（英文名稱Einsteinium）是一種人工合成的放射性元素，符號為Es，原子序為99，位于第七周期第ⅢB族。锿是第7個超元素，屬于系元素。锿已知共有19種同位素及3種同核異構(gòu)體，其中最穩(wěn)定的同位素為252Es，半衰期為471.7天。锿是一種柔軟的銀白色金屬，具順磁性，其化學(xué)屬性符合典型的重錒系元素，容易形成+2和+3氧化數(shù)。锿具有高揮發(fā)性，強放射性，并且會因強烈輻射而發(fā)光。
1952年11月美國進行第一次氫彈爆炸實驗，同年12月物理學(xué)家阿伯特·吉奧索（Albert Ghiorso）等人于美國伯克利加利福尼亞大學(xué)、阿貢國家實驗室和洛斯阿拉莫斯國家實驗室對爆炸殘余物進行處理分析，首次發(fā)現(xiàn)锿元素253Es和255Es，因此他們擁有對該元素的命名權(quán)。1955年8月8日至20日于第一屆日內(nèi)瓦原子會議（Geneva Atomic Conference）上，阿伯特·吉奧索宣布將第99號元素命名為Einsteinium，以紀念逝世不久的阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein，1955年4月18日逝）。锿的最初符號為“E”，后改為“Es”。1957年，中國科學(xué)院編譯出版委員會正式通知99號元素中文譯名“锿”（音同哀āi，臺灣省稱ài，舊譯作?）。
锿一般只用于科學(xué)研究，比如被用于制造超重元素等。有關(guān)锿毒性的數(shù)據(jù)主要來自對動物的研究，如果動物進食了會對健康造成損害。
歷史
發(fā)現(xiàn)
1952年11月1日，美國在太平洋中的安尼維托克島（Eniwetok）上空首次試驗引爆了一顆氫彈，該實驗被稱為“常春藤麥克”。
1952年12月，阿伯特·吉奧索（Albert Ghiorso）等科學(xué)家所在團隊在“常春藤麥克”核試驗進行地點埃內(nèi)韋塔克環(huán)礁處受污染的珊瑚礁送到美國伯克利加利福尼亞大學(xué)輻射實驗室（UCRL）、阿貢國家實驗室（ANL）和洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LASL）進行處理及分析，最后得出了只有不到200個锿原子。他們在阿貢國家實驗室和洛斯阿拉莫斯國家實驗室初步調(diào)查發(fā)現(xiàn)新同位素244Pu、246Pu和246Am，表明中子過剩同位素的豐度比預(yù)期高。
阿伯特·吉奧索團隊發(fā)現(xiàn)鈾（238U）原子核捕獲了15顆中子，再經(jīng)過7次β衰變后形成253Es，半衰期為20.5天。之所以能夠有這樣多次的中子捕獲，是因為核爆時所產(chǎn)生的高中子通量，使新產(chǎn)生的同位素能夠在衰變?yōu)檩^輕的元素之前吸收大量的中子。中子捕獲最初只會提高該核素的質(zhì)量數(shù)（中子數(shù)加質(zhì)子數(shù)），而不會提高其原子序數(shù)（質(zhì)子數(shù)），之后的β衰變再依序增加原子序數(shù)：
某些238U更能夠另外再吸收中子，形成255Es，以及255Fm。（Fm）是在本次核試驗中發(fā)現(xiàn)的另一種新元素。
1953年1月，阿伯特·吉奧索團隊在伯克利及阿貢的實驗室利用14N和238U之間的核反應(yīng)以及對和（Cf）進行強烈的中子輻射，也產(chǎn)生了锿（和鐨）的一些同位素：
阿伯特·吉奧索團隊的研究結(jié)果在1954年發(fā)布，也同時發(fā)布了有關(guān)锿和鐨化學(xué)屬性的研究結(jié)果。由于正值冷戰(zhàn)時期，因此這些新元素的發(fā)現(xiàn)被美國軍方列為機密，直到1955年才被公布。
命名
人們一般承認阿伯特·吉奧索團隊最先發(fā)現(xiàn)锿元素，因此該團隊擁有對該元素的命名權(quán)。1955年8月8日至20日于第一屆日內(nèi)瓦原子會議（Geneva Atomic Conference）上，阿伯特·吉奧索首次宣布發(fā)現(xiàn)這些新元素，將第99號元素命名為Einsteinium，以紀念逝世不久的阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein，1955年4月18日逝）。锿的最初符號為“E”，后改為“Es”。
1957年，中國科學(xué)院編譯出版委員會正式通知99號元素中文譯名“锿”（音同哀āi）
結(jié)構(gòu)
原子結(jié)構(gòu)
锿原子序數(shù)為99，相對原子質(zhì)量為252，原子半徑在0.925?左右，電子排布是[Rn]5f117s2，電子層是2、8、18、32、29、8、2。
晶體結(jié)構(gòu)
锿呈立方晶系結(jié)構(gòu)，而和它同為錒系金屬的更輕的锎、、鋦及則是呈雙六方晶體結(jié)構(gòu)。但是有研究稱，锿能夠在室溫下形成六方晶體，但在加熱到300°C之后便轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
锿是一種銀白色的放射性金屬，在元素周期表中，锿位于锎之右，鐨之左，之下。锿的密度為8.84g/cm3，這比锎的密度（15.1g/cm3）低，但與鈥的密度（8.79g/cm3）相近。锿的熔點為860°C，比锎（900°C）、鐨（1527°C）及鈥（1461°C）的熔點低。锿是一種柔軟金屬。锿的體積模量只有15GPa。
锿具有高揮發(fā)性，強放射性，并且會因強烈輻射而發(fā)光。锿的放射性非常強，使其自身的晶體結(jié)構(gòu)迅速受輻射破壞，每克Es會通過輻射釋放1000瓦的能量，足以產(chǎn)生肉眼可見的亮光。為了減少輻射對锿自身的破壞，大部分對固體锿及其化合物的測量都在熱退火之后馬上進行。
化學(xué)性質(zhì)
氧化態(tài)
锿和所有錒系金屬一樣，在化學(xué)性質(zhì)上非常活潑。其+3氧化態(tài)在固體及水溶液中最為穩(wěn)定，在固體且強還原條件下，锿還可以形成許多別的錒系元素中是不存在的+2態(tài)。氣態(tài)化學(xué)研究推測可能存在+4態(tài)，但這仍待證實。
迅速衰變
锿除了輻射導(dǎo)致的自我破壞以外，合成稀少和迅速衰變使得大部分被研究的锿樣本都受到了其他物質(zhì)的污染，也對研究造成了困難。為了避過污染問題，可以應(yīng)用可調(diào)諧激光選擇性地只激發(fā)锿離子，這種方法也被用于研究锿的發(fā)光屬性。锿最常見的同位素253Es每年只生產(chǎn)一到兩次，每次份量不超過1毫克。每1天有3.3%的锿轉(zhuǎn)變?yōu)轱拢俎D(zhuǎn)變?yōu)轱矗?/p>
其他性質(zhì)
2021年加利福尼亞州大學(xué)勞倫斯·伯克利國家實驗室研究人員造出了233納克純锿樣品，并進行了自上世紀70年代以來的首次實驗，由此發(fā)現(xiàn)了該元素的一些基本化學(xué)性質(zhì)。研究人員測量出了锿的化學(xué)鍵長度（兩個鍵原子之間的平均距離）等一些基本的化學(xué)性質(zhì)，可以幫助科學(xué)家預(yù)測其將如何與其他元素相互作用。他們還發(fā)現(xiàn)，锿的鍵長與錒系金屬的總體趨勢背道而馳。與其他錒系元素相比，锿暴露于光線時的發(fā)光能力也大不相同，研究人員將其描述為“前所未有的物理現(xiàn)象”，需要進一步實驗以確定原因。
同位素
锿已知共有19種同位素及3種同核異構(gòu)體，它們?nèi)季哂蟹派湫浴Ｆ渲凶罘€(wěn)定的同位素為252Es，半衰期為471.7天。三種同核異構(gòu)體中，最穩(wěn)定的為254mEs，其半衰期為39.3小時。
化合物
氧化物
三氧化二锿（Es2O3）可通過燃燒硝酸锿燃燒制成，其首次被研究時的量只有數(shù)微克，晶體大小約為30納米，呈無色立方晶系。該氧化物還有其他兩種晶體結(jié)構(gòu)，分別屬于單斜晶系及六方晶系。Es2O3形成時的晶體結(jié)構(gòu)取決于其制備方式，在锿的自我輻射及加熱下，三種相態(tài)會自發(fā)互相轉(zhuǎn)變。锿的氧化物Es2O3從在液態(tài)氫中到室溫中均顯示出瑪麗·居里皮埃爾·外斯順磁性，推導(dǎo)出Es2O3的有效磁矩為10.4±0.3μB。
鹵化物
三氯化锿（EsCl3）的制備方式是在約500°C的干氯化氫氣體中對三氧化二锿進行退火20分鐘。在溫度降到大約425°C時，它就會開始結(jié)晶成一種橙色的固體，其晶體結(jié)構(gòu)屬于六方晶系。將氟化物注入三氯化锿溶液，可以沉淀出三化锿（EsF3），另一種制備方法是在1至2個大氣壓及300至400 °C溫度下，讓三氧化二锿與三氟化氯（ClF3）或與氟氣（F2）進行反應(yīng)。EsF3的晶體結(jié)構(gòu)屬于六方晶系。三溴化锿（EsBr3）是一種淺黃色固體，晶體結(jié)構(gòu)屬于單斜晶系。
锿的+2價鹵化物可以通過用氫對其三價鹵化物進行還原而取得：
锿的鹵氧化物包括EsOCl、EsOBr及EsOI，其制成方式是將三鹵化物置于水和相應(yīng)鹵化氫的混合氣體中進行反應(yīng)制取。锿的氟化物EsF3從在液態(tài)氫中到室溫中均顯示出瑪麗·居里皮埃爾·外斯順磁性，推導(dǎo)出EsF3有效磁矩為11.4±0.3μB。
有機化合物
科學(xué)家曾合成锿的有機配位化合物，從而將锿原子帶到身體中指定的器官里，曾經(jīng)有實驗把檸檬酸锿（以及鐨化合物）注射到狗的體內(nèi)。锿的高放射性有用于放射性療法的潛力。
Es3+也被加入到β-二合物中，因為在紫外線照射下，系元素的β-二酮螯合物在所有有機金屬化合物中擁有最強的冷發(fā)光效應(yīng)。當制備锿絡(luò)合物時，要用Gd3+把Es3+稀釋1000倍，這樣可以降低化合物被自身輻射破壞的程度，使化合物能夠在實驗所需的20分鐘內(nèi)不至于瓦解。結(jié)果因為配位化合物中各部分的相對能量不理想，使得螯合物框架不能有效地把能量傳遞到Es3+離子中，導(dǎo)致Es3+發(fā)光的強度太弱，因此未能被探測到。但Es3+離子的發(fā)光效應(yīng)在無機化合物氫氯酸溶液及含有二(2-乙基己基)正磷酸的無機溶液中被觀測到，發(fā)光持續(xù)數(shù)微秒。Es3+的非輻射衰變率比鑭系金屬的高，而這是由于Es3+的f軌道電子與內(nèi)層電子間具有較強的相互作用。
制備方式
實驗室合成
以下介紹部分同位素的實驗室合成方法：
對钚進行強烈的中子輻射能夠產(chǎn)生4種锿同位素：253Es、254mEs、254Es及255Es。以碳離子撞擊镅-241，或以氮離子撞擊鈾-238，可以產(chǎn)生247Es。
較重的同位素249Es、250Es、251Es和252Es能夠通過對249Bk照射α粒子而產(chǎn)生。這種過程會釋放1到4顆中子，所以可以用來同時合成4種不同的同位素。
253Es是通過對0.1至0.2mg的252Cf目標進行熱中子照射產(chǎn)生的，中子通量為每秒每平方厘米2至5×1014顆中子，照射時長為500至900個小時：
核爆炸合成
1952年“常春藤麥克”爆炸中發(fā)現(xiàn)了253Es和255Es，核爆產(chǎn)生高能量，238U大量捕獲高密度中子，并經(jīng)一系列β衰變后生產(chǎn)235Cf，再經(jīng)β衰變后生成253Es，或者238U通過吸收中子形成255Es。
美國在1954年和1956年也進行了百萬噸級熱核爆炸實驗，每次飛機穿過爆炸云都會立刻在濾紙上收集顆粒樣本，也檢測到了255Es和255Fm，但是重核原子的產(chǎn)量比“麥克”爆炸低的多，也沒有檢測到其他更重的元素。1962至1969年間美國又進行了一系列地底核試驗，其中的Cyclamen和Hutch實驗都產(chǎn)生比“麥克”爆炸更多的重核原子。
化合物提取
從锿的化合物中提取純锿金屬，需要使用強還原劑。其中一種方法是使用鋰來還原三氟化锿：
也可以使用鑭金屬來還原三氧化二锿：
分離純化
锿根據(jù)不同的生產(chǎn)合成方式，進行分離和純化需要采用不同的方法。如果使用回旋加速器使輕離子對重離子進行撞擊，那么重離子目標體是固定在金屬薄片上的，因此產(chǎn)生的锿在輻射完畢后只需要從薄片上沖洗下來。不過這種方法分離出來的锿產(chǎn)量相對較低。使用反應(yīng)器輻射法能夠大大提高產(chǎn)量，但產(chǎn)物將會混有各種錒系金屬的同位素，以及核裂變產(chǎn)生的鑭系金屬。從這種混合物中分離锿元素是個非常繁復(fù)的過程，須在高溫高壓下重復(fù)進行正離子交換，再進行色譜法。锿與锫（Bk）的分離是非常重要的，因為在核反應(yīng)器中產(chǎn)生的最穩(wěn)定的锿同位素Es會衰變?yōu)锽k，半衰期只有20天。這對于多數(shù)實驗來說都是個很短的時間段。要分離它們就需要用到锫的化學(xué)特性：锫能夠輕易地氧化成為+4價態(tài)的固體，并從溶液中沉淀出來，而其他的錒系元素包括锿，則會在溶液中保持其+3價氧化數(shù)。
把三價的錒系金屬從鑭系金屬中分離出來，可以使用正離子交換樹脂柱，并注入含有90%水及10%乙醇的鹽酸飽和溶液，作為洗提劑。其后一般使用陰離子交換層析法，所用的洗提劑是濃度為6M的氫氯酸。最后再以經(jīng)銨鹽處理過的正離子交換樹脂柱來分離含有99、100及101號元素的分析層。根據(jù)洗提位置隨時間的變化，就可以辨認這幾個元素，可用的洗提劑包括α-羥基異丁酸溶液（α-HIB）。對三價錒系元素的分離也可以通過溶劑萃取層析法進行，使用二(2-乙基己基)磷酸酯（簡稱HDEHP）作為靜止的有機相態(tài)，并使用硝酸作為流動的水溶相態(tài)。錒系金屬的洗提順序與使用正離子交換樹脂柱時的順序相反。以這種方法分離出來的锿不含有機絡(luò)化劑，而使用沒藥樹柱分離的锿則會含有機絡(luò)化劑。
應(yīng)用
锿除了在基礎(chǔ)科學(xué)研究中用于制造更高的超鈾及超錒系元素之外，暫無其他應(yīng)用。據(jù)《自然》網(wǎng)站2021年的報道，美國研究人員首次揭示了元素周期表中最神秘且最重的元素之——锿的基本化學(xué)性質(zhì)。這一成就使化學(xué)家們離發(fā)現(xiàn)所謂的“穩(wěn)定島”更近了一步。“穩(wěn)定島”意味著元素的維持時間足以進行研究和使用。
1955年，勞倫斯伯克利國家實驗室用回旋加速器對約109個253Es原子進行輻射，從而制造出。所用的反應(yīng)253Es(α,n)256Md產(chǎn)生了17個鍆原子（原子序為101）。
锿的同位素254Es曾用于校準勘測者5號月球登陸器上的化學(xué)分析光譜儀。由于該同位素的質(zhì)量很高，因此月表上輕元素與254Es在分析儀上的信號重疊會大大減少。254Es也常被用于制造超重元素，因為它質(zhì)量高，半衰期較長（270天），每次可取得的量也很高（數(shù)微克），因此在1985年，加利福尼亞州伯克利的科學(xué)家使用254Es想要合成Uue（119號元素），他們以48Ca離子撞擊254Es目標體，但沒有探測到任何Uue原子。
安全
有關(guān)锿毒性的數(shù)據(jù)主要來自對動物的研究。當老鼠進食了锿以后，有大約0.01%的锿進入了血液。進入血液的锿中有65%進入了骨骼，并存留大約50年，25%進入了肺部，生物半衰期約為20年，另外0.035%進入了睪丸或0.01%進入卵巢，并永久存留。進食的量中大約10%被排放出來，并在骨骼表面均勻分布。
若攝入了放射性核素（比如锿），要減少放射性核素經(jīng)呼吸道的吸收，首先用棉簽拭去鼻孔內(nèi)污染物，剪去鼻毛，鼻咽噴灑血管收縮劑，然后用大量生理鹽水反復(fù)沖洗鼻咽腔。必要時給予祛痰處理。減少放射性核素經(jīng)胃腸道的吸收，首先進行口腔含漱，機械或藥物催吐，必要時用溫水或生理鹽水洗胃，放射性核素進入人體3h~4h后可服用沉淀劑或緩瀉劑。對某些放射性核素可選用特異性阻吸收劑，比如吸附劑，抗酸劑。減少放射性核素經(jīng)體表（特別是傷口）的吸收。首先應(yīng)對污染放射性核素的體表進行及時、正確的洗消，對傷口要用大量生理鹽水沖洗，必要時盡早清創(chuàng)。如果攝入了锿元素，也可使用促排藥物加速排出放射性核素，促排藥物首選Ca-DTPA(二乙烯三胺五乙酸三鈉鈣)，如無Ca-DTPA，可用Zn-DTPA。
參考資料 >
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第九十九號元素锿基本化學(xué)性質(zhì)首次揭示--經(jīng)濟·科技·生態(tài).人民網(wǎng).2021-02-08
Mysterious einsteinium spills its secrets.Nature.2023-12-19