(Lawrencium),化學符號為Lr,是一種人工合成的放射性元素,原子序數為103,屬第七周期ⅢB族。鐒呈固體狀態,推測外觀為銀白色,熔點約1627℃,鐒是一個不穩定的元素。半衰期很短,其中以鐒-266的半衰期最長,有約22±14小時。
鐒元素在1961年由阿爾伯特.吉奧索領導的科學家小組發現,為了紀念回旋加速器的發明者和伯克利輻射實驗室奠基人——歐內斯特·勞倫斯(E.O.Lawrence)而命名為“lawrencium”,最初化學符號為Lw,后修改為Lr,中文譯為鐒。
鐒只能在粒子加速器中通過轟擊較輕元素產生,因此無法大量生產。也由于只人工合成了少量的鐒,除了基礎科學研究之外,沒有其他任何用途。
發現歷史
早在1919年,歐內斯特·盧瑟福用α粒子轟擊氮,就使氮變成了氧,第一次實現了元素的人工轉變。當時,由于α粒子的能量還不夠大,因此沒有能制造出更重的元素。到了30年代,美國物理學家歐內斯特·勞倫斯發明了回旋加速器,使加速的粒子像炮彈那樣去轟擊原子核,從而產生出新的原子核。首先,用轟擊,制造出第一個人造元素,以后又制得了一個又一個人造元素。
理論推測
早在1923年N.Bohr曾經提出在元素周期表的最后一部分重元素可能與系元素相似,存在著由15個元素組成的系元素。但是從當時已知的第七周期中一些天然放射性元素的外層電子結構來看,它們的5f和6d電子的能級是很相近的,因而很難肯定5f電子應在周期系中哪個元素開始出現。直至50年代,格倫·西博格對新發現的各種超軸元素的化學性質進行了深入的研究,發現隨著原子序數從93增加至96,它們的氧化數為+3價的特性愈益明顯,于是提出了錒系理論,他認為與第六周期中的鑭系元素相似,在第七周期中從89號元素至103號元素共15個元素也將組成錒系。隨著元素的原子序數的增加而增加的散逸層電子將逐步填充在5f“軌道”內。103號元素是錒系金屬的最后也是最重的一個。
早期探索
1958年,加利福尼亞大學與瑞典的諾貝爾研究所合作,用碳離子轟擊鋦,使鋦這個本來只有96個質子的原子核一下子增加了6個質子,制得了極少量的102號元素。他們用“諾貝爾研究所”的名字來命名它,叫做“”。但是,同年,美國的格倫·西博格和吉奧索領導的研究小組重復了斯德哥爾摩的實驗,證明不能獲得他們的結果,認為No實際是no(沒有),所以他們的研究成果,一開始并沒有得到人們的承認。直到幾年以后,別人用另一種辦法也制成了102號元素時,這才獲得國際上的正式承認。1961年,加利福尼亞州大學的科學家們著手制造103號元素。
發現歷程
1961年,阿爾伯特.吉奧索領導的科學家小組利用加利福尼亞大學的重離子線性加速器用硼-10和硼-11兩種離子對的三種同位素的混合物進行轟擊,靶重只有百萬分之幾克。發現的103號元素的第一種同位素。后來的實驗表明,產生的放射性同位素應是258103,具有一個更確切的半衰期為4.2s。
四年以后,杜布納小組進行了一次α反沖-擠奶試驗,鑒定了103號元素的另一種同位素。頓濕茲、謝高洛夫(V.A,Shchegolev)和歐馬可夫(V.A.Ermakov)在1965年采用雙反沖技術,鑒定了半衰期為45s的α發射體256103和它的第二代子體,即已知的252Fm,確定了103號元素的原子序數。
1965~1967年蘇聯的弗廖羅夫(F.H.nepoB)用氧離子轟擊,由镅243(氧-18,5n)核反應,也制得了103號元素。
第四種同位素,是由杜布納小組制得的。以243Am(18O,4n)255Lr,反應生成了半衰期約為20秒的放射性同位素259 Lr。
根據1971年在伯克利實驗室的工作,確定了質量數從255到260的鐒的同位素的核性質。
元素的命名
103號元素發現的榮譽應由吉奧索及其同事分享。為了紀念回旋加速器的發明者和伯克利輻射實驗室奠基人——歐內斯特·勞倫斯(E.O.Lawrence),吉奧索等人在報道他們初始實驗結果時,建議103號元素以Lawrencium來命名(中文名為鐒,化學符號Lw)。后來命名被IUPAC命名委員會所接受,1963年,由發明者提議,化學符號由“Lw”改為“Lr”,使它與另外的語種,如俄文更一致,因為在俄文字母中沒有字母W。
結構
鐒是元素周期表中第103號元素。元素符號為Lr,原子量260。屬第七周期ⅢB族。是錒系的最后一個元素。外圍電子構型5f146d17s2。
理化性質
同位素
現已合成的鐒的同位素共有16種,質量數自251至266,大多為α發射體,個別也有電子俘獲或自發裂變的。壽命最長的同位素有263Lr,264 Lr,265 Lr和266Lr,詳情如下表所示。
物理性質
鐒呈固體狀態,推測外觀為銀白色,晶體結構為密排六方結構,如下圖所示,是一種人工放射性的金屬元素,能查詢到的鐒相關的物理性質參數如下表所示:
化學性質
就錒系金屬的化學性質而言,一種新的效應變得十分明顯,即隨著原子序數Z的增加,正的核電荷對電子的影響增強,使它們的運動速度加快直至接近光速,從而引起相對論效應(relativistic effect)。由于球形的7s和7p軌道的穩定性以及6d和5f軌道的不穩定性,價電子被核電荷更有效地屏蔽。鐒的電子構型:[Rn]5f147s27p1,在水溶液中,鐒的穩定價態是+3價的離子。未發現過有+2價存在的證據。由于其高度不穩定的性質,鐒形成的化合物很少。已確認的化合物有三化鐒(LrF3) 。
鐒是一個不穩定的元素。半衰期很短,其中以鐒-266的半衰期最長,由于只制造了少量的鐒,它與空氣、水、鹵族元素、酸堿的反應性是未知的,推測其行為類似于相鄰元素和。
合成過程
鐒只能在粒子加速器中通過轟擊較輕元素產生,因此無法大量生產。
方法一:用10B和11B離子轟擊非同位素純的锎靶(250Cf到252Cf)時,可生成鐒。
方法二:用氧離子轟擊同位素純的243Am合成了兩種α放射性同位素,256Lr和257Lr。
同理,用碳離子轟擊249Cf,[反應:249Cf(I2C,p2n)258Lr],用88MeV的氮離子轟擊248Cm,[反應:248Cm(15N,5n)258Lr]和用氟化物轟擊244Pu[反應:244Pu(19F,5n)258Lr]都能生成258Lr,產額較高。用80MeV的氮離子轟擊248Cm還生成一種半衰期為6.5秒的放射性同位素,這是259Lr[反應,248Cm(15N,4n)259Lr]
應用領域
由于只人工合成了少量的鐒,除了基礎科學研究之外,沒有其他任何用途。
生物學作用
鐒具有輻射危害,處理元素鐒時必須在設計為含有放射性物質的專用設施中進行。儲存時應儲存在襯鉛容器中,以盡量減少輻射暴露。暫未查到相關生物學作用。
參考資料 >
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