元素

96 锔 纪念居里夫妇的元素

本文作者:漂泊

锔是一种具有特殊磁性的放射性元素,它能放出很强的α射线,是一种非常好的α粒子源,常用于作为α粒子X射线光谱仪(APXS)的α粒子源。这一仪器常用于深空探测。

锔的基本物理性质

分类 第ⅢB族▪锕系金属
原子序号原子量 96 (247)
电子配置 5f76d17s2
密度 13.51 g/cm3
熔点 1340±40 oC
沸点 3110 oC
形状 银白色金属
半衰期 106天(242Cm), 18.1年(244Cm), 1.56×107年(247Cm)3.40×105年(248Cm)
发现者 Glenn T. Seaborg, Leon O. Morgan, Ralph A. James, Albert Ghiorso
主要的同位素 242Cm, 244Cm, 247Cm, 248Cm
用途例 α粒子X射线光谱仪
前后的元素 镅-锔-锫

锔的发现

1944年,加州大学伯克利分校的Glenn T. Seaborg、Leon O. Morgan、Ralph A. James和Albert Ghiorso利用回旋粒子加速器加速氦核轰击钚得到了96号元素。其反应式如下所示:

但是242Cm又会迅速发生α衰变, 反应式为:

为了纪念居里夫妇(MarieSkłodowska-Curie和Pierre Curie),96号元素被命名为Curium。[1-4]

金属锔

锔的性质

锔是一种坚硬的银白色金属,它的熔沸点很高,具有独特的磁性。其相邻的元素镅在很宽的温度范围内并未显示与Curie-Weiss顺磁性的偏差,但而α-Cm 却会在冷却至65-52 K时突变为反铁磁体,而β-Cm 则在205K时转变为亚铁磁体,继续冷却它又会显示出铁磁性。与锔类似,钆以及其磷化物在冷却时也会显示出磁性转变:Gd和GdN会变为铁磁体,而GdP,GdAs和GdSb则会转变为反铁磁性。

铁磁性是指物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列,当所施加的磁场强度增大时,这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。而亚铁磁性是指在无外加磁场的情况下,磁畴内由于相邻原子间电子的交换作用或其他相互作用。使它们的磁矩在克服热运动的影响后,处于部分抵消的有序排列状态,以致还有一个合磁矩的现象。当施加外磁场后,其磁化强度随外磁场的变化与铁磁性物质相似。亚铁磁性与反铁磁性具有相同的物理本质,只是亚铁磁体中反平行的自旋磁矩大小不等,因而存在部分抵消不尽的自发磁矩,类似于铁磁体。铁氧体大都是亚铁磁体。反铁磁性则是指磁体中磁矩反平行交错有序排列,但不表现宏观强的净磁矩,这种磁有序状态称为反铁磁性。与铁磁性一样,其微小磁矩在磁畴内排列整齐,所不同的是,在这些材料中,反平行排列相互对立。

此外,在紫外线照射下,Cm(III)离子会产生强而稳定的橙黄色荧光,根据其环境的不同,其最大值范围约为590-640 nm。荧光源自第一激发态6 D 7/2和基态8 S 7/2的跃迁。分析这种荧光可以监测配合物中Cm(III)离子与其他配体之间的相互作用。 [4-8]

在396.6 nm激发的Cm(III)配合物溶液中Cm 3+离子的橙色荧光

α粒子X射线光谱仪

锔在发生α衰变时会放出大量的α粒子,是一种非常好的α粒子源,因此它常用于作为α粒子X射线光谱仪(APXS)的α粒子源。这一仪器常用于深空探测。它可以简单有效地分析样品表面的元素组成,而不需要对样品进行复杂处理。同时可以有效地控制对重量和能源的需求。所以这种分析方法大量应用于深空探测、尤其是着陆现场探测星球的表面岩石和土壤的元素分析。漫游者火星探测器、Surveyor 5-7月球探测器都采用了该装置。[9]

居里夫妇(MarieSkłodowska-Curie和Pierre Curie)

居里夫妇都是法国著名科学家、物理学家、化学家。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,他们证明了裂变产生的中子能够引起链式反应。核裂变和链式反应的发现,是实际利用原子能的依据。它为人类开发新的能源开辟了广阔的前景。1911年,居里夫人因发现元素钋和镭再次获得诺贝尔化学奖,因而成为世界上第一个两获诺贝尔奖的人。居里夫人的成就包括开创了放射性理论、发明分离放射性同位素技术、发现两种新元素钋和镭。她还发明了“镭疗法”第一次将放射性同位素用于治疗癌症。居里夫妇对科学研究的献身精神、执著的追求、精湛的实验技术,堪称实验物理学家的典范。为了纪念他们,96号元素以他们的名字命名为Curium。[10-12]

MarieSkłodowska-Curie和 Pierre Curie

参考文献

  • [1] Hall, Nina (2000). The New Chemistry: A Showcase for Modern Chemistry and Its Applications. Cambridge University Press. pp. 8–9. ISBN 978-0-521-45224-3.
  • [2] Seaborg, Glenn T.; James, R. A.; Ghiorso, A. (1949). “The New Element Curium (Atomic Number 96)”. NNES PPR (National Nuclear Energy Series, Plutonium Project Record). The Transuranium Elements: Research Papers, Paper No. 22.2. 14 B. OSTI http://www.osti.gov/cgi-bin/rd_accomplishments/display_biblio.cgi?id=ACC0049&numPages=13&fp=N.
  • [3] Morss, L. R.; Edelstein, N. M. and Fugere, J. (eds): The Chemistry of the Actinide Elements and transactinides, volume 3, Springer-Verlag, Dordrecht 2006, ISBN 1-4020-3555-1.
  • [4] Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (1997). “The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics A. 624 (1): 1–124. Bibcode:1997NuPhA.624….1A. doi:10.1016/S0375-9474(97)00482-X. Archived from the original  on 2008-09-23.
  • [5] Kanellakopulos, B.; Blaise, A.; Fournier, J. M.; Müller, W. (1975). “The magnetic susceptibility of Americium and curium metal”. Solid State Communications. 17 (6): 713. Bibcode:1975SSCom..17..713K. doi:10.1016/0038-1098(75)90392-0.
  • [6] Fournier, J.; Blaise, A.; Muller, W.; Spirlet, J.-C. (1977). “Curium: A new magnetic element”. Physica B+C. 86–88: 30. Bibcode:1977PhyBC..86…30F. doi:10.1016/0378-4363(77)90214-5.
  • [7] Nave, S. E.; Huray, P. G.; Peterson, J. R. and Damien, D. A. Magnetic susceptibility of curium pnictides, Oak Ridge National Laboratory
  • [8] Bünzli, J.-C. G. and Choppin, G. R. Lanthanide probes in life, chemical, and earth sciences: theory and practice, Elsevier, Amsterdam, 1989 ISBN 0-444-88199-9
  • [9] Rieder, R.; Wanke, H.; Economou, T. (September 1996). “An Alpha Proton X-Ray Spectrometer for Mars-96 and Mars Pathfinder”. Bulletin of the American Astronomical Society. 28: 1062. Bibcode:1996DPS….28.0221R.
  • [10] “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.
  • [11] Robert William Reid (1974). Marie Curie. New American Library. p. 24. ISBN 978-0-00-211539-1. Archived from the original on 11 June 2016. Retrieved 15 March 2016.
  • [12] Goldsmith, Barbara (16 May 2011). Obsessive Genius: The Inner World of Marie Curie (Great Discoveries). W. W. Norton & Company. ISBN 9780393079760.

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