钷(Promethium)為一化学元素，化学符号為Pm，原子序61，属于镧系元素與稀土元素，它所有同位素皆帶有放射性，半衰期最长只有17.7年，故常以人工合成的方法制得。 在原子序82号(鉛)以前只有两个元素没有稳定的同位素，其中一个即為鉕，另一个是锝。在化學上，钷是一種鑭系元素，會與其他元素形成鹽類。钷會以+3氧化態形成穩定的鹽，但是也有少數化合物中存在+2的钷。

在1902年時，布勞納（英语：Bohuslav Brauner）预测在當時已知的釹（60）和釤（62）之間存在一個與它們性質相似的未知元素。1914年，亨利·莫塞萊利用原子序與原子核電荷之間的關係（莫塞萊定律），確認當時還未知的61號元素確實存在。不過他測定當時所有已知元素的原子序，却發現沒有任何元素的原子序是61。

1926年，兩個義大利佛羅倫薩的化學家声称他們發現了第61號元素，將其命名為Florentium（中文譯作鉘）；同年，一批美國伊利諾大學的化學家亦宣布61號元素的發現，將其命名為Illinium（中文譯作鉯），但這兩個發現都被證實是錯誤的。^{[2] [3]} 1938年，俄亥俄州立大學在進行核試驗的過程中，產生了一些放射性元素，且已确定不是釹或釤的放射性同位素。但此發現因缺乏化學證據證明那是61號元素，所以并沒有得到普遍的認可。1945年，美國橡樹嶺國家實驗室利用離子交換層析法（IEC）分析石墨核子反應堆中的鈾（²³⁵U）衰變產物，才真正发现並確認钷的存在。發現者原本打算以研究機構的名稱將之命名為Clintonium（源自橡樹嶺國家實驗室的前身柯林頓實驗室[The Clinton Engineer Works]），但之後提出的名稱為“Prometheum”（現改變為Promethium），來自普羅米修斯（祂在希臘神話中偷走了火，從奧林匹斯山帶给人類），以象徵“大膽”以及“人類才智的濫用”。第一件钷的金屬樣本於1963年被制造出來。

自然钷有兩個可能的來源：銪-151衰變（產生钷-147，和鈾（產生各種同位素）。實際應用方面，虽然钷-145是最穩定的钷同位素，但只有钷-147的化合物有实际运用，用於夜光漆，核電池和厚度測量裝置。钷在自然界非常稀有，製作钷常用的方法是用熱中子轟擊鈾-235（濃縮鈾）来產生钷-147。

性質

物理性質

钷原子中有61個電子，电子组态為[Xe]4f⁵6s²。在形成的化合物時，钷會失去其最外層的電子以及一個4f殼層電子，形成一個開放的子層。鉕的原子半徑在所有的鑭系元素中排名第三，只稍微比相鄰的元素大一點。

钷有許多特性介於釹和釤的之間。例如熔點以及第一至第三電離能比釹大但比釤少；沸點及離子（Pm³⁺）和單原子氣體的標準形成熱比釤大但比釹少。

钷具有雙六方晶系密堆積（DHCP）結構，硬度63 kg/mm²。其加熱至890℃時，会从常溫的α形式轉換成β形式（體心立方（bcc））。

化學特性和化合物

钷屬於鈰群鑭系元素，其化性和相鄰元素非常相近。由於钷非常不穩定，對於钷的化學研究並不完整，即使少部分的化合物已被合成，但它們亦沒有被充分研究。一般來說，钷化合物通常是粉紅色或紅色。將含有Pm³⁺離子的酸與氨反應, 會得出亮棕色的氫氧化钷( Pm(OH)₃ )凝膠狀沈澱。將钷溶解在鹽酸中，會產生一種水溶性的黃色鹽類氯化钷(PmCl₃)。同樣地，將钷溶解在硝酸中即生成硝酸钷(Pm(NO₃)₃)。硝酸钷易溶於水，乾燥後形成粉紅色晶體，與硝酸釹(Nd(NO₃)₃)類似。Pm³⁺的電子組態為[Xe]4f⁴，呈現粉紅色。基態符號為⁵I₄。钷硫酸鹽微溶於水，如同其他的鈰群硫酸鹽。科學家在計算出八水合钷化合物的晶格常數後，導出八水合硫酸钷(Pm₂(SO₄)₃·8 H₂O)的密度是2.86 g/cm³。十水合草酸钷(Pm₂(C₂O₄)₃·10 H₂O)具有所有鑭系元素草酸鹽中最低的溶解度。

雖然钷的硝酸鹽性質接近釹鹽，钷氧化物卻相似於釤鹽。利用加熱钷的草酸鹽等方法可合成钷氧化物，有不規則結構白色或薰衣草色粉末。這些粉末加熱到600℃就會得到立方晶系結晶。如果繼續加熱至 800℃之後退火，再加熱至 1750℃，立方晶系就會轉變爲單斜晶系和六方晶系（不可逆），晶格組成比例可以透過調整退火時間和溫度調整。

钷形成只有一個穩定氧化態+3,如同其他鑭系離子。(根據其在週期表中的位置，無法形成穩定呀+4及+2的氧化態)。用強的氧化劑或還原劑與含有Pm³⁺的化合物反應, 發現钷離子不容易被氧化或還原。

钷的鹵化物

同位素

钷是唯一在鑭系元素中及唯二在鉛之前沒有穩定的同位素的元素。钷是液滴模型的特例，而相鄰元素的穩定性也連帶影響钷的穩定。钷也是釙以前最不穩定的元素。钷的衰變產物主要是釹和釤同位素（钷-146衰變途徑有兩種：衰變成釹通常透過正電子衰變及電子捕獲,衰變成釤則是通過β衰變)。钷核異構體可能衰變為其他钷同位素，145Pm則有一種非常罕見的α衰變模式衰變為镨。

钷最穩定的同位素是是钷-145,放射性強度為940居里（35TBq）/ g，半衰期為17.7年。因為它有84中子（剛好為魔數），它可以發射的α粒子（其中有2個中子），以形成鐠-141(擁有82個中子)。這是钷唯一從實驗觀察到的α衰變,其部分的α衰變的半衰期為大約是6.3×109年，145Pm細胞核以這種方式衰減的相對概率是2.8×10-7％。其他幾個Pm同位素（144Pm，146Pm，钷-147等）的也有正面α衰變的能量釋放;預測他們的α衰變會發生的但都沒有被觀察到。

該元素也有18個核的異構體，質量分別為133，142，144，148，149，152，和154（一些質量數有一個以上的異構體）。其中最穩定的是钷148m,有43.1天的半衰期; 這比除了钷143到钷147之外所有钷同位素基態的半衰期還要長（例如钷-148m半衰期比钷-148基態的半衰期長）。

發現

1934年，威拉德·利比發現在純釹裡的弱β活性，這是因為超過10¹²年的半衰期。近20年來,有人聲稱元素出現在自然釹的數量平衡,每克釹就有10-20克以下的钷。然而，這些意見都被新的調查否定了,因為七個釹同位素會自然產生,任何單一的的β衰變(可產生钷核素)被能源轉移禁止的。特別是仔細測量原子質量¹⁵⁰Nd表示¹⁵⁰Nd-¹⁵⁰Pm 的質量差是負 (−87 keV),絕對防止單一的β衰變由¹⁵⁰Nd衰變為¹⁵⁰Pm。

自然銪的同位素有比其所有α潛能相加再加上一個α粒子的產物較大的質量，因此他們（在實際上穩定）可能α衰變。在 Laboratori Nazionali del Gran Sasso的研究上發現銪-151實驗性衰變成钷-147的半衰期為5×10¹⁸年。它已被證明銪在地殼上有12克的含量。銪-153的α衰變還沒有被發現，理論計算其半衰期很高（因為其低能量的衰減），這個過程可能永遠不會被觀察到。最後，钷能夠在自然中產生（鈾238的自發性裂變產物）。只有微量可以在礦石發現：瀝青鈾礦的樣本被發現含有少量钷。鈾在地殼上有560g的钷的含量。

钷已經在仙女座的HR465的光譜，HD101065和HD965的星被發現；由於钷同位素的半衰期很短，所以它們通常會在那些星的表面附近形成的。

歷史

元素61的搜索

1902年，捷克化學家博胡斯拉夫·布勞納發現的所有相鄰的鑭系元素釹和釤之間的差異是最大的，作為結論，他建議有一個元素有它們之間的中間性質。這一預測在1914年由亨利·莫斯利所證實，同時他發現有幾個原子序並沒有相對應的元素，分別為43，61，72，75，85，87。隨著對元素表中族與族之間知識的差距, 所以開始進行預測地球和自然環境中的稀有元素。

第一個發表其發現的是來自佛羅倫薩，意大利的路易·吉羅拉和洛倫佐·費爾南德斯。利用巴西礦物獨居石的分級結晶分離一硝酸鹽的稀土元素後，它們得到的溶液主要含有釤。此溶液得到一X-ray的光譜屬於釤和元素61。為了紀念他們的城市，他們命名的元素61“florentium的。該研究結果發表在1926年，但科學家們聲稱的實驗是在1924年。此外，在1926年，一組科學家從伊利諾伊大學Urbana-Champaign分校，史密斯霍普金斯和萊昂英特馬公佈的元素61的發現。他們把它命名為"illinium"。這些發現被指出是錯誤的，因為在所謂元素61的光譜上的線跟釹是相同的, 這些線被發現是一些雜質（鋇，鉻和鉑）組成的。

1934年，Josef Mattauch終於制定了“同量異位素的規則。其中一個對於這些規則的間接後果是元素61無法形成穩定的同位素。1938年，進行了核試驗的HB法等。在俄亥俄州立大學。產生一定的核素釹和釤的放射性同位素和的名稱為“cyclonium”的提出，但是有一個缺乏化學證明元素61的產生和發現沒有廣泛承認。

钷金屬的發現和製造

在1945年，钷第一次在美國橡樹嶺國家實驗室（當時的克林頓實驗室）被發現,由Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin and Charles D. Coryell分離及分析照射在石墨的鈾燃料的裂變產物。然而，因為在二戰期間忙於軍事有關的研究，他們直到1947年都沒有公佈他們的發現。钷原建議的名稱以發現機構柯林頓實驗室命名其為“Clintonium”，然而，發現者之一格雷斯的妻子瑪麗·科里爾提出“Prometheum”這個名字。此名是來自普羅米修斯，希臘神話中從奧林匹斯山偷火給人類使用的泰坦，象徵著「大膽」和「人類才智的濫用」。“Prometheum”最後改為和其他金屬較相像的「Promethium」 。

• Jacob A. Marinsky

• Larry E. Glendenin

• Charles D. Coryell

1963年，科學家利用钷（III）氟化物來製造钷金屬。用一個特製雙層坩堝，內層填充從釤，釹，和镅的雜質純化而來的钷化合物, 外層則填充相對於內層十倍量的鋰。抽真空後，將化學品進行混合，反應產生钷金屬：

PmF₃ + 3 Li → Pm + 3 LiF

收集得的钷足以測量的一些金屬性質，如熔點。

1963年，橡樹嶺國家實驗室使用離子交換法，從核反應堆中約10克的燃料加工廢棄物提煉出钷。到今天, 钷仍然從鈾裂變的副產品回收。

钷也可以透過用中子轟擊¹⁴⁶Nd，經過β衰變（11天的半衰期）產生¹⁴⁷Pm。

生產

製造方法會因為不同的同位素而變化, 而只有钷-147是可知的，因為它於工業應用上的同位素只有一個。钷-147由與熱中子轟擊鈾-235從而大量產生（與其他同位素相比）。在60年代，橡樹嶺國家實驗室可以每一年產生650克的钷和是世界唯一的大型的生產設備。革蘭氏規模化生產钷在20世紀80年代初在美國已經停產，但可能會在2010年後於在高通量同位素反應堆恢復。目前，俄羅斯是唯一一個大量生產钷-147的國家。

應用

大多數钷僅用於研究, 除钷-147外（可在實驗室之外的地方找到）。它是以氧化物或氯化物的形式得到。這種同位素不發射γ射線，並且它的輻射具有相對小的穿透深度和相對長的半衰期。一些信號燈使用的夜光塗料，含有的磷，吸收钷-147發射的β射線和發出的光。這種同位素不會跟α發射一樣會引起磷光體老化，因此光發射可穩定幾年。這本來是鐳-226的"工作"但後來被钷-147和氚（氫-3）取代。钷優於氚可能是出於安全理由。在原子電池，β粒子從钷-147發射出來,繼而轉為電流（由兩個半導體板之間夾一個小Pm來源），這些電池其使用壽命約五年。第一個钷系電池組裝和生成出現於1964年,生成的幾個毫瓦的功率從約2立方英寸的體積。钷是用來評估從钷源穿過樣品的輻射量，也可用於測量的材料的厚度。未來它有可能使用在可攜式X射線源，並作為輔助太空探測器和衛星的熱源或動力源（雖然α放射钚-238已經是可與太空探索作有關的用途）。

注意事項

钷與其他鑭系元素一樣，對生物不會產生明顯作用。钷-147會透過β衰變發射的X射線，對生命體構成危害。如果安全裝備做好（手套，鞋蓋，安全眼鏡），那與微量的钷-147是無害的。現在仍未知钷對人體器官的危害，目前推測可能會傷害人的骨組織。密封的钷-147是無害的，但如果包裝破損，那便會對環境和人類構成危險。如果發現放射性污染，受污染的地方應該用肥皂和水清洗。如果钷的發現洩漏，該地區應認定為危險，應立即疏散，並必須報警。

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