Oganesson是一种合成化学元素，符号为Og，原子序数为118。它于2002年在俄罗斯莫斯科附近杜布纳的联合核研究所（JINR）由俄罗斯和美国科学家组成的联合团队首次合成。2015年12月，国际科学机构IUPAC和IUPAP的联合工作队将其认定为四大新元素之一。它于2016年11月28日正式命名。[1][2] 这个名字符合纪念科学家的传统，以核物理学家尤里·奥加涅相（俄语：Юрий Цолакович Оганесян，亚美尼亚语：Յուրի Ցոլակի Հովհաննիսյան；1933年4月14日－）的名字命名，他在超重元素合成工作上作出了重大贡献。它是仅有的两个以当时活着的人命名的元素之一，另一个是Sg（Seaborgium）；它也是唯一一个以现在活着的人的名字命名的元素。
Og是所有已知元素中原子序数和原子量最高的。原子具有放射性，极不稳定。自2005年起，科学家只成功合成了五个（也有可能为六个）294Og。[3] 正因为如此，科学家很难通过实验来判断其性质以及可能存在的化合物。不过，科学家仍然能够通过理论计算做出不少的预测，其中包括一些出人意料的性质。例如，18族元素的其他元素均为反应性低的惰性气体，但同族的Og却可能有非常高的反应性。 科学家曾经认为Og在标准状态下是一种气体，但现在由于相对论效应，它在标准状况下应该是一种固体。 在元素周期表上，它是p区元素，也是第7周期的最后一个元素。
丹麦物理学家尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）是第一个认真考虑原子序数高达118的元素的可能性的人。他在1922年写道，这一元素在元素周期表上应位于氡以下，成为第七种惰性气体。[4] 接着，阿里斯蒂德·冯·格罗斯（Aristid von Grosse）在1965年写了一篇文章，预测了118号元素可能的性质。这些都是非常早期的预测，因为在1922年还不知道如何人工合成元素，同样，在1965年还没有出现稳定岛这一理论概念。从玻尔的预测到Og的成功合成已经过去了80年，不过，Og的化学性质是否遵循同族元素的规律，仍有待研究。
1998年末，波兰物理学家罗伯特·斯摩棱斯克（Robert smollaczuk）发表了关于原子核融合合成超重原子的计算结果，包括Og。[5] 他的计算表明，在小心控制的条件下融合铅与氪，有可能合成Og，并且该反应的发生几率（聚变反应截面）和此前合成𬭳所用的铅铬聚合反应相当。这与之前的预测，即随着生成元素的原子数增加，与铅或铋靶反应的截面将呈指数下降的理论相矛盾。[5]
1999年，劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员利用了这些预测，宣布合成了Livermorium和Oganesson，论文发表于《物理评论快报》(《Physical Review Letters》)[6] 报道不久后，此项发现又发表于《科学》（《Science》）。[7] 研究人员报告说，他们已经进行了反应
翌年，由于其他实验室和原实验室的研究人员都无法重复这些实验美国，研究团队撤回了这项发现。[8] 2002年6月，实验室主任宣布，这两种元素的最初发现结果是建立在第一作者维克托·尼诺夫捏造的数据上的。[9][10] 新的实验结果和理论预测已经证实，随着产生的核素的原子序数增加，铅和铋靶的聚变反应截面呈指数下降。[11]
2002年，由俄罗斯和美国科学家组成的联合小组在俄罗斯杜布纳的联合核研究所（JINR）发现了Og原子的第一次真正衰变。该小组由亚美尼亚裔俄罗斯核物理学家尤里·奥加涅相领导，成员包括加利福尼亚州劳伦斯利佛摩国家实验室的美国科学家。[12] 这个发现没有立即宣布，因为294Og的衰变能量与212Po的衰变能量相当，212Po是超重元素聚变反应中产生的一种常见杂质。直到2005年再一次实验证实之后，团队才正式宣布发现新元素。 2006年10月9日，研究人员宣布[13] 他们间接检测到总共三个（可能四个）Og-294核：包括2002年探测到的一两个[14] ，和2005年探测到的两个。是由锎-249原子和钙-48离子碰撞产生的。[15][16][17][18][19]
2011年，国际纯化学和应用化学联合会（IUPAC）评估了杜布纳和利福摩尔合作团队2006年的研究结果，并得出结论：“观测到的三次Z = 118同位素衰变事件有比较好的内部冗余，但这些事件都没有以已知原子核的锚定，所以不满足正式发现的条件。”[20]
因为聚变反应概率非常小（聚变截面为 ~0.3–0.6 pb，即 (3–6)×10−41 m2），这个实验用时四个月，在向锎目标体发射一共2.5×1019个钙离子之后，才首次探测到与Og成功合成相符的事件。[21]研究人员对结果不是假阳性非常有信心，因为据估计，探测到的是随机事件的几率不到万分之一。[22]
在实验中，观察到三个Og原子的α衰变。也有可能观测到第四个Og原子直接自发裂变衰变。由于只有三个原子核，观测到的半衰期有很大的不确定性，半衰期为 0.89+1.07−0.31 ms。α衰变的反应式为：[13]
为了为了确定产生的是294Og，科学家再用 离子束撞击目标体，制成290Lv原子核：
然后比较290Lv的衰变和294Og的衰变i是否吻合。[13] 290Lv 非常不稳定，14 ms便衰变为，再经历自发裂变或阿尔法衰变生成，最后发生自发衰败你。[13]
在量子隧道模型中，294Og的α衰变半衰期为被预测为0.66+0.23−0.18 ms 实验Q值于2004年公布。[23] 用Mountain-Hofmann-Patyk-Sobiczewski宏观-微观模型中的理论Q值计算得到的结果稍低，但具有可比性。[24]
2011年，德国达姆施塔特的亥姆霍兹重离子研究中心在利用248Cm+54Cr反应试图合成120号元素Ubn时，可能观测到一个295Og原子。但是实验数据的不确定性较大，因此无法准确判断所观测到的是否是299120和295Og的衰变链。 数据显示 295Og的半衰期为181 ms，比294Og的0.7 ms半衰期长的多。[25]
2015年12月，国际纯化学和应用化学联合会（IUPAC）及国际纯粹与应用物理学联合会（IUPAP）组成的联合小组承认了该元素的发现，并确定发现团队为杜布纳和利福摩尔合作团队。[25] 此次能够承认发现的原因包括，294Og和286Fl衰变产物的性质在2009年和2010年得到劳伦斯伯克利国家实验室证实，杜布纳团队又于2012年再次观测到294Og的衰变链，且衰变参数与先前所测量的相符。联合核研究所的那项研究原本是为了通过249Bk(48Ca,3n)反应合成294Ts，但因为249Bk的半衰期非常短，目标体有一大部分已衰变为249Cf，导致合成的是Oganesson而不是Tennessine.。[26]
2015年10月1日至2016年4月6日，杜布纳小组进行了类似的实验，用48Ca离子束撞击 249Cf，250Cf，和251Cf的混合同位素锎靶，目的是产生更重的Og同位素 295Og和 296Og。实验使用252 MeV和258 MeV的两束能量，在较低能量束时下探测到一个原子，它的衰变链符合先前已知的 294Og（即最终衰变为286Fl）。在能量更高的能量束下没有观测到任何原子。实验随后停止，然后停止实验，因为来自扇形框架的胶水覆盖了目标，阻止了蒸发残余物泄漏到探测器上。杜布纳团队计划在2017年重复这个实验。
门捷列夫发明了一套命名法，用于命名未命名和未发现的元素，根据这套命名法，Oganesson应被称为“eka-氡”（1960年代之前则称为“eka-emanation”，emanation是氡的旧称）。 1979年，IUPAC定下一套元素系统命名法，应用 ununoctium 命名118号元素，对应的符号为“Uuo”。[27] IUPAC建议在确认发现该元素之前，应使用这个名称。[28] 尽管IUPAC元素系统命名法广泛应用于各级化学教科书，但该领域的科学家一般称之为“118号元素”，符号为“E118”, “（118）”，或更简单的 118。[29]
在2001年研究结果被撤回之前，伯克利的研究人员曾打算以团队的领导成员阿伯特·吉奥索命名新元素为“ghiorsium”（符号Gh）。[30]
俄罗斯科学家在2006年最早宣布合成118号元素。根据IUPAC的建议，新元素命名权属于最早发现者。[31] 2007年，联合核研究所主任表示，研究团队正在考虑两个名字： 以杜布纳的研究实验室创立人格奥尔基·弗廖罗夫命名为“flyorium”，及以研究所所在地莫斯科州命名为“moskovium”。[32] 他还表示，尽管该元素是俄罗斯和美国合作发现的成果，且目标体锎由美国团队提供提供，但该元素理应以俄罗斯的人物或者地点命名，因为联合研究所的弗勒洛夫核反应实验室是世界上唯一能够取得这种成果的机构。[33] 这些名称后来被提议用于114号元素（flerovium）和116号元素（moscovium）。[34] 然而，116号元素的最终名称是“livermorium”,[35] “moskovium”后来被提议并成为115号元素的名称。[36]
所有稀有气体的名字都以“-on”结尾，氦气除外，氦在被发现时并不被认为是稀有气体。IUPAC规定所有新元素名称都必须以“-ium”结尾，即使它们原来是卤素（传统上以“-ine”结尾）或稀有气体（传统上以“-on”结尾）。[36] 虽然临时名称ununoctium沿用了这一公约，但IUPAC2016年公布的一项新建议中对新的第18族元素使用“-on”结尾，无论它们是否具有稀有气体的化学性质。[37]
维基新闻相关报导：2016年6月，IUPAC宣布发现者计划给该元素命名 Oganesson （符号：Og）来纪念俄罗斯核物理学家尤里·奥加涅相在超重元素研究上的重大贡献，他投身超重元素研究六十年，106号到118号元素都是用他的团队和他提出的方法来合成的。[38] 2016年11月28日Oganesson成为118号元素的正式名称。[36] 奥加涅相后来对这个新元素以他命名发表了如下感想：[39]
对我来说，这是一种荣誉。118号元素是由俄罗斯联合核研究所和美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家们发现的，我的同事提出了oganesson这个名字。我的孩子和孙子孙女已经在美国生活了几十年，但是我的女儿写信给我说，她听到这个消息后一夜未眠，因为她一直在哭。 [39] — Yuri Oganessian
moscovium，tennessine和oganesson的命名仪式于2017年3月2日在莫斯科俄罗斯科学院举行。[40]
从96号元素锔开始，原子序数越高，原子核的稳定性越低。所有原子序数大于101的同位素都会发生放射性衰变，半衰期小于30小时。原子序数大于82（铅之后）的元素均没有稳定的同位素。[41] 这是因为原子核中质子和质子的库仑排斥力随着质子数量的上升而增大，所以强核力不能长久地避免原子核发生自发裂变。计算表明，在没有其他增加稳定性因素的情况下，质子数超过104的所有元素都不可能存在。[42] 然而，科学家在20世纪60年代提出，当质子数和中子数分别在114和184附近时，核壳层处于满充、闭合状态，原子核的稳定性得到增强，这就是所谓的“稳定岛”，岛上核素的半衰期可以达到数千年或数百万年。尽管科学家们还没有合成到达稳定岛范围内的同位素，但超重元素（包括Og）的存在就证实了这种稳定效应是真实的，而且已知的超重核素在靠近稳定岛区域时寿命会指数级增长。[43][44] Og具有放射性，半衰期似乎不到一 ms。尽管如此，这仍然比某些预测值更长，[45][45] 因此进一步佐证了“稳定岛”的理论。[46]
根据量子隧穿模型计算，预测存在几种富中子Og同位素，其α衰变半衰期接近1 ms。[47][48]
对其他同位素的合成途径和半衰期进行的理论计算表明，有些同位素可能比已合成的同位素294Og更加稳定，其中包括293Og，295Og，296Og，297Og，298Og，300Og和302Og。[45][49] 其中， 297Og有长寿原子核的可能性最高，[45][49] 因此可能成为今后Og元素合成的重点方向。313Og附近一些中子数高得多的同位素也有可能有较长的寿命。[50] 这些更重、更稳定的同位素对未来Og的研究有很大帮助，因此，杜布纳团队计划在2017年下半年进行一项实验，以含有多种同位素 249Cf 250Cf，和 251Cf的混合体作为目标体，以48Ca为发射体，目标是合成新的同位素295Og和296Og；计划于2020年在JINR重复此项实验，合成 297Og。在这种反应中也可能产生293Og和它的子体同位素289Lv。联合核研究所和日本理化学研究所计划在2017-2018年利用248Cm和50Ti的核聚变合成同位素295Og和 296Og。[51][51][52]
Og是第18族的成员，不含价电子。这一族的其他元素对大多数常见的化学反应（例如燃烧）是惰性的，因为这些元素的价电子层被八个电子充满，外层电子紧密结合，使原子处于非常稳定的最低能量排布状态。[53] 同样，Og有一个封闭的价电子层，其中价电子排布为7s27p6。[54]
因此，有科学家推测Og具有与其族中其他成员相似的物理和化学性质，最类似于元素周期表中它上面的稀有气体氡。[54]按照这种周期性趋势，Og的反应性预计会比氡略高。然而，理论计算表明，它的反应性会比氡高得多。[55] 除此之外，Oganesson甚至有可能比flerovium元素和copernicium元素反应性更强，这两种元素在周期表上位于反应性更高的铅和汞之下。[54] Oganesson的反应性大大增强的原因是最后一个被占据的7p亚壳层的能量不稳定和径向膨胀。[54] 更准确地说，7p电子与惰性7s电子之间相当大的自旋轨道相互作用，有效地导致了flerovium的第二价层闭合，并且使Og的闭合壳层的稳定性显著降低。[54] 还也计算出，Og与其他惰性气体不同，它能结合电子释放能量，换句话说，它的电子亲和能为正数，[56][57] 这是因为在相对论效应下，8s能级的稳定性会提高，7p3/2能级的稳定性则会降低。[58] 而copernicium和flerovium则被预测没有电子亲和性。[59][60] 尽管如此，量子电动力学效应却会大大降低这种亲和性。这意味着，此效应所带来的修正项对超重元素的性质有很大的影响。[56]
Og预计有很强的极化性，几乎是氡的两倍。[54] 根据其他稀有气体的趋势推断，Og的熔点约为320 K， 沸点在320和380 K之间。[54] 这与先前估计的263 K[61] 和247 K非常不同。[62] 尽管计算的不确定性很大，但可以确定在标准条件下Og也不太可能是气体，[54] 而且，其他惰性气体的液体温度范围非常窄，只有2至9 K，在标准条件下，Og元素应该是固体。然而，如果Og在标准条件下的确是气体，即使它像其他稀有气体一样是单原子的，它也将是标准条件下密度最大的气态物质之一。
由于其极化性极高，Og电离能会异常低（类似于铅的电离能，它是氡的70%，[63] 且比𫓧低得多）[64] ，而且具有标准凝聚态。[54] Og的原子核和电子云壳层结构也受到相对论效应的强烈影响：Og的价电子和核心电子子壳层预计会“散开”成为均匀的电子费米气体，这与“相对论性较低”的氡和氙不同（尽管氡有一些初期的离域），因为Og的7p轨道有非常强的自旋轨道分裂。[65] 在核子（特别是中子）方面也有类似的效应，这种现象在中子壳层封闭的302Og原子核开始出现，并在壳层封闭、尚未发现的有164个质子和308个中子的超重原子核472Og中尤其突出。[65]
目前唯一确认存在的Og同位素， 294Og的半衰期太短，其化学性质无法通过化学实验进行研究。因此，还没有合成任何Og的化合物。[66] 尽管如此，自1964年以来，对Og化合物的理论计算一直在进行。[66] 他们预测，如果元素的电离能足够高，将难以氧化，因此Og最常见的氧化状态将是0，和其他稀有气体一样；[66] 然而，也有科学家发表过结论相反的预测。[67]
计算显示，双原子分子Og2 显示出的键相互作用与Hg2大致相当，键离解能为6 kJ/mol，大约是Rn2的4倍。[54] 出乎意料的是，计算出的键长比Rn2小0.16 Å，意味着Og原子间有很强的的键合作用。[54] 另一方面，化合物OgH+的键离解能（即Og的质子亲和能）比RnH+小。[54]
根据预测，OgH中Og和氢之间的键非常弱，可以被认为是纯范德华相互作用，而不是真正的化学键。[63] 不过，在与高电负性元素形成化学键的情况下，Oganesson似乎比copernicium和flerovium形成的化合物更稳定。[63] 已经预测氟化物中存在稳定的+2和+4氧化态OgF2和OgF4。[67] 因为7p1/2亚壳层被紧紧束缚，所以+6态的稳定性会相对较低。[67] 这个现象和Og反应性比正常高的现象原理相同。例如，Og与F2形成化合物OgF2将释放106 kcal/mol的能量，其中约46 kcal/mol来自自旋-轨道相互作用。[63]相比之下， RnF2形成释放的49 kcal/mol能量中国呢，有约10 kcal/mol的能量来自自旋-轨道相互作用。[63] 该作用也提高了OgF4分子四面体形Td构型的稳定性，这不同于XeF4的平面四方D4h构型（预计RnF4也为此分子构型）[67]Og-F键很可能是离子键而不是共价键，所以氟化物不具挥发性。[55][68]OgF2由于Og的高正电性，预计具有部分离子键性质。[69]同样因为Og具有足够的正电性，[70]能与氯形成Og-氯键，[71] [69]这不同于其他惰性气体（氙和氡除外）。[55]
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