(Nobelium)位于元素周期表第七周期,III B族,是一種人造元素,元素符號為No,原子序數為102。锘是系元素中具有放射性的超金屬元素,化合價主要是+2和+3價。锘的制備方法是利用加速的16O離子照射241Pu。锘有14種同位素和8種核異構體,質量數在248-262之間,半衰期最長的為259No。
1957年7月9日,瑞典斯德哥爾摩的諾貝爾物理研究所聲稱用碳-13轟擊鋦244得到了102號元素的兩種同位素,命名為nobelium,元素符號定為No。但不久后被證實并未成功制得锘元素。1957年秋,杜布納核聯合研究所的核反應工作室的物理學家費廖洛夫(Flerov)等人利用加速的16O離子照射241Pu,得到了102號元素,并將其命名為Joliotium,引發了名稱上的爭議。1977年8月30日,聯合會作出說明,維持102號元素名為nobelium。
歷史發展
早期探索
圍繞锘元素的發現,發生了一連串事件,“是誰發現了第102號元素”這個問題一直爭論了幾十年。最早宣稱這一發現的是在1956年,莫斯科一支科研團隊借助新開發的重離子束技術,用氧-16轟擊钚241,可能獲得了第102號元素。當時是準備用“Joliotium”(Jo)來命名,以此紀念1935年諾貝爾化學獎得主伊倫·約里奧·瑪麗·居里,也就是鐳之母·居里夫人。但他們的早期數據并不足以作為102號元素確切存在的證據,因此102號元素被發現的結論也沒有被廣泛傳播,準備選用的名字也不了了之了。
合成探索
1957年7月9日,瑞典斯德哥爾摩的諾貝爾物理研究所聲稱用碳-13轟擊鋦244得到了102號元素的兩種同位素,并提議用“nobelium”命名該元素,元素符號定為No,中國將其譯為锘。但這份報告中的數據引起了美國勞倫斯伯克利實驗室超重元素小組的注意。1958年,格倫·西博格(Glenn T. Seaborg)和吉奧索(Albert Ghiorso)領導的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實際上是no(沒有)。
同時,1957年秋,杜布納核聯合研究所的核反應工作室的物理學家費廖洛夫(Flerov)等人利用加速的16O離子照射241Pu,得到了102號元素,并將之命名為"joliotium",以紀念法國核物理學家讓·約里奧-居里(F.Jolit-Curie)夫婦。這一實驗不久被美國科學家用另外的實驗方法證實。1958年4月,吉奧索等人用12C離子照射246Cm,從產物中鑒定了254No的存在。
爭議
1959年,瑞典研究小組試圖解釋伯克利研究小組在1958年無法探測到102號元素的原因,并堅持認為他們確實發現了102號元素。然而,后來的研究表明,不存在半衰期超過3分鐘的輕于259No的同位素,瑞典團隊的結果最有可能來自-225。后來,瑞典團隊又撤回了自己的聲明。
到20世紀60年代初,當年的莫斯科小組搬到了新成立的杜布納聯合核子研究所,配備了新的加速器。1963年,杜布納的工作證實,在這個反應中可以產生254102,但它的半衰期實際上是50±10秒。他們懷疑伯克利團隊對锘同位素的半衰期鑒定不正確,甚至質疑國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)過于倉促地接受了锘的命名。伯克利團隊接到異議以后,迅速組織人力啟動了新的實驗重新查驗伯克利實驗的早期數據,最終證實,一些同位素的半衰期確實是錯的,修正后的數據與莫斯科小組測出的結果十分接近。
1967年,伯克利團隊試圖為他們的結果做出解釋,指出發現的同位素確實是250Fm,但半衰期測量的同位素并不是250Fm,而是由更豐富的鋦-244產生的-244。能量差異隨后被歸因于“分辨率和漂移問題”。1977年的實驗表明,252No確實有2.3s的半衰期。然而,1973年的工作還表明,250Fm也可以很容易地從異構體250mFm的轉變中產生。因此,該實驗中可能實際上沒有產生锘。由此,莫斯科小組提議,將102號元素的命名改回為“Joliotium(Jo)”,但是沒有被批準。
確認命名
一直爭論到20世紀90年代初期,幾個超重元素命名上的爭議推動了IUPAC(國際純粹化學和應用化學聯合會)重新評估超元素的發現。最終認定最先發現102號元素锘的是莫斯科小組,也就是后來成立的杜布納團隊,因為他們在1966年發布了兩份有關102號元素的檢測報告。1977年8月30日,IUPAC作出說明,維持102號元素名為nobelium,但是伯克利團隊也一直堅持自己的看法,并指責IUPAC的這種做法不合規矩,不應該在事后來回溯锘的首次發現者。
結構
锘是一種超重元素,最穩定同位素259No的原子核中包含102個質子和157個中子。锘原子的電子構型為[Rn]5f147s2,電子排布式為:1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f146s26p67s2。锘原子的外層電子構型是5f147s2,當形成化合物時,由于5f14結構的特殊穩定性,锘傾向于失去7s軌道的兩個電子,形成+2價的氧化態,但也可以失去三個電子形成5f13的外層電子結構。
理化性質
物理性質
目前還沒有制得可稱量的锘,因此有關锘的物理性質僅有一些預測的性質。锘的熔點預計為827℃,升華為126kJ/摩爾。锘原子的極化率為17.5(精度25%),原子半徑為2.46埃,共價半徑1.76埃,預計其密度約為 9.9g/cm3。鮑林標度下的電負性為1.3。锘原子的第一電離能為6.65eV,在298K下的離子生成焓為642KJ/mol。
化學性質
因為锘的產量很少,所以它與空氣、水、鹵素、酸或堿的反應尚未為人所知。據估計,锘在空氣中的分子結構與反應活性應與在元素周期表中緊靠在锘上方的鉺相似。用痕量的锘-255經實驗表明,锘在水溶液中呈+2和+3氧化態。其+2氧化態很穩定。因此,在無氧化劑或還原劑存在時,其在水溶液中主要呈現+2價,化學性質與堿土金屬相似。Ce(Ⅳ)能將其氧化為+3價,因此在Ce(Ⅳ)存在時,No才具有+3的典型鑭系元素的性質。No可被馬拉普拉德高碘酸鹽氧化反應、過硫酸鹽、碘酸鹽或硝酸鹽氧化。噻吩甲酰三丙(TTA)-甲基異丁基酮溶液(pH2~3)可萃取No。
同位素
截止2023年,人們已經制備出了14種锘的同位素和8種锘的核異構體,質量數在248-264之間,它們的衰變特性屬于典型的偶質子數元素,大部分No的同位素都是α放射體。從化學研究角度上而言,最重要的是半衰期為3分鐘的255No核半衰期為58min的259No,因為二者半衰期長,可以對其進行示蹤量的化學研究。
制備方法
利用加速的13C照射244Cm反應生成253No和251No,推測的核反應式如下:
或
費廖洛夫利用如下圖所示的裝置,將用電解法使其附著在極薄的箔上作為核靶,高速的16O離子與241Pu靶碰撞后形成復合核,落入反沖核捕集器中。捕集器周期性地向照相底片移動,這種底片對α粒子具有很高的靈敏度。得到254No的核反應式如下:
和
255锘則通過244Pu與16O發生核反應,并釋放出5個中子制得:
安全事宜
锘是一種人造元素,不存在于自然界中,沒有生物作用,所以通常不存在危險。但是若某地積聚了足夠的锘,它就會導致放射性危害。
參考資料 >
Nobelium | No (Element) - PubChem.Pubchem.2023-12-03
102號元素.皇家化學協會官網.2023-11-18