'(),是一種人工合成的化學元素,其化學符號为'(曾作Mv),原子序數为101。鍆屬於錒系元素及超鈾元素,在錒系元素排倒數第三位、在超鈾元素中排第九,是一種具強烈放射性的金屬元素。已知的鍆同位素共有16種,最穩定的是258Md,半衰期達51天;不過壽命較短的256Md(半衰期1.17小時)反而較常使用於化學用途,因為它可以較大量地生產。鍆是第一個不能以中子轟擊大量的較輕元素來製造的元素,只能以粒子加速器加速帶電粒子轟擊較輕元素來極少量地製成。
鍆是在1955年時,以α粒子撞擊鑀元素時發現的,至今仍是依同樣方法製造鍆。它的名稱Mendelevium得自元素周期表之父德米特里·伊萬諾維奇·門得列夫,國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)承認了這個名稱,符號Mv,到1963年改用Md。使用幾微克質量的鑀-253,每個小時就可以產出超過一百萬的鍆原子。由於鍆無法大量生產且其所有同位素的半衰期都很短,目前在科學研究之外沒有任何用途。
鍆的化學反應符合典型的重錒系元素,以+3氧化態較為常見,但亦可形成相當穩定的+2氧化態,且化學性質與其同类物銩相似。
歷史
鍆的合成首次由阿伯特·吉奧索、格倫·西奧多·西博格、Gregory R. Choppin、Bernard G. Harvey及(組長)在1955年初於加州大學伯克利分校成功進行。該團隊通過以α粒子撞擊253Es合成出了256Md(半衰期為87分鐘),反應在伯克利放射實驗室的60寸回旋加速器(256Md是以單個原子逐一合成出的第一個同位素)。元素101是第九個被合成的超鈾元素。鍆的首17個原子是用離子交換吸附洗脫法分離並分析的。過程當中,鍆的化學表現與鑭系元素銩相似,自然存在的銩是鍆的同類物。
由於國際上对104至107號元素名均存在較大分歧,全國科學技術名詞化學名詞審定委員會根據1997年8月27日IUPAC正式對101至109號元素的重新英文定名,於1998年7月8日公佈的101至109號元素重新审定的中文命名中,101號至103號元素仍使用原有的中文定名「鍆」(音同「門」)、「鍩」(音同「諾」)、「鐒」(音同「勞」)。
具體的發現
整個鍆的發現依據只建立在17顆原子上。合成反應中的撞擊目標鑀-253可以在愛達荷州阿科反應站的材料測試反應器中由較輕同位素的放射產生。該目標僅僅有109個放射性高的鑀-253原子(半衰期為20.5天)。在通過陽離子樹脂交換柱後,洗脫出的鍆得到分離及化學辨認。
253Es + 4He → 256Md + 1n。
純化及離析
從採集箔片上取下鍆原子時可使用酸浸蝕法或完全溶解薄金箔。鍆的純化和離析能夠通過幾種方式進行。從鑭系裂變產物中分離出化合價為3的錒系元素時,能夠使用陽離子樹脂交換柱,其中用鹽酸飽和的90%水10%乙醇溶液作為洗脫液。要從採集箔片上快速採下鍆,可以使用陰離子交換色譜法,其中用6M鹽酸作為洗脫液。金則會在鍆與其他錒系元素通過時留在柱子上。最後還需要從其他化合價為3的錒系元素中分離出Md3+。分離元素99(鑀)、100(鐨)和101(鍆)時,使用經過銨鹽處理的陽離子樹脂交換柱(陶瓦士50交換柱)。鍆在鐨之前一點洗脫出來,以此作出了鍆的化學識別。在一系列重復的試驗中,實驗團隊使用的洗脫液為α-羥基異丁酸(α-HIB)。若使用「氣體射流」的方法,則首兩步可以省略。用這一方法,可以在目標的幾十米以外在一秒以內採集並轉移個別產物原子。要有效地長距離轉移原子,需要在氣體射流中有較大的粒子(如氯化鉀噴霧)。在製造和分離鑀之後的元素時常使用這一方法。
另一個分離+3價錒系元素的方法是溶劑萃取色譜法,用二(2-乙基已基)膦酸為固定有機相,而HNO3為流動水溶相。錒系元素的洗脫順序與使用陽離子樹脂交換柱時相反。用這一方法的優點是,分離出來的鍆不含有機錯化劑,用樹脂交換柱分離的則有。缺點是,鍆要在鐨之後,到整個順序的後期才會洗脫。
溶液
在發現鍆之前,西博格和Katz預測其在水溶液中最穩定狀態的化合價應為3。因此,它的化學特性預計與其他3+價錒系元素及鑭系元素相似。在陽離子樹脂交換柱中,化合價為3的錒系元素中,鍆在鐨前一點洗脫出來,證明了該預測。之後還發現不溶於水的鍆氫氧化物和氟化物,與化合價為3的鑭系元素共同沈澱。該方法証實了鍆的化合價為3,且半徑小於鐨。利用經驗公式所預測的Md3+的離子半徑為0.0192 nm,配位數為6。再利用化合價為3的稀土元素的已知離子半徑,加上配位系數的對數和離子半徑之間的線性關係,預計Md3+的平均離子半徑為0.089 nm;而用實驗模型及玻恩-哈伯循環所計算的水化熱為– (3654 ± 12) kJ/mol。在具還原性的環境下,鍆表現出不尋常的化學特性。與BaSO4的共沈和使用HDEHP的溶劑萃取色譜實驗在不同的還原劑中進行。結果顯示,Md3+在水溶液中能夠容易還原為穩定的Md2+。在水加乙醇的溶劑中,鍆也可以還原為化合價為1的狀態。Md+和化合價為2的離子的共結晶是由於混合晶體的產生。Md+的離子半徑為0.117 nm。從Md3+到Md4+的氧化反應並未成功。
合成
最輕的幾個鍆同位素(244Md至247Md)主要是利用氬離子轟擊鉍靶合成的;較輕同位素(248Md至253Md)是利用較輕的碳和氮離子轟擊鈽和鋂靶合成的;較重同位素(254Md至258Md,包括幾個最穩定和實驗上最重要的同位素)是利用α粒子轟擊鑀同位素產生的,如253Es、254Es和255Es都可以使用。259Md只作為259No的衰變產物生成,而最重的260Md可以在254Es和18O間的轉移反應中生成。
實驗中最常用的同位素256Md通常是用α粒子轟擊253Es或254Es產生的,其中254Es是較佳的選擇,因為它具有更長的半衰期,可以更長時間地用作標靶。使用微克量(10-6克)的鑀,可以生產出飛克量(10-15克)的鍆-256。
毒性
雖然曾接觸過鍆的人寥寥無幾,但是國際放射防護委員會仍為鍆最穩定的同位素鍆-258提供了每年輻射劑量的建議。鍆-258的進食劑量限度為9×105 Bq(1 Bq相当於每秒一次衰變),吸入劑量限度為6000Bq。
注释
參考資料
延伸阅读
*
外部連結
*[http://periodic.lanl.gov/elements/101.html Los Alamos National Laboratory - Mendelevium]
*[http://education.jlab.org/itselemental/ele101.html It's Elemental - Mendelevium]
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