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概念圖展示了被有機(jī)配體包圍的稀土元素钷。ORNL科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了钷的隱藏特性，為研究其他鑭系元素開辟了道路。
　　圖片來源：橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室

據(jù)22日《自然》雜志報(bào)道，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的科學(xué)家首次揭示了钷的一種性質(zhì)。約80年前，這一稀土元素也是由該實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。盡管钷被用于醫(yī)學(xué)研究和長壽命核電池，但它的一些特性仍難以捉摸。最新發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著稀土研究取得重大進(jìn)展，并可能改寫化學(xué)教科書，為探索現(xiàn)代技術(shù)中的關(guān)鍵元素開辟了新途徑。

ORNL研究團(tuán)隊(duì)制備了一種钷的化學(xué)絡(luò)合物，首次在溶液中對(duì)其進(jìn)行表征。他們通過一系列詳細(xì)實(shí)驗(yàn)，揭開了這種原子序數(shù)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(hào)元素鑭到第71號(hào)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(gè)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(wěn)定的同位素，它是最后一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的鑭系元素，也是最難研究的。

研究團(tuán)隊(duì)將放射性钷與一種稱為二甘醇酰胺的特殊有機(jī)配體分子結(jié)合在一起，然后用X射線光譜學(xué)確定了該絡(luò)合物的性質(zhì)，包括與鄰近原子钚的化學(xué)鍵長度。

在實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)造出了半衰期為2.62年的同位素钷-147。其數(shù)量充足，純度足夠高，可用于研究其化學(xué)性質(zhì)。

利用研究反應(yīng)堆、熱室和超級(jí)計(jì)算機(jī)，團(tuán)隊(duì)首次展示了整個(gè)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(shù)增加，鑭系元素的原子半徑逐漸縮小的現(xiàn)象。由于相同的電荷被限制在縮小的空間中，從而產(chǎn)生了獨(dú)特的化學(xué)和電子性質(zhì)。團(tuán)隊(duì)得到了清晰的钷信號(hào)，使他們能夠更好地確定整個(gè)系列的趨勢(shì)形狀。

他們發(fā)現(xiàn)，這種收縮沿著原子序列加速，但在钷之后，收縮速度相當(dāng)慢。這是了解化學(xué)元素的化學(xué)鍵性質(zhì)及其沿元素周期表結(jié)構(gòu)變化的一個(gè)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(shù)和用于深空探索的核電池中具有廣泛應(yīng)用。