釒卡
鉲元素是一種超理元素,符號Ka,原子序數為84,與Po相同,有250個核外電子。
發現
Ka多存在於綠色泰礦中。1990年,礦物質學家趙明毅博士在五指山上發現了一種具有放射性的礦石,經過元素以及結構分析發現其中有一種新的化合物,它是由已知元素Po和另一種新元素組成,為直線形結構,整個分子的偶極矩為101庫侖德拜。
趙明毅博士將這種元素稱作鉲,X光衍射的結果說明Po和Ka以離子鍵結合,即Po2-Ka2+。此化合物與CaO,KaO同晶形。
性質
鉲的原子序數與釙相同,即其核內質子數相同。這種元素的質量數在不斷變化。研究發現,它的質量數的平均值為250。
鉲的原子結構特殊,超出量子力學解釋範圍,需量子超理學解釋。由於鉲和釙不同種元素的同質子數現象存在,元素周期表理論被推翻。通過對Ka的化合物的X光衍射結果表明,Ka的同一化合物的結構在不同時間並不相同,說明Ka的核外電子排布不規則,其軌道能量完全不符合近似能級圖。有研究表明,Ka核外電子並不是以原子軌道的方式運動,而是以一種特殊方式運動,電子的自旋方向全部相同。
這種特殊的電子排布結構導致了Ka性質上的奇異。鉲的氧化數有+2、+3、+4、+6、+7和+8,但其最高價不具有氧化性。而正常價態的Ka顯兩性,比如KaF6與2H2KaO3以摩爾比3:2的比例混合,由於Ka結構的特殊性,得到3KaF6·2H2KaO3是一種超強的質子酸,是濃硫酸酸性的10^12倍,即魔酸的1000倍。而Ka(OH)4在FrOH中仍能接受質子,是一種超強鹼。
鉲單質的晶形有三種,分別是α-鉲、β-鉲和γ-鉲。近年來,人們在綠色泰伯利亞礦中發現了微量的Ka和大量的U-235與Pu-238。經過趙明毅小組的研究結果表明,泰礦中的Ka以β晶形存在,而β-Ka會自發裂變為U-235與Pu-238,同時放出光子和中微子。這是第一次發現原子的排布方式對原子核的衰變產生影響,對量子力學的進展作出了巨大貢獻。據知情人士透露,趙明毅也因此成為下屆諾貝爾超理學獎內定獲得者。
通過實驗發現,Ka能與人們認為無化合態的稀有氣體結合成化合物。 如果把KaO2與Ar,HF高溫高壓,會得到一種淡黃色固體:
- $ 8KaO_{2}+2Ar+4HF\rightarrow 2Ka_{4}[ArF_{2}]+2H_{2}O+7O_{2} $
其中Ka顯+4價,Ar顯-14價,這種物質十分穩定,但在Pt的催化下高溫會與He反應
- $ Ka_{4}[ArF_{2}]+4He\rightarrow 4KaHe+F_{2}+Ar $
這是首次發現金屬與稀有氣體的離子化合物。
Ka元素的氧化態以+2、+4、+6三種比較穩定。
β-鉲礦石經過Na2O2熔融後分離出了鉲(IV)酸鈉,水溶液中較為穩定,常見的氧化-還原電對是
- $ KaO_{3}^{2-}+8H^{+}+3e^{-}\rightarrow KaO+2H_{2}O,\ E^{\Theta }=1.12V $
如果把Ka(IV)與液態F2或者PtF6在1*10^6V電壓下放電1h,就可製得比較不穩定的[KaF12]4-即十二氟合鉲(VIII)離子,另有報道稱已合成其他的鹼金屬與鹼土金屬的鹽,其銫鹽Cs4[KaF12]比較穩定,鈁(Fr)鹽Fr4[KaF12]可能是更為穩定的鹼金屬鹽Ba2[KaF12]已製成,為黃綠色帶微光的晶體,Ca2[KaF12],Sr2[KaF12]為紅色至洋紅色帶微光的晶體,極不穩定,257K以上溫度能發生爆炸性分解。半衰期比鈁長的同主族元素則可以形成穩定的化合物以及復鹽Ra2[KaF12]、Cs2Ra[KaF12]。在水溶液中為強氧化劑,在惰性非極性溶劑CF4中可以長時間穩定存在而不發生氧化-還原反應以及分解反應。在CF4中,Cs4[KaF12]仍為強氧化劑,可以氧化一般認為不會被氧化的過二連硫酸鉀(K2S2O8):
- $ Cs_{4}[KaF_{12}]+2K_{2}S_{2}O_{8}\xrightarrow {CF_{4}} Cs_{2}[KaF_{6}]+4KF+2CsF+2S_{2}O_{8} $
2006年,人們把八氟化鉲與氮氣在特殊Ni-Cu容器中共熱,意外製得了NF5。
- $ 5KaF_{8}+2N_{2}\rightarrow 4NF_{5}+5KaF_{4} $
並得到常法不能製得的四氟化鉲。研究表明,四氟化鉲的一個重要的特性就是對共軛結構有強烈的親和性
- $ C_{60}+120KaF_{4}\rightarrow 60CF_{4}+120KaF_{2} $
二氟化鉲在常溫具有相當強的穩定性,為弱電解質。不和水,氧氣,金屬以及惰性氣體反映。
將金屬鉲和氧其直接反映得到四氧化鉲,為高鉲酸(H2KaO5)的酸酐,在水溶液中的
$ K_{a1}=1.2\times 10^{-2} $
奇怪的是,高鉲酸並不具有特別強的氧化性,但是它能和鉑等不活潑金屬在常溫下反應,研究表明,這是由於反應生成了極為穩定的奇特配合物[Pt(KaO4)5]的緣故
- $ Pt+5H_{2}KaO_{5}\rightarrow [Pt(KaO_{4})_{5}]+5H_{2}O $
使氯化鉲(II)和氰化鈉作用,生成了淡綠色氰化亞鉲沉澱
- $ 2KaCl_{2}+4NaCN\rightarrow (CN)_{2}+2KaCN+4NaCl $
該物質可以溶解於四氫呋喃中,以乙硼烷還原後得到γ-鉲。
γ-鉲在常溫下是一種帶有彩虹色的熒光液體,不穩定,會逐漸變成黑色的α-鉲。
而γ-鉲的孤對電子不甚穩定,可以作為強Lewis鹼,在有機合成中有重要應用,比如使γ-鉲於乙醇發生親核取代反應,得到C2H5-鉲,在溶液中即可產生乙基自由基,生成正丁烷和極穩定的二鉲(Ka-Ka),此反應經常在有機合成中用來製備脂肪烴,被稱做ZMY-KAKAKAKA反應。
而氰基化合物在Ka+的催化作用下可以重派為異腈,即胩。
然後Ka+與異氰基結合,生成胩化亞鉲。該物質有劇毒。
近年來萬草園主嘗試將金屬鉲與三碘化磷共熱,得到一種綠色柱狀晶體,經過X射線衍射研究表明,該物質結構式為
$ I-P=Ka $
俗稱IP鉲,此物有增進智力,提高免疫力的功效。 而金屬鉲也可以與碘化氰發生類似的反應,生成IC鉲,結構為
$ I-C\equiv Ka $
最新研究表明,金屬鉲與碘化氰發生反應生成IC鉲後,在反應爐中還存在飯鉲,碘化鉲等雜質。根據銻星大學對超熱力學的研究,系該原子發生了Mp3雜化所致。
可以作為抗高溫材料。
而2價鉲可以與大環多醚中的氧置換,生成環多鉲醚,為相轉移催化劑研究做出了重大貢獻。
鉲元素的一個最重要的特性就是強烈的對電子儀器的干擾作用,其干擾半徑可達到101m,使通訊儀器接收信號的速度變慢,使電腦CPU及內存使用效率降低,被稱作鉲元素的Kasile效應。
元素周期表 | ||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
<tabber>複數周期=
|