元素

84 钋 纪念波兰的元素

本文作者:漂泊

钋是世界上最稀有的元素之一,它具有很强的放射性和毒性,目前主要还是靠人工合成。著名科学家居里夫人发现了这种元素,并将其命名为钋以纪念的她的祖国波兰。钋可以用于放射性同位素热电机的热源,也可以用中子源,是非常重要的放射性材料。

钋的基本物理性质

分类 第ⅥA族▪金属
原子序号原子量 84(209)
电子配置 6s26p4
密度 9.196 g/cm3
熔点 254 oC
沸点 962 oC
形状 银白色金属
丰度 1×10-8 ppm(地壳)
发现者 Marie Curie
主要的同位素 200Po, 210Po
用途例 放射性同位素热电机、中子源
前后的元素 铋-钋-砹

钋的发现

1898年,皮埃尔·居里与玛丽·居里(著名的居里夫人)对铀矿发出的射线进行了研究。他们制作了一种用于测量铀射线的平面电容器对收集到的各种各样的物质进行探究,包括目前一切已知元素的化学纯净盐和氧化物,包括几种稀有的盐,还有采自世界各地的矿物标本。他们把这种物质一一放到电容器的金属片上,观看电容器上的读数。尝试了上百种物质后,电流计上的指针始终没有摆动。当金属片上放了钍的化合物时,电流计上的指针终于摆动了。说明钍和钍的化合物也能放射看不见得光线。此外,他们还发现了一件奇怪的事:铀矿的射线比纯净的铀强:当把沥青和铜铀云母分别放到那片金属片上时电流计反映出来的电流比铀反映出来的要强的多。于是居里夫人又人工合成了铜铀云母,成分和天然的相同,含铀量也相同。但是人造含铀云母的射线比天然的矿物弱18%。这意味着这两种天然含铀矿物中可能存在着另一种具有更强放出射线能力的物质。

于是居里夫人决定从含铀沥青中提炼这种具有更强放出射线能力的物质。他们把矿石溶解在酸里,再往里面通进硫化氢,溶液底部沉积了各种金属硫化物,沉积物里含有铅、铜、砷、铋。那透明溶液是铀、钍、钡和沥青油矿所含的其他几种成分。他们把沉淀物和溶液分别放到那金属片上实验,结果是沉淀物发射的射线更强。这说明那种未知物是在沉淀物里。居里夫人把沉淀物里的杂质一一除去以后,剩下来的那一部分物质所发出的射线比铀发出的要强400倍。这一部分物质中还含有很多的铋以及很多未知的物质,不过暂时还不能把它们完全分离出来。 1898年7月,居里夫人向法国科学院提出了一份工作报告,肯定的指出他们已经发现了一种新元素,其性质同铋相似,但是却能够自发的放射出一种强大的不可见射线。为纪念自己祖国波兰(拉丁文 : Polonia),居里夫人把这种元素命名为:“Polonium”,中文译名为“钋”。

1902年德国化学家Willy Marckwald将一片光滑的铋片浸放在自沥青矿分离的铋溶液中,发现一种有很高放射性的物质沉积在铋片上。他认为这是一种新元素,命名它为radiotellurium。radio是“放射”;tellurium是“碲”。二者缀合就是“放射性碲”。他认为这种新元素的所有化学性质适合将它放置在当时还没有被占的元素周期表中第Ⅳ族格子中,即原子量比铋稍高的那个元素。这种元素比铋的电负性较大,但比碲的电正性较大。它的氧化物也应该具有碱性,而不是酸性。这种物质预期的原子量约为210。在元素周期表中第Ⅳ族中原子量比铋稍高的正应当是钋。Willy Marckwald指出居里夫妇发现的钋是几种放射性元素的混合物。1903年Willy Marckwald从15吨的矿物中提取出3毫克放射性碲的盐,用电解法从盐溶液中把放射性碲分离了出来。尽管引起了争论,但后来证明钋和射碲是同一元素。钋的名称也被保留下来。[1-8]

玛丽·居里

玛丽·居里(Marie Curie,1867—1934),出生于华沙,世称“居里夫人”,法国著名波兰裔科学家、物理学家、化学家。

居里夫人是世界上第一个获得过两次诺贝尔奖的著名科学家。1903年,居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而共同获得诺贝尔物理学奖,1911年,居里夫人因发现元素钋和镭再次获得诺贝尔化学奖。

她开创了放射性理论、发明了分离放射性同位素技术、发现两种新元素钋和镭。在她的指导下,人们第一次将放射性同位素用于治疗癌症。镭疗术被称为居里疗法。

由于长期接触放射性物质,居里夫人患上了恶性白血病,并因此逝世。 [9-10]

钋的用途

钋可以作为放射性同位素热电机的原子热源,例如在Lunokhod 1(1970年)和Lunokhod 2(1973年)月球漫游车中就使用了以210 Po为热源的放射性同位素热电机,以保证月球车在月夜期间其内部组件不被低温损坏。放射性同位素热电机是一种利用放射性衰变获得能量的发电机。它利用热电偶阵列(应用了西贝克效应)接收了一些合适的放射性物质在衰变时所放出的热量并将其转成电能。

此外,钋辐射出的α粒子可以通过激发氧化铍转化为中子,每百万个α粒子可以转化出93个中子。因此Po-BeO 的混合物可以作为中子源,它可以用于核武器中的中子触发器。[11-14]

参考文献

  • [1] Curie, P.; Curie, M. (1898). “Sur une substance nouvelle radio-active, contenue dans la pechblende” [On a new radioactive substance contained in pitchblende]. Comptes Rendus (in French). 127: 175–178. Archived from the original on July 23, 2013. English translation.
  • [2] Krogt, Peter van der. “84. Polonium – Elementymology & Elements Multidict”. elements.vanderkrogt.net. Retrieved 2017-04-26.
  • [3] Pfützner, M. (1999). “Borders of the Nuclear World – 100 Years After Discovery of Polonium”. Acta Physica Polonica B. 30 (5): 1197. Bibcode:1999AcPPB..30.1197P.
  • [4] Adloff, J. P. (2003). “The centennial of the 1903 Nobel Prize for physics”. Radichimica Acta. 91 (12–2003): 681–688. doi:10.1524/ract.91.12.681.23428.
  • [5] Kabzinska, K. (1998). “Chemical and Polish aspects of polonium and radium discovery”. Przemysł Chemiczny. 77 (3): 104–107.
  • [6] Curie, P.; Curie, M.; Bémont, G. (1898). “Sur une nouvelle substance fortement radio-active contenue dans la pechblende” [On a new, strongly radioactive substance contained in pitchblende]. Comptes Rendus (in French). 127: 1215–1217. Archived from the original on July 22, 2013. English translation
  • [7] “Polonium and Radio-Tellurium”. Nature. 73 (549): 549. 1906. Bibcode:1906Natur..73R.549.. doi:10.1038/073549b0.
  • [8] Neufeldt, Sieghard (2012). Chronologie Chemie: Entdecker und Entdeckungen. John Wiley & Sons. ISBN 9783527662845.
  • [9] “Marie Curie and the radioactivity, The 1903 Nobel Prize in Physics”. nobelprize.org. Archived from the original on 30 July 2018. Marie called this radiation radioactivity—”radio” means radiation.
  • [10] “Marie Curie Facts”. Nobelprize.org. Archived from the original on 6 March 2019. Retrieved 2 March 2019.
  • [11] Радиоизотопные источники тепла. Archived from the original on May 1, 2007. Retrieved June 1, 2016. (in Russian). npc.sarov.ru
  • [12] Wilson, Andrew (1987). Solar System Log. London: Jane’s Publishing Company Ltd. p. 64. ISBN 978-0-7106-0444-6.
  • [13] Emsley, John (2001). Nature’s Building Blocks. New York: Oxford University Press. pp. 330–332. ISBN 978-0-19-850341-5.
  • [14] Rhodes, Richard (2002). Dark Sun: The Making of the Hydrogen Bomb. New York: Walker & Company. pp. 187–188. ISBN 978-0-684-80400-2.

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