钷(po)(Promethium),元素(su)符號為Pm,原子序數為61,是(shi)一種具有放(fang)射性的(de)(de)鑭系稀土元素(su)之(zhi)一。已知有17種同(tong)位素(su)和4種同(tong)質異(yi)能(neng)素(su)。其中(zhong)最重要(yao)的(de)(de)是(shi)從鈾(you)裂變產物中(zhong)提(ti)取或用中(zhong)子照射146Nd制得(de)的(de)(de)147Pm(半衰期2.64年)。
發(fa)現人:馬林茨(ci)基(ji)(J.A.Marinky)、格倫(lun)丁寧(L.E.Glendenin)和克(ke)里爾(C.Coryell)
發現年代:1945年
發現過程:1945年馬(ma)林茨基、格倫(lun)丁寧和克里爾(er)(C.Coryell),從(cong)裂變產物(wu)(wu)的殘余物(wu)(wu)中分離制得。
1902年(nian)(nian),捷(jie)克化學家(jia)博胡斯拉夫布勞納發(fa)現(xian)的(de)(de)(de)所有(you)相(xiang)(xiang)鄰的(de)(de)(de)鑭系(xi)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)釹(nv)和(he)釤之間的(de)(de)(de)差異(yi)是最大的(de)(de)(de),作為(wei)(wei)結(jie)(jie)論,他(ta)(ta)建(jian)議有(you)一個(ge)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)有(you)它們(men)之間的(de)(de)(de)中(zhong)間性(xing)質。這(zhe)一預測(ce)(ce)在(zai)1914年(nian)(nian)由亨利·莫斯利所證實,同時(shi)他(ta)(ta)發(fa)現(xian)有(you)幾個(ge)原子序數并(bing)沒有(you)相(xiang)(xiang)對(dui)應的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su),分(fen)(fen)別(bie)為(wei)(wei)43,61,72,75,85,87。隨著對(dui)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)表中(zhong)族與族之間知識的(de)(de)(de)差距(ju),所以(yi)開始進行預測(ce)(ce)地球和(he)自然環(huan)境(jing)中(zhong)的(de)(de)(de)稀有(you)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)。利用巴(ba)西礦物獨居石的(de)(de)(de)分(fen)(fen)級結(jie)(jie)晶分(fen)(fen)離一硝(xiao)酸鹽的(de)(de)(de)稀土元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)后,它們(men)得到(dao)(dao)的(de)(de)(de)溶(rong)(rong)液主(zhu)要含(han)有(you)釤。此溶(rong)(rong)液得到(dao)(dao)X-ray的(de)(de)(de)光譜屬(shu)于釤和(he)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)61。為(wei)(wei)了紀念他(ta)(ta)們(men)的(de)(de)(de)城市,他(ta)(ta)們(men)命名的(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)61為(wei)(wei)“florentium"。該(gai)研究結(jie)(jie)果發(fa)表在(zai)1926年(nian)(nian),但科(ke)學家(jia)們(men)聲稱的(de)(de)(de)實驗是在(zai)1924年(nian)(nian)。
此外,在1926年,一組(zu)科學家從伊(yi)(yi)利諾伊(yi)(yi)大學Urbana-Champaign分校,史密斯(si)霍普金斯(si)和(he)萊昂英(ying)特(te)馬公布的(de)元素(su)61的(de)發現。他們把它命名為"illinium"。這些發現被(bei)指出是(shi)錯誤(wu)的(de),因為在所謂元素(su)61的(de)光譜上的(de)線跟釹是(shi)相(xiang)同(tong)的(de),這些線被(bei)發現是(shi)一些雜質(鋇(bei),鉻(ge)和(he)鉑)組(zu)成的(de)。
1939年,加(jia)州(zhou)大(da)學(xue)用(yong)60英寸回旋加(jia)速器制造(zao)钷,但它(ta)沒有實現。
1945年,美國田納西州橡樹(shu)嶺(ling)克(ke)林頓實驗室的研(yan)(yan)究人(ren)員馬(ma)林茨(ci)基(ji)、格倫(lun)丁寧和(he)(he)克(ke)里爾在鈾(you)裂變產(chan)物中發現了(le)61號元(yuan)素(su)。他(ta)們應用(yong)了(le)新的離(li)子色層分(fen)離(li)法把它分(fen)離(li)出來,并研(yan)(yan)究了(le)它。新元(yuan)素(su)并命名為(wei)promethium,元(yuan)素(su)符號定為(wei)Pm,名稱(cheng)來自希臘神話中偷取火種給人(ren)類的英(ying)雄普羅米(mi)修斯(Prometheus)。1949年國際純粹和(he)(he)應用(yong)化學聯合會(hui)接受了(le)這一(yi)名稱(cheng)。
钷(po)是繼锝之后(hou),人工(gong)制得(de)的(de)(de)第二個化(hua)學(xue)(xue)元(yuan)素。在天(tian)然礦物(wu)中(zhong)尋找(zhao)61號元(yuan)素的(de)(de)工(gong)作,花(hua)費了(le)科學(xue)(xue)家們(men)不少的(de)(de)時間和精力,但最后(hou)都(dou)無功而返。后(hou)來在“同(tong)位素統(tong)計規則”的(de)(de)指導(dao)下,科學(xue)(xue)家們(men)放棄了(le)從天(tian)然礦石(shi)中(zhong)尋找(zhao),而走向(xiang)核反應(ying)的(de)(de)產物(wu)中(zhong)。(然而,微量的(de)(de)钷(po)的(de)(de)確以核裂(lie)變的(de)(de)結果出現(xian)在鈾礦石(shi)中(zhong),但總量少于(yu)礦石(shi)的(de)(de)每百萬噸1微克。)
1947年(nian),馬林斯(si)基(J.A.Marinsky)、格倫丹(dan)寧(L.E.Glendenin)和科(ke)里爾(er)(C.E.Coryell)從鈾(you)的(de)裂變產物中發現(xian)了61號(hao)元素,用(yong)希臘神(shen)話中的(de)神(shen)名(ming)普(pu)羅米修斯(si)(Prometheus)命名(ming)為钷(Promethium)。
一(yi)直到1948年,才制得(de)可(ke)以看得(de)見(jian)并可(ke)稱重(zhong)的氯化钷(PmCl3,黃色(se))和硝酸钷(Pm(NO3)3)各(ge)3毫克(ke)。1965年從(cong)(cong)6000噸鈾礦(kuang)中(zhong)取得(de)350毫克(ke)钷,是鈾自動分裂的產物(wu)(一(yi)說為1986年M.阿特雷普微(wei)(M.Attrep)從(cong)(cong)剛果瀝(li)青鈾礦(kuang)中(zhong)分離出钷,含量甚微(wei),每千克(ke)礦(kuang)物(wu)中(zhong)僅含4×10-15克(ke))。這樣地殼中(zhong)也(ye)找到了(le)它。
1972年(nian)在天(tian)然(ran)鈾(you)礦提取(qu)物(wu)中發現(xian)了147Pm(半衰期(qi)2.64年(nian)),從此Pm不(bu)再是人造元素。
迄今(jin)已合成(cheng)28個钷的同位素,钷-147的壽命(ming)是2.6234年,β輻射(she)弱,因而(er)(er)被用(yong)來(lai)制造(zao)像(xiang)藥(yao)片一樣大小的原子電(dian)池。由于這種能(neng)源很安全,而(er)(er)且作(zuo)用(yong)的時(shi)間(jian)長,具有钷-147的電(dian)池首先應用(yong)在助聽器和輕便的無線電(dian)接受器中。
第一(yi)電(dian)離能5.55eV。放射性(xing)元(yuan)素,半衰(shuai)期(qi)最長的(de)為145Pm,18年,147Pm半衰(shuai)期(qi)為2.64年。雖(sui)然有較長的(de)半衰(shuai)期(qi),但(dan)是很(hen)難大量積累它。物理性(xing)質(zhi)和化學(xue)性(xing)質(zhi)與(yu)釹(nv)和釕相似。其同(tong)位(wei)素不穩定。原子(zi)豐度(du)和宇宙體重原子(zi)豐度(du)無。
常見化合價 3
電負性 1.13
外圍電(dian)子排布(bu) 4f56s2
核外電子排布(bu) 2,8,18,23,8,2
同位素及放射(she)線 Pm-143[265y];Pm-144[360d];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]
第一電離能 535kJ/mol
第二電離能 1052kJ/mol
第三電離(li)能(neng) 2150kJ/mol
原(yuan)子半徑(jing) 2.62埃(ai)
離(li)子半徑(jing) 0.979埃
共價半徑 1.63埃
原子量 145
晶體結構 晶胞為六方晶胞
原子體積 22.39cm3/mol
電(dian)離能(kJ/mol) M - M+ 535.9
M+ - M2+ 1052
M2+ - M3+ 2150
M3+ - M4+ 3970
在(zai)核反應(ying)堆(dui)中人工方法制得。
(1)可作熱源。為真(zhen)空探測和人造衛星提供輔助能(neng)量。
(2)Pm-147放出能(neng)量低的(de)β射(she)(she)線(xian),用(yong)于(yu)制造钷(po)電池(chi)。作(zuo)為導(dao)彈制導(dao)儀(yi)器及鐘表的(de)電源(yuan)。此種電池(chi)體積小(xiao),能(neng)連續使(shi)用(yong)數年之久。此外,钷(po)還(huan)用(yong)于(yu)便攜式X-射(she)(she)線(xian)儀(yi)、制備(bei)熒光粉、度量厚度以及航(hang)標(biao)燈中。
(3)主要用(yong)(yong)于(yu)示蹤的研究(jiu)。用(yong)(yong)來制造核能電池(chi);如同(tong)筆尖大(da)小的"原子電池(chi)",可用(yong)(yong)于(yu)導(dao)彈儀器、手表和收音機的電源,是摻入硫化鋅的夜光(guang)粉(fen)原料。
(4)用(yong)量作測厚度儀器(qi)的(de)射線源
(5)刻(ke)度和校正儀表(biao)、工(gong)業厚度計(ji):用于鋼鐵制(zhi)造、塑(su)料工(gong)業和造紙工(gong)業。
(6)電(dian)離源:用(yong)于電(dian)子(zi)捕獲鑒定(ding)器、靜電(dian)消除器等。
(7)用作同位素熱(re)源。
對于147Pm密封源(yuan)來講,在(zai)正(zheng)常(chang)使用或(huo)操作的條件下(xia)不存在(zai)環境(jing)影響(xiang)問(wen)題,或(huo)環境(jing)影響(xiang)很小(xiao)。但在(zai)密封源(yuan)包殼(ke)破裂(lie)、放射源(yuan)失(shi)控等情(qing)況下(xia)可(ke)能對環境(jing)造成(cheng)一定污染。
147Pm為β輻射體,在衰變過程中,除釋(shi)放(fang)出β粒子外,還能釋(shi)放(fang)一定能量的γ射線(xian)。因此147Pm源(yuan)可引發(fa)γ外照射;事故工況下,147Pm泄(xie)漏(lou)可對(dui)人體形(xing)成β射線(xian)外照射,或經呼(hu)吸道、消(xiao)化道及完(wan)整皮膚及傷口(kou)進入人體引發(fa)內照射。
147Pm促排:
(1)氨羧型絡合劑(ji):DTPA、三亞乙(yi)基四胺六乙(yi)酸(suan)(TTHA)、乙(yi)二胺四乙(yi)酸(suan)(EDTA)和喹胺酸(suan)等,促(cu)排效(xiao)果最好。
(2)H-73-10是我國合成的新型螯合劑,能顯著降低147Pm在肝、骨中(zhong)的滯(zhi)留量,增加147Pm在尿中(zhong)的排出率。
(3)N-雙羧甲基(ji)(ji)(ji)氨(an)基(ji)(ji)(ji)乙(yi)(yi)酰對氨(an)基(ji)(ji)(ji)水楊(yang)酸(suan)、3-N,N-雙羧甲基(ji)(ji)(ji)氨(an)甲基(ji)(ji)(ji)-5-乙(yi)(yi)氧羰基(ji)(ji)(ji)鄰苯二酚和N,N-雙羧甲基(ji)(ji)(ji)氨(an)基(ji)(ji)(ji)乙(yi)(yi)酰半胱(guang)氨(an)酸(suan)。三(san)種新促排劑能明(ming)顯(xian)增高尿、糞(fen)147Pm排出量,其(qi)中以N,N-雙羧甲基(ji)(ji)(ji)氨(an)基(ji)(ji)(ji)乙(yi)(yi)酰半胱(guang)氨(an)酸(suan)效(xiao)果最(zui)佳。