稀土元素钷化學性質首次揭示

科技日報2024年5月24日報道 ，據22日《自然》雜志報道，美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的科學家首次揭示了钷的一種性質。約80年前，這一稀土元素也是由該實驗室科學家發現。盡管钷被用于醫學研究和長壽命核電池，但它的一些特性仍難以捉摸。最新發現標志著稀土研究取得重大進展，并可能改寫化學教科書，為探索現代技術中的關鍵元素開辟了新途徑。

ORNL研究團隊制備了一種钷的化學絡合物，首次在溶液中對其進行表征。他們通過一系列詳細實驗，揭開了這種原子序數為61的極其稀有的鑭系元素的秘密。

研究人員解釋說，稀土元素中大部分都是鑭系元素，從周期表中第57號元素鑭到第71號元素镥，鑭系元素共有15種。其中的钷非常稀有，就算找遍地球每個角落，自然存在于地殼中的钷也只有一磅左右。與其他稀土元素不同的是，钷沒有穩定的同位素，它是最后一個被發現的鑭系元素，也是最難研究的。

研究團隊將放射性钷與一種稱為二甘醇酰胺的特殊有機配體分子結合在一起，然后用X射線光譜學確定了該絡合物的性質，包括與鄰近原子钚的化學鍵長度。

在實驗中，研究團隊造出了半衰期為2.62年的同位素钷-147。其數量充足，純度足夠高，可用于研究其化學性質。

利用研究反應堆、熱室和超級計算機，團隊首次展示了整個鑭系元素（包括钷）在溶液中收縮的特征。鑭系收縮是指隨著原子序數增加，鑭系元素的原子半徑逐漸縮小的現象。由于相同的電荷被限制在縮小的空間中，從而產生了獨特的化學和電子性質。團隊得到了清晰的钷信號，使他們能夠更好地確定整個系列的趨勢形狀。

他們發現，這種收縮沿著原子序列加速，但在钷之后，收縮速度相當慢。這是了解化學元素的化學鍵性質及其沿元素周期表結構變化的一個重要里程碑。

鑭系元素和錒系元素在癌癥診斷與治療、可再生能源技術和用于深空探索的核電池中具有廣泛應用。

（來源：科技日報）