(Mendelevium)位于元素周期表第七周期,III B族,是一个人工合成元素,符号为Md(曾为Mv),原子序为101。钔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,钔通常的合成方式是以α衰变撞击元素。

1955年,由加利福尼亚大学伯克利分校教授吉奥索(A.Ghiorso)、格伦·西博格(G.Seaborg)、托马斯·哈维BGHarvey)、肖邦(G.R.Choppin)等人,在回旋加速器中用α粒子(氦核)轰击253Es(锿),锿与氦核结合,并发射出一个中子,而获得了256Md。后来,苏联杜步纳联合核子研究所的3.1m重离子加速器上,用22Ne离子轰击238U靶,也曾获得数百个Md原子。

钔(Mendelevium)以最先创建元素周期表德米特里·门捷列夫(Дми́трийИва́новичМенделе́ев)来命名。在寻找和合成新元素的过程中,周期律在长达差不多100年之久的时间里起着指南作用,钔的发现和研究成为了周期律发现者最好的纪念碑。

钔的人工合成量虽然很少,但危险化学品和职业病信息地图中还是对其的摄入量进行了规定,钔的年度摄入量限制为0.003mCi。

发现过程

1955年,加州大学伯克利分校的格伦·西博格(Glenn Seaborg),吉奥索(Albert Ghiorso)及其同事通过发射α粒子轰击253Es原子核合成了101号元素256Md。伯克利大学加州分校的辐射实验室对超铀元素的合成并不陌生,合成101号元素似乎是一件相当简单的事情,但事实并非如此。因为所用的253Es(锿)的原子数约为109个,根据理论计算,每次实验只能生成一个Md原子。探索这个原子的关键在于用反冲法将它从锿靶中分离处来。

为此,该团队开创了一种“反冲”技术,通过为产生的原子核提供足够的能量离开目标并进入金箔并捕捉,从而实现目标重用。然而,这也是一种产量极低的合成方法,数小时的轰击只能少量原子,且256Md的半衰期只有77分钟,因此这些原子很快就会消失。

团队在花费整整一年准备足够的253Es后,通过图示方法得到了钔。靶子是一张镀有薄层253Es的金箔,α束流向金箔射入。靶中反冲出来的钔原子就由于α入射粒子的动量转移以物理的方法从锿中分离出来,并由第二张金箔所捕获。将第二张金箔溶于王水,再用以α-羟基异丁酸作为淋洗剂的阳离子交换法化学分离得到Md。最后,通过钔的能自发裂变的子体256Fm来鉴定256Md。

为了纪念元素周期律的发现人德米特里·门捷列夫(Mendeleev),美国著名核物理学家格伦·西博格(Glenn Seaborg)在1955年美国物理学会举行会议时,报告合成了第101元素,并把它命名为Mendeleerium,元素符号初订为Mv。1957年,国际纯粹化学和应用化学协会(IUPAC)所属无机化合物物质命名委员会根据许多国家拼音字母中没有“v”,将元素符号改为Md。

结构

钔的外层电子结构为[Rn]5f137s2。

理化性质

物理性质

因为钔的存在寿命十分短暂,科学家们怀疑是否能制出足够称量得出的数量,尚无具体研究内容,但可以通过模型理论计算其电离能等数据,不同模型计算得到的钔的第一电离能数值有所不同,如下表所示:

化学性质

钔的化学研究仅限于示踪量的工作,一般采用256Md。Md在水溶液中呈+3价,能与其他锕系元素一起吸附于阳离子树脂上,用α羟基异丁酸洗脱时,它在(Fm)之前洗脱下来。弱子在13mol/L的HCl中,它吸附于阴离子交换树脂,用HCl洗脱时与Fm在一起或稍后于Fm而被洗脱。

钔可以被许多还原剂如Zn粉、Hg齐、Cr3+等还原为Md2+。由电极电势可知,Md3+易被还原为Md2+,利用该性质可以简化Md与较轻的锔后元素的分离。Md3+还能在含有乙酸钠的HCl溶液中被Na-Hg齐还原为金属,此时,90-100%的Md形成汞齐。Md在HCl溶液中电解,可以沉积在铂片上。Md2+还可以与BaSO4共沉淀。Md在水溶液中除具有典型的+2和+3价之外,还有人得到+1价存在的事实。

制备、分离和提纯

制备

利用α离子轰击253Es即可制得256Md,反应如下:

利用离子轰击铀也可制得256Md:

分离和提纯

第一步用反冲法从靶材料中分离出钔。然后用磷酸二(2-乙基己基)或α-羟基异丁酸淋洗的离子交换法纯化和分离钔其它锕系元素。

同位素

因为已没有β-放射性的Fm同位素,所以不再用中子俘获反应制备Md的同位素,Md的同位素由加速的重离子轰击重元素靶(如铀或),或者用α粒子轰击锿。

截至2011年,Md有12种同位素和两种同质异能素,质量数在247-259之间,均有放射性。其中半衰期最长的为258Md,半衰期长达54天。半衰期最短的为247Md,半衰期只有2.9s。

毒性

钔的人工合成量虽然很少,但危险化学品和职业病信息地图中还是对其的摄入量进行了规定,钔的年度摄入量限制为0.003mCi。

参考资料

Mendelevium | Md | CID 23943 - PubChem.Pubchem.2023-10-22

..2023-10-28

..2023-10-22