錒(Actinium),一(yi)種(zhong)天然(ran)放射性(xing)元素,化學符(fu)號Ac,原子(zi)序數89,原子(zi)相對質量(liang)227.0278,屬(shu)錒系元素,為(wei)銀(yin)白色金屬(shu)。其英(ying)文名(ming)來源于(yu)希臘文aktis(射線)。1899年法國的A.一(yi)L.德比埃(ai)爾內從鈾礦(kuang)渣中分離出(chu)錒。
已發現質量數209-232的全部錒(a)同位(wei)素,除錒(a)227和錒(a)228是(shi)天然放射(she)性同位(wei)素外(wai),其(qi)余都是(shi)通過人工核(he)反應(ying)合成的。錒(a)-227是(shi)錒(a)-鈾放射(she)性衰變(bian)系的衰變(bian)產物,在(zai)鈾礦中賦存(cun)量為(wei)每(mei)噸(dun)鈾約(yue)0.2毫克。
錒(a)(a)(a)為銀白色(se)(se)金屬,熔點(dian)1320K±50K,沸點(dian)3470K±300K,密度(293K)10062kg/m3。金屬錒(a)(a)(a)具有面心(xin)立方晶格。錒(a)(a)(a)原子(zi)的(de)(de)(de)外電子(zi)層(ceng)構(gou)型為(Rn)6d7s。錒(a)(a)(a)的(de)(de)(de)氧化態為+3。它的(de)(de)(de)化學性(xing)質與(yu)鑭和釔十(shi)分相似。錒(a)(a)(a)的(de)(de)(de)氟化物、氫氧化物、碳(tan)酸(suan)鹽、磷(lin)酸(suan)鹽和草酸(suan)鹽不溶于水。示蹤量的(de)(de)(de)錒(a)(a)(a)常用(yong)氟化鑭或草酸(suan)鑭共沉淀載帶。用(yong)離子(zi)交換色(se)(se)層(ceng)分離(見(jian)稀土(tu)元(yuan)素色(se)(se)層(ceng)分離)或溶劑(ji)萃取法可使鑭系元(yuan)素與(yu)錒(a)(a)(a)分離。
由于(yu)(yu)鈾礦(kuang)(kuang)石中含有稀土元(yuan)素,因此,從鈾礦(kuang)(kuang)石提取只能得(de)到錒(a)的濃(nong)縮物。在(zai)反(fan)應(ying)堆中用熱(re)中子輻照鐳-226靶,由核反(fan)應(ying)可制得(de)高純度的227Ac。用稀硝(xiao)酸將(jiang)輻照過(guo)的鐳靶溶解,加入濃(nong)硝(xiao)酸使鐳沉淀。過(guo)濾(lv),濾(lv)液通過(guo)陰離子交換樹脂柱,使Ac與釷-228分離。再用草酸鹽沉淀法(fa)提純錒(a),于(yu)(yu)973K溫度下(xia)灼燒得(de)到Ac2O3。比利時于(yu)(yu)20世紀70年代用這(zhe)種方法(fa),生產了約20g錒(a)-227。
錒227的半(ban)衰期(qi)為21.77年。它(ta)于1899年首先被法國科(ke)學(xue)家安德烈(lie)-德拜耳尼(André-Debierne)發現(xian),隨后在1902年德國化(hua)學(xue)家弗雷德里奇-奧托(tuo)-吉賽(sai)爾(Friedrich-Otto-Giesel)也(ye)獨立地發現(xian)了(le)該元素。存(cun)在于瀝青(qing)鈾礦及(ji)其(qi)它(ta)含鈾礦物中。人工(gong)制(zhi)備錒的數量極少,其(qi)在商業和科(ke)學(xue)研究方面極為有限(xian)。其(qi)名字來(lai)自(zi)于希(xi)臘文(wen)“aktinos”,意為“射線”或“光(guang)束”。
1789年(nian)(nian)(nian)克拉普羅(luo)特(te)(M.H.Klaproth)從瀝青鈾礦(kuang)中(zhong)發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)(xian)鈾,是錒(a)系中(zhong)第一個被(bei)發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)(xian)的(de)(de)元素。1828年(nian)(nian)(nian)貝(bei)采利(li)烏斯(si)(J.J.Berzelius)發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)(xian)釷。鈾和(he)釷的(de)(de)發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)(xian)為大部(bu)分其他錒(a)系元素的(de)(de)制取(qu)開辟了道路(lu)。1899年(nian)(nian)(nian)在居里實(shi)驗(yan)室工作的(de)(de)德比爾納(A.L.Debierne)發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)(xian)錒(a),1902年(nian)(nian)(nian)蓋瑟(se)爾(F.Geisel)也獨立發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)(xian)了錒(a)。1913年(nian)(nian)(nian)法揚斯(si)(K.Fajans)和(he)格林(lin)(O.G?hring)發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)(xian)了鏷的(de)(de)同(tong)位素234Pa,1917年(nian)(nian)(nian)哈恩(O.Hahn)和(he)梅特(te)勒(le)(L.Meitner)發(fa)(fa)現(xian)(xian)(xian)(xian)了231Pa。1940年(nian)(nian)(nian)麥克米倫(lun)(E.M.McMillan)和(he)艾貝(bei)爾森(P.H.Abelson)用中(zhong)子(zi)輻照天然(ran)鈾得(de)到镎(na)。同(tong)年(nian)(nian)(nian),西博格(G.T.Seaborg)等用氘核轟(hong)(hong)擊(ji)鈾得(de)到钚(bu)(bu)。1944年(nian)(nian)(nian)他又(you)利(li)用钚(bu)(bu)同(tong)位素的(de)(de)中(zhong)子(zi)俘(fu)獲(huo)(huo)反(fan)應獲(huo)(huo)得(de)镅,用氦離子(zi)轟(hong)(hong)擊(ji)钚(bu)(bu)同(tong)位素獲(huo)(huo)得(de)鋦,1949年(nian)(nian)(nian)湯普森(S.G.Thompson)等人用氦離子(zi)轟(hong)(hong)擊(ji)241Am獲(huo)(huo)得(de)锫,1950年(nian)(nian)(nian)用氦離子(zi)轟(hong)(hong)擊(ji)242Cm獲(huo)(huo)得(de)锎。吉奧索(A.Ghiorso)等人又(you)于1952年(nian)(nian)(nian)、1953年(nian)(nian)(nian)、1955年(nian)(nian)(nian)、1958年(nian)(nian)(nian)、1961年(nian)(nian)(nian)分別獲(huo)(huo)得(de)锿、鐨、鍆、锘和(he)鐒。
當前世(shi)界錒(a)(a)系各(ge)種元素的(de)生產(chan)規模相(xiang)差很(hen)大;鈾的(de)年產(chan)量以(yi)萬(wan)噸(dun)計(ji)(ji),釷(tu)以(yi)千噸(dun)計(ji)(ji),钚以(yi)噸(dun)計(ji)(ji),镎(na)、鏷、镅以(yi)公斤計(ji)(ji),錒(a)(a)、鏷、鋦、锎以(yi)克計(ji)(ji),锎外錒(a)(a)系元素以(yi)毫克甚(shen)至以(yi)原(yuan)子(zi)數(shu)計(ji)(ji)。中國已制得所(suo)有的(de)錒(a)(a)系元素。
錒系元素主要(yao)用作核(he)反應堆(dui)的(de)原料,便(bian)攜(xie)式(shi)的(de)γ或X射線(xian)源;鈾和钚等是制造核(he)武(wu)器(qi)的(de)主要(yao)原料。
錒(a)(a)在空氣(qi)中放置緩慢變成Ac2O3(三氧(yang)化二(er)錒(a)(a));錒(a)(a)具有較強(qiang)的(de)堿性。錒(a)(a)的(de)常見氧(yang)化態為(wei)+Ⅱ和+Ⅲ。
錒(a)系(xi)(xi)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su):周期系(xi)(xi)ⅢB族中原子(zi)序數為(wei)(wei)89~103的(de)(de)15種(zhong)化學元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)的(de)(de)統稱(cheng)。包括(kuo)錒(a)(Ac)、釷(Th)、鏷(pu)(pu)(Pa)、鈾(U)、镎(Np)、钚(Pu)、镅(Am)、鋦(Cm)、锫(Bk)、锎(Cf)、锿(Es)、鐨(Fm)、鍆(Md)、锘(nuo)(No)、鐒(Lr),它們(men)都(dou)是放射性元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)。鈾以(yi)后的(de)(de)原子(zi)序數為(wei)(wei)93~109的(de)(de)17種(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)稱(cheng)為(wei)(wei)超(chao)鈾元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)。前(qian)四種(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)錒(a)、釷、鏷(pu)(pu)、鈾存在于自然(ran)界中,其余11種(zhong)全部用人(ren)工核反(fan)應合成(cheng)。錒(a)系(xi)(xi)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)原子(zi)結構的(de)(de)特點是:錒(a)以(yi)后的(de)(de)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)電(dian)子(zi)依次填充5f內電(dian)子(zi)層(ceng),它們(men)的(de)(de)最外層(ceng)的(de)(de)電(dian)子(zi)構型基本相同(tong),使(shi)錒(a)系(xi)(xi)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)之間(jian)的(de)(de)性質(zhi)非(fei)常相似,與鑭系(xi)(xi)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)一(yi)樣,錒(a)系(xi)(xi)元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)中也存在著離(li)子(zi)半徑收縮現象。
錒(a)系(xi)元(yuan)(yuan)素都是金(jin)屬,與(yu)鑭系(xi)元(yuan)(yuan)素一樣,化(hua)學性(xing)質比較活潑。它們的(de)氯化(hua)物(wu)、硫酸鹽、硝(xiao)酸鹽、高氯酸鹽可溶于水,氫(qing)氧化(hua)物(wu)、氟化(hua)物(wu)、硫酸鹽、草酸鹽不溶于水。大(da)多數錒(a)系(xi)元(yuan)(yuan)素能形成配位(wei)化(hua)合物(wu)。α衰(shuai)變和(he)自發裂變是錒(a)系(xi)元(yuan)(yuan)素的(de)重要核(he)特性(xing),隨(sui)著原(yuan)子序數的(de)增大(da),半(ban)(ban)(ban)衰(shuai)期依次縮(suo)短(duan),鈾(you)238的(de)半(ban)(ban)(ban)衰(shuai)期為4.468×10?年;鐒260的(de)半(ban)(ban)(ban)衰(shuai)期只(zhi)有(you)3分鐘。錒(a)系(xi)元(yuan)(yuan)素的(de)毒性(xing)和(he)輻射(she)(特別是吸入人體內的(de)α輻射(she)體)的(de)危(wei)害較大(da),必須在有(you)防護措施的(de)密(mi)閉工作箱(xiang)中(zhong)操作這些物(wu)質。
在人工(gong)合成的錒系元(yuan)素中,只有钚、镎、镅(mei)、鋦的年(nian)產量達千克級以(yi)上,锎僅(jin)(jin)為克量級,锿以(yi)后(hou)的元(yuan)素量極少,半(ban)衰期很短,僅(jin)(jin)用于(yu)研究。用途比較多(duo)的只限于(yu)鈾和釷,钚在某(mou)些情況下用作核燃料。
已知的錒(a)(a)(a)化(hua)(hua)(hua)合物十(shi)分少,主要(yao)有(you)(you)三氟化(hua)(hua)(hua)錒(a)(a)(a)(Ac F3)、三氯化(hua)(hua)(hua)錒(a)(a)(a)(Ac Cl3)、三溴化(hua)(hua)(hua)錒(a)(a)(a)(Ac Br3)、氟氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)錒(a)(a)(a)(Ac OF)、氯氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)錒(a)(a)(a)(Ac OCl)、溴氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)錒(a)(a)(a)(Ac OBr)、三硫(liu)化(hua)(hua)(hua)二錒(a)(a)(a)(Ac2S3)、氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)錒(a)(a)(a)(Ac2O3)和(he)磷酸(suan)錒(a)(a)(a)(Ac PO4)等。除Ac PO4以(yi)外,這些化(hua)(hua)(hua)合物中Ac都(dou)以(yi)+3氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)態存在(zai)(zai),且都(dou)有(you)(you)相(xiang)對應(ying)的鑭化(hua)(hua)(hua)合物。對應(ying)的鑭和(he)錒(a)(a)(a)化(hua)(hua)(hua)合物在(zai)(zai)晶格常數上的差異不超過(guo)百分之十(shi)。
錒(a)(a)為銀白色金屬,能(neng)在暗(an)處(chu)發光;熔點(dian)1050℃沸點(dian)3200℃密度(du)10.07克/厘(li)米3,面心立方晶(jing)格。錒(a)(a)化學性(xing)(xing)質活潑,與鑭和釔十分(fen)相似(si),可直(zhi)接(jie)與多(duo)種(zhong)非金屬元素直(zhi)接(jie)反應;錒(a)(a)有(you)較(jiao)強的(de)(de)堿性(xing)(xing)。錒(a)(a)的(de)(de)剪切模量估計與鉛的(de)(de)相近。錒(a)(a)的(de)(de)放射(she)性(xing)(xing)很強,它放射(she)出的(de)(de)高能(neng)粒(li)子(zi)足以將周圍的(de)(de)空氣(qi)電解,從而發出暗(an)藍色的(de)(de)光錒(a)(a)主要用做航天器(qi)中的(de)(de)熱源。錒(a)(a)系元素都有(you)放射(she)性(xing)(xing)。
原(yuan)子量 227.0278 原(yuan)子量單位
原子半徑(計算值) 195(無數據)pm
共價半徑 無(wu)數據
范(fan)德華半徑 無數據(ju)
價電子排布 [氡]6d17s2
電(dian)子在每(mei)能級的排布 2,8,18,32,18,9,2
氧化價(氧化物) 3(兩性(xing)的)
晶體結構 面(mian)心立方(fang)
物質狀態 固態、放(fang)射性
熔點 1323 K(1050 °C)
沸點 3473 K (3200 °C)
摩爾體(ti)積(ji) 22.55×10-6m3/mol
汽化熱 無數據
熔化熱(re) 62 kJ/mol
蒸氣壓 無數據
聲速 無數據
電負性 1.1(鮑(bao)林標(biao)度)
比熱 無數據
電導率 無數據
熱導率 12 W/(m·K)
第(di)一電離能 499 kJ/mol
第二電離(li)能 1170 kJ/mol
在自然界,錒(a)存在于(yu)鈾礦石中,由鈾衰(shuai)變而來,三個天(tian)然放射(she)系(xi)中有(you)(you)錒(a)的(de)兩個同位素(su)227Ac及228Ac,分別存在于(yu)錒(a)系(xi)及釷系(xi)中,是(shi)錒(a)所有(you)(you)同位素(su)中唯(wei)一的(de)兩個天(tian)然放射(she)性核素(su),如圖《錒(a)系(xi)衰(shuai)變鏈》所示(shi)。
在提(ti)取高(gao)放射(she)純度(du)(du)(du)(du)227Ac的(de)(de)(de)過(guo)程中,如果所用(yong)鈾礦石含(han)有釷也(ye)(ye)即(ji)含(han)有228Ac,由于228Ac的(de)(de)(de)半(ban)衰期僅為6.15h,極易(yi)轉變(bian)成(cheng)(cheng)228Th(Th228T?=1.9131a),在除去Th的(de)(de)(de)時候,一定程度(du)(du)(du)(du)上可以認為228Ac也(ye)(ye)被除去,即(ji)使(shi)還有少量228Ac存(cun)在,經過(guo)不長的(de)(de)(de)時間后,也(ye)(ye)會(hui)衰變(bian)完,并不會(hui)對227Ac的(de)(de)(de)放射(she)性純度(du)(du)(du)(du)造(zao)成(cheng)(cheng)太(tai)大(da)的(de)(de)(de)影響(xiang),也(ye)(ye)不會(hui)造(zao)成(cheng)(cheng)228Ac的(de)(de)(de)濃集,因而造(zao)成(cheng)(cheng)220Rn對219Rn射(she)氣純度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)影響(xiang)。
錒(a)系元(yuan)素的(de)(de)用(yong)(yong)途(tu)越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)廣,鈾-233、鈾-235和钚(bu)-239是核反(fan)應堆和核電站用(yong)(yong)的(de)(de)燃料,錒(a)—227、鋦—244和钚(bu)—238等則用(yong)(yong)作宇航飛行(xing)器的(de)(de)熱源。雖(sui)然錒(a)天然存(cun)在(zai)(zai)于(yu)鈾礦里(li),但含(han)量極低。當人們真正(zheng)需(xu)要(yao)一些(xie)錒(a)的(de)(de)時候,可以(yi)用(yong)(yong)以(yi)下方(fang)法來(lai)生產:在(zai)(zai)核反(fan)應堆中(zhong)用(yong)(yong)中(zhong)子轟擊鐳-225,將(jiang)它轉化為鐳-227,后者會以(yi)42分鐘的(de)(de)半衰(shuai)(shuai)期衰(shuai)(shuai)變為錒(a)的(de)(de)長壽命(ming)同(tong)位素錒(a)-227。