(Lawrencium),
化学符号为Lr,是一种人工合成的
放射性元素,原子序数为103,属第七周期ⅢB族。铹呈固体状态,推测外观为银白色,
熔点约1627℃,铹是一个不稳定的元素。半衰期很短,其中以铹-266的半衰期最长,有约22±14小时。
铹元素在1961年由阿尔伯特.吉奥索领导的科学家小组发现,为了纪念
回旋加速器的发明者和伯克利辐射实验室奠基人——
欧内斯特·劳伦斯(E.O.Lawrence)而命名为“lawrencium”,最初化学符号为Lw,后修改为Lr,中文译为铹。
铹只能在
粒子加速器中通过轰击较轻元素产生,因此无法大量生产。也由于只人工合成了少量的铹,除了
基础科学研究之外,没有其他任何用途。
发现历史
早在1919年,
欧内斯特·卢瑟福用α粒子轰击氮,就使
氮变成了
氧,第一次实现了元素的人工转变。当时,由于α粒子的能量还不够大,因此没有能制造出更重的元素。到了30年代,
美国物理学家
欧内斯特·劳伦斯发明了
回旋加速器,使加速的粒子像炮弹那样去轰击
原子核,从而产生出新的原子核。首先,用轰击,制造出第一个人造元素,以后又制得了一个又一个人造元素。
理论推测
早在1923年N.Bohr曾经提出在
元素周期表的最后一部分重元素可能与系元素相似,存在着由15个元素组成的系元素。但是从当时已知的第七周期中一些天然放射性元素的外层
电子结构来看,它们的5f和6d电子的
能级是很相近的,因而很难肯定5f电子应在周期系中哪个元素开始出现。直至50年代,
格伦·西博格对新发现的各种超轴元素的
化学性质进行了深入的研究,发现随着原子序数从93增加至96,它们的
氧化数为+3价的特性愈益明显,于是提出了锕系理论,他认为与第六周期中的镧系元素相似,在第七周期中从89号元素至103号元素共15个元素也将组成锕系。随着元素的原子序数的增加而增加的
散逸层电子将逐步填充在5f“轨道”内。103号元素是
锕系金属的最后也是最重的一个。
早期探索
1958年,
加利福尼亚大学与
瑞典的诺贝尔研究所合作,用碳离子轰击锔,使锔这个本来只有96个
质子的
原子核一下子增加了6个质子,制得了极少量的102号元素。他们用“诺贝尔研究所”的名字来命名它,叫做“”。但是,同年,
美国的
格伦·西博格和吉奥索领导的研究小组重复了
斯德哥尔摩的实验,证明不能获得他们的结果,认为No实际是no(没有),所以他们的研究成果,一开始并没有得到人们的承认。直到几年以后,别人用另一种办法也制成了102号元素时,这才获得国际上的正式承认。1961年,
加利福尼亚州大学的科学家们着手制造103号元素。
发现历程
1961年,阿尔伯特.吉奥索领导的科学家小组利用
加利福尼亚大学的
重离子线性
加速器用硼-10和硼-11两种离子对的三种
同位素的
混合物进行轰击,靶重只有百万分之几克。发现的103号元素的第一种同位素。后来的实验表明,产生的
放射性同位素应是258103,具有一个更确切的半衰期为4.2s。
四年以后,
杜布纳小组进行了一次α反冲-挤奶试验,鉴定了103号元素的另一种同位素。顿湿兹、谢高洛夫(V.A,Shchegolev)和
欧马可夫(V.A.Ermakov)在1965年采用双反冲技术,鉴定了半衰期为45s的α发射体256103和它的第二代子体,即已知的252Fm,确定了103号元素的原子序数。
1965~1967年
苏联的弗廖罗夫(F.H.nepoB)用氧离子轰击,由
镅243(氧-18,5n)
核反应,也制得了103号元素。
第四种
同位素,是由
杜布纳小组制得的。以243Am(18O,4n)255Lr,反应生成了半衰期约为20秒的
放射性同位素259 Lr。
根据1971年在伯克利实验室的工作,确定了
质量数从255到260的铹的同位素的核性质。
元素的命名
103号元素发现的荣誉应由吉奥索及其同事分享。为了纪念
回旋加速器的发明者和伯克利辐射实验室奠基人——
欧内斯特·劳伦斯(E.O.Lawrence),吉奥索等人在报道他们初始实验结果时,建议103号元素以Lawrencium来命名(中文名为铹,
化学符号Lw)。后来命名被IUPAC命名委员会所接受,1963年,由发明者提议,化学符号由“Lw”改为“Lr”,使它与另外的语种,如俄文更一致,因为在俄文字母中没有字母W。
结构
铹是
元素周期表中第103号元素。元素符号为Lr,原子量260。属第七周期ⅢB族。是锕系的最后一个元素。外围
电子构型5f146d17s2。
理化性质
同位素
现已合成的铹的同位素共有16种,
质量数自251至266,大多为α发射体,个别也有电子俘获或
自发裂变的。寿命最长的同位素有263Lr,264 Lr,265 Lr和266Lr,详情如下表所示。
物理性质
铹呈固体状态,推测外观为银白色,
晶体结构为密排六方结构,如下图所示,是一种人工放射性的金属元素,能查询到的铹相关的物理性质参数如下表所示:
化学性质
就
锕系金属的化学性质而言,一种新的效应变得十分明显,即随着原子序数Z的增加,正的核电荷对
电子的影响增强,使它们的运动速度加快直至接近
光速,从而引起
相对论效应(relativistic effect)。由于球形的7s和7p轨道的稳定性以及6d和5f轨道的
不稳定性,
价电子被核电荷更有效地屏蔽。铹的电子构型:[Rn]5f147s27p1,在
水溶液中,铹的稳定价态是+3价的离子。未发现过有+2价存在的证据。由于其高度不稳定的性质,铹形成的化合物很少。已确认的化合物有三化铹(LrF3) 。
铹是一个不稳定的元素。半衰期很短,其中以铹-266的半衰期最长,由于只制造了少量的铹,它与空气、水、
卤族元素、酸碱的反应性是未知的,推测其行为类似于相邻元素和。
合成过程
铹只能在
粒子加速器中通过轰击较轻元素产生,因此无法大量生产。
方法一:用10B和11B离子轰击非同位素纯的锎靶(250Cf到252Cf)时,可生成铹。
方法二:用氧离子轰击同位素纯的243Am合成了两种α
放射性同位素,256Lr和257Lr。
同理,用碳离子轰击249Cf,[反应:249Cf(I2C,p2n)258Lr],用88MeV的氮离子轰击248Cm,[反应:248Cm(15N,5n)258Lr]和用
氟化物轰击244Pu[反应:244Pu(19F,5n)258Lr]都能生成258Lr,产额较高。用80MeV的氮离子轰击248Cm还生成一种半衰期为6.5秒的
放射性同位素,这是259Lr[反应,248Cm(15N,4n)259Lr]
应用领域
由于只人工合成了少量的铹,除了
基础科学研究之外,没有其他任何用途。
生物学作用
铹具有辐射危害,处理元素铹时必须在设计为含有放射性物质的专用设施中进行。储存时应储存在衬铅容器中,以尽量减少辐射暴露。暂未查到相关生物学作用。