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钔(金属元素)

[1-3] 是一个人工合成元素,符号为Md(曾为Mv),原子序为101。钔是锕系元素中具有放射性的超铀金属元素,通常的合成方式是以α衰变撞击锿元素。钔(Mendelevium)以最先创建元素周期表的德米特里伊万诺维奇门捷列夫命名。门捷列夫的周期表成为了分类所有化学元素的最基本的方式。名称Mendelevium被国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)所承认,但最初提出的符号Mv则未被接受,IUPAC最终于1963年改用Md。

1955年,由美国加州大学伯克利分校教授吉奥索(A.Ghiorso)、西博格(G. Seaborg) [4] 、哈维(B.G.Harvey)、肖邦(G.R.Choppin)等人,在加速器中用氦核轰击锿(253Es),锿与氦核相结合,发射出一个中子,而获得了钔(256Md)。

钔的合成首次由阿伯特吉奥索、格伦西奥多西博格 [3] 、Gregory R. Choppin、Bernard G. Harvey及Stanley G. Thompson(组长)在1955年初于加州大学伯克利分校成功进行。该团队通过以α粒子撞击Es创造了Md(半衰期为87分钟),反应在伯克利放射实验室的60寸回旋加速器(Md是单个原子逐一合成的第一个同位素)。元素101是第九个被合成的超铀元素。钔的首17个原子是用离子交换吸附洗脱法分离并分析的。过程当中,钔的化学表现与铥的相似,自然产生的铥是钔的同系物。

在估计该合成方法是否可行时,实验团队作出了粗略地计算 [5] 。将会产生的原子数量,约为撞击目标的原子数量,乘以截面,乘以离子束强度,乘以撞击时长。结果为每次试验会产生1颗原子。因此在最佳情况下,预测每一次试验会制造出1颗元素101的原子。这样的计算证明实验是可行的。

钔的合成使用了由阿伯特吉奥索引入的反冲技术 [6] 。目标元素置于与粒子束相反的位置,反冲的原子落在捕集箔上。所用的反冲目标用了由Alfred Chetham-Strode研发的电镀技术生产。这种方法的产量很高,而这在产物是极为罕有的锿目标材料的情况下是必须的。

反冲目标由10个Es组成,通过电镀铺在一张薄金箔上(也能使用Be、Al和Pt)。在位于伯克利的回旋加速器中,能量为41 eV的α粒子撞击该目标,粒子束强度极高,在0.05cm的面积内每秒有610颗粒子。目标用水或液态氢冷却。在气态大气层中使用氦会减慢反冲原子的速度。该气体可以通过小孔排出反应间,并形成气体射流。一部分非挥发产物原子经由射流,积累在箔的表面。该箔片可以定期更换。发现钔的实验所用的反应为:Es +He →Md +n。

从采集箔片上取下钔原子时可使用酸浸蚀法或完全溶解薄金箔 [7] 。钔的纯化和离析能够通过几种方式进行。从镧系裂变产物中分离出化合价为3的锕系元素时,能够使用阳离子树脂交换柱,其中用盐酸饱和的90%水10%乙醇溶液作为洗脱液。要从采集箔片上快速采下钔,可以使用阴离子交换色谱法,其中用6M盐酸作为洗脱液。金则会在钔与其他锕系元素通过时留在柱子上。最后还需要从其他化合价为3的锕系元素中分离出Md。分离元素99、100和101时,使用经过铵盐处理的阳离子树脂交换柱(陶瓦士50交换柱)。钔在镄之前一点洗脱出来,以此作出了钔的化学识别。在一系列重复的试验中,实验团队使用的洗脱液为α-羟基异丁酸(α-HIB)。若使用“气体射流”的方法,则首两步可以省略。用这一方法,可以在目标的几十米以外在一秒以内采集并转移个别产物原子。要有效地长距离转移原子,需要在气体射流中有较大的粒子(如氯化钾喷雾)。在制造和分离锿后元素时常使用这一方法。

另一个分离3+锕系元素的方法是溶剂萃取色谱法,用二(2-乙基已基)膦酸为固定有机相,而HNO3为流动水溶相。锕系元素的洗脱顺序与使用阳离子树脂交换柱时相反。用这一方法的优胜之处是,分离出来的钔不含有机错化剂,用树脂交换柱分离的则有。缺点是,钔要在镄之后,到整个顺序的后期才会洗脱。

钔并没有被直接探测到,而是经过观察自发裂变产物Fm探测的。这些事件都发生于1955年2月19日。第四次录得的事件正式证实了第101号元素钔的化学特征。进一步的分析及实验显示,该同位素的质量数为256,并通过电子捕获进行衰变,半衰期1.5小时。

钔在自然界中不存在。用氦核轰击锿所获得的钔很少,但总算证明钔确实存在。通常的合成方式是以α衰变撞击锿元素。

为纪念发明了元素周期表的科学家德米特里伊万诺维奇门捷列夫(Dmitri Ivanov

化学性质仅限于示踪量,在离子交换色谱上显示出主要以+3价存在于水溶液中。此外,也有+2价和+1价。钔的同位素主要有:钔248~钔258。半衰期从几秒到大约55天。最稳定的同位素是258Md,半衰期为55天。

钔是一种人工合成的放射性化学元素,它的化学符号是Md,它的原子序数是101,属于锕系元素之一。

元素名称:钔

元素原子量:[258]

元素类型:金属

氧化态:

Main Md+3

Other Md+2

原子序数:101

元素符号:Md *

元素中文名称:钔

元素英文名称:Mendelevium

相对原子质量:[258]

核内质子数:101

核外电子数:101

核电核数:101

质子质量:1.68973E-25

质子相对质量:101.707

所属周期:7

所属族数:IIIB

摩尔质量:202

氢化物:

氧化物:

最高价氧化物:

密度:未知

熔点:未知

沸点:未知

外围电子排布:5f13 7s2

核外电子排布:2,8,18,32,31,8,2

颜色和状态:金属

常见化合价: 电负性: 1.3

外围电子排布: 5f13 7s2 核外电子排布: 2,8,18,32,31,8,2

同位素及放射线: Md-250[50s] Md-258(放 α)

电子亲合和能: 0 KJmol-1

第一电离能: 6500 KJmol-1 第二电离能: 0 KJmol-1 第三电离能: 0 KJmol-1

单质密度: 0 g/cm3 单质熔点: 0 ℃ 单质沸点: 0 ℃

原子半径: 0 埃 离子半径: 埃 共价半径: 0 埃

研究人员发现,钔的氧化态除了有一般锕系元素的+3以外,还有中等稳定的+2。其+3氧化态在水溶液中为主导的状态(所用方法为色谱法)。钔甚至有时表现出+1的氧化态。使用Md能研究钔在水溶液中的化学特性。其外钔没有任何已知应用,而至今也只合成了微量的钔元素。其他的同位素也已被发现,它们都具有放射性,其中Md最为稳定,半衰期约为55日。另外的同位素的质量数从248到258不等,半衰期从几秒钟到51天不等。最初的Md半衰期为87分钟。

Johansson和Rosengren于1975年预测钔金属的化合价会主要为2,相似于铕(Eu)和镱(Yb),而非3。在微量钔元素上用热色谱法的研究指出,钔确实形成化合价为2的金属。在经验公式的帮助下,其金属半径预测为0.194 ± 0.010nm。估计的升华热介乎134-142 kJ/mol之间。

在发现钔之前,在水溶液中最稳定状态的化合价为3。因此,它的化学特性预计与其他3+锕系元素及镧系元素的相似。在阳离子树脂交换柱中,化合价为3的锕系元素中,钔在镄前一点洗脱出来,证明了该预测。之后所发现到的有,不溶的钔氢氧化物和氟化物,与化合价为3的镧系元素共同沈淀。该方法证实了钔的化合价为3,且半径小于镄。利用经验公式所预测的Md的离子半径为0.0192 nm,配位数为6。再利用化合价为3的稀土元素的已知离子半径,加上配位系数的对数和离子半径之间的线性关系,预计Md的平均离子半径为0.089 nm;而用实验模型及玻恩-哈伯循环所计算的水化热为 (3654 ± 12) kJ/mol。在具还原性的环境下,钔表现出不寻常的化学特性。与BaSO4的共沈和使用的溶剂萃取色谱实验在不同的还原剂中进行。结果显示,Md在水溶液中能够容易还原为稳定的Md。在水加乙醇溶剂中,钔也可以还原为化合价为1的状态。Md和化合价为2的离子的共结晶是由于混合晶体的产生。Md的离子半径为0.117 nm。从Md+到Md3+的氧化反应并未成功。

已辨认的16个钔原子质量数在245到260之间,最稳定的为半衰期为51.5天的Md、31.8天的Md及5.52小时的Md。其余的放射性同位素的半衰期都小于97分钟,大部分都小于5分钟。该元素还有5个亚稳态,其中最稳定的为Md(半衰期为58分钟)。钔同位素的原子量从 245.091u(Md)到260.104 u(Md)。

目前尚未发现什么实际用途。


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