锕

锕（Actinium），一种天然放射性元素，化学符号Ac，原子序数89，原子相对质量227.0278，属锕系元素，为银白色金属。其英文名来源于希腊文aktis（射线）。1899年法国的A.一L.德比埃尔内从铀矿渣中分离出锕。

已发现质量数209-232的全部锕同位素，除锕227和锕228是天然放射性同位素外，其余都是通过人工核反应合成的。锕-227是锕-铀放射性衰变系的衰变产物，在铀矿中赋存量为每吨铀约0.2毫克。

简介

锕为银白色金属，熔点1320K±50K，沸点3470K±300K，密度（293K）10062kg/m³。金属锕具有面心立方晶格。锕原子的外电子层构型为（Rn）6d7s。锕的氧化态为 3。它的化学性质与镧和钇十分相似。锕的氟化物、氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐和草酸盐不溶于水。示踪量的锕常用氟化镧或草酸镧共沉淀载带。用离子交换色层分离（见稀土元素色层分离）或溶剂萃取法可使镧系元素与锕分离。

由于铀矿石中含有稀土元素，因此，从铀矿石提取只能得到锕的浓缩物。在反应堆中用热中子辐照镭-226靶，由核反应可制得高纯度的227Ac。用稀硝酸将辐照过的镭靶溶解，加入浓硝酸使镭沉淀。过滤，滤液通过阴离子交换树脂柱，使Ac与钍-228分离。再用草酸盐沉淀法提纯锕，于973K温度下灼烧得到Ac2O3。比利时于20世纪70年代用这种方法，生产了约20g锕-227。

历史

锕227的半衰期为21.77年。它于1899年首先被法国科学家安德烈-德拜耳尼（André-Debierne）发现，随后在1902年德国化学家弗雷德里奇-奥托-吉赛尔（Friedrich-Otto-Giesel）也独立地发现了该元素。存在于沥青铀矿及其它含铀矿物中。人工制备锕的数量极少，其在商业和科学研究方面极为有限。其名字来自于希腊文“aktinos”，意为“射线”或“光束”。

1789年克拉普罗特（M.H.Klaproth）从沥青铀矿中发现铀，是锕系中第一个被发现的元素。1828年贝采利乌斯（J.J.Berzelius）发现钍。铀和钍的发现为大部分其他锕系元素的制取开辟了道路。1899年在居里实验室工作的德比尔纳（A.L.Debierne）发现锕，1902年盖瑟尔（F.Geisel）也独立发现了锕。1913年法扬斯（K.Fajans）和格林（O.G?hring）发现了镤的同位素234Pa，1917年哈恩（O.Hahn）和梅特勒（L.Meitner）发现了231Pa。1940年麦克米伦（E.M.McMillan）和艾贝尔森（P.H.Abelson）用中子辐照天然铀得到镎。同年，西博格（G.T.Seaborg）等用氘核轰击铀得到钚。1944年他又利用钚同位素的中子俘获反应获得镅，用氦离子轰击钚同位素获得锔，1949年汤普森（S.G.Thompson）等人用氦离子轰击241Am获得锫，1950年用氦离子轰击242Cm获得锎。吉奥索（A.Ghiorso）等人又于1952年、1953年、1955年、1958年、1961年分别获得锿、镄、钔、锘和铹。

当前世界锕系各种元素的生产规模相差很大；铀的年产量以万吨计，钍以千吨计，钚以吨计，镎、镤、镅以公斤计，锕、镤、锔、锎以克计，锎外锕系元素以毫克甚至以原子数计。中国已制得所有的锕系元素。

锕系元素主要用作核反应堆的原料，便携式的γ或X射线源；铀和钚等是制造核武器的主要原料。

化学性质

锕在空气中放置缓慢变成Ac2O3（三氧化二锕）；锕具有较强的碱性。锕的常见氧化态为 Ⅱ和 Ⅲ。

锕系元素：周期系ⅢB族中原子序数为89~103的15种化学元素的统称。包括锕（Ac）、钍（Th）、镤（Pa）、铀（U）、镎（Np）、钚（Pu）、镅（Am）、锔（Cm）、锫（Bk）、锎（Cf）、锿（Es）、镄（Fm）、钔（Md）、锘（No）、铹（Lr），它们都是放射性元素。铀以后的原子序数为93~109的17种元素称为超铀元素。前四种元素锕、钍、镤、铀存在于自然界中，其余11种全部用人工核反应合成。锕系元素原子结构的特点是：锕以后的元素电子依次填充5f内电子层，它们的最外层的电子构型基本相同，使锕系元素之间的性质非常相似，与镧系元素一样，锕系元素中也存在着离子半径收缩现象。

锕系元素都是金属，与镧系元素一样，化学性质比较活泼。它们的氯化物、硫酸盐、硝酸盐、高氯酸盐可溶于水，氢氧化物、氟化物、硫酸盐、草酸盐不溶于水。大多数锕系元素能形成配位化合物。α衰变和自发裂变是锕系元素的重要核特性，随着原子序数的增大，半衰期依次缩短，铀238的半衰期为4.468×10⁹年；铹260的半衰期只有3分钟。锕系元素的毒性和辐射（特别是吸入人体内的α辐射体）的危害较大，必须在有防护措施的密闭工作箱中操作这些物质。

在人工合成的锕系元素中，只有钚、镎、镅、锔的年产量达千克级以上，锎仅为克量级，锿以后的元素量极少，半衰期很短，仅用于研究。用途比较多的只限于铀和钍，钚在某些情况下用作核燃料。

已知的锕化合物十分少，主要有三氟化锕（Ac F3）、三氯化锕（Ac Cl3）、三溴化锕（Ac Br3）、氟氧化锕（Ac OF）、氯氧化锕（Ac OCl）、溴氧化锕（Ac OBr）、三硫化二锕（Ac2S3）、氧化锕（Ac2O3）和磷酸锕（Ac PO4）等。除Ac PO4以外，这些化合物中Ac都以 3氧化态存在，且都有相对应的镧化合物。对应的镧和锕化合物在晶格常数上的差异不超过百分之十。

物理性质

锕为银白色金属，能在暗处发光；熔点1050℃沸点3200℃密度10.07克/厘米3，面心立方晶格。锕化学性质活泼，与镧和钇十分相似，可直接与多种非金属元素直接反应；锕有较强的碱性。锕的剪切模量估计与铅的相近。锕的放射性很强，它放射出的高能粒子足以将周围的空气电解，从而发出暗蓝色的光锕主要用做航天器中的热源。锕系元素都有放射性。

原子属性

原子量 227.0278 原子量单位

原子半径（计算值） 195（无数据）pm

共价半径 无数据

范德华半径 无数据

价电子排布 [氡]6d17s2

电子在每能级的排布 2，8，18，32，18，9，2

氧化价（氧化物） 3（两性的）

晶体结构 面心立方

物理属性

物质状态 固态、放射性

熔点 1323 K（1050 °C）

沸点 3473 K （3200 °C）

摩尔体积 22.55×10-6m3/mol

汽化热 无数据

熔化热 62 kJ/mol

蒸气压 无数据

声速 无数据

其他性质

电负性 1.1（鲍林标度）

比热 无数据

电导率 无数据

热导率 12 W/（m·K）

第一电离能 499 kJ/mol

第二电离能 1170 kJ/mol

锕元素的天然存在

在自然界，锕存在于铀矿石中，由铀衰变而来，三个天然放射系中有锕的两个同位素227Ac及228Ac，分别存在于锕系及钍系中，是锕所有同位素中唯一的两个天然放射性核素，如图《锕系衰变链》所示。

在提取高放射纯度227Ac的过程中，如果所用铀矿石含有钍也即含有228Ac，由于228Ac的半衰期仅为6.15h，极易转变成228Th（Th228T−=1.9131a），在除去Th的时候，一定程度上可以认为228Ac也被除去，即使还有少量228Ac存在，经过不长的时间后，也会衰变完，并不会对227Ac的放射性纯度造成太大的影响，也不会造成228Ac的浓集，因而造成220Rn对219Rn射气纯度的影响。

用途

锕系元素的用途越来越广，铀-233、铀-235和钚-239是核反应堆和核电站用的燃料，锕—227、锔—244和钚—238等则用作宇航飞行器的热源。虽然锕天然存在于铀矿里，但含量极低。当人们真正需要一些锕的时候，可以用以下方法来生产：在核反应堆中用中子轰击镭-225，将它转化为镭-227，后者会以42分钟的半衰期衰变为锕的长寿命同位素锕-227。