96 Cm 247*
锕系元素 f-block Period 7 Radioactive Synthetic

Cm · Element 96

Named for the Curies, and the isotope that has analysed the soil of Mars.

20°C时的状态 固态
原子量 247 u
ELECTRON CONFIGURATION [Rn] 5f⁷ 6d¹ 7s²

结构

锔 原子

这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

性质表

每个条形图都显示锔在全部118种元素中该性质的排名位置。

物理

密度 13.51 g/cm³ 78%
熔点 1618 K 67%
沸点 3400 K 70%
比热容 0.12 J/g·K
热导率 10 W/m·K 24%

原子

原子半径 173 pm 57%
共价半径 169 pm
范德华半径 245 pm

电子

电负性 1.28 28%
电离能 577.9 kJ/mol 21%
电子亲和能

存在

地壳中的丰度 0 mg/kg 0%

身份

符号Cm
原子序数96
原子量247 u
类别锕系元素
f
晶体结构六方密堆积
氧化态+3, +4
发现时间1944
发现者Seaborg, James & Ghiorso

来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。

按比例显示的大小

How big is a 锔 atom?

Radius 173 pm — that is 0.173 nm, so about 2890 million of them side by side would span a millimetre.

热范围

Solid, liquid, gas — and when

锔 is liquid over a 1782 K window, from 1618 K to 3400 K.

所在位置

在表中的位置

sits in the actinide series, printed below the main grid.

OTHER 锕系元素

All 锕系元素

故事

锔 是什么,以及我们如何发现它

Named for the Curies, and the isotope that has analysed the soil of Mars.

The discovery of 锔

1944年夏季发现

Glenn T. Seaborg、Ralph A. James和Albert Ghiorso于1944年夏季在加州大学伯克利分校发现了锔。这一发现距他们发现镅仅数月之隔,标志着超铀元素研究中极具成果的时期。

突破性实验

α粒子轰击:研究团队在伯克利的60-inch回旋加速器中,用α粒子(氦-4原子核)轰击钚-239,制备出了锔。这次高能碰撞产生了锔-242,研究人员通过其特征性α衰变模式探测到了它。

化学鉴定:最具挑战性的部分是从钚靶和其他反应产物中进行化学分离并鉴定元素96。Seaborg创新的化学技术证明,这种新元素的性质符合锕系元素系列第六个成员的特征。

科学成就

锕系元素理论的证实:锔的发现为Seaborg革命性的锕系元素理论提供了关键证据。该理论预测,元素89-103将形成一个独立系列,类似于镧系元素。这一认识重新构建了我们对整个元素周期表的理解。

核物理进展:这项发现证明科学家能够系统地制备比铀更重的新元素,为整个超重元素研究领域打开了大门。

致敬科学巨匠

Marie和Pierre Curie:发现者将元素96命名为“curium”,以纪念Marie和Pierre Curie。这两位先驱研究人员发现了镭和钋,并奠定了核化学的基础。这是第一个以科学家而不是地名或神话人物命名的元素。

恰当的致敬:这一命名尤其恰当,因为Curie夫妇对放射性元素的研究直接促成了锔以及后来所有超铀元素的发现。

战时保密

秘密研究:与其他战时核发现一样,锔的存在一直处于保密状态,直到第二次世界大战结束后才公开。1945年,锔与镅及其他超铀元素一同被正式公布。

曼哈顿计划背景:虽然锔没有即时的武器应用,但它的发现推进了对核反应和重元素化学的基础认识,为更广泛的核武器计划提供了支持。

诺贝尔奖成就

认可:Glenn Seaborg因发现锔和其他超铀元素,于1951年获得诺贝尔化学奖,并与Edwin McMillan共同获奖。他们的工作奠定了现代超重元素认识的基础。

科学遗产:为发现锔而开发的技术成为合成后来发现的所有超铀元素的基础,使这项工作成为核化学领域的奠基性成就。

应用

锔的用途

太空探索能源

放射性同位素能源系统:锔-244正被研究作为太空任务中放射性同位素热电发生器(RTG)的潜在燃料。其高功率密度和产热能力使其适合为深空探测器和行星着陆器提供能源,尤其适用于无法获得太阳能的环境。

火星任务应用:未来的火星任务可能使用锔能源系统进行长期运行,在火星冬季和可能遮挡太阳能电池板的沙尘暴期间,为探测车、栖息地系统和科学仪器提供可靠能源。

核物理研究

重元素研究:锔同位素是制备更重超铀元素的重要基础。通过用各种粒子轰击锔靶,科学家可以合成超重元素并研究核稳定性的极限。

α衰变研究:锔的强α发射使其成为研究α衰变过程、核壳层效应和重原子核基本性质的重要材料。这些研究有助于预测尚未发现的超重元素的性质。

科学仪器

α粒子源:锔-244可提供强而稳定的α粒子源,用于校准辐射探测设备,以及在研究实验室中研究α粒子与各种材料的相互作用。

中子产生:锔与铍结合时可产生强中子源,用于中子活化分析,帮助科学家分析地质学、考古学和法医学中材料的组成。

高级研究应用

锕系元素化学:锔可作为了解最重锕系元素化学行为的模型,为核废物管理和新超重元素的合成提供重要认识。

核废物研究:锔研究有助于科学家了解长寿命锕系元素在核废物处置库中的行为,从而促进更安全的长期核废物储存方案。

未来技术开发

紧凑型能源:锔的高功率密度正被用于研究超紧凑型能源,以供微型卫星、深空探测器和遥感设备使用,这些设备对尺寸和重量有严格要求。

热电研究:科学家正在研究锔能源热电装置,这类装置可在偏远地区数十年提供免维护能源,例如北极研究站或水下监测系统。

应用极其有限

仅限研究实验室使用:由于锔具有极强的放射性、极其稀有且成本高昂,它没有商业或消费用途。所有用途都限于采用最高安全规程的专业核研究设施。

科学研究

α源标准:微量锔-244可作为核实验室中的参考标准,用于校准α粒子探测设备并研究辐射对材料的影响。

核化学研究:研究化学家利用锔研究锕系元素的基本性质,推进对重元素化学和核物理的认识。

超重元素制备

靶材料:锔可作为粒子加速器中的靶材料,用于制备原子序数超过100的超重元素。这些实验推动了核物理的边界,并搜索理论上的“稳定岛”。

分析应用

中子活化分析:锔-铍中子源用于专门的分析技术,可在不破坏样品的情况下确定其元素组成,但由于安全问题,这种应用极其有限。

研究仪器:锔源有助于校准和测试核设施中的辐射探测设备,确保在各种研究应用中准确测量放射性。

重要提示:锔没有实际的商业用途,只用于高度专业化的研究环境。其极强的放射性和稀有性使其成为地球上管制最严格的材料之一。

来源

自然存在

0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements

完全由人工合成的元素

自然界中不存在:锔不会在地球上自然存在。虽然太阳系形成早期可能曾有微量锔存在,但其相对较短的半衰期(寿命最长的同位素锔-247的半衰期为15.6 million years)意味着原始锔在数十亿年前就已消失。

核反应堆制备

镅的嬗变:锔主要通过在专用核反应堆中用中子轰击镅-241制备。该过程需要严格控制条件,而且只能产生极少量的锔。

多步过程:锔的制备涉及从较轻锕系元素开始的多次中子俘获和衰变步骤。该过程效率极低,大量起始材料会在竞争性核反应中被消耗。

实验室合成

粒子加速器方法:研究设施可以在回旋加速器和直线加速器中,用α粒子或其他重离子轰击钚靶或镅靶来制备锔。

多种同位素:不同制备方法会产生不同的锔同位素。锔-244(半衰期18.1 years)是最常制备的同位素,而锔-242(半衰期163 days)更容易制备,但由于寿命较短,用途较少。

全球产量极其有限

毫克级产量:全球锔的年产量以毫克计,是人类制备的最稀有材料之一。只有少数专业设施能够制备和处理锔。

高成本和高复杂性:制备锔的成本极高、技术难度极大,因此其供应仅限于最必要的研究应用。生产成本可能超过每克数百万美元。

回收挑战

核废物处理:虽然核废物中含有痕量锔,但回收锔极其困难且成本高昂。所需的复杂化学分离过程往往会破坏比回收量更多的锔。

处理

安全

锔 具有放射性。 It has no stable isotope — every nucleus decays. 处理时需要适当的屏蔽和许可。

极其危险的放射性

强α发射体:锔是已知放射性最强的元素之一,以极高强度发射强α粒子。锔-244每克产生的α辐射比镭多3,000倍,危险性极高。

自发产热

自行发热:锔通过放射性衰变产生大量热量,甚至足以使样品在黑暗中发出红热。这种强烈的产热能力给隔离和处理带来了额外的安全挑战。

热危害:锔产生的热量可能导致灼伤、火灾和设备损坏。即使储存极少量锔,也需要特殊的耐热隔离系统。

严重的吸入危险

致命的体内暴露:即使吸入或摄入微量锔,也可能导致严重的放射病、癌症和死亡。强烈的α辐射会破坏细胞DNA并迅速损伤组织。

骨组织蓄积:与其他锕系元素一样,锔进入人体后往往会在骨组织中蓄积,造成长期辐射暴露,并增加骨癌和白血病的风险。

最高级别安全规程

仅限专业设施:锔只能在最先进的核设施中处理,这些设施配备多重隔离屏障、远程操作设备以及持续监测的负压系统。

授权人员:只有接受过全面辐射安全培训、具备丰富经验并接受适当医学监测的核专业人员,才应在绝对必要的关键研究中操作锔。

应急响应

污染紧急情况:任何疑似锔暴露或污染事件都需要立即疏散,由辐射专业人员提供紧急医疗响应,并可能需要长期医学监测和治疗。

民用无法接触:消费产品或民用应用中绝不会出现锔。在授权核设施之外发现锔,意味着发生了严重的安全事件,需要立即由专业人员处理。

快速回答

锔:常见问题

What is 锔?

锔 (symbol Cm) is element 96 on the periodic table, a 锕系元素 in period 7. Named for the Curies, and the isotope that has analysed the soil of Mars. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.

What is the electron configuration of 锔?

锔's ground-state electron configuration is [Rn] 5f⁷ 6d¹ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 25, 9, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of 锔?

锔 melts at 1618 K (1344.9 °C) and boils at 3400 K (3126.9 °C).

What is the atomic mass of 锔?

锔 has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 247, is the mass number of its longest-lived known isotope.

How dense is 锔?

锔 has a density of 13.51 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 锔 is about 13.5× heavier.

What is the electronegativity of 锔?

锔 has a Pauling electronegativity of 1.28. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered 锔, and when?

锔 was discovered in 1944 by Seaborg, James & Ghiorso. It is named after marie and Pierre Curie.

How common is 锔 on Earth?

锔 does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.

Is 锔 radioactive?

Yes. 锔 has no stable isotope — every one of its nuclei decays. It does not occur in usable quantities in nature and must be synthesised.