钔(Mendelevium)是一个人工合成元素,元素符号为Md(曾为Mv),原子序号为101,是
锕系元素中具有放射性的超铀金属元素。
研究简史
钔的合成首次由阿伯特·吉奥索、格伦·西奥多·西博格、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。
决定可行性
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。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。
反冲技术
钔的合成使用了由阿伯特·吉奥索引入的反冲技术。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6∙10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。
纯化及离析
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。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。
发现时刻
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。
元素概述
元素来源
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。
名称由来
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 lvanovich mendeleyev)
元素描述
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
元素类型:金属
Main Md+3
Other Md+2
元素中文名称:钔
元素英文名称:Mendelevium
核电核数:101
所属周期:7
所属族数:IIIB
氧化物:
最高价氧化物:
密度:未知
熔点:未知
沸点:未知
颜色和状态:金属
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 KJ·mol-1
第一电离能: 6500 KJ·mol-1 第二
电离能: 0 KJ·mol-1 第三电离能: 0 KJ·mol-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
特性
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。
金属态
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。
溶液
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。
同位素
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 245.091
u(Md)到260.104 u(Md)。