101 Md 钔 258*
锕系元素 f区 第7周期 放射性 合成

钔

Md · 元素101 · 锕系元素

第一种逐个原子制得并鉴定的元素。

20°C时的状态 固态~
原子量 258 u
电子排布[Rn] 5f¹³ 7s²

结构

钔原子

这不是环上点阵图,而是对每个已占据亚层的实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样。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

属性表

每个条形图显示钔在全部118种元素中该属性所处的位置。

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 —

存在情况

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~的数值为预测值,而非测量值。

尺寸,按比例显示

钔的原子有多大?

半径246 pm——即0.246 nm,因此大约2.03百万个这样的原子并排起来才有一毫米长。

温度范围

固态、液态、气态——以及转变时机

钔在1100 K时熔化;其沸点尚未测定。

所在位置

在表中的位置

钔位于锕系元素系,印在主表格下方。

其他锕系元素

所有锕系元素

背后的故事

钔是什么,以及我们如何发现它

第一种逐个原子制得并鉴定的元素。

钔的发现

Berkeley Laboratory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。

冷战核计划关联

这项发现源于核武器试验。1952年,Ivy Mike热核试验——一次1000万吨级氢弹爆炸——产生了足够的中子通量,从而生成此前未知的元素。这次太平洋试验产生的放射性碎片中含有锿-253,这是合成钔所需的关键靶材。

逐个原子进行

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生成并鉴定一种新元素。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的致敬,也是冷战外交的一部分,承认了美苏关系紧张时期俄罗斯科学家的贡献。

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”,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。这项成就证明了人类能够创造出宇宙中从未存在过的物质。

用途

钔的用途

核物理研究

钔是超重元素合成研究中的关键阶梯,有助于深入了解核壳层结构和稳定性。科学家利用Md同位素研究决定核稳定性的幻数,尤其关注超重元素预测中的“稳定岛”。

高级核研究

研究团队利用钔开展核裂变研究,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材料。

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、配合物形成及化学行为。这些研究有助于验证极端原子环境中电子排布和化学键的理论预测。

理论模型验证

物理学家利用钔的数据改进预测更重元素存在及其性质的核模型和计算。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提供支持。

未来空间应用

虽然目前仍停留在理论阶段,但对钔性质的了解有助于奇异物质研究,这些物质未来可能彻底改变太空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

研究团队利用钔开展核能谱实验,测量伽马射线发射、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关键数据。

理论物理验证

钔是用于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测进行比较,以改进对超重原子中核力和电子行为的理解。

高级探测技术

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识别系统,从而提升我们研究极其罕见核过程的能力。

来源

自然存在

地壳中含量为0 mg/kg · 比0%的元素更丰富

仅有人工合成来源

钔不会自然存在于地球上或可观测宇宙的任何地方。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靶材来制造钔。Berkeley团队最初于1955年仅使用十亿个锿原子进行合成,逐个原子地生成钔,这在核物理学中是一项非凡成就。

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,早已在数十亿年前衰变殆尽。目前的产量以单个原子或小型原子簇计量。

全球生产限制

据估计,全球所有研究设施每年合计生产的钔少于几千个原子。该元素的合成需要稀有的锿靶材、先进粒子加速器和巨量能量,因此生产成本高得惊人。

宇宙中的缺失

不同于在恒星核合成中形成的较轻元素,由于半衰期极短以及合成所需的特定核反应,钔无法在恒星或超新星中形成。它代表着完全由人类制造的物质,突破了原子存在的边界。

处理

安全

钔具有放射性。 它没有稳定同位素——每个原子核都会衰变。的处理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,会通过α辐射、伽马射线发射和自发裂变造成严重健康风险。即使是微量钔,也需要在获许可的核设施中采用专业的封存和操作规程。

α辐射暴露

钔同位素会发射高能α粒子,接触活组织时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。

必要的安全措施

研究需要专业热室、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,都必须采用专业废物处理规程。

快速解答

钔:常见问题

钔是什么?

钔(符号Md)是元素周期表中的第101号元素,属于7周期的锕系元素。 第一种逐个原子制得并鉴定的元素。 在室温下预计为固态,并且具有放射性。

钔的电子排布是什么?

钔的基态电子排布为[Rn] 5f¹³ 7s²,共有7个已占据的电子层,电子分布为2, 8, 18, 32, 31, 8, 2。

钔的熔点和沸点是多少?

从未将钔的样品冷凝出来,因此这两个数值是计算得出的,而非测量结果:预计其在1100 K(826.9 °C)熔化,在未测定沸腾。

钔的原子量是多少?

钔没有稳定同位素,因此没有标准原子量。所列数值258是其已知寿命最长同位素的质量数。

钔的密度是多少?

预计钔的密度约为10.3 g/cm³,但从未制得足够大的样品来称量。作为比较,水的密度为1.0 g/cm³。

钔的电负性是多少?

钔的鲍林电负性为1.3。该标度范围为0.70(钫,吸引电子能力最弱)至3.98(氟,吸引电子能力最强)。 处于这一中间范围的数值通常对应共价键,而不是强离子键。

谁发现了钔,是在什么时候?

钔由Ghiorso et al.于1955年发现。 它以dmitri Mendeleev命名。

钔在地球上有多常见?

钔在地球上不会以任何有意义的数量自然存在——它是在反应堆或加速器中制得的。

钔具有放射性吗?

是。钔没有稳定同位素——它的每个原子核都会衰变。 自然界中不存在可用数量的该元素,必须通过合成获得。