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稀土元素钷化學性質(zhì)首次揭示

發(fā)布時間：2024-6-3來源：青島市科學技術(shù)局點擊：返回列表

 概念圖展示了被有機配體包圍的稀土元素钷。ORNL科學家發(fā)現(xiàn)了钷的隱藏特性，為研究其他鑭系元素開辟了道路。


圖片來源：橡樹嶺國家實驗室

科技日報北京5月24日電 （記者張佳欣）據(jù)22日《自然》雜志報道，美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學家首次揭示了钷的一種性質(zhì)。約80年前，這一稀土元素也是由該實驗室科學家發(fā)現(xiàn)。盡管钷被用于醫(yī)學研究和長壽命核電池，但它的一些特性仍難以捉摸。最新發(fā)現(xiàn)標志著稀土研究取得重大進展，并可能改寫化學教科書，為探索現(xiàn)代技術(shù)中的關鍵元素開辟了新途徑。
 
ORNL研究團隊制備了一種钷的化學絡合物，首次在溶液中對其進行表征。他們通過一系列詳細實驗，揭開了這種原子序數(shù)為61的極其稀有的鑭系元素的秘密。
 
研究人員解釋說，稀土元素中大部分都是鑭系元素，從周期表中第57號元素鑭到第71號元素镥，鑭系元素共有15種。其中的钷非常稀有，就算找遍地球每個角落，自然存在于地殼中的钷也只有一磅左右。與其他稀土元素不同的是，钷沒有穩(wěn)定的同位素，它是最后一個被發(fā)現(xiàn)的鑭系元素，也是最難研究的。
 
研究團隊將放射性钷與一種稱為二甘醇酰胺的特殊有機配體分子結(jié)合在一起，然后用X射線光譜學確定了該絡合物的性質(zhì)，包括與鄰近原子钚的化學鍵長度。
 
在實驗中，研究團隊造出了半衰期為2.62年的同位素钷-147。其數(shù)量充足，純度足夠高，可用于研究其化學性質(zhì)。
 
利用研究反應堆、熱室和超級計算機，團隊首次展示了整個鑭系元素（包括钷）在溶液中收縮的特征。鑭系收縮是指隨著原子序數(shù)增加，鑭系元素的原子半徑逐漸縮小的現(xiàn)象。由于相同的電荷被限制在縮小的空間中，從而產(chǎn)生了獨特的化學和電子性質(zhì)。團隊得到了清晰的钷信號，使他們能夠更好地確定整個系列的趨勢形狀。
 
他們發(fā)現(xiàn)，這種收縮沿著原子序列加速，但在钷之后，收縮速度相當慢。這是了解化學元素的化學鍵性質(zhì)及其沿元素周期表結(jié)構(gòu)變化的一個重要里程碑。
 
鑭系元素和錒系元素在癌癥診斷與治療、可再生能源技術(shù)和用于深空探索的核電池中具有廣泛應用。

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