鐒

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鐒   103Lr
氫（非金屬） 氦（惰性氣體）
鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體）
鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體）
鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體）
銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體）
銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體）
鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體）
鑥
↑
鐒
↓
(Upp)
鍩 ← 鐒 → 鑪
外觀
銀色(預測)[1]
概況
名稱·符號·序數 鐒（Lawrencium）·Lr·103
元素類別 錒系元素
有時候被認為是過渡金屬
族·週期·區 不適用 ·7·d
標準原子質量 [266]
電子排布 [Rn] 5f14 7s2 7p1
2, 8, 18, 32, 32, 8, 3
鐒的電子層（2, 8, 18, 32, 32, 8, 3）
歷史
發現 勞倫斯伯克利國家實驗室與杜布納聯合原子核研究所（1961–1971年）
物理性質
物態 固體(預測)
熔點 1900 K，1627 °C，2961 °F
蒸氣壓
原子性質
氧化態 3
電離能 第一：478.6 kJ·mol−1

第二：1428.0 kJ·mol−1

第三：2219.1 kJ·mol−1
雜項
晶體結構 六方密堆積
(預測)[2]
CAS號 22537-19-5
最穩定同位素
主條目：鐒的同位素
同位素 豐度 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

鐒（拼音：láo，注音：ㄌㄠˊ，粵拼：lou4；英語：Lawrencium），是一種人工合成的化學元素，其化學符號為Lr，原子序數為103，是第11個超鈾元素，也是最後一個錒系元素，有時也算作第七週期首個過渡金屬。鐒是一種極具放射性的金屬元素，其最長壽的同位素鐒-266的半衰期達11小時，不過壽命較短的鐒-260（半衰期2.7分鐘）反而較常使用於化學用途，因為它可以較大規模地生產。如同所有原子序超過100的元素（即超鐨元素，transfermium element），鐒無法通過中子捕獲生成，只能在粒子加速器中，由粒子撞擊較輕之元素生成。由於鐒無法大量生產且其所有同位素的半衰期都很短，在基礎科學研究之外沒有任何用途。

鐒是在1961年，由阿伯特·吉奧索等人在美國加利福尼亞柏克萊的勞倫斯放射實驗室中，利用硼轟擊鉲合成。其名稱來自美國物理學家歐內斯特·勞倫斯[4]。

化學實驗已証實了鐒的特性為鎦的較重同系物，具有+3氧化態。因此，它可以被歸類為第7週期的第一個過渡金屬。然而，鐒的電子組態為s2p構型而非其同系物鎦的s2d構型。這意味著鐒在元素週期表中的位置可能比預期的更具波動性。

原子序大於鐒的元素稱為超重元素，皆為壽命短暫、放射性極高的人工合成元素。

概述

參見：超重元素 § 概論
核融合圖示
核融合反應的圖示。兩個原子核融合成一個，並發射出一個中子。在這一刻，這個反應和用來創造新元素的反應是相似的，唯一可能的區別是它有時會釋放幾個中子，或者根本不釋放中子。
外部影片連結
video icon 基於澳大利亞國立大學的計算，核融合未成功的可視化[5]

超重元素[a]的原子核是在兩個不同大小的原子核[b]的聚變中產生的。粗略地說，兩個原子核的質量之差越大，兩者發生反應的可能性就越大。[11]由較重原子核組成的物質會作為靶子，被較輕原子核的粒子束轟擊。兩個原子核只能在距離足夠近的時候，才能聚變成一個原子核。原子核（全部都有正電荷）會因為靜電排斥而相互排斥，所以只有兩個原子核的距離足夠短時，強核力才能克服這個排斥力並發生聚變。粒子束因此被粒子加速器大大加速，以使這種排斥力與粒子束的速度相比變得微不足道。[12]不過，只是靠得足夠近不足以使兩個原子核融合：當兩個原子核逼近彼此時，它們通常會在一起約10−20秒後裂變（產物不需要和反應物相同），而非形成單獨的原子核。[12][13]如果聚變發生了，兩個原子核產生的一個原子核會處於激發態[14]，被稱為複合原子核，非常不穩定。[12]為了達到更穩定的狀態，這個暫時存在的原子核可能會直接核分裂，[15]或是放出一些帶走激發能量的中子。如果這些激發能量不足以使中子被放出，複合原子核就會放出γ射線。這個過程會在原子核碰撞後的10−16秒發生，並創造出更穩定的原子核。[15]聯合工作團隊（JWP）定義，化學元素的原子核只有10−14秒內不進行放射性衰變，才能被識別出來，這個值大約是原子核得到它的外層電子，顯示其化學性質所需的時間。[16][c]

粒子束穿過目標後，會到達下一個腔室——分離室。如果反應產生了新的原子核，它就會被這個粒子束攜帶。[18]在分離室中，新產生的原子核會從其它核素（原本的粒子束和其它反應產物）中分離，[d]並轉移到半導體探測器中，在這裡停止原子核。這時標記撞擊探測器的確切位置、能量和到達時間。[18]這個轉移需要10−6秒的時間，意即這個原子核需要存活這麼長的時間才能被檢測到。[21]衰變被記錄後，這個原子核被再次記錄，並測量位置、衰變能量和衰變時間。[18]

原子核的穩定性源自於強核力，但強核力的作用距離很短，隨著原子核越來越大，強核力對最外層的核子（質子和中子）的影響減弱。同時，原子核會被質子之間，範圍不受限制的靜電排斥力撕裂。[22]超重元素[23]的主要衰變方式——α衰變和自發裂變都是這種排斥引起的。[e]α衰變由發射出去的α粒子記錄，在實際衰變之前很容易確定衰變產物。如果這樣的衰變或一系列連續衰變產生了一個已知的原子核，則可以很容易地確定反應的原始產物。[f]（衰變鏈中的所有衰變都必須在同一個地方發生。）[18] 已知的原子核可以通過它經歷的衰變的特定特徵來識別，例如衰變能量（或更具體地說，發射粒子的動能）。[g]然而，自發裂變會產生各種分裂產物，因此無法從其分裂產物確定原始核素。[h]

嘗試合成超重元素的物理學家可以獲得的信息是探測器收集到的信息：粒子到達探測器的位置、能量和時間，以及粒子衰變的信息。物理學家分析這些數據並試圖得出結論，確認它確實是由新元素引起的，而非由不同的核素引起的。如果提供的數據不足以得出創造出來的核素確實是新元素的結論，並且對觀察到的影響沒有其他解釋，就可能在解釋數據時出現錯誤。[i]

歷史

1961年在美國加利福尼亞伯克利的勞倫斯放射實驗室中，由阿伯特·吉奧索、西克蘭（T.Sikkeland）、拉希（A.E.Larsh）等人發現。元素符號為Lw，後來改為Lr。

鑒於國際上對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日重新審定、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」）、「鐒」（音同「勞」）。[35][36]

同位素

鐒共有14種已知的同位素，質量數分別為251-262、264和266[37][38][39]，以及一個同核異構體鐒-253m。[37]鐒的同位素全部都具有放射性，半衰期都不及12小時，其中壽命最長的是鐒-266，半衰期約10小時[40]，但化學實驗中通常使用其他較易製得的短壽命同位素（如鐒-256和鐒-260），因為鐒-266只能作為更重、更難合成的𨧀-270的衰變產物生成，於2014年在鿬-294的衰變鏈中首次探測到。[41]首次對鐒的化學研究中使用的同位素是鐒-256（半衰期27秒），現在則大多使用壽命較長的鐒-260（半衰期2.7分鐘）。[37]除了以上三種同位素外，其他較長壽的鐒同位素包括鐒-262（半衰期3.6小時）、鐒-264（3小時）、鐒-261（44分鐘）和鐒-255（22秒）[37][42][43]，剩餘同位素的半衰期都小於20秒，其中壽命最短的是鐒-251，半衰期27毫秒。[39][42][43]

製備與提純

最輕的（251Lr到254Lr）和最重的（264Lr到266Lr）鐒同位素只能由105號元素𨧀的同位素發生α衰變產生，而質量處於中等的同位素（255Lr到262Lr，包括最重要的兩個鐒同位素256Lr和260Lr）都可以通過用輕原子核（從硼到氖）轟擊錒系元素（從鋂到鑀）來製得。256Lr可通過用70MeV的硼-11原子核轟擊鉲-249所製得（產物為鐒-256和四個中子），而260Lr可通過用氧-18原子核轟擊鉳-249所製得（產物為鐒-260、一個α粒子和三個中子）。[44]

由於256Lr和260Lr的半衰期都很短，不容易進行完整的化學提純，所以早期實驗中提純256Lr都是通過快速溶劑萃取進行的。其中，螯合劑噻吩甲醯三氟丙酮（TTA）溶解在甲基異丁酮（MIBK）中作為有機相，醋酸緩衝溶液作為水相。之後，帶有不同電荷（+2、+3或+4）的離子會在不同的pH範圍內分別被萃取到有機相中。但這種方法不會分離出三價的錒系元素，所以必須通過256Lr衰變所釋放的8.24MeV的α粒子進行識別。[44]最近的方法是通過α-羥基異丁酸（α-HIB）進行快速選擇性洗脫，以在充分的時間內分離出壽命較長的260Lr，該同位素可以用0.05M鹽酸從捕集器中除去。[44]

注釋

  1. ^ 在核物理學中，如果一個元素有高原子序，就可以被稱為重元素。82號元素鉛就是重元素的例子。「超重元素」這一詞通常指原子序大於103的元素（儘管也有其它的定義，例如原子序大於100[6]或112。[7]有時這一詞和錒系後元素是同義詞，將超重元素的上限定在還未發現的超錒系元素的開始。）[8]（那個元素的）「超重同位素」和「超重核素」顧名思義——分別是（那個元素的）高質量同位素和高質量的核素。
  2. ^ 2009年，由尤里·奧加涅相引領的團隊在JINR發表了他們通過對稱的136Xe + 136Xe反應，嘗試合成釒黑的結果。他們未能在這個反應中觀察到單個原子，因此對截面設置了上限，即核反應概率的度量為2.5 pb。[9]作為比較，發現釒黑的反應208Pb + 58Fe的截面約為20 pb（進一步來說，為19+19
    -11     pb），符合發現者的預測。[10]
  3. ^ 這個值也標誌著普遍接受的複合原子核壽命上限。[17]
  4. ^ 這種分離是基於產生的原子核會比未反應的粒子束更慢地通過目標。分離器中包含電場和磁場，它們對運動粒子的影響會因粒子的特定速度而被抵消。[19]飛行時間質譜法和反衝能量的測量也有助於這種分離，兩者結合可以估計原子核的質量。[20]
  5. ^ 不是所有放射性衰變都是因為靜電排斥力導致的。舉個例子，β衰變是弱核力導致的。[24]
  6. ^ 由於原子核的質量不是直接測量的，而是根據另一個原子核的質量計算得出的，因此這種測量稱為間接測量。直接測量也是有可能的，但在大多數情況下，它們仍然無法用於超重原子核。[25]2018年，LBNL首次直接測量了超重原子核的質量，[26]它的質量是根據轉移後原子核的位置確定的（位置有助於確定其軌跡，這與原子核的質荷比有關，因為轉移是在有磁鐵的情況下完成的）。[27]
  7. ^ 如果在真空中發生衰變，那麼由於孤立系統在衰變前後的總動量必須保持守恆，衰變產物也將獲得很小的速度。這兩個速度的比值以及相應的動能比值與兩個質量的比值成反比。衰變能量等於α粒子和衰變產物的已知動能之和。[28]這些計算也適用於實驗，但不同之處在於原子核在衰變後不會移動，因為它與探測器相連。
  8. ^ 自發裂變是由蘇聯科學家格奧爾基·弗廖羅夫發現的。[29]LBL的科學家們認為自發裂變的信息不足以聲稱合成元素，他們認為對自發裂變的研究還不夠充分，無法將其用於識別新元素，因為很難確定複合原子核是不是僅噴射中子，而不是質子或α粒子等帶電粒子。[17]因此他們更喜歡通過連續的α衰變將新的同位素與已知的同位素聯繫起來。[29]
  9. ^ 舉個例子，1957年，元素102在瑞典斯德哥爾摩省斯德哥爾摩的諾貝爾物理研究所被錯誤地鑑定。[30]早先沒有關於該元素發現的明確聲明，所以由它的瑞典、美國和英國發現者命名為nobelium。後來證明這個元素的鑑定是錯誤的。[31]第二年，RL無法重現瑞典的結果，而是宣布他們合成了該元素，這一說法後來也被駁回。[31] JINR堅持認為他們是第一個發現該元素的人，並為新元素建議命名為joliotium，[32]而這個名稱也沒有被接受（JINR後來認為元素102的命名是倉促的）。[33]這個名稱是在IUPAC對元素發現優先權的裁決的書面答覆中提出的，該裁決於1992年9月29日簽署。[33]但由於其廣泛使用，「nobelium」這個名稱仍然保持不變。[34]

參考資料

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外部連結