Нихо́ний^[3] (лат. Nihonium, Nh), ранее фигурировал под временными названиями уну́нтрий (лат. Ununtrium, Uut) или эка-таллий^[4] — химический элемент 13-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы III группы), 7 периода периодической системы. Атомный номер — 113. Атомная масса — [286] (по массовому числу наиболее устойчивого из известных изотопов, ²⁸⁶Nh). Радиоактивен.

Название

Первоначально для 113-го элемента использовалось лат. Ununtrium), составленное из корней латинских числительных, соответствующих порядковому номеру: Ununtrium — дословно «одно-одно-третий», или сто тринадцатый).

Синтезировавшие элемент учёные из российского наукограда Дубна предлагали назвать его беккерелием (Becquerelium, Bq) в честь открывателя радиоактивности Анри Беккереля (ранее этим же названием предлагалось назвать 110-й элемент, который стал дармштадтием^[5]). Учёные из Японии предложили назвать элемент японием (Japonium, Jp), нисинанием (Nishinanium, Nh) — в честь физика Ёсио Нисина), или рикением (Rikenium, Rk) — в честь института RIKEN^[6][7].

8 июня 2016 года ИЮПАК рекомендовал дать элементу название «нихоний» (Nihonium, Nh) в честь одного из двух японских вариантов самоназвания страны — Нихон, что переводится как «страна восходящего солнца». Название «нихоний» было представлено научной общественности для 5-месячного обсуждения с 8 июня по 8 ноября 2016 года, после чего должно быть формально утверждено на ближайшем конгрессе ИЮПАК^[8], который состоится в июле 2017 года^[9].

28 ноября 2016 года ИЮПАК утвердил для 113-го элемента название «нихоний»^[10].

История открытия

В феврале 2004 года были опубликованы результаты экспериментов, проводившихся с 14 июля по 10 августа 2003 года, в результате которых был получен 113-й элемент^[11][12]. Исследования проводились в Объединённом институте ядерных исследований (Дубна, Россия) на циклотроне У-400 c использованием дубненского газонаполненного сепаратора ядер отдачи (DGFRS) совместно с Ливерморской национальной лабораторией (США). В этих экспериментах в результате бомбардировки мишени из америция ионами кальция были синтезированы изотопы элемента 115 (в настоящее время получившего название «московий», Mc): три ядра ²⁸⁸Mc и одно ядро ²⁸⁷Mc. Все четыре ядра в результате α-распада превратились в изотопы элемента 113 (²⁸⁴Nh и ²⁸³Nh). Ядра элемента 113 претерпели дальнейший α-распад, превратившись в изотопы элемента 111 (рентгений). Цепочка последовательных α-распадов привела в результате к спонтанно делящимся ядрам элемента 105 (дубний).

В 2004 и 2005 годах в ОИЯИ (в коллаборации с Ливерморской национальной лабораторией) были проведены эксперименты по химической идентификации конечного продукта распада цепочки ²⁸⁸115 → ²⁸⁴113 → ²⁸⁰111 → ²⁷⁶109 → ²⁷²107 → ²⁶⁸105, долгоживущего (около 28 часов) изотопа ²⁶⁸Db. Эксперименты, в которых было исследовано ещё 20 событий, подтвердили синтез 115-го и 113-го элементов^[13].

В сентябре 2004 года о синтезе изотопа 113-го элемента ²⁷⁸Nh в количестве одного атома объявила группа из института RIKEN, Япония^[14]. Они использовали реакцию слияния ядер цинка и висмута. В итоге за 8 лет японским учёным удалось зарегистрировать 3 события рождения атомов нихония: 23 июля 2004, 2 апреля 2005 и 12 августа 2012^[15].

Два атома ещё одного изотопа — ²⁸²Nh — были синтезированы в ОИЯИ в 2007 году в реакции ²³⁷Np + ⁴⁸Ca → ²⁸²Nh+ 3 ¹n^[16].

Ещё два изотопа — ²⁸⁵Nh и ²⁸⁶Nh были синтезированы в ОИЯИ в 2010 году как продукты двух последовательных α-распадов теннессина.

В 2013 году атомы нихония были получены группой из Лундского университета в Институте тяжёлых ионов в ходе экспериментов, подтвердивших синтез нихония по методике, использованной российско-американской группой в Дубне^[17]. В 2015 году такой же синтез успешно повторили в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли^[18].

Воспроизведение синтеза методом холодного слияния, использованного японскими учёными, ни одна лаборатория пока не проводила в виду её низкой эффективности.

В августе 2015 года на съезде IUPAC в Пусане было объявлено, что доклад о об элементах под номерами 113, 115, 117 и 118 уже подготовлен^[19]. Однако никакой подробной информации обнародовано не было. В декабре 2015 года было объявлено, что окончательное решение о приоритете открытия и названии химического элемента № 113 будет принято в январе 2016 года на заседании Международного союза теоретической и прикладной химии. При этом уже тогда сообщалось, что приоритет будет отдан команде исследователей RIKEN^[20]. Но уже 30 декабря 2015 года ИЮПАК официально признал открытие 113-го элемента и приоритет в этом учёных из RIKEN^[21]. Таким образом, 113-й элемент стал первым, открытым в Японии и вообще в азиатской стране^[22].

Метод горячего слияния, использованный учёными из ОИЯИ, оказался намного эффективнее метода холодного слияния, использованного учёными из RIKEN, позволив получить несколько десятков атомов нихония против трёх у японцев. Кроме того, российско-американские эксперименты были успешно воспроизведены в Дармштадте и Беркли. Тем не менее, рабочая группа IUPAC/IUPAP признанала приоритет японских учёных в открытии, поскольку полученные ими лёгкие изотопы нихония в ходе своего распада превращались в хорошо изученные изотопы, в частности ²⁶⁶₁₀₇Bh, а распады тяжёлых изотопов нихония, получаемых методом горячего слияния, происходят через новые, никогда ранее не наблюдавшиеся изотопы. Также у рабочей группы возникли сомнения в возможности химически отличить дубний от резерфордия методом, использованным учёными ОИЯИ при анализе продуктов распада изотопов нихония и московия^[23].

Получение

Изотопы нихония были получены в результате α-распада изотопов московия^[12]:

${\displaystyle {\ce {^{288}_{115}{Mc}\to _{113}^{284}{Nh}+_{2}^{4}{He}}}}$,

${\displaystyle {\ce {^{287}_{115}{Mc}\to _{113}^{283}{Nh}+_{2}^{4}{He}}}}$,

${\displaystyle {\ce {^{289}_{115}{Mc}\to _{113}^{285}{Nh}+_{2}^{4}{He}}}}$,

${\displaystyle {\ce {^{290}_{115}{Mc}\to _{113}^{286}{Nh}+_{2}^{4}{He}}}}$,

а также в результате ядерных реакций

${\displaystyle {\ce {^{237}_{93}{Np}+_{20}^{48}{Ca}\to _{113}^{282}{Nh}+3_{0}^{1}{n}}}}$^[16],

${\displaystyle {\ce {^{209}_{83}{Bi}+_{30}^{70}{Zn}\to _{113}^{278}{Nh}+_{0}^{1}{n}}}}$^[14].

Известные изотопы

Физические и химические свойства

Нихоний принадлежит к подгруппе бора, следуя в ней после таллия. Нихоний предположительно является тяжёлым (с расчётной плотностью 16 г/см³) непереходным металлом.

Как и все металлы подгруппы бора (начиная с алюминия), он должен быть весьма легкоплавок. Расчётная температура плавления унунтрия 430 °C (немного выше таллия, который плавится при 304 °C).

Расчётные химические свойства нихония предполагаются очень интересными. Ожидается, что нихоний будет существенно менее реакционноспособным, чем таллий (свойства которого ближе к щелочным металлам), и будет больше похож не на него, а на металлы побочной подгруппы I группы — медь или серебро^[25]. Причиной этого служат релятивистские эффекты взаимодействия одного 7p-электрона с двумя 7s² электронами, которые повышают энергию ионизации нихония до 704,9 кДж/моль, что гораздо выше энергии ионизации таллия (589,4 кДж/моль)^[26].

Нихоний обладает самым сильным сродством к электрону среди всей подгруппы бора (0,64 эВ). Поэтому он может быть и окислителем, в отличие от всех предыдущих элементов. Присоединяя один электрон, нихоний приобретает стабильную электронную конфигурацию флеровия, поэтому он может проявлять некоторое сходство с галогенами, давая нихониды — соли, где имеется анион Nh⁻. Такие соли, впрочем, будут проявлять довольно сильные восстановительные свойства, однако гипотетическое соединение NhLv с ливерморием будет на самом деле иметь вид LvNh — нихоний будет окислителем, а ливерморий восстановителем^[27].

Степень окисления нихония +1 возможна и, как и у таллия, будет наиболее устойчивой степенью окисления; однако отличия от химии таллия весьма значительны. Так, ожидается, что гидроксид нихония, в отличие от гидроксида таллия, будет слабым основанием, легко разлагающимся до Nh₂O (возможно, он и вовсе не будет существовать, как гидроксид серебра). В отличие от галогенидов таллия, которые хорошо растворимы в воде, моногалогениды нихония, подобно хлориду серебра, в воде будут малорастворимыми либо вовсе нерастворимыми.

Кроме степеней окисления −1 и +1, нихоний сможет проявлять степени окисления +2, +3 и даже +5, что противоречит порядку группы. Однако дальнейшее окисление нихония осуществляется не с помощью 7s² электронов, на разбиение пары которых требуется слишком много энергии, а за счёт 6d-электронной оболочки. Поэтому соединения нихония в степени окисления +3 не будут похожи на соединения более лёгких аналогов в этой степени окисления. С учётом тенденции, эта степень окисления нихония будет относительно малоустойчивой, и нихоний сможет образовывать её, как правило, с сильными электроотрицательными элементами (фтор, хлор, кислород). Форма молекулы будет Т-образной, а не треугольной, как соли других элементов подгруппы бора в степени окисления +3.

Высшая степень окисления +5 теоретически возможна, но только со фтором и в жёстких условиях, подобно фториду золота(V), и, вероятно, она будет нестабильна. Однако предполагается существование аниона NhF₆^-, который будет стабилен в составе гипотетических солей фторнихониевой кислоты.

Примечания