[科普中国]-钷

发现简史

发现人：马林茨基（J.A.Marinky）、格伦丁宁（L.E.Glendenin）和克里尔（C.Coryell） 发现年代：1945年

发现过程：1945年马林茨基、格伦丁宁和克里尔（C.Coryell），从裂变产物的残余物中分离制得2。

在1902年，Bohuslav Branner推测在元素周期表中应该有一个元素在钕和钐之间。他不知道的是这个元素的同位素是放射性的而且早已不存在了。他尝试发现它并提出了几种说法，但很明显都是错的。然而，微量的钷的确以核裂变的结果出现在铀矿石中，但总量少于矿石的每百万吨1微克。

在1939年，加州大学的60英寸回旋加速器用于制造钷，但它没有实现。最终61号元素于1945年由Jacob .A. Marinsky，Lawrence E. Glendenin和Charles D. Coryell在田纳西州的橡树岭生产出来了。他们使用离子交换色谱法从一个核反应堆中的铀燃料的裂变产物中分离了它。

钷是继锝之后，人工制得的第二个化学元素。在天然矿物中寻找61号元素的工作，花费了科学家们不少的时间和精力，但最后都无功而返。后来在“同位素统计规则”的指导下，科学家们放弃了从天然矿石中寻找，而走向核反应的产物中3。

1945年，美国田纳西州橡树岭克林顿实验室的研究人员马林茨基、格伦丁宁和克里尔在铀裂变产物中发现了61号元素。他们应用了新的离子色层分离法把它分离出来，并研究了它。新元素并命名为promethium，元素符号定为Pm，名称来自希腊神话中偷取火种给人类的英雄普罗米修斯（Prometheus）。1949年国际纯粹和应用化学联合会接受了这一名称。一直到1948年，才制得可以看得见并可称重的氯化钷（PmCl3，黄色）和硝酸钷（Pm(NO3)3）各3毫克。1965年从6000吨铀矿中取得350毫克钷，是铀自动分裂的产物（一说为1986年M.阿特雷普微（M.Attrep）从刚果沥青铀矿中分离出钷，含量甚微，每千克矿物中仅含4×10^-15克）。这样地壳中也找到了它。

迄今已合成28个钷的同位素，钷-147的寿命是2.6234年，β辐射弱，因而被用来制造像药片一样大小的原子电池。由于这种能源很安全，而且作用的时间长，具有钷-147的电池首先应用在助听器和轻便的无线电接受器中。

1902年，捷克化学家博胡斯拉夫布劳纳发现的所有相邻的镧系元素钕和钐之间的差异是最大的，作为结论，他建议有一个元素有它们之间的中间性质。这一预测在1914年由亨利·莫斯利所证实，同时他发现有几个原子序并没有相对应的元素,分别为43，61，72，75，85，87。随着对元素表中族与族之间知识的差距, 所以开始进行预测地球和自然环境中的稀有元素。 第一个发表其发现的是来自佛罗伦萨，意大利的路易吉罗拉和洛伦佐·费尔南德斯。利用巴西矿物独居石的分级结晶分离一硝酸盐的稀土元素后,它们得到的溶液主要含有钐。此溶液得到一X-ray的光谱属于钐和元素61。为了纪念他们的城市，他们命名的元素61“florentium的。该研究结果发表在1926年，但科学家们声称的实验是在1924年。此外，在1926年，一组科学家从伊利诺伊大学Urbana-Champaign分校，史密斯霍普金斯和莱昂英特马公布的元素61的发现。他们把它命名为"illinium"。这些发现被指出是错误的,因为在所谓元素61的光谱上的线跟钕是相同的, 这些线被发现是一些杂质(钡，铬和铂)组成的。 1934年，Josef Mattauch终于制定了“同量异位素的规则。其中一个对于这些规则的间接后果是元素61无法形成稳定的同位素。1938年，进行了核试验的HB法等。在俄亥俄州立大学（Ohio State University）。产生一定的核素钕和钐的放射性同位素和的名称为“cyclonium”的提出，但是有一个缺乏化学证明元素61的产生和发现没有广泛承认。

物理性质第一电离能5.55电子伏特。放射性元素，半衰期最长的为145Pm，18年，147Pm半衰期为2.64年。虽然有较长的半衰期，但是很难大量积累它。物理性质和化学性质与钕和钌相似。其同位素不稳定。在地壳的火成岩中质量分数为4.5*10^(-20)g/t或4.5*10 ^(-21)%。原子丰度和宇宙体重原子丰度无4。

元素符号： Pm 英文名： Promethium 中文名： 钷

相对原子质量： 暂未发现 常见化合价： +3 电负性： 1.13

外围电子排布： 4f5 6s2 核外电子排布： 2,8,18,23,8,2

同位素及放射线： Pm-143[265y] Pm-144[360y] Pm-145[17.7y] Pm-146[5.53y] Pm-147(放 β[2.62y]) Pm-148[5.37d] Pm-148m[41.3d] Pm-149[2.21d] Pm-151[1.18d]

电子亲合和能： 0 KJ·mol-1

第一电离能： 535 KJ·mol-1 第二电离能： 1052 KJ·mol-1 第三电离能： 0 KJ·mol-1

单质密度： 6.475 g/cm3 单质熔点： 1042.0 ℃ 单质沸点： 3000.0 5℃

原子半径： 2.62 埃 离子半径： 1.09(+3) 埃 共价半径： 1.63 埃

化学性质元素原子量：[145]

晶体结构：晶胞为六方晶胞。

原子体积:(立方厘米/摩尔)

22.39

电离能 (kJ /mol)

M - M+ 535.9

M+ - M2+ 1052

M2+ - M3+ 2150

M3+ - M4+ 3970

氧化态：

Main Pm+3氧化还原 RE=(RE3+)+3e-

Other

制备方法原本产生于恒星里，地球上的钷有着多种起源。先天并不存在，产生于铀、钍和钚的裂变产物中1。

1965年，芬兰一家磷酸盐工厂在处理磷灰石时发现了痕量的钷，在核反应堆中人工方法制得,是铀、钍和钚的裂变产物之一，在核反应堆中人工方法制得。

主要用途（1）可作热源。为真空探测和人造卫星提供辅助能量6。

（2）Pm147放出能量低的β射线，用于制造钷电池。作为导弹制导仪器及钟表的电源。此种电池体积小，能连续使用数年之久。此外，钷还用于便携式X-射线仪、制备荧光粉、度量厚度以及航标灯中。

（3）主要用于示踪的研究。用来制造核能电池；如同笔尖大小的"原子电池"，可用于导弹仪器、手表和收音机的电源，是掺入硫化锌的夜光粉原料。

（4）用量作测厚度仪器的射线源

（5）刻度和校正仪表、工业厚度计：用于钢铁制造、塑料工业和造纸工业。

（6）电离源：用于电子捕获鉴定器、静电消除器等。

（7）用作同位素热源。

危害及防护环境污染及人体照射途径对于147Pm密封源来讲，在正常使用或操作的条件下不存在环境影响问题，或环境影响很小。但在密封源包壳破裂、放射源失控等情况下可能对环境造成一定污染7。

147Pm为β辐射体，在衰变过程中，除释放出β粒子外，还能释放一定能量的γ射线。因此147Pm源可引发γ外照射；事故工况下，147Pm泄漏可对人体形成β射线外照射，或经呼吸道、消化道及完整皮肤及伤口进入人体引发内照射。

诊断及治疗147Pm 促排8：

（ 1 ）氨羧型络合剂： DTPA、三亚乙基四胺六乙酸（ TTHA）、乙二胺四乙酸（ EDTA）和喹胺酸等，促排效果最好。

（ 2） H-73-10 是我国合成的新型螯合剂，能显著降低147Pm 在肝、骨中的滞留量，增加147Pm 在尿中的排出率。

（ 3）N-双羧甲基氨基乙酰对氨基水杨酸、 3-N,N-双羧甲基氨甲基-5-乙氧羰基邻苯二酚和N,N-双羧甲基氨基乙酰半胱氨酸。三种新促排剂能明显增高尿、粪147Pm 排出量，其中以N,N-双羧甲基氨基乙酰半胱氨酸效果最佳。