernih stanjih.
Leta 2006 je skupina v Raziskovalnem obratu za težke ione v Lanzhou-u na Kitajskem raziskala reakcijo 243Am + 26Mg in proizvedla štiri atome 266Bh. Vse štiri verige so se začele z alfa razpadom na 262Db; tri verige so se tam končale s spontano cepitvijo, kot pri 278113 verigah, opaženih pri Rikenu, medtem ko se je preostala nadaljevala s še enim alfa razpadom na 258Lr, kot v verigah 266Bh, opaženih pri LBNL.
Junija 2006 je sodelovanje JINR–LLNL trdilo, da je sintetiziralo nov izotop elementa 113 neposredno z bombardiranjem tarče neptunija-237 s pospešenimi jedri kalcija-48:
237Np + 48Ca → 285113* → 282113 + 3 1Nt