61 Pm 钷 145*
镧系元素 f-block Period 6 Radioactive Synthetic

钷

Pm · Element 61

The only lanthanide with no stable isotope — it decayed away and had to be made in a reactor.

20°C时的状态 固态
原子量 145 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f⁵ 6s²
60Nd All 118 62Sm

结构

钷 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

每个条形图都显示钷在全部118种元素中该性质的排名位置。

物理

密度 7.26 g/cm³ 46%
熔点 1315 K 57%
沸点 3273 K 68%
比热容 0.18 J/g·K
热导率 17.9 W/m·K 45%

原子

原子半径 183 pm 72%
共价半径 199 pm
范德华半径 236 pm

电子

电负性 1.13 14%
电离能 538.4 kJ/mol 13%
电子亲和能 —

存在

地壳中的丰度 0 mg/kg 0%

身份

符号Pm
原子序数61
原子量145 u
类别镧系元素
区f
晶体结构菱方晶系
氧化态+3
发现时间1945
发现者Marinsky, Glendenin & Coryell

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 钷 atom?

Radius 183 pm — that is 0.183 nm, so about 2732 million of them side by side would span a millimetre.

热范围

Solid, liquid, gas — and when

钷 is liquid over a 1958 K window, from 1315 K to 3273 K.

所在位置

在表中的位置

钷 sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER 镧系元素

57La 58Ce 59Pr 60Nd 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu
All 镧系元素

故事

钷 是什么，以及我们如何发现它

The only lanthanide with no stable isotope — it decayed away and had to be made in a reactor.

The discovery of 钷

🔍失踪元素之谜

门捷列夫的预测（1869年）

德米特里·门捷列夫整理元素周期表时，预测钕和钐之间存在一种元素，并称其为“类钕”。近70年来，这一直是化学界最难以捉摸的缺失拼图。

错误声明与混乱（1900年代-1920年代）

多位科学家声称发现了61号元素：

  • 1902年：Bohuslav Brauner认为自己在稀土残渣中发现了它
  • 1914年：Henry Moseley的X射线研究提示了它的存在
  • 1924年：意大利科学家声称从巴西独居石中分离出了它

后来证明所有声明都不正确，原因是分离技术不足以及邻近元素造成的污染。

橡树岭的突破（1945年）

Oak Ridge National Laboratory的Charles Coryell、Jacob Marinsky和Lawrence Glendenin最终在Manhattan Project期间从铀裂变产物中分离出了61号元素。他们使用先进的离子交换色谱法，明确鉴定并分离出这种放射性元素。

命名争议（1945-1950年）

发现者最初以原子时代为由提议使用“atomium”这个名称，但该名称遭到拒绝。经过多年争论，他们最终以Prometheus命名为“钷”。Prometheus是从众神那里盗取火种的希腊泰坦，象征着人类对核火焰的掌控。

科学验证

这项发现通过以下方式得到证实：

  • β辐射分析显示出特征性衰变模式
  • 钷化合物的X射线晶体学
  • 质谱法确认原子量为147
  • 化学分离证明其具有镧系元素性质
⚡ 历史影响：钷的发现标志着镧系元素系列的完成，并证明铀以下元素周期表中的所有空缺都可以通过核合成填补。

应用

钷的用途

🚀先进核应用

钷是唯一没有稳定同位素的放射性稀土元素，在专门的核技术中发挥着独特作用。钷-147产生能量水平相对安全的β辐射（225 keV），非常适合用于为深空任务供电的核电池，因为在这些任务中太阳能电池板无法有效工作。

空间探索技术

NASA和其他航天机构使用钷放射性同位素热电发生器（RTG）为飞往木星以外的航天器提供能源，因为在那里太阳能变得不足。这些紧凑型电源可为执行土星、铀和星际空间任务的仪器提供数十年可靠的电力。

医学研究应用

在核医学中，钷-147作为β发射示踪剂，用于研究代谢过程和器官功能。其相对较短的半衰期（2.6年）能够进行详细成像，同时减少患者长期受到的辐射照射。

精密仪器

高端科学仪器使用钷作为厚度测量仪，用于测量半导体制造中的极薄材料。稳定一致的β发射可提供精确测量，这对微电子产品生产中的质量控制至关重要。

专用照明系统

紧急出口标志和飞机仪表板利用钷的磷光性质，通过β辐射激发荧光涂层，产生无需外部电源、可持续数年自行供电的照明。

⚠️ 需要特殊处理：由于钷具有放射性，所有钷的应用都需要严格的辐射安全规程和专门的 containment 系统。

🔬专门科学用途

核电池

钷-147为用于心脏起搏器、远程气象站和极端环境科学设备的贝塔伏特电池提供能量。这些电池无需维护即可稳定供电10-20年，因此对难以到达的设施极为宝贵。

发光涂料技术

军事和航空业使用钷基放射性发光涂料制作仪表盘、罗盘标记和应急照明系统。在关键应用中，这种自发光性质无需依赖外部光源。

研究实验室设备

科研机构使用钷源对检测设备进行β辐射校准，确保核物理实验和环境监测系统中的测量准确。

质量控制系统

制造业在纸张、塑料和金属板材生产中使用钷-147构建厚度监测系统，无需与材料接触即可提供实时质量保证。

🚀新兴应用

  • 用于物联网（IoT）传感器的微型核电池
  • 深海探测设备电源
  • 自动驾驶车辆传感器校准系统
  • 空间栖息地应急照明系统

来源

自然存在

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

🧪独特的人工合成来源

不存在天然稳定性

钷的独特之处在于，它是唯一没有稳定同位素的镧系元素。不同于存在于矿床中的其他稀土元素，钷在自然界中只以铀矿石裂变产物的形式存在于痕量中，其浓度极低，几乎无法检测。

核反应堆生产

如今使用的钷几乎全部来自核反应堆运行。最有用的同位素钷-147是在专用研究反应堆中通过中子轰击钕-146制得的，全球年产量约为1-2克。

恒星核合成

在宇宙中，钷形成于恒星核过程，但衰变速度过快，无法积累到可检测的数量。天文学家已在某些变星中发现钷的光谱线，这为了解恒星内部条件和核合成机制提供了线索。

铀衰变链

天然铀-235的裂变偶尔会产生钷同位素，但这些同位素会在数年至数十年内衰变。即使在含铀量最高的矿床中，钷的浓度仍低于每千克矿石10⁻¹⁸克。

实验室合成

科研机构通过以下方式制备钷：

  • 对钕靶进行中子活化
  • 对钐样品进行离子轰击
  • 从核反应堆裂变产物中分离
  • 使用粒子加速器合成研究所需数量
💎 极度稀有：钷被认为是地球上最稀有的元素之一，任何时候全球总库存估计都少于1千克。

处理

安全

钷 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。

☢️辐射安全至关重要

辐射危害

主要风险：钷-147发射β辐射（电子），最大能量为225 keV。由于β粒子的穿透能力有限，外部照射的风险相对较低，但体内污染会造成严重健康威胁。

个人防护装备

  • 实验服和丁腈手套（双层）
  • 带侧面防护的安全眼镜
  • 处理粉末时使用呼吸防护用品
  • 必须佩戴个人剂量计

处理规程

操作必须在具有负压的放射化学通风柜中进行。可能时使用远程操作工具。钷操作区域内严禁进食、饮水或使用化妆品。严格管理所有放射源的库存。

污染预防

工作台面必须铺设吸水性背衬塑料纸。离开实验室前，使用辐射检测设备检查双手、衣物和工作区域。使用适当的清洁溶液对表面进行去污。

应急程序

污染事故：立即通知辐射安全负责人。脱下受污染的衣物并彻底淋浴。针对可能的体内照射接受医学评估。泄漏清理需要专门的规程和设备。

储存要求

将其储存在屏蔽容器中，并置于上锁且设有标识的放射性区域内。记录温度并按计划进行目视检查。必须每月清点放射源，每年进行泄漏测试。

🚨 紧急情况：发生任何与钷有关的事故或疑似污染时，立即联系所在机构的辐射安全负责人。

快速回答

钷：常见问题

What is 钷?

钷 (symbol Pm) is element 61 on the periodic table, a 镧系元素 in period 6. The only lanthanide with no stable isotope — it decayed away and had to be made in a reactor. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.

What is the electron configuration of 钷?

钷's ground-state electron configuration is [Xe] 4f⁵ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 23, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of 钷?

钷 melts at 1315 K (1041.9 °C) and boils at 3273 K (2999.9 °C).

What is the atomic mass of 钷?

钷 has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 145, is the mass number of its longest-lived known isotope.

How dense is 钷?

钷 has a density of 7.26 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 钷 is about 7.3× heavier.

What is the electronegativity of 钷?

钷 has a Pauling electronegativity of 1.13. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered 钷, and when?

钷 was discovered in 1945 by Marinsky, Glendenin & Coryell. It is named after prometheus, who stole fire from the gods.

How common is 钷 on Earth?

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

Is 钷 radioactive?

Yes. 钷 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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