87 钫自然界中最后被发现的元素

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2019/11/26
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本文作者：漂泊

钫是一种放射性碱金属元素，也是最重的碱金属元素。此外，钫也是人类在自然界中发现的最后一种元素。由于含量稀少，研究较少，用途还不明朗。

钫的基本物理性质

分类	第IA族▪金属（碱金属）
原子序号・原子量	87 (174.967)
电子配置	7s¹
密度	1.87 g/cm³
熔点	27^oC
沸点	677^oC
色・形状	银白色软金属
半衰期	21min（²²³Fr）
发现者	Marguerite Perey
主要的同位素	¹⁹⁹Fr,²²¹Fr,²²²Fr,²²³Fr
用途例	暂无
前后的元素	氡-钫-镭

钫的发现

门捷列夫推断存在一种与铯性质相近的碱金属元素“类铯”，该元素相对原子质量大于铯，位于铯的下方，它的原子序数被确定为87。

苏联化学家DK Dobroserdov是第一个声称发现了“类铯”的科学家。1925年，他一个碱金属钾的样品中观察到了微弱的放射性，因此错误地认为该样品中含有“类铯”，实际上这个样品含有放射性是因为其中含有钾的放射性同位素⁴⁰K。他预测了“类铯”的一些性质，并以苏联的名称将这种新元素命名为Russium。此后不久，Dobroserdov开始专注于他在敖德萨理工学院的教学生涯，他没有进一步研究该元素。

1926年，英国化学家Gerald J. F. Druce 和 Frederick H. Loring在对硫酸镁的X射线衍射图谱进行分析时，发现了可能是“类铯”的谱线。他们宣称发现了87号元素“类铯”，并命名为 Alkalinium，意为最重的碱土金属。

1930年，美国亚拉巴马州理工学院物理学教授Fred Allison宣称用它发明的磁光分析法在稀有的碱金属矿铯镏石和鳞云母中发现了87号元素。元素符号定为Vi。可是没过多久加州大学伯克利分校的H. G. MacPherson就反驳Allison方法和他的发现的有效性。Allison发现新元素的结论也被认为是不可靠的。

1936年，罗马尼亚科学家Horia Hulubei 和他的法国同事 Yvette Cauchois用高分辨X射线衍射仪研究了铯镏石，他们发现了几条可能属于第87号元素的微弱发射线。Hulubei用他的出生地将该元素命名为Moldavium。但是美国物理学家F. H. Hirsh Jr.认为Hulubei的结果是有错误的。

1939年，居里研究所的Marguerite Perey在纯化²²⁷Ac(衰变能为220keV)时，发现一种衰变产物的衰败能为80keV。她认为这是一种未被确定的衰变产物，于是她暂停了纯化过程，开始对这种物质进行研究。众多的检测结果显示这种物质可能是钍、镭、铅、铋或者铊，但是这种物质的性质却与碱金属相似，因此Marguerite Perey认为这可能是87号元素，由²²⁷Ac发生α衰变产生。她检测了²²⁷Ac发生α衰变和β衰变的比例，发现α衰变占1%。1946年，Marguerite Perey将其命名为Catium (Cm)，意味电正性最强的阳离子，但Perey 的导师Irène Joliot-Curie反对这个名称，因为这个名称听起来更像猫而不是阳离子，所以Marguerite Perey以法国之名将该元素命名为Francium。IUPAC在1949年正式采用了这个名称，中文译名为
钫。钫是人类发现的最后一种在自然界中存在的元素。^[1-8]

金属钫

钫的人工合成与分离

钫可以用线性加速后的¹⁸O轰击¹⁹⁷Au靶制得。1995年，纽约大学石溪分校进行了人工合成钫的研究，分别获得了²⁰⁹Fr,²¹⁰Fr,²¹¹Fr三种钫的同位素。

¹⁹⁷Au +¹⁸O →²⁰⁹Fr + 6 n

¹⁹⁷Au +¹⁸O →²¹⁰Fr + 5 n

¹⁹⁷Au +¹⁸O →²¹¹Fr + 4 n

钫以离子的形式离开金靶，与钇碰撞，迅速中和，并被孤立在磁光阱中，以疏松的气态形式存在。尽管钫原子在磁光阱中只会存在不到30s就会逃离或者衰变，但是有源源不断新生成的钫离子束被提供到这个体系中，这达到了一个动态平衡的状态，使得一个包含稳定钫原子数目的聚集态得以形成。利用灵敏的光学测量手段可以获取它们的热成像图以及钫的原子能级参数。测量结果显示实验数据与量子理论预测的结果相当吻合。

此外，还可以通过用中子轰击镭，用质子轰击钍获得钫；从砹的衰变产物中分离钫也是一种手段。^[9-12]

参考文献

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