钷

钷
61Pm
- ↑ 钷 ↓ 錼 元素周期表 钕 ← 钷 → 钐
外观
金属光泽
概况
名称 · 符号 · 序数	钷 · Pm · 61
元素类别	镧系元素
族 · 週期 · 区	n/a · 6 · f
标准原子质量	[145]
电子排布	[氙] 6s2 4f5 2, 8, 18, 23, 8, 2
历史
发现	吳健雄, 埃米利奧·塞格雷, 漢斯·貝特（1942年）
首次得到单质	Charles D. Coryell, Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin, Harold G. Richter（1945年）
命名	Grace Mary Coryell（1945年）
物理性质
状态	固态
密度（接近室温）	7.26 g·cm−3
熔点	1315 K，1042 °C，1908 °F
沸点	3273 K，3000 °C，5432 °F
熔化热	7.13 kJ·mol−1
汽化热	289 kJ·mol−1
原子性质
氧化态	3 (弱硷性)
电负性	? 1.13（鲍林标度）
电离能	第一：540 kJ·mol−1
	第二：1050 kJ·mol−1
	第三：2150 kJ·mol−1
原子半径	183 pm
共价半径	199 pm
杂项
晶体结构	六方晶格
磁序	顺磁性
电阻率	(r.t.) est. 0.75 µΩ·m
热导率	17.9 W·m−1·K−1
膨胀系数	(r.t.) (α, 晶体) est. 11 µm/(m·K)
杨氏模量	(α 式) est. 46 GPa
剪切模量	(α 式) est. 18 GPa
体积模量	(α 式) est. 33 GPa
泊松比	(α 式) est. 0.28
CAS号	7440-12-2
最稳定同位素
主条目：钷的同位素
同位素 丰度 半衰期 DM DE（MeV） DP 145Pm 人造 17.7 年 ε 0.163 145Nd 146Pm 人造 5.53 年 ε 1.472 146Nd β− 1.542 146Sm 147Pm 微量 2.6234 年 β−衰变 0.224 147Sm

钷是一个化学元素，化学符号是Pm，原子序是61，属于镧系元素，也是稀土元素之一。它所有同位素原子核的活動都非常活躍，所以都帶有放射性。 在原子序82号(鉛)以前只有两个元素没有稳定的同位素，一个是鉕，另一个是锝。在化學上，钷是一種鑭系元素，所以它可以形成鹽。它與其他元素相結合形成鹽時，會呈現一個穩定的氧化態為+3，但是也有少數+2化合物可能会存在。

在1902年時，博胡斯拉夫布勞納预测有一個元素本身的特質會位在當時已知的釹（60）和釤（62）之間，而在1914年，亨利·莫塞萊測定當時所有已知元素的原子序，却發現沒有任何元素的原子序是61。

1926年，兩個義大利佛羅倫薩的化學家声称他們發現了第61號元素，將其命名為Florentium(中文譯作鉘)；同年，也一批美國伊利諾大學的化學家亦宣布61號元素的發現，將其命名為Illinium(中文譯作鉯)，但這兩個發現都被證實是錯誤的。 1938年，在俄亥俄州立大學（Ohio State University）進行的核試驗過程中，產生了一些放射性元素，而确定不是釹或釤的放射性同位素，但因缺乏化學上的證據證明那是61號元素，所以發現并沒有得到普遍的認可。鉕第一次发现是由美國橡樹嶺國家實驗室在1945年分析在石墨反應堆中鈾燃料的辐射裂變產物。發現者提出的名稱為“prometheum”（後來改變為promethium），來自普羅米修斯，在希臘神話中誰偷走了火，從奧林匹斯山帶给人類，以象徵“大膽”以及“钷的製造可能是人類智慧的誤用”。第一件钷的金屬樣本於1963年被制造出來。 钷在1945年才由铀矿的衰变物中真正被发现。由於它所有同位素都带有放射性，半衰期最长只有17.7年，故常以人工合成的方法制得。

自然钷有兩個可能的來源：銪-151的衰變（產生钷-147），和鈾（產生各種同位素）。关于實際的應用，虽然钷-145是最穩定的钷同位素，但只有钷-147的化合物有实际运用，它用於夜光漆，原子電池和厚度測量裝置。由於自然钷是非常稀有的，常用的方法是用熱中子轟擊鈾-235（濃縮鈾）来產生钷-147。

性質

物理性質

一個钷原子中有61個電子，电子组态[Xe]4f⁵6s²。在形成的化合物時，會失去了它最外層的電子以及一個4f殼層電子，成為一個開放的子層。鉕的原子半徑在所有的鑭系元素中是第三大的, 只稍微比相鄰的元素大一點。 钷的特性介於釹和釤的之間。例如熔點,前三個電離能比釹大但比釤少。至於沸點, 離子（Pm³⁺）和單原子氣體的標準形成熱比釤大但比釹少。钷具有雙六方晶系密堆積（DHCP）結構,硬度63 kg/mm2。加熱至890℃時,会从常溫的α形式轉換成β形式（體心立方（bcc））。

化學特性和化合物

钷屬於的鈰組的鑭系元素，在化學上是非常相似的相鄰元素。由於它的不穩定性，钷的化學研究是不完整的。即使一少部分的化合物已被合成的，但它們沒有充分研究; 一般，它們往往是粉紅色或紅色。將共與含有Pm3+離子的酸與氨反應, 會得出一個膠凝狀光-棕色的沉澱物( Pm(OH)3 ),它是不溶於水的氫氧化物沉澱物。當溶解在鹽酸中，一種水溶性的黃色的鹽(PmCl3)產生。同樣地，當溶解在硝酸中，Pm(NO3)3產生。後者有良好的水溶性，在乾燥時，形成粉紅色晶體，類似的 Nd(NO3)₃，PM3+的電子組態為[Xe]4F4，典離子的顏色是粉紅色的。基態的符號是514。硫酸鹽是微溶於水，像其他的銫組硫酸鹽。以晶胞參數計算其八水氫氧化鋇, 它們導致得出如下結論Pm2的（SO4）3.8 H2O的密度是2.86 G/CM3。草酸，Pm2(C2O4)3•10 H2O，具有最低的所有鑭系元素草酸鹽的溶解度。 與硝酸鹽不同的是氧化物是類似對應的釤鹽，而不是釹鹽。所合成的，例如通過加熱的草酸鹽，它是一種白色或薰衣草色的粉末，為不規則之結構。這些粉末要加熱到600℃就會結晶。繼續加熱至 800 °C之後加熱至 1750 °C將其轉換到單斜晶和六方晶相(不可逆)，最後兩個階段可以分別通過調整加熱時間和溫度而相互轉換。

化學式	形式	空間群	No	皮爾遜符號	a (pm)	b (pm)	c (pm)	Z	密度, g/cm3
α-Pm	dhcp	P63/mmc	194	hP4	365	365	1165	4	7.26
β-Pm	bcc	Fm3m	225	cF4	410	410	410	4	6.99
Pm2O3	cubic	Ia3	206	cI80	1099	1099	1099	16	6.77
Pm2O3	monoclinic	C2/m	12	mS30	1422	365	891	6	7.40
Pm2O3	hexagonal	P3m1	164	hP5	380.2	380.2	595.4	1	7.53

钷形成只有一個穩定的氧化態,+3,這是按照鑭系元素而形成的離子形式。根據其在週期表中的位置，不能預期的元素會以+4還是+2的氧化態出現。利用強的氧化劑或還原劑與含有Pm3+的化合物化應, 從而表明離子不容易被氧化或減少。

钷的鹵化物

化學式	顏色	配位數	對稱性	空間群	No	皮爾遜符號	m.p. (°C)
PmF3	粉紫色	11	六方晶	P3c1	165	hP24	1338
PmCl3	薰衣草色	9	六方晶	P63/mc	176	hP8	655
PmBr3	紅色	8	斜方晶	Cmcm	63	oS16	624
α-PmI3	紅色	8	斜方晶	Cmcm	63	oS16	α→β
β-PmI3	紅色	6	菱面體	R3	148	hR24	695

同位素

钷是唯一的鑭系元素和僅有的兩個元素在首82之間，沒有穩定的（或什至長壽命）的同位素之一，這是一個很少發生的液滴模型和穩定性的相鄰元素的同位素的結果;也是最穩定的第84的元素,衰變產物主要是釹和釤同位素（钷-146衰變兩種,輕同位素釹通常通過正電子衰變從而獲得電子,較重的同位素釤通過β衰變。)。钷核異構體可能衰減到其他钷同位素和一種同位素（145Pm）,一種非常罕見鐠的α衰變模式。 最穩定的元素是是钷-145的同位素,其有特定的活性的940次（35太貝可）/ g和半衰期為17.7年。因為它有84中子（2個超過82，這是一個對應於一穩定中子的組態），它可以發射的α粒子（其中有2個中子），以形成鐠-141與82的中子。因此，它是唯一钷從實驗觀察到的α衰變的同位素,其部分的α衰變的半衰期為大約是6.3×109年，145Pm細胞核以這種方式衰減的相對概率是2.8×10-7％。其他幾個Pm同位素（144Pm，146Pm，钷-147等）的也有正面α衰變的能量釋放;預測他們的α衰變會發生的但都沒有被觀察到。 該元素也有18個核的異構體，質量數為133〜142，144，148，149，152，和154（一些質量數有一個以上的異構體）。最穩定的是钷148m,有43.1天的半衰期; 這是比所有钷同位素的基態的半衰期長，除了钷-143~147（附註钷-148m有一個較比钷-148基態長的半衰期）。

發現

1934年，威拉德•利比發現在純釹裡的弱β活性，這是因為超過1012年的半衰期。近20年來,有人聲稱元素出現在自然釹的數量平衡,每克釹就有10-20克以下的钷。然而，這些意見都被新的調查否定了,因為七個釹同位素會自然產生,任何單一的的β衰變(可產生钷核素)被能源轉移禁止的。特別是仔細測量原子質量150Nd表示150Nd-150Pm 的質量差是負 (−87 keV),絕對防止單一的β衰變由150Nd衰變為150Pm。 自然銪的同位素有比其所有α潛能相加再加上一個α粒子的產物較大的質量, 因此他們（在實際上穩定）可能α衰變。在 Laboratori Nazionali del Gran Sasso的研究上發現銪-151實驗性衰變成钷-147的半衰期為5×1018年。它已被證明銪在地殼上有12克的含量。銪-153的α衰變還沒有被發現，理論計算其半衰期 很高(因為其低能量的衰減)，這個過程可能永遠不會被觀察到。 最後, 钷能夠在自然中產生(鈾238的自發性裂變產物)。只有微量可以在礦石發現; 瀝青鈾礦的樣本被發現含有少量钷。鈾在地殼上有560g的钷的含量。 钷已經在仙女座的HR465的光譜, HD101065和HD965的星被發現;由於钷同位素的半衰期很短，所以它們通常會在那些星的表面附近形成的。

歷史

元素61的搜索

1902年，捷克化學家博胡斯拉夫布勞納發現的所有相鄰的鑭系元素釹和釤之間的差異是最大的，作為結論，他建議有一個元素有它們之間的中間性質。這一預測在1914年由亨利•莫斯利所證實，同時他發現有幾個原子序並沒有相對應的元素,分別為43，61，72，75，85，87。隨著對元素表中族與族之間知識的差距, 所以開始進行預測地球和自然環境中的稀有元素。 第一個發表其發現的是來自佛羅倫薩，意大利的路易吉羅拉和洛倫佐•費爾南德斯。利用巴西礦物獨居石的分級結晶分離一硝酸鹽的稀土元素後,它們得到的溶液主要含有釤。此溶液得到一X-ray的光譜屬於釤和元素61。為了紀念他們的城市，他們命名的元素61“florentium的。該研究結果發表在1926年，但科學家們聲稱的實驗是在1924年。此外，在1926年，一組科學家從伊利諾伊大學Urbana-Champaign分校，史密斯霍普金斯和萊昂英特馬公佈的元素61的發現。他們把它命名為"illinium"。這些發現被指出是錯誤的,因為在所謂元素61的光譜上的線跟釹是相同的, 這些線被發現是一些雜質(鋇，鉻和鉑)組成的。 1934年，Josef Mattauch終於制定了“同量異位素的規則。其中一個對於這些規則的間接後果是元素61無法形成穩定的同位素。1938年，進行了核試驗的HB法等。在俄亥俄州立大學（Ohio State University）。產生一定的核素釹和釤的放射性同位素和的名稱為“cyclonium”的提出，但是有一個缺乏化學證明元素61的產生和發現沒有廣泛承認。

钷金屬的發現和製造

在1945年，钷第一次在美國橡樹嶺國家實驗室（當時的克林頓實驗室）被發現,由Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin and Charles D. Coryell分離及分析照射在石墨的鈾燃料的裂變產物。然而，因為在二戰期間忙於軍事有關的研究，他們並沒有公佈他們的發現，直到1947年。原建議的名稱是“clintonium”，然而，“prometheum”的建議是由發現者之一格雷斯的妻子瑪麗•科里爾命名的，這是來自普羅米修斯，希臘神話中的泰坦誰偷了火從奧林匹斯山，並把它降低到人類，象徵著“大膽的和人類的智力可能被濫用的。最後改為"promethium" ,這個名宇較接受其他金屬。

• 

  Jacob_A_Marinsky

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  Larry_E_Glendenin

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  Charles_D._Coryell

1963年，钷（III）氟化物用於製造钷金屬。從釤，釹，和镅的雜質純化而來, 在外坩堝創建真空中，化學品進行混合到產生钷金屬： PmF3+3]→PM+ 3 LIF 钷的產生是被用於測量的一些金屬的性質，如它的熔點。1963年，在橡樹嶺國家實驗室使用離子交換法，準備從核反應堆約10克的钷燃料加工廢棄物。到今天, 钷仍然從鈾裂變的副產品回收, 它也可以通過用中子轟擊146Nd而產生，將其通過β衰變(11天的半衰期)钷-147衰變為147Nd

生產

製造方法會因為不同的同位素而變化, 而只有钷-147是可知的, 因為它於工業應用上的同位素只有一個。钷-147由與熱中子轟擊鈾-235從而大量產生（與其他同位素相比）。 在60年代，橡樹嶺國家實驗室可以每一年產生650克的钷和是世界唯一的大型的生產設備。革蘭氏規模化生產钷在20世紀80年代初在美國已經停產，但可能會在2010年後於在高通量同位素反應堆恢復。目前，俄羅斯是唯一一個國家大量生產钷-147。

應用

大多數钷僅用於研究, 除钷-147外(可在實驗室之外的地方找到)。它是以氧化物或氯化物的形式得到。這種同位素不發射γ射線，並且它的輻射具有相對小的穿透深度和相對長的半衰期。 一些信號燈使用的夜光塗料，含有的磷，吸收钷-147發射的β射線和發出的光。這種同位素不會跟α發射一樣會引起磷光體老化，因此光發射可穩定幾年。這本來是鐳-226的"工作"但後來被钷-147和氚（氫-3）取代。钷優於氚可能是出於安全理由。 在原子電池，β粒子從钷-147發射出來,繼而轉為電流(由兩個半導體板之間夾一個小Pm來源),這些電池其使用壽命約五年。第一個钷系電池組裝和生成出現於1964年,生成的幾個毫瓦的功率從約2立方英寸的體積。 钷是用來評估從钷源穿過樣品的輻射量，也可用於測量的材料的厚度。未來它有可能使用在可攜式X射線源，並作為輔助太空探測器和衛星的熱源或動力源(雖然阿爾法放射钚-238已經是可與太空探索作有關的用途)。

注意事項

其他鑭系元素沒有生物的作用。钷-146可透過β衰變發射的X-射線，過程中對生命體構成危害。如果安全裝備做好(手套，鞋蓋，安全眼鏡),那與少量的钷-146作用是無害的。 現在還沒知道钷對人體器官有什麼害處, 有估計是可能會對人的骨組織有害。密封钷-146是沒有危險的。但是，如果包裝破損，那钷變得對環境和人類構成危險。如果發現放射性污染，受污染的地方應該用肥皂和水清洗。雖然钷主要影響皮膚，但皮膚是不會磨損。如果钷的發現洩漏，該地區應認定為危險，應立即疏散，並必須報警。

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外部链接

• 洛斯阿拉莫斯国家实验室
• EnvironmentalChemistry.com —— 钷（英文）