102 No 锘 259*
锕系元素 f区 第7周期 放射性 合成

锘

No · 元素102 · 锕系元素

瑞典、美国和苏联团队围绕其发现展开了长达十年的争议。

20°C时的状态 固态~
原子量 259 u
电子排布[Rn] 5f¹⁴ 7s²

结构

锘原子

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

每个条形图显示锘在全部118种元素中该属性所处的位置。

物理

密度 9.9 g/cm³~ 64%
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 176 pm~
范德华半径 246 pm

电子

电负性 1.3 30%
电离能 639.7 kJ/mol 41%
电子亲和能 —

存在情况

地壳中的丰度 0 mg/kg 0%

身份

符号No
原子序数102
原子量259 u
类别锕系元素
区f
晶体结构unknown
氧化态+2, +3
发现1958
发现者Joint Institute for Nuclear Research

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

锘的原子有多大?

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

锘在1100 K时熔化;其沸点尚未测定。

所在位置

在表中的位置

锘位于锕系元素系,印在主表格下方。

其他锕系元素

所有锕系元素

背后的故事

锘是什么,以及我们如何发现它

瑞典、美国和苏联团队围绕其发现展开了长达十年的争议。

锘的发现

国际发现争议(1957-1966)

锘的发现成为冷战时期科学界最具争议的事件之一。1957年,瑞典斯德哥尔摩的Nobel Institute首先提出发现声明,随后苏联杜布纳的科学家和美国伯克利的研究人员相继提出竞争性声明,引发了持续十年的优先权争夺。

瑞典最初的声明

1957年,Nobel Institute的瑞典物理学家宣布发现102号元素,使用碳-13离子轰击锔-244。他们提议以Alfred Nobel之名将其命名为“nobelium”。然而,其他实验室无法重复他们的结果,瑞典团队最终撤回了声明。

苏联取得成功

1966年,苏联杜布纳联合核研究所的Georgy Flerov团队实现了确定性合成。他们用氖-22离子轰击铀-238,成功制造出锘-256,为102号元素的存在提供了确凿证据。

IUPAC决议(1992)

国际纯粹与应用化学联合会最终于1992年认定苏联团队正式发现了该元素。然而,由于名称“nobelium”已广泛用于科学文献,该名称被保留下来,形成了命名者并非发现者的特殊情况。

冷战时期的科学外交

锘的争议反映了冷战时期科学界更广泛的紧张关系,国家荣誉和政治声望都与元素发现密切相关。最终的解决表明,国际科学合作能够克服政治分歧,共同追求真理。

用途

锘的用途

核化学研究

锘在理解超重元素化学方面发挥着关键作用,尤其用于研究电子轨道在极端核电荷条件下的行为。科学家研究锘,以验证重原子中的相对论效应预测,并探索超越传统周期趋势的化学键合。

锕系元素系列边界研究

研究团队利用锘研究锕系元素系列的终点以及向超重元素的过渡。这项研究有助于确定f轨道填充结束的位置,并深入了解影响103号及更重元素化学性质的电子排布规律。

核衰变过程研究

锘同位素是研究自发裂变和α衰变链的理想对象,可提供对于理解核稳定性极限以及预测理论“稳定岛”中尚未发现的超重元素性质至关重要的数据。

理论模型测试

物理学家在实验中使用锘测试超重原子的量子力学计算,验证有关核壳层效应、结合能以及合成更重元素的最佳路径等理论预测。

先进探测技术

锘研究推动了超高灵敏度分析技术的发展,包括单原子化学方法、先进质谱法和复杂的辐射探测系统,不断拓展核科学的可能边界。

专门研究设施

锘的应用仅限于先进核研究实验室,包括德国的GSI、日本的RIKEN和美国的Berkeley Lab。这些设施利用锘开展基础核物理研究和超重元素合成研究。

核结构分析

研究团队利用锘进行伽马射线能谱学和核衰变研究,以测量包括自旋、宇称和磁矩在内的精确核性质。这些测量为理解超重元素中的核壳层结构提供了 essential data。

单原子化学

科学家使用锘开展开创性的单原子化学实验,仅用几个原子研究其氧化态和化学行为。这些实验代表了化学的最前沿,在材料科学的绝对极限上开展研究。

探测器技术创新

锘研究需要开发尖端探测系统,包括位置灵敏探测器、飞行时间系统和先进的粒子鉴别方法,从而推动面向未来发现的核仪器技术发展。

来源

自然存在

地壳中含量为0 mg/kg · 比0%的元素更丰富

纯人工合成元素

锘只能通过人工合成产生于粒子加速器中,从未在地球上自然发现,也未在恒星光谱中检测到。这种超重元素代表了人类最独特的创造之一,在已知宇宙的其他任何地方都不存在。

基于加速器的制备

科学家在直线加速器中用碳、氧或氖离子轰击锔或锎靶来制造锘。最初存在争议的合成实验涉及用碳-13原子核轰击锔-244,但直到20世纪60年代才实现确定性制备。

超短暂存在

最稳定的锘同位素259No的半衰期仅为58分钟,因此任何原始锘都不可能从地球形成时存留至今。当前人工合成的锘原子只能存在几分钟,随后便衰变成较轻的元素。

微观制备量

全球锘的产量以每次实验中的单个原子计量,全球每年的合成总量或许只有几千个原子。合成锘需要复杂的粒子加速器、稀有靶材和巨大的能量输入。

宇宙中的自然形成不可能

不同于在恒星核合成或宇宙射线相互作用中形成的元素,由于半衰期极短且需要特定的核反应条件,锘无法自然形成。它代表了一种只能通过人类技术干预而存在的物质。

处理

安全

锘具有放射性。 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。

严重放射性危害

警告:锘是一种强放射性人工合成元素,会发射危险的α粒子、β辐射和伽马射线。即使是纳克级数量也会带来严重健康风险,必须在专门的核设施中处理,并持续进行辐射监测。

多重辐射威胁

锘同位素会发生自发裂变和α衰变,产生高能辐射和中子发射。体内污染会导致严重的辐射中毒、器官损伤,并可能在数小时或数天内引发致命的放射病。

极严格的安全规程

研究需要A级热室、机器人操作系统和厚重的铅屏蔽。工作人员必须与样品保持足够距离,并且只能使用远程操作工具。持续空气监测和应急去污能力是强制要求。

污染控制

所有接触过锘的表面、设备和材料都会受到放射性污染,必须作为高放核废物进行专门处置。即使是微量痕迹,也可能造成持续多个半衰期的辐射危害。

快速解答

锘:常见问题

锘是什么?

锘(符号No)是元素周期表中的第102号元素,属于7周期的锕系元素。 瑞典、美国和苏联团队围绕其发现展开了长达十年的争议。 在室温下预计为固态,并且具有放射性。

锘的电子排布是什么?

锘的基态电子排布为[Rn] 5f¹⁴ 7s²,共有7个已占据的电子层,电子分布为2, 8, 18, 32, 32, 8, 2。

锘的熔点和沸点是多少?

从未将锘的样品冷凝出来,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。

锘的原子量是多少?

锘没有稳定同位素,因此没有标准原子量。所列数值259是其已知寿命最长同位素的质量数。

锘的密度是多少?

预计锘的密度约为9.9 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。

锘的电负性是多少?

锘的鲍林电负性为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。

谁发现了锘,是在什么时候?

锘由Joint Institute for Nuclear Research于1958年发现。 它以alfred Nobel命名。

锘在地球上有多常见?

锘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。

锘具有放射性吗?

是。锘没有稳定同位素——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。