钅卡
- 注意:本条目的主题不是锎。
鉲元素是一种超理元素,符号Ka,原子序数为250,有250个核外电子。
发现与分布
1990年,矿物质学家赵明毅博士在五指山上发现了一种具有放射性的矿石,经过元素以及结构分析发现其中有一种新的化合物,它是由已知元素Po和另一种新元素组成,为直线形结构,整个分子的偶极矩为101库仑德拜。X光衍射的结果说明Po和Ka以离子键结合,即Po2-Ka2+。此化合物与CaO,KaO同晶形。赵明毅博士将这种新元素命名为鉲。
性质
鉲元素的质量数在不断变化。研究发现,它的质量数的平均值为250。
鉲的原子结构特殊,超出量子力学解释范围,需量子超理学解释。通过对Ka的化合物的X光衍射结果表明,Ka的同一化合物的结构在不同时间并不相同,说明Ka的核外电子排布不规则,其轨道能量完全不符合近似能级图。有研究表明,Ka核外电子并不是以原子轨道的方式运动,而是以一种特殊方式运动,电子的自旋方向全部相同。
这种特殊的电子排布结构导致了Ka性质上的奇异。鉲的氧化数有+2、+3、+4、+6、+7和+8,以+2、+4、+6三种比较稳定,但其最高价不具有氧化性。而正常价态的Ka显两性。比如KaF6与2H2KaO3以摩尔比3∶2的比例混合,由于Ka结构的特殊性,得到的3KaF6·2H2KaO3是一种超强的质子酸,其酸性是浓硫酸的1012倍,即魔酸的1000倍。而Ka(OH)4在FrOH中仍能接受质子,是一种超强碱。
鉲单质的晶形有三种,分别是α-鉲、β-鉲和γ-鉲。近年来,人们在绿色泰伯利亚矿中发现了微量的Ka和大量的U-235与Pu-238。经过赵明毅小组的研究结果表明,泰矿中的Ka以β晶形存在,而β-Ka会自发裂变为U-235与Pu-238,同时放出光子和中微子。这是第一次发现原子的排布方式对原子核的衰变产生影响,对量子力学的进展作出了巨大贡献。
通过实验发现,Ka能与人们认为无化合态的稀有气体结合成化合物。 如果把KaO2与Ar,HF高温高压,会得到一种淡黄色固体2Ka4[ArF2]:
- $ 8KaO_{2}+2Ar+4HF\rightarrow 2Ka_{4}[ArF_{2}]+2H_{2}O+7O_{2} $
其中Ka显+4价,Ar显-14价,这种物质十分稳定,但在Pt的催化下高温会与He反应
- $ Ka_{4}[ArF_{2}]+4He\rightarrow 4KaHe+F_{2}+Ar $:
这是首次发现金属与稀有气体的离子化合物。
β-鉲矿石经过Na2O2熔融后分离出了鉲(IV)酸钠,水溶液中较为稳定,常见的氧化-还原电对是:
- $ KaO_{3}^{2-}+8H^{+}+3e^{-}\rightarrow KaO+2H_{2}O,\ E^{\Theta }=1.12V $
如果把Ka(IV)与液态F2或者PtF6在1×106V电压下放电1h,就可制得比较不稳定的[KaF12]4-即十二氟合鉲(VIII)离子。另有报道称已合成其他的碱金属与碱土金属的盐,其铯盐Cs4[KaF12]比较稳定,钫(Fr)盐Fr4[KaF12]可能是更为稳定的碱金属盐。Ba2[KaF12]已制成,为黄绿色带微光的晶体,Ca2[KaF12],Sr2[KaF12]为红色至洋红色带微光的晶体,极不稳定,257K以上温度能发生爆炸性分解。半衰期比钫长的同主族元素则可以形成稳定的化合物以及复盐Ra2[KaF12]、Cs2Ra[KaF12]。在水溶液中为强氧化剂,在惰性非极性溶剂CF4中可以长时间稳定存在而不发生氧化-还原反应以及分解反应。在CF4中,Cs4[KaF12]仍为强氧化剂,可以氧化一般认为不会被氧化的过二连硫酸钾(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,人们把八氟化鉲与氮气在特殊Ni-Cu容器中共热,意外制得了NF5,并得到常法不能制得的四氟化鉲。
- $ 5KaF_{8}+2N_{2}\rightarrow 4NF_{5}+5KaF_{4} $
研究表明,四氟化鉲的一个重要的特性就是对共轭结构有强烈的亲和性。
- $ C_{60}+120KaF_{4}\rightarrow 60CF_{4}+120KaF_{2} $
二氟化鉲在常温具有相当强的稳定性,为弱电解质。不和水,氧气,金属以及惰性气体反应。
将金属鉲和氧其直接反映得到四氧化鉲,为高鉲酸(H2KaO5)的酸酐,在水溶液中的$ K_{a1}=1.2\times 10^{-2} $。
奇怪的是,高鉲酸并不具有特别强的氧化性,但是它能和铂等不活泼金属在常温下反应,研究表明,这是由于反应生成了极为稳定的奇特配合物[Pt(KaO4)5]的缘故。
- $ Pt+5H_{2}KaO_{5}\rightarrow [Pt(KaO_{4})_{5}]+5H_{2}O $
氯化鉲(II)和氰化钠反应,生成了淡绿色氰化亚鉲沉淀:
- $ 2KaCl_{2}+4NaCN\rightarrow (CN)_{2}+2KaCN+4NaCl $
该物质可以溶解于四氢呋喃中,以乙硼烷还原后得到γ-鉲。
γ-鉲在常温下是一种带有彩虹色的荧光液体,不稳定,会逐渐变成黑色的α-鉲。
而γ-鉲的孤对电子不甚稳定,可以作为强Lewis碱,在有机合成中有重要应用,比如使γ-鉲与乙醇发生亲核取代反应,得到C2H5Ka,在溶液中即可产生乙基自由基,生成正丁烷和极稳定的二鉲(Ka-Ka)。此反应经常在有机合成中用来制备脂肪烃,被称做ZMY-KAKAKAKA反应。
而氰基化合物在Ka+的催化作用下可以重派为异腈,即胩。然后Ka+与异氰基结合,生成胩化亚鉲。该物质有剧毒。
近年来万草园主尝试将金属鉲与三碘化磷共热,得到一种绿色柱状晶体,经过X射线衍射研究表明,该物质结构式为$ I-P=Ka $,俗称IP鉲,此物有增进智力,提高免疫力的功效。
而金属鉲也可以与碘化氰发生类似的反应,生成IC鉲,结构为$ I-C\equiv Ka $。最新研究表明,金属鉲与碘化氰发生反应生成IC鉲后,在反应炉中还存在饭鉲,碘化鉲等杂质。根据锑星大学对超热力学的研究,系该原子发生了Mp3杂化所致。
可以作为抗高温材料。
而2价鉲可以与大环多醚中的氧置换,生成环多鉲醚,为相转移催化剂研究做出了重大贡献。
鉲元素的一个最重要的特性就是强烈的对电子仪器的干扰作用,其干扰半径可达到101m,使通讯仪器接收信号的速度变慢,使电脑CPU及内存使用效率降低,被称作鉲元素的Kasile效应。
元素周期表 | ||||||||||||||||
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