钷

化学元素

钷（Promethium），元素符号为Pm，原子序数为61，是一种具有放射性的镧系稀土元素。已知有17种同位素和4种同质异能素，其中最重要的是从铀裂变产物中提取或用中子照射146Nd制得的147Pm（半衰期2.64年）。

研究简史

发现人：马林茨基（J.A.Marinky）、格伦丁宁（L.E.Glendenin）和克里尔（C.Coryell）

发现的年代：1945年

发现过程：1945年马林茨基、格伦丁宁和克里尔（C.Coryell），从裂变产物的残余物中分离制得。

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数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。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X-ray的光谱属于钐和元素61。为了纪念他们的城市，命名元素61为“florentium”。该研究结果发表在1926年，但科学家们声称的实验是在1924年。

1939年，加州大学用60英寸回旋加速器制造钷，但它没有实现。

1945年，美国田纳西州橡树岭克林顿实验室的研究人员马林茨基、格伦丁宁和克里尔在铀裂变产物中发现了61号元素。他们应用了新的离子色层分离法把它分离出来，并研究了它。新元素并命名为promethium，元素符号定为Pm，名称来自希腊神话中偷取火种给人类的英雄普罗米修斯（Prometheus）。1949年国际纯粹和应用化学联合会接受了这一名称。

钷是继锝之后，人工制得的第二个化学元素。在天然矿物中寻找61号元素的工作，花费了科学家们不少的时间和精力，但最后都无功而返。后来在“同位素统计规则”的指导下，科学家们放弃了从天然矿石中寻找，而走向核反应的产物中。（然而，微量的钷的确以核裂变的结果出现于铀矿石中，但总量少于矿石的每百万吨1微克。）

1947年，马林斯基（J.A.Marinsky）、格伦丹宁（L.E.Glendenin）和科里尔（C.E.Coryell）从铀的裂变产物中发现了61号元素，用希腊神话中的神名普罗米修斯（Prometheus）命名为钷（Promethium）。

一直到1948年，才制得可以看得见并可称重的氯化钷（PmCl3，黄色）和硝酸钷（Pm(NO3)3）各3毫克。1965年从6000吨铀矿中取得350毫克钷，是铀自动分裂的产物（一说为1986年M.阿特雷普微（M.Attrep）从刚果沥青铀矿中分离出钷，含量甚微，每千克矿物中仅含4×10-15克）。这样地壳中也找到了它。

1972年在天然铀矿提取物中发现了147Pm（半衰期2.64年），从此Pm不再是人造元素。

理化性质

物理性质

第一电离能5.55eV。放射性元素，半衰期最长的为145Pm，为18年，147Pm半衰期为2.64年。虽然有较长的半衰期，但是很难大量积累它。物理性质和化学性质与钕和钌相似。其同位素不稳定。原子丰度和宇宙体重原子丰度无。金属钷为六角晶系晶体。

化学性质

钷原子的外围电子排布为4f56s2，其气态离子的电子排布为：Pm+ 4f56s1；Pm2+ 4f5；Pm3+ 4f4，与其他稀土元素一样最常见的为三价。钷易溶于稀酸，与热水作用可置换出氢气。其+3价离子在晶体或水溶液中呈浅红黄色。

金属钷在空气中会慢慢失去光泽。钷可以在空气中迅速燃烧，生成氧化钷（Ⅲ）（Pm2O3）。

可能钷没有进行过如下的反应，这主要是因为钷非常稀少。银白色的金属钷的电负性相当低，能与冷水发生反应，并与热水迅速反应，生成氢氧化钷和氢气。

金属钷可以与所有的卤素单质发生反应生成三卤化物。金属钷可与氟气（F2）、氯气（Cl2）、溴单质（Br2）、碘单质（I2）反应，生成氟化钷（Ⅲ）（PmF3）、氯化钷（Ⅲ）（PmCl3）、溴化钷（Ⅲ）（PmBr3）和碘化钷（Ⅲ）（PmI3）。

金属钷可以迅速溶于硫酸中，生成含有水合Pm（Ⅲ）离子的绿色溶液和氢气（H2）。Pm3+（aq）极有可能是以配离子Pm（H2O）93+的形式存在的。

制备方法

把钷同其他元素分离，并得到纯净的金属钷比较困难，这在很大程度上取决于它在自然界中的存在形式。在自然界中有多种稀土矿，其中以磷钇矿、独居石和氟碳铈矿最为重要；前两种矿物都是正磷酸盐矿LnPO4（Ln表示除非常稀少的钷以外所有镧系元素组成的集合），而氟碳铈矿则是由氟化物和碳酸盐形成的复盐矿LnCO3F。原子序数为偶数的镧系元素比较常见。上述矿物中最常见的镧系元素主要依次为铈、镧、钕和镨，独居石中还含有钍（锕系元素）和钇。钍及其衰变产物有放射性，这使得它变得更加难以处理。

在很多时候并不需要把各种金属都分离开，但是如果需要那么做，其过程会非常复杂。分离时，用硫酸（H2SO4）、盐酸（HCl）和氢氧化钠（NaOH）把稀土金属以盐的形式浸取出来。分离纯化这些盐时，常用的方法包括选择性配位技术、萃取技术和离子交换树脂。

用金属钙还原PmF3，可以得到纯净的钷。

该反应也可以用其他卤化钷，但在所选用的反应条件下（在氩气中加热至高于金属熔点50℃），生成的氟化钙会比其他卤化钙更易于处理。可在真空条件下把过量的钙从反应混合物中除去。

应用领域

钷的应用多与放射性有关，如钷-147是一种只放射β射线的放射性核素，其半衰期为2.6年，可用于制造“夜明珠”的放射性发光材料。钷元素的特殊性能使其在人类生活中大放光彩。

钷的主要应用领域是放射发光。放射发光是指某些物体在放射性同位素的射线作用下产生长时间光辐射的现象。放射发光不产生热量，也叫“冷光”。比起普通的自发光元素，放射发光的优势在于它不需要电源供电，不用电池、灯泡和导线等零部件，可以根据不同要求制成各种不同形状和颜色的器件，其光线柔和隐蔽，不需要维护保养即可长期提供微弱照明，例如地下建筑物永久性的发光标志等。

放射性发光材料作为良好的夜间显示器材料，可用于陆、海、空武器装备的仪器和仪表。利用放射发光粉作涂料，夜间显示仪表数据十分清晰，一目了然。随着夜间作战的需要，采用钷同位素的放射发光照明器材将在未来战场上大有用武之地。

钷-147放出低能量的β射线，能使磷光体发光，可制作防护用的发光粉，用于航标灯及各种飞机、军舰、坦克、车辆的驾驶室、仪表舱、控制台的夜间显示仪表。

利用钷发出射线产生热量，为真空探测和人造卫星提供辅助能量。

美国阿波罗登月舱中曾使用了125个钷-147原子灯。

利用钷的β放射性还能制造便携式X射线仪、密度自动测量和厚度自动测量仪等。

钷-147可用于制造放射性同位素电池，利用钷发出射线产生热量，通过热电偶将热能转化为电能；也可以利用放射线作用于荧光物质产生的荧光照射在硅光电池上而产生电能，这类特殊的电池只有纽扣大小，能持续工作5年之久，可用于导弹中的仪器核动力电池、仪表及无线电接收器电源，也可作为心脏起搏器电源。

危害及防护

对于147Pm密封源来讲，在正常使用或操作的条件下不存在环境影响问题，或环境影响很小。但在密封源包壳破裂、放射源失控等情况下可能对环境造成一定污染。

147Pm为β辐射体，在衰变过程中，除释放出β粒子外，还能释放一定能量的γ射线。因此147Pm源可引发γ外照射；事故工况下，147Pm泄漏可对人体形成β射线外照射，或经呼吸道、消化道及完整皮肤及伤口进入人体引发内照射。

诊断治疗

147Pm促排：

（1）氨羧型络合剂：DTPA、三亚乙基四胺六乙酸（TTHA）、乙二胺四乙酸（EDTA）和喹胺酸等，促排效果最好。