第103號元素

**鐒**（拼音：láo，注音：ㄌㄠˊ；英語：**Lawrencium**），是一種人工合成的化學元素，其化學符號為 **Lr**，原子序數為 103，是第 11 個超鈾元素，也是最後一個錒系元素，有時也算作第七週期首個過渡金屬。鐒是一種極具放射性的金屬元素，其最長壽的同位素鐒 - 266 的半衰期達 11 小時，不過壽命較短的鐒 - 260（半衰期 2.7 分鐘）反而較常使用於化學用途，因為它可以較大規模地生產。如同所有原子序超過 100 的元素（即超鐨元素，transfermium element），鐒無法通過中子捕獲生成，只能在粒子加速器中，由粒子撞擊較輕之元素生成。由於鐒無法大量生產且其所有同位素的半衰期都很短，在基礎科學研究之外沒有任何用途。

鐒是在 1961 年，由阿伯特・吉奧索等人在美國加利福尼亞柏克萊的勞倫斯放射實驗室中，利用硼轟擊鉲合成。其名稱來自美國物理學家歐內斯特・勞倫斯。

化學實驗已証實了鐒的特性為鎦的較重同系物，具有 + 3 氧化態。因此，它可以被歸類為第 7 週期的第一個過渡金屬。然而，鐒的電子組態為 s2p 構型而非其同系物鈧、釔、鎦的 s2d 構型。這意味著鐒在元素週期表中的位置可能比預期的更具波動性。

原子序大於鐒的元素稱為超重元素，皆為壽命短暫、放射性極高的人工合成元素。

## 概述

超重元素的原子核是在兩個不同大小的原子核的聚變中產生的。粗略地說，兩個原子核的質量之差越大，兩者發生反應的可能性就越大。由較重原子核組成的物質會作為靶子，被較輕原子核的粒子束轟擊。兩個原子核只能在距離足夠近的時候，才能聚變成一個原子核。原子核（全部都有正電荷）會因為靜電排斥而相互排斥，所以只有兩個原子核的距離足夠短時，強核力才能克服這個排斥力並發生聚變。粒子束因此被粒子加速器大大加速，以使這種排斥力與粒子束的速度相比變得微不足道。不過，只是靠得足夠近不足以使兩個原子核融合：當兩個原子核逼近彼此時，它們通常會融為一體約 10−20 秒，之後再分開（分開後的原子核不需要和先前相撞的原子核相同），而非形成單一的原子核。如果聚變發生了，兩個原子核產生的一個原子核會處於激發態，被稱為複合原子核，非常不穩定。為了達到更穩定的狀態，這個暫時存在的原子核可能會直接核分裂，或是放出一些帶走激發能量的中子。如果這些激發能量不足以使中子被放出，複合原子核就會放出 γ 射線。這個過程會在原子核碰撞後的 10−16 秒發生，並創造出更穩定的原子核。聯合工作團隊（JWP）定義，化學元素的原子核只有 10−14 秒內不進行放射性衰變，才能被識別出來，這個值大約是原子核得到它的外層電子，顯示其化學性質所需的時間。

粒子束穿過目標後，會到達下一個腔室 —— 分離室。如果反應產生了新的原子核，它就會被這個粒子束攜帶。在分離室中，新產生的原子核會從其它核素（原本的粒子束和其它反應產物）中分離，並轉移到半導體探測器中，在這裡停住原子核。撞擊至探測器時的確切位置、能量和到達時間將會被記錄下來。這個轉移需要 10−6 秒的時間，意即這個原子核需要存活這麼長的時間才能被檢測到。若衰變發生，衰變的原子核被再次記錄，並測量位置、衰變能量和衰變時間。

原子核的穩定性源自於強核力，但強核力的作用距離很短，隨著原子核越來越大，強核力對最外層的核子（質子和中子）的影響減弱。同時，原子核會被質子之間，範圍不受限制的靜電排斥力撕裂。超重元素的主要衰變方式 ——α 衰變和自發裂變都是這種排斥引起的。α 衰變由發射出去的 α 粒子記錄，在實際衰變之前很容易確定衰變產物。如果這樣的衰變或一系列連續衰變產生了一個已知的原子核，則可以很容易地確定反應的原始產物。（衰變鏈中的所有衰變都必須在同一個地方發生。） 已知的原子核可以通過它經歷的衰變的特定特徵來識別，例如衰變能量（或更具體地說，發射粒子的動能）。然而，自發裂變會產生各種分裂產物，因此無法從其分裂產物確定原始核素。

嘗試合成超重元素的物理學家可以獲得的信息是探測器收集到的信息：粒子到達探測器的位置、能量和時間，以及粒子衰變的信息。物理學家分析這些數據並試圖得出結論，確認它確實是由新元素引起的，而非由不同的核素引起的。如果提供的數據不足以得出創造出來的核素確實是新元素的結論，並且對觀察到的效應沒有其他解釋，就可能在解釋數據時出現錯誤。

## 歷史

1961 年在美國加利福尼亞伯克利的勞倫斯放射實驗室中，由阿伯特・吉奧索、西克蘭（T.Sikkeland）、拉希（A.E.Larsh）等人發現。元素符號為 Lw，後來改為 Lr。

鑒於國際上對 104 至 107 號元素名均存在較大分歧，全國科學技術名詞化學名詞審定委員會根據 1997 年 8 月 27 日 IUPAC 正式對 101 至 109 號元素的重新英文定名，於 1998 年 7 月 8 日重新審定、公佈 101 至 109 號元素的中文命名，其中 101 號至 103 號元素仍使用原有的中文定名「鍆」（音同「門」）、「鍩」（音同「諾」）、「鐒」（音同「勞」）。

## 同位素

鐒共有 14 種已知的同位素，質量數分別為 251-262、264 和 266，以及一個同核異構體鐒 - 253m。鐒的同位素全部都具有放射性，半衰期都不及 12 小時，其中壽命最長的是鐒 - 266，半衰期約 10 小時，但化學實驗中通常使用其他較易製得的短壽命同位素（如鐒 - 256 和鐒 - 260），因為鐒 - 266 只能作為更重、更難合成的𨧀-270 的衰變產物生成，於 2014 年在鿬 - 294 的衰變鏈中首次探測到。首次對鐒的化學研究中使用的同位素是鐒 - 256（半衰期 27 秒），現在則大多使用壽命較長的鐒 - 260（半衰期 2.7 分鐘）。除了以上三種同位素外，其他較長壽的鐒同位素包括鐒 - 262（半衰期 3.6 小時）、鐒 - 264（3 小時）、鐒 - 261（44 分鐘）和鐒 - 255（22 秒），剩餘同位素的半衰期都小於 20 秒，其中壽命最短的是鐒 - 251，半衰期 27 毫秒。

## 製備與提純

最輕的（251Lr 到 254Lr）和最重的（264Lr 到 266Lr）鐒同位素只能由 105 號元素𨧀的同位素發生 α 衰變產生，而質量處於中等的同位素（255Lr 到 262Lr，包括最重要的兩個鐒同位素 256Lr 和 260Lr）都可以通過用輕原子核（從硼到氖）轟擊錒系元素（從鋂到鑀）來製得。256Lr 可通過用 70MeV 的硼 - 11 原子核轟擊鉲 - 249 所製得（產物為鐒 - 256 和四個中子），而 260Lr 可通過用氧 - 18 原子核轟擊鉳 - 249 所製得（產物為鐒 - 260、一個 α 粒子和三個中子）。

由於 256Lr 和 260Lr 的半衰期都很短，不容易進行完整的化學提純，所以早期實驗中提純 256Lr 都是通過快速溶劑萃取進行的。其中，螯合劑噻吩甲醯三氟丙酮（TTA）溶解在甲基異丁酮（MIBK）中作為有機相，醋酸緩衝溶液作為水相。之後，帶有不同電荷（+2、+3 或 + 4）的離子會在不同的 pH 範圍內分別被萃取到有機相中。但這種方法不會分離出三價的錒系元素，所以必須通過 256Lr 衰變所釋放的 8.24MeV 的 α 粒子進行識別。最近的方法是通過 α- 羥基異丁酸（α-HIB）進行快速選擇性洗脫，以在充分的時間內分離出壽命較長的 260Lr，該同位素可以用 0.05M 鹽酸從捕集器中除去。

## 注釋

## 參考資料

## 外部連結

* 元素鐒在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的介紹（英文）
* EnvironmentalChemistry.com —— 鐒（英文）
* 元素鐒在 _The Periodic Table of Videos_（諾丁漢大學）的介紹（英文）
* 元素鐒在 Peter van der Krogt elements site 的介紹（英文）
* WebElements.com – 鐒（英文）