(Nobelium)位于元素周期表第七周期,III B族,是一种人造元素,元素符号为No,原子序数为102。锘是系元素中具有放射性的超金属元素,化合价主要是+2和+3价。锘的制备方法是利用加速的16O离子照射241Pu。锘有14种同位素和8种核异构体,质量数在248-262之间,半衰期最长的为259No。

1957年7月9日,瑞典斯德哥尔摩的诺贝尔物理研究所声称用碳-13轰击锔244得到了102号元素的两种同位素,命名为nobelium,元素符号定为No。但不久后被证实并未成功制得锘元素。1957年秋,杜布纳核联合研究所的核反应工作室的物理学家费廖洛夫(Flerov)等人利用加速的16O离子照射241Pu,得到了102号元素,并将其命名为Joliotium,引发了名称上的争议。1977年8月30日,联合会作出说明,维持102号元素名为nobelium。

历史发展

早期探索

围绕锘元素的发现,发生了一连串事件,“是谁发现了第102号元素”这个问题一直争论了几十年。最早宣称这一发现的是在1956年,莫斯科一支科研团队借助新开发的重离子束技术,用氧-16轰击钚241,可能获得了第102号元素。当时是准备用“Joliotium”(Jo)来命名,以此纪念1935年诺贝尔化学奖得主伊伦·约里奥·玛丽·居里,也就是镭之母·居里夫人。但他们的早期数据并不足以作为102号元素确切存在的证据,因此102号元素被发现的结论也没有被广泛传播,准备选用的名字也不了了之了。

合成探索

1957年7月9日,瑞典斯德哥尔摩的诺贝尔物理研究所声称用碳-13轰击锔244得到了102号元素的两种同位素,并提议用“nobelium”命名该元素,元素符号定为No,中国将其译为锘。但这份报告中的数据引起了美国劳伦斯伯克利实验室超重元素小组的注意。1958年,格伦·西博格(Glenn T. Seaborg)和吉奥索(Albert Ghiorso)领导的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实际上是no(没有)。

同时,1957年秋,杜布纳核联合研究所的核反应工作室的物理学家费廖洛夫(Flerov)等人利用加速的16O离子照射241Pu,得到了102号元素,并将之命名为"joliotium",以纪念法国核物理学家让·约里奥-居里(F.Jolit-Curie)夫妇。这一实验不久被美国科学家用另外的实验方法证实。1958年4月,吉奥索等人用12C离子照射246Cm,从产物中鉴定了254No的存在。

争议

1959年,瑞典研究小组试图解释伯克利研究小组在1958年无法探测到102号元素的原因,并坚持认为他们确实发现了102号元素。然而,后来的研究表明,不存在半衰期超过3分钟的轻于259No的同位素瑞典团队的结果最有可能来自-225。后来,瑞典团队又撤回了自己的声明。

到20世纪60年代初,当年的莫斯科小组搬到了新成立的杜布纳联合核子研究所,配备了新的加速器。1963年,杜布纳的工作证实,在这个反应中可以产生254102,但它的半衰期实际上是50±10秒。他们怀疑伯克利团队对锘同位素的半衰期鉴定不正确,甚至质疑国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)过于仓促地接受了锘的命名。伯克利团队接到异议以后,迅速组织人力启动了新的实验重新查验伯克利实验的早期数据,最终证实,一些同位素半衰期确实是错的,修正后的数据与莫斯科小组测出的结果十分接近。

1967年,伯克利团队试图为他们的结果做出解释,指出发现的同位素确实是250Fm,但半衰期测量的同位素并不是250Fm,而是由更丰富的锔-244产生的-244。能量差异随后被归因于“分辨率和漂移问题”。1977年的实验表明,252No确实有2.3s的半衰期。然而,1973年的工作还表明,250Fm也可以很容易地从异构体250mFm的转变中产生。因此,该实验中可能实际上没有产生锘。由此,莫斯科小组提议,将102号元素的命名改回为“Joliotium(Jo)”,但是没有被批准。

确认命名

一直争论到20世纪90年代初期,几个超重元素命名上的争议推动了IUPAC(国际纯粹化学应用化学联合会)重新评估超元素的发现。最终认定最先发现102号元素锘的是莫斯科小组,也就是后来成立的杜布纳团队,因为他们在1966年发布了两份有关102号元素的检测报告。1977年8月30日,IUPAC作出说明,维持102号元素名为nobelium,但是伯克利团队也一直坚持自己的看法,并指责IUPAC的这种做法不合规矩,不应该在事后来回溯锘的首次发现者。

结构

锘是一种超重元素,最稳定同位素259No的原子核中包含102个质子和157个中子。锘原子的电子构型为[Rn]5f147s2,电子排布式为:1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f146s26p67s2。锘原子的外层电子构型是5f147s2,当形成化合物时,由于5f14结构的特殊稳定性,锘倾向于失去7s轨道的两个电子,形成+2价的氧化态,但也可以失去三个电子形成5f13的外层电子结构。

理化性质

物理性质

目前还没有制得可称量的锘,因此有关锘的物理性质仅有一些预测的性质。锘的熔点预计为827℃,升华为126kJ/摩尔。锘原子的极化率为17.5(精度25%),原子半径为2.46埃,共价半径1.76埃,预计其密度约为 9.9g/cm3。鲍林标度下的电负性为1.3。锘原子的第一电离能为6.65eV,在298K下的离子生成焓为642KJ/mol。

化学性质

因为锘的产量很少,所以它与空气、水、卤素、的反应尚未为人所知。据估计,锘在空气中的分子结构与反应活性应与在元素周期表中紧靠在锘上方的相似。用痕量的锘-255经实验表明,锘在水溶液中呈+2和+3氧化态。其+2氧化态很稳定。因此,在无氧化剂还原剂存在时,其在水溶液中主要呈现+2价,化学性质与碱土金属相似。Ce(Ⅳ)能将其氧化为+3价,因此在Ce(Ⅳ)存在时,No才具有+3的典型镧系元素的性质。No可被马拉普拉德高碘酸盐氧化反应、过硫酸盐、碘酸盐硝酸盐氧化。噻吩甲酰三丙(TTA)-甲基异丁基酮溶液(pH2~3)可萃取No。

同位素

截止2023年,人们已经制备出了14种锘的同位素和8种锘的核异构体,质量数在248-264之间,它们的衰变特性属于典型的偶质子数元素,大部分No的同位素都是α放射体。从化学研究角度上而言,最重要的是半衰期为3分钟的255No核半衰期为58min的259No,因为二者半衰期长,可以对其进行示踪量的化学研究。

制备方法

利用加速的13C照射244Cm反应生成253No和251No,推测的核反应式如下:

费廖洛夫利用如下图所示的装置,将用电解法使其附着在极薄的箔上作为核靶,高速的16O离子与241Pu靶碰撞后形成复合核,落入反冲核捕集器中。捕集器周期性地向照相底片移动,这种底片对α粒子具有很高的灵敏度。得到254No的核反应式如下:

255锘则通过244Pu与16O发生核反应,并释放出5个中子制得:

安全事宜

锘是一种人造元素,不存在于自然界中,没有生物作用,所以通常不存在危险。但是若某地积聚了足够的锘,它就会导致放射性危害。

参考资料

Nobelium | No (Element) - PubChem.Pubchem.2023-12-03

102号元素.皇家化学协会官网.2023-11-18

..2023-12-16

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