铹 (Lr) — Element 103: Properties & Facts

Q: What is the electron configuration of 铹?

铹's ground-state electron configuration is [Rn] 5f¹⁴ 7s² 7p¹, giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3 electrons respectively.

结构

铹原子

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

子层——选择一个进行渲染

每层电子数

n=1 2
n=2 8
n=3 18
n=4 32
n=5 32
n=6 8
n=7 3

铹 has 7 occupied shells holding 103 electrons in total. The outermost shell holds 3, and those are the electrons that do the chemistry.

质子: 103
电子: 103
中子（最常见同位素）: 159
氧化态: +3

测量值

性质表

每个条形图都显示铹在全部118种元素中该性质的排名位置。

物理

密度 15.6 g/cm³~ 83%

熔点 1900 K~ 81%

沸点 —

比热容 —

热导率 —

原子

原子半径 246 pm 83%

共价半径 161 pm~

范德华半径 246 pm

电子

电负性 1.3 30%

电离能 478.6 kJ/mol 3%

电子亲和能 —

存在

地壳中的丰度 0 mg/kg 0%

身份

符号Lr

原子序数103

原子量262 u

类别锕系元素

区d

晶体结构unknown

氧化态+3

发现时间1961

发现者Lawrence Berkeley National Laboratory

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 铹 atom?

Radius 246 pm — that is 0.246 nm, so about 2033 million of them side by side would span a millimetre.

热范围

Solid, liquid, gas — and when

铹在1900 K熔化；其沸点尚未测得。

所在位置

在表中的位置

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

OTHER 锕系元素

89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk 98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No

All 锕系元素

故事

铹是什么，以及我们如何发现它

The last actinide, with an electron configuration that broke the expected pattern.

The discovery of 铹

Berkeley Laboratory 的成就（1961）

铹由 Albert Ghiorso、Torbjørn Sikkeland、Almon E. Larsh 和 Robert M. Latimer 于1961年在 Lawrence Berkeley National Laboratory 发现，使用了重离子直线加速器（HILAC）。这一发现标志着锕系元素系列的完成，并开启了超重元素研究的大门。

HILAC 突破性技术

研究团队使用 Berkeley 革命性的重离子直线加速器，用硼-10 和硼-11 离子轰击锎-252 靶材。生成的铹-258 原子核通过创新的反冲技术和固态探测器被检测到，代表了核物理技术的前沿水平。

反冲检测创新

这项发现采用了开创性的“反冲技术”，将铹原子沉积在金属化 Mylar 胶带上，使其经过一系列探测器，以测量其特征性的 α 衰变。这种方法后来成为鉴定超重元素的标准方法。

向 Ernest Lawrence 致敬

该元素以“lawrencium”命名，以纪念回旋加速器发明者和 Berkeley Lab 创始人 Ernest Orlando Lawrence（1901-1958）。这一命名向美国在冷战时期激烈的元素发现竞争中对核物理学作出的贡献致敬。

通往超重元素的门户

作为最后一种锕系元素，铹的发现标志着核科学发展的关键里程碑，为持续至今的超重元素研究奠定了基础。它代表着一个时代的结束，也代表着探索未知核领域的开始。

应用

铹的用途

锕系元素系列边界研究

铹是至关重要的最后一种锕系元素，标志着超重元素区域中 f 轨道填充结束并开始 d 轨道填充的过渡点。这使其对于理解传统元素之外的电子排布模式和化学周期性具有不可替代的价值。

相对论化学研究

科学家利用铹研究超重原子中的相对论效应，此时电子速度接近光速的较大部分。这些研究验证了在极端核电荷条件下化学性质如何变化的量子力学预测。

化学性质研究

研究团队利用铹开展开创性的单原子化学实验，以确定其氧化态、离子半径和化学键合行为。这些研究有助于预测更重超重元素的性质，并验证理论化学模型。

核壳层结构分析

铹同位素为理解控制超重元素稳定性的核幻数和壳层效应提供关键数据。这项研究有助于预测理论上的“稳定岛”，并确定合成104号及更重元素的最佳路径。

先进合成技术开发

铹的研究推动了超重元素制备方法的创新，包括热聚变反应、靶材制备技术和分离化学，从而能够在极微量条件下分离并研究单个原子。

核研究实验室应用

铹的应用仍局限于包括 Berkeley Lab、GSI Helmholtz Centre、RIKEN 和 JINR 的 Flerov Laboratory 在内的世界一流核研究设施。这些机构利用铹开展基础核物理和超重元素化学研究。

核光谱学研究

研究团队利用铹进行精密核测量，包括 α 衰变能量测定、γ 射线光谱学和核寿命研究。这些实验为理解原子稳定性极限下的核结构提供必要数据。

单原子化学分析

科学家利用铹开展突破性的逐原子化学研究，通过先进的萃取和检测技术研究其化学行为。这些实验代表了化学与核物理交汇的终极前沿。

检测技术创新

铹研究需要开发超高灵敏度分析系统，包括磁扇形分离器、飞行时间探测器和先进的数据采集系统，推动核仪器技术的发展边界。

来源

自然存在

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

完全通过人工合成制备

铹在宇宙任何地方都不存在于自然界，只能通过粒子加速器中的人工核合成产生。这种超重元素代表了自大爆炸以来从未自然存在过的物质。

粒子加速器合成

科学家在直线加速器中用硼、碳或氮离子轰击锫或锎靶材来制备铹。1961 年最初在 Berkeley 进行的合成使用重离子直线加速器（HILAC）轰击锎-252，生成铹-258。

极短的半衰期

最稳定的铹同位素²⁶⁶Lr的半衰期仅为11小时，因此任何原始铹都不可能在地球形成后存留至今。大多数铹同位素在生成后的几分钟或几秒内就会衰变。

原子尺度的制备

全球铹的产量按每次合成运行产生的单个原子数计算，所有研究设施每年的全球总产量可能仅为数百至数千个原子。每次合成都需要稀有的锕系元素靶材和巨大的能量消耗。

普遍不存在于自然界

与通过恒星核合成、宇宙射线散裂或原始核合成形成的元素不同，铹由于半衰期极短且需要特定的核反应条件，无法自然形成。它只能通过人类的技术成就产生。

处理

安全

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

强放射性危害

极度危险：铹是一种高度放射性的人工合成元素，会释放危险的 α 粒子、β 辐射，并发生自发裂变。即使是单个原子也会带来理论上的健康风险，因此需要最高级别的辐射防护和隔离措施。

α 粒子发射

铹同位素会发射高能 α 粒子，可造成严重的细胞损伤和基因突变。内部污染会使器官受到集中的辐射剂量，可能在数天内导致急性辐射综合征和死亡。

最高级别安全规程

研究需要在有厚重屏蔽的热室内使用远程操作系统，持续进行辐射监测，并配备应急响应能力。处理铹样品时，人员必须保持安全距离，并完全使用机器人操作。

污染和废物危害

所有接触过铹的材料都会成为高放射性废物，需要采用专门的处置程序。即使是微量污染也会产生持续的辐射危害，必须按照严格的核安全法规进行管理。

快速回答

铹：常见问题

What is 铹?

铹 (symbol Lr) is element 103 on the periodic table, a 锕系元素 in period 7. The last actinide, with an electron configuration that broke the expected pattern. At room temperature it is expected to be a solid, and it is radioactive.

What is the electron configuration of 铹?

铹's ground-state electron configuration is [Rn] 5f¹⁴ 7s² 7p¹, giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of 铹?

No sample of 铹 has ever been condensed, so both figures are calculated rather than measured: it is predicted to melt at 1900 K (1626.9 °C) and boil at not measured.

What is the atomic mass of 铹?

铹 has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 262, is the mass number of its longest-lived known isotope.

How dense is 铹?

铹 is predicted to have a density of about 15.6 g/cm³, though no sample large enough to weigh has ever been made. Water is 1.0 g/cm³ for comparison.

What is the electronegativity of 铹?

铹 has a Pauling electronegativity of 1.3. 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 铹, and when?

铹 was discovered in 1961 by Lawrence Berkeley National Laboratory. It is named after ernest Lawrence.

How common is 铹 on Earth?

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

Is 铹 radioactive?

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

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