钷

性质

物理性质

钷原子中有61个电子，电子组态为[Xe]4f 6s 。在形成的化合物时，钷会失去其最外层的电子以及一个4f壳层电子，形成一个开放的子层。钷的原子半径在所有的镧系元素中排名第三，只稍微比相邻的元素大一点。

钷有许多特性介于钕和钐的之间。例如熔点以及第一至第三电离能比钕大但比钐少；沸点及离子（Pm ）和单原子气体的标准形成热比钐大但比钕少。

钷具有双六方晶系密堆积（DHCP）结构，硬度63 kg/mm 。其加热至890℃时，会从常温的α形式转换成β形式（体心立方（bcc））。

化学特性和化合物

钷属于铈群镧系元素，其化性和相邻元素非常相近。由于钷非常不稳定，对于钷的化学研究并不完整，即使少部分的化合物已被合成，但它们亦没有被充分研究。一般来说，钷化合物通常是粉红色或红色。将含有Pm 离子的酸与氨反应, 会得出亮棕色的氢氧化钷( Pm(OH) 3 )凝胶状沉淀。将钷溶解在盐酸中，会产生一种水溶性的黄色盐类氯化钷(PmCl 3 )。同样地，将钷溶解在硝酸中即生成硝酸钷(Pm(NO 3 ) 3 )。硝酸钷易溶于水，干燥后形成粉红色晶体，与硝酸钕(Nd(NO 3 ) 3 )类似。Pm 的电子组态为[Xe]4f ，呈现粉红色。基态符号为 I 4 。钷硫酸盐微溶于水，如同其他的铈群硫酸盐。科学家在计算出八水合钷化合物的晶格常数后，导出八水合硫酸钷(Pm 2 (SO 4 ) 3 ·8 H 2 O)的密度是2.86 g/cm 。十水合草酸钷(Pm 2 (C 2 O 4 ) 3 ·10 H 2 O)具有所有镧系元素草酸盐中最低的溶解度。

虽然钷的硝酸盐性质接近钕盐，钷氧化物却相似于钐盐。利用加热钷的草酸盐等方法可合成钷氧化物，有不规则结构白色或薰衣草色粉末。这些粉末加热到600℃就会得到立方晶系结晶。如果继续加热至 800℃之后退火，再加热至 1750℃，立方晶系就会转变为单斜晶系和六方晶系（不可逆），晶格组成比例可以透过调整退火时间和温度调整。

钷形成只有一个稳定氧化态+3,如同其他镧系离子。(根据其在周期表中的位置，无法形成稳定呀+4及+2的氧化态)。用强的氧化剂或还原剂与含有Pm 的化合物反应, 发现钷离子不容易被氧化或还原。

钷的卤化物

同位素

钷是唯一在镧系元素中及唯二在铋之前没有没有稳定的（或长寿命）同位素的元素。钷是液滴模型的特例，而相邻元素的稳定性也连带影响钷的稳定。钷也是钋以前最不稳定的元素。钷的衰变产物主要是钕和钐同位素（钷-146衰变途径有两种：衰变成钕通常透过正电子衰变及电子捕获,衰变成钐则是通过β衰变)。钷核异构体可能衰变为其他钷同位素，145Pm则有一种非常罕见的α衰变模式衰变为镨。

钷最稳定的同位素是是钷-145,放射性强度为940居里（35TBq）/ g，半衰期为17.7年。因为它有84中子（刚好为魔数），它可以发射的α粒子（其中有2个中子），以形成镨-141(拥有82个中子)。这是钷唯一从实验观察到的α衰变,其部分的α衰变的半衰期为大约是6.3×109年，145Pm细胞核以这种方式衰减的相对概率是2.8×10-7％。其他几个Pm同位素（144Pm，146Pm，钷-147等）的也有正面α衰变的能量释放;预测他们的α衰变会发生的但都没有被观察到。

该元素也有18个核的异构体，质量分别为133，142，144，148，149，152，和154（一些质量数有一个以上的异构体）。其中最稳定的是钷148m,有43.1天的半衰期; 这比除了钷143到钷147之外所有钷同位素基态的半衰期还要长（例如钷-148m半衰期比钷-148基态的半衰期长）。

发现

1934年，威拉德·利比发现在纯钕里的弱β活性，这是因为超过10 年的半衰期。近20年来,有人声称元素出现在自然钕的数量平衡,每克钕就有10-20克以下的钷。然而，这些意见都被新的调查否定了,因为七个钕同位素会自然产生,任何单一的的β衰变(可产生钷核素)被能源转移禁止的。特别是仔细测量原子质量 Nd表示 Nd- Pm 的质量差是负 (−87 keV),绝对防止单一的β衰变由 Nd衰变为 Pm。

自然铕的同位素有比其所有α潜能相加再加上一个α粒子的产物较大的质量，因此他们（在实际上稳定）可能α衰变。在 Laboratori Nazionali del Gran Sasso的研究上发现铕-151实验性衰变成钷-147的半衰期为5×10 年。它已被证明铕在地壳上有12克的含量。铕-153的α衰变还没有被发现，理论计算其半衰期很高（因为其低能量的衰减），这个过程可能永远不会被观察到。最后，钷能够在自然中产生（铀238的自发性裂变产物）。只有微量可以在矿石发现：沥青铀矿的样本被发现含有少量钷。铀在地壳上有560g的钷的含量。

钷已经在仙女座的HR465的光谱，HD101065和HD965的星被发现；由于钷同位素的半衰期很短，所以它们通常会在那些星的表面附近形成的。

历史

元素61的搜索

1902年，捷克化学家博胡斯拉夫·布劳纳发现的所有相邻的镧系元素钕和钐之间的差异是最大的，作为结论，他建议有一个元素有它们之间的中间性质。这一预测在1914年由亨利·莫斯利所证实，同时他发现有几个原子序并没有相对应的元素，分别为43，61，72，75，85，87。随着对元素表中族与族之间知识的差距, 所以开始进行预测地球和自然环境中的稀有元素。

第一个发表其发现的是来自佛罗伦萨，意大利的路易·吉罗拉和洛伦佐·费尔南德斯。利用巴西矿物独居石的分级结晶分离一硝酸盐的稀土元素后，它们得到的溶液主要含有钐。此溶液得到一X-ray的光谱属于钐和元素61。为了纪念他们的城市，他们命名的元素61“florentium的。该研究结果发表在1926年，但科学家们声称的实验是在1924年。此外，在1926年，一组科学家从伊利诺伊大学Urbana-Champaign分校，史密斯霍普金斯和莱昂英特马公布的元素61的发现。他们把它命名为"illinium"。这些发现被指出是错误的，因为在所谓元素61的光谱上的线跟钕是相同的, 这些线被发现是一些杂质（钡，铬和铂）组成的。

1934年，Josef Mattauch终于制定了“同量异位素的规则。其中一个对于这些规则的间接后果是元素61无法形成稳定的同位素。1938年，进行了核试验的HB法等。在俄亥俄州立大学。产生一定的核素钕和钐的放射性同位素和的名称为“cyclonium”的提出，但是有一个缺乏化学证明元素61的产生和发现没有广泛承认。

钷金属的发现和制造

在1945年，钷第一次在美国橡树岭国家实验室（当时的克林顿实验室）被发现,由Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin and Charles D. Coryell分离及分析照射在石墨的铀燃料的裂变产物。然而，因为在二战期间忙于军事有关的研究，他们直到1947年都没有公布他们的发现。钷原建议的名称以发现机构克林顿实验室命名其为“Clintonium”，然而，发现者之一格雷斯的妻子玛丽·科里尔提出“Prometheum”这个名字。此名是来自普罗米修斯，希腊神话中从奥林匹斯山偷火给人类使用的泰坦，象征着“大胆“和“人类才智的滥用“。“Prometheum”最后改为和其他金属较相像的“Promethium“ 。

Jacob A. Marinsky

Larry E. Glendenin

Charles D. Coryell

1963年，科学家利用钷（III）氟化物来制造钷金属。用一个特制双层坩埚，内层填充从钐，钕，和镅的杂质纯化而来的钷化合物, 外层则填充相对于内层十倍量的锂。抽真空后，将化学品进行混合，反应产生钷金属：

PmF 3 + 3 Li → Pm + 3 LiF

收集得的钷足以测量的一些金属性质，如熔点。

1963年，橡树岭国家实验室使用离子交换法，从核反应堆中约10克的燃料加工废弃物提炼出钷。到今天, 钷仍然从铀裂变的副产品回收。

钷也可以透过用中子轰击 Nd，经过β衰变（11天的半衰期）产生 Pm。

生产

制造方法会因为不同的同位素而变化, 而只有钷-147是可知的，因为它于工业应用上的同位素只有一个。钷-147由与热中子轰击铀-235从而大量产生（与其他同位素相比）。在60年代，橡树岭国家实验室可以每一年产生650克的钷和是世界唯一的大型的生产设备。革兰氏规模化生产钷在20世纪80年代初在美国已经停产，但可能会在2010年后于在高通量同位素反应堆恢复。目前，俄罗斯是唯一一个大量生产钷-147的国家。

应用

大多数钷仅用于研究, 除钷-147外（可在实验室之外的地方找到）。它是以氧化物或氯化物的形式得到。这种同位素不发射γ射线，并且它的辐射具有相对小的穿透深度和相对长的半衰期。一些信号灯使用的夜光涂料，含有的磷，吸收钷-147发射的β射线和发出的光。这种同位素不会跟α发射一样会引起磷光体老化，因此光发射可稳定几年。这本来是镭-226的"工作"但后来被钷-147和氚（氢-3）取代。钷优于氚可能是出于安全理由。在原子电池，β粒子从钷-147发射出来,继而转为电流（由两个半导体板之间夹一个小Pm来源），这些电池其使用寿命约五年。第一个钷系电池组装和生成出现于1964年,生成的几个毫瓦的功率从约2立方英寸的体积。钷是用来评估从钷源穿过样品的辐射量，也可用于测量的材料的厚度。未来它有可能使用在便携式X射线源，并作为辅助太空探测器和卫星的热源或动力源（虽然α放射钚-238已经是可与太空探索作有关的用途）。

注意事项

钷与其他镧系元素一样，对生物不会产生明显作用。钷-147会透过β衰变发射的X射线，对生命体构成危害。如果安全装备做好（手套，鞋盖，安全眼镜），那与微量的钷-147是无害的。现在仍未知钷对人体器官的危害，目前推测可能会伤害人的骨组织。密封的钷-147是无害的，但如果包装破损，那便会对环境和人类构成危险。如果发现放射性污染，受污染的地方应该用肥皂和水。如果钷的发现泄漏，该地区应认定为危险，应立即疏散，并必须报警。

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