新视角 IT科技 稀土元素钷化学性质首次揭示

稀土元素钷化学性质首次揭示

科技日报记者 张佳欣

据22日《自然》杂志报道,美国橡树岭国家实验室(ORNL)的科学家首次揭示了钷的一种性质。约80年前,这一稀土元素也是由该实验室科学家发现。尽管钷被用于医学研究和长寿命核电池,但它的一些特性仍难以捉摸。最新发现标志着稀土研究取得重大进展,并可能改写化学教科书,为探索现代技术中的关键元素开辟了新途径。

概念图展示了被有机配体包围的稀土元素钷。ORNL科学家发现了钷的隐藏特性,为研究其他镧系元素开辟了道路。
  图片来源:橡树岭国家实验室

ORNL研究团队制备了一种钷的化学络合物,首次在溶液中对其进行表征。他们通过一系列详细实验,揭开了这种原子序数为61的极其稀有的镧系元素的秘密。

研究人员解释说,稀土元素中大部分都是镧系元素,从周期表中第57号元素镧到第71号元素镥,镧系元素共有15种。其中的钷非常稀有,就算找遍地球每个角落,自然存在于地壳中的钷也只有一磅左右。与其他稀土元素不同的是,钷没有稳定的同位素,它是最后一个被发现的镧系元素,也是最难研究的。

研究团队将放射性钷与一种称为二甘醇酰胺的特殊有机配体分子结合在一起,然后用X射线光谱学确定了该络合物的性质,包括与邻近原子钚的化学键长度。

在实验中,研究团队造出了半衰期为2.62年的同位素钷-147。其数量充足,纯度足够高,可用于研究其化学性质。

利用研究反应堆、热室和超级计算机,团队首次展示了整个镧系元素(包括钷)在溶液中收缩的特征。镧系收缩是指随着原子序数增加,镧系元素的原子半径逐渐缩小的现象。由于相同的电荷被限制在缩小的空间中,从而产生了独特的化学和电子性质。团队得到了清晰的钷信号,使他们能够更好地确定整个系列的趋势形状。

他们发现,这种收缩沿着原子序列加速,但在钷之后,收缩速度相当慢。这是了解化学元素的化学键性质及其沿元素周期表结构变化的一个重要里程碑。

镧系元素和锕系元素在癌症诊断与治疗、可再生能源技术和用于深空探索的核电池中具有广泛应用。

(来源:中国科技网)

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