钔 (Md) — Element 101: Properties & Facts

Q: What is the electron configuration of 钔?

钔's ground-state electron configuration is [Rn] 5f¹³ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 31, 8, 2 electrons respectively.

结构

钔原子

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 31
n=6 8
n=7 2

钔 has 7 occupied shells holding 101 electrons in total. The outermost shell holds 2, and those are the electrons that do the chemistry.

质子: 101
电子: 101
中子（最常见同位素）: 157
氧化态: +2, +3

测量值

性质表

每个条形图都显示钔在全部118种元素中该性质的排名位置。

物理

密度 10.3 g/cm³~ 67%

熔点 1100 K~ 48%

沸点 —

比热容 —

热导率 —

原子

原子半径 246 pm 83%

共价半径 173 pm~

范德华半径 246 pm

电子

电负性 1.3 30%

电离能 634.9 kJ/mol 40%

电子亲和能 —

存在

地壳中的丰度 0 mg/kg 0%

身份

符号Md

原子序数101

原子量258 u

类别锕系元素

区f

晶体结构unknown

氧化态+2, +3

发现时间1955

发现者Ghiorso et al.

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 钔 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

钔在1100 K熔化；其沸点尚未测得。

所在位置

在表中的位置

钔 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 102No 103Lr

All 锕系元素

故事

钔是什么，以及我们如何发现它

The first element produced and identified one atom at a time.

The discovery of 钔

Berkeley实验室的胜利（1955年）

钔于1955年2月19日由Albert Ghiorso、Glenn T. Seaborg、Gregory Robert Choppin、Bernard G. Harvey和Stanley G. Thompson组成的传奇团队，在加利福尼亚大学Berkeley分校发现。这一发现标志着冷战期间合成新元素竞赛中的关键时刻。

冷战核计划的关联

这项发现源于核武器试验。1952年，Ivy Mike热核试验——一次当量为10兆吨的氢弹爆炸——产生了足够的中子通量，制造出此前未知的元素。该次太平洋试验产生的放射性残留物中含有锿-253，这是合成钔所需的关键靶材料。

一次一个原子

团队使用Berkeley的60英寸回旋加速器，用α粒子轰击仅十亿个锿原子，这是历史上首次逐个原子地制造并鉴定出一种新元素。在那个历史性的二月早晨，他们探测到五次特征性裂变事件，证明了101号元素的存在。

以诺贝尔传统命名

该元素以Dmitri Mendeleev命名，他是元素周期表的创制者，以此纪念他关于铀之后还会发现新元素的预言。这一命名既是对科学贡献的致敬，也体现了冷战外交，在美苏关系紧张时期承认俄罗斯的科学贡献。

科学革命

Glenn T. Seaborg称这项发现是“超铀元素序列中最具戏剧性的发现之一”，并建立了超重元素研究的新技术，这些技术至今仍是现代核物理学的基础。这一成就证明了人类能够创造宇宙中从未存在过的物质。

应用

钔的用途

核物理学研究

钔是超重元素合成研究中的关键阶梯，为了解核壳层结构和稳定性提供了重要线索。科学家利用Md同位素来理解支配核稳定性的幻数，尤其关注超重元素预言中的“稳定岛”区域。

先进核研究

研究团队将钔用于核裂变研究，以探究自发裂变过程和α衰变链。该元素相对较长的半衰期（²⁵⁶Md为77.7分钟）使其成为研究超铀元素化学和物理性质的宝贵对象。

化学性质研究

钔推动了超重元素化学的突破性研究，使科学家能够研究锕系元素之后元素的氧化态、配合物形成以及化学行为。这些研究有助于验证极端原子环境中关于电子排布和化学键合的理论预言。

理论模型验证

物理学家利用钔的数据改进核模型和计算，以预测更重元素的存在及其性质。这项研究推动了先进粒子加速器和探测系统的发展，为未来发现超重元素奠定基础。

未来空间应用

虽然目前仍停留在理论层面，但对钔性质的理解有助于开展奇异物质研究，这种物质未来或许能够彻底改变空间推进系统和能源生成技术。

研究实验室应用

钔的主要应用仍局限于全球各地的专业核研究设施。包括Berkeley Lab、GSI Helmholtz Centre和RIKEN在内的主要实验室，利用钔同位素开展基础核物理研究和超重元素合成研究。

核结构研究

研究团队在核能谱学实验中使用钔，测量γ射线发射、α衰变能量和裂变碎片分布。这些测量为理解核壳层效应以及预测尚未发现的超重元素性质提供了关键数据。

理论物理验证

钔是检验量子力学计算和核模型的基准元素。科学家将钔同位素的实验数据与理论预言进行比较，以改进对超重原子中核力和电子行为的理解。

先进探测技术

钔的研究推动了超高灵敏度探测系统的创新，包括飞行时间质谱、α粒子探测器和先进的粒子鉴别系统，从而提升研究极其罕见核过程的能力。

来源

自然存在

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

仅有人工合成来源

钔不会在地球上或可观测宇宙的任何地方自然存在。这种超重元素只能通过先进粒子加速器中的人工核合成产生，因此是人类制造过的最稀有物质之一。

实验室生产过程

科学家在回旋加速器或直线加速器中，用α粒子（氦-4原子核）轰击锿-253靶来制造钔。Berkeley团队最初在1955年的合成实验中只使用了十亿个锿原子，逐个原子地制造出钔，这是核物理学中的非凡成就。

极端稀有性和不稳定性

最稳定的钔同位素²⁵⁸Md的半衰期仅为51.5天，这意味着任何可能在地球形成时期存在的钔原子，早在数十亿年前就已经衰变。当前的产量以单个原子或小型原子团簇计量。

全球生产限制

据估计，全球所有研究设施合计每年生产的钔少于几千个原子。该元素的合成需要稀有的锿靶、先进的粒子加速器和巨量能源，因此生产成本极其高昂。

宇宙中的缺失

与在恒星核合成中形成的较轻元素不同，由于钔的半衰期极短且合成所需的特定核反应，恒星或超新星无法产生钔。它代表了完全由人类制造的物质，将原子存在的边界推向了更远处。

处理

安全

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

极强放射性危害

危险：钔是一种极强放射性的人工合成元素，可通过α辐射、γ射线发射和自发裂变造成严重健康风险。即使是微量钔，也需要在获得许可的核设施中采用专门的隔离和操作规程。

α辐射暴露

钔同位素会发射高能α粒子，如果接触活组织，可能造成严重辐射灼伤、遗传损伤和癌症。通过吸入或摄入造成的内部污染会使器官受到集中的辐射剂量，立即危及生命。

必需的安全措施

研究需要专用热室、远程操作设备和持续辐射监测。工作人员必须穿戴完整的辐射防护装备，并在厚重屏蔽层后工作。紧急去污程序和医学辐射治疗必须随时可用。

环境污染风险

尽管半衰期较短，钔污染仍会通过衰变产物和裂变碎片造成持续性放射性危害。所有接触过钔的材料，包括实验室设备和防护服，都必须采用专门的废物处置规程。

快速回答

钔：常见问题

What is 钔?

钔 (symbol Md) is element 101 on the periodic table, a 锕系元素 in period 7. The first element produced and identified one atom at a time. At room temperature it is expected to be a solid, and it is radioactive.

What is the electron configuration of 钔?

钔's ground-state electron configuration is [Rn] 5f¹³ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 31, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of 钔?

No sample of 钔 has ever been condensed, so both figures are calculated rather than measured: it is predicted to melt at 1100 K (826.9 °C) and boil at not measured.

What is the atomic mass of 钔?

钔 has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 258, is the mass number of its longest-lived known isotope.

How dense is 钔?

钔 is predicted to have a density of about 10.3 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 钔?

钔 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 钔, and when?

钔 was discovered in 1955 by Ghiorso et al.. It is named after dmitri Mendeleev.

How common is 钔 on Earth?

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

Is 钔 radioactive?

Yes. 钔 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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