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鐒   103Lr
氫(非金屬) 氦(惰性氣體)
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(Upp)
𬬻
外觀
银色(预测)[1]
概況
名稱·符號·序數鐒(Lawrencium)·Lr·103
元素類別锕系元素
有时候被认为是过渡金属
·週期·不適用 ·7·d
標準原子質量[266]
电子排布[Rn] 5f14 7s2 7p1
2, 8, 18, 32, 32, 8, 3
鐒的电子層(2, 8, 18, 32, 32, 8, 3)
歷史
發現劳伦斯伯克利国家实验室杜布纳联合原子核研究所(1961–1971年)
物理性質
物態固体(预测)
熔点1900 K,1627 °C,2961 °F
蒸氣壓
原子性質
氧化态3
电离能第一:478.6 kJ·mol−1

第二:1428.0 kJ·mol−1

第三:2219.1 kJ·mol−1
雜項
晶体结构六方密堆积
(预测)[2]
CAS号22537-19-5
最穩定同位素
主条目:鐒的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
266Lr syn 11 h SF -
262Lr syn 3.6 h ε 262No
261Lr syn 44 min SF/ε? -
260Lr syn 2.7 min α 8.04 256Md
259Lr syn 6.2 s 78% α 8.44 255Md
22% SF -
256Lr syn 27 s α 8.62,8.52,8.32... 252Md
255Lr syn 21.5 s α 8.43,8.37 251Md
254Lr syn 13 s 78% α 8.46,8.41 250Md
22% ε 254No

拼音lǎo注音ㄌㄠˇ粤拼lou4;英語:Lawrencium),是一種放射性人工合成化學元素,其化學符號Lr原子序數为103,属于锕系元素。在週期表中位於第7周期3族過渡金屬之一。其原子量約為263amu,由轰击合成,名称来自美国物理学家欧内斯特·劳伦斯[4]

铹的半衰期很短,当中以铹-266的半衰期最长,有11小時。

概述[编辑]

A graphic depiction of a nuclear fusion reaction
核聚变反应的图形描述。两个原子核融合成一个,并发射出一个中子。在这一刻,这个反应和用来创造新元素的反应是相似的,唯一可能的区别是它有时会释放几个中子,或者根本不释放中子。
外部视频链接
video icon 基于澳大利亚国立大学的计算,核聚变未成功的可视化[5]

一个超重元素[a]原子核是在两个不同大小的原子核[b]的聚变中产生的。粗略地说,两个原子核的质量之差越大,两者发生反应的可能性就越大。[11]由较重原子核组成的物质会做成靶子,它会被较轻原子核的粒子束轰击。两个原子核只能在距离足够近的时候,才能核聚变成一个原子核。通常,原子核(全部都有正电荷)会因为静电排斥而相互排斥。只有两个原子核的距离足够短时,强核力才能克服这个排斥力。粒子束因此被粒子加速器大大加速,以使这种排斥力与粒子束的速度相比变得微不足道。[12]只是靠的足够近不足以使两个原子核聚变。当两个原子核逼近彼此时,它们通常会在一起约10−20秒,然后裂变(产物不需要和反应物相同),而不是形成一个单独的原子核。[12][13]如果聚变发生了,两个原子核产生的一个原子核会处于激发态[14],它被称为复合原子核英语compound nucleus,非常不稳定。[12]为了达到更稳定的状态,这个暂时存在的原子核可能会直接核裂变[15]或是放出一些带走激发能量的中子。如果中子不足以带走这些激发能量,复合原子核就会放出γ射线。这个过程会在原子核碰撞后的10−16秒发生,并创造出更稳定的原子核。[15]联合工作团队英语IUPAC/IUPAP Joint Working Party(JWP)定义,一个化学元素的原子核只有10−14秒内不进行放射性衰变,才能被识别出来。这个值大约是一个原子核得到它的外层电子,显示其化学性质所需的时间。[16][c]

粒子束穿过目标后,会到达下一个腔室——分离室。如果反应产生了一个新的原子核,它就会被这个粒子束携带。[18]在分离室中,新产生的原子核会从其它核素(原本的粒子束和其它反应产物)中分离,[d]并转移到半导体探测器英语Semiconductor detector中,在这里停止原子核。这时标记撞击探测器的确切位置、能量和到达时间。[18]这个转移需要10−6秒的时间。也就是说,这个原子核需要存活这么长的时间才能被检测到。[21]衰变被记录后,这个原子核被再次记录,并测量位置、衰变能量和衰变时间。[18]

原子核的稳定性源自于强核力。然而,强核力的作用距离很短,随着原子核越来越大,强核力对最外层的核子质子和中子)的影响减弱。同时,原子核会被质子之间,范围不受限制的静电排斥力撕裂。[22]超重元素[23]的主要衰变方式——α衰变自发裂变都是这种排斥引起的。[e]α衰变由发射出去的α粒子记录,在实际衰变之前很容易确定衰变产物。如果这样的衰变或一系列连续衰变产生了一个已知的原子核,则可以很容易地确定反应的原始产物。[f](衰变链中的所有衰变确实彼此相关,因为这些衰变的位置确定的,它们必须在同一个地方。)[18] 已知的原子核可以通过它经历的衰变的特定特征来识别,例如衰变能量(或更具体地说,发射粒子的动能)。[g]然而,自发裂变会产生各种分裂产物,因此无法从其分裂产物确定原始核素。[h]

因此,旨在合成超重元素的物理学家可以获得的信息是探测器收集到的信息:粒子到达探测器的位置、能量和时间,以及粒子衰变的信息。物理学家分析了这些数据并试图得出结论,它确实是由一种新元素引起的,不可能是由与声称的核素不同的核素引起的。通常,如果提供的数据不足以得出一个新元素确实是被创造出来的结论,并且对观察到的影响没有其他解释,就可能在解释数据时出现错误。[i]

发现[编辑]

1961年在美国加利福尼亚伯克利劳伦斯放射实验室中,由阿伯特·吉奧索西克兰(T.Sikkeland)、拉希(A.E.Larsh)等人发现。元素符号为Lw,后来改为Lr。

鑒於國際上对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日重新审定、公佈101至109號元素的中文命名,其中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」)、「铹」(音同「勞」)。[35][36]

制备与提纯[编辑]

最轻的(251Lr到254Lr)和最重的(264Lr到266Lr)铹同位素只能由𬭊Z = 105)的同位素通过α衰变产生,而质量处于中等的同位素(255Lr到262Lr)都可以通过用轻原子核(从)轰击锕系元素(从)所制得,其中两个最重要的同位素256Lr和260Lr就属于中等质量同位素的范围之中。256Lr可通过用70MeV的-11原子核轰击-249所制得(产物为铹-256和四个中子),而260Lr可通过用-18原子核轰击-249所制得(产物为铹-260,一个α粒子和三个中子)。[37]

由于256Lr和260Lr的半衰期都很短,不容易进行完整的化学提纯,所以早期实验中提纯256Lr都是通过快速溶剂萃取进行的。其中,螯合剂噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)溶解在甲基异丁酮(MIBK)中作为有机相,醋酸缓冲溶液作为水相。之后,带有不同电荷(+2、+3或+4)的离子会在不同的pH范围内分别被萃取到有机相中。但这种方法不会分离出三价的锕系元素,所以必须通过256Lr衰变所释放的8.24MeV的α粒子进行识别。[37]最近的方法是通过α-羟基异丁酸(α-HIB)进行快速选择性洗脱,以在充分的时间内分离出寿命较长的260Lr,该同位素可以用0.05M盐酸从捕集器中除去。[37]

注释[编辑]

  1. ^ 核物理学中,如果一个元素有高原子序,就可以被称为重元素。82号元素就是一个重元素的例子。“超重元素”这一词通常指原子序大于103的元素(尽管也有其它的定义,例如原子序大于100[6]或112。[7]有时,这一词和锕系后元素是同义词,将超重元素的上限定在还未发现的超锕系元素的开始。)[8](那个元素的)“超重同位素”和“超重核素”顾名思义——分别是(那个元素的)高质量同位素和有高质量的核素。
  2. ^ 2009年,一个由尤里·奥加涅相引领的团队在JINR发表了他们通过对称的136Xe + 136Xe反应,尝试合成钅黑的结果。他们未能在这个反应中观察到单个原子,因此对截面设置了上限,即核反应概率的度量为2.5 pb[9]作为比较,发现钅黑的反应208Pb + 58Fe的截面约为20 pb(进一步来说,为19+19
    -11
     pb),符合发现者的预测。[10]
  3. ^ 这个值也标志着普遍接受的复合原子核寿命上限。[17]
  4. ^ 这种分离是基于产生的原子核会比未反应的粒子束更慢地通过目标。分离器中包含电场和磁场,它们对运动粒子的影响会因粒子的特定速度而被抵消。[19]飞行时间质谱法英语Time-of-flight mass spectrometry和反冲能量的测量也有助于这种分离,两者结合可以估计原子核的质量。[20]
  5. ^ 不是所有放射性衰变都是因为静电排斥力导致的。举个例子,β衰变弱核力导致的。[24]
  6. ^ 由于原子核的质量不是直接测量的,而是根据另一个原子核的质量计算得出的,因此这种测量称为间接测量。直接测量也是有可能的,但在大多数情况下,它们仍然无法用于超重原子核。[25]2018年,LBNL首次直接测量了超重原子核的质量,[26]它的质量是根据转移后原子核的位置确定的(位置有助于确定其轨迹,这与原子核的质荷比有关,因为转移是在有磁铁的情况下完成的)。[27]
  7. ^ 如果在真空中发生衰变,那么由于孤立系统在衰变前后的总动量必须保持守恒,衰变产物也将获得很小的速度。这两个速度的比值以及相应的动能比值与两个质量的比值成反比。衰变能量等于α粒子和衰变产物的已知动能之和。[28]这些计算也适用于实验,但不同之处在于原子核在衰变后不会移动,因为它与探测器相连。
  8. ^ 自发裂变是由苏联科学家格奥尔基·弗廖罗夫发现的。[29]LBL的科学家们认为自发裂变的信息不足以声称合成元素。他们认为对自发裂变的研究还不够充分,无法将其用于识别新元素,因为很难确定复合原子核是不是仅喷射中子,而不是质子或α粒子等带电粒子。[17]因此,他们更喜欢通过连续的α衰变将新的同位素与已知的同位素联系起来。[29]
  9. ^ 举个例子,1957年,元素102在瑞典斯德哥尔摩省斯德哥尔摩的诺贝尔物理研究所被错误地鉴定。[30]早先没有关于该元素发现的明确声明,所以由它的瑞典、美国和英国发现者命名为nobelium。后来证明这个元素的鉴定是错误的。[31]第二年,RL无法重现瑞典的结果,而是宣布他们合成了该元素,这一说法后来也被驳回。[31] JINR坚持认为他们是第一个发现该元素的人,并为新元素建议命名为joliotium[32]而这个名称也没有被接受(JINR后来认为元素102的命名是仓促的)。[33]这个名称是在IUPAC对元素发现优先权的裁决的书面答复中提出的,该裁决于1992年9月29日签署。[33]但由于其广泛使用,“nobelium”这个名称仍然保持不变。[34]

參考資料[编辑]

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  2. ^ Östlin, A.; Vitos, L. First-principles calculation of the structural stability of 6d transition metals. Physical Review B. 2011, 84 (11). Bibcode:2011PhRvB..84k3104O. doi:10.1103/PhysRevB.84.113104. 
  3. ^ http://cen.acs.org/articles/93/i15/Lawrencium-Ionization-Energy-Measured.html?cq_ck=1428631698138
  4. ^ 100 Years of Scholarship. Cal Alumni. [August 24, 2013]. 
  5. ^ Wakhle, A.; Simenel, C.; Hinde, D. J.; 等. Simenel, C.; Gomes, P. R. S.; Hinde, D. J.; 等 , 编. Comparing Experimental and Theoretical Quasifission Mass Angle Distributions. European Physical Journal Web of Conferences. 2015, 86: 00061. ISSN 2100-014X. doi:10.1051/epjconf/20158600061可免费查阅. 
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  12. ^ 12.0 12.1 12.2 Ivanov, D. Сверхтяжелые шаги в неизвестное [Superheavy steps into the unknown]. nplus1.ru. 2019 [2020-02-02] (俄语). 
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  19. ^ Hoffman, Ghiorso & Seaborg 2000,第334頁.
  20. ^ Hoffman, Ghiorso & Seaborg 2000,第335頁.
  21. ^ Zagrebaev, Karpov & Greiner 2013,第3頁.
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  24. ^ Beiser 2003,第439頁.
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  28. ^ Beiser 2003,第433頁.
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  31. ^ 31.0 31.1 Kragh 2018,第38–39頁.
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外部連結[编辑]