锕(一种放射性金属)详细资料大全

Sep11

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锕(一种放射性金属)详细资料大全

一种放射性金属。元素符号Ac,原子序数89,元素的相对原子质量227.0278,属锕系元素。

已发现锕有质量数从209到233的25种同位素。除227Ac和228Ac是天然放射性元素外,其余都是通过人工核反应合成的。227Ac是最重要的锕同位素。

基本介绍

  • 中文名:锕(a一声)
  • 外文名:Actinium
  • 熔点:1050℃
  • 沸点:3200℃
  • 密度:10.07克/厘米3
  • 原子半径:187.8pm
  • 周期:7
  • 序号:89
  • 原子质量:227.0278原子量单位
  • :IIIB
  • 元素分区:f
简介,历史,化学性质,物理性质,原子属性,物理属性,其他性质,锕元素的天然存在,用途,

简介

锕为银白色金属,熔点1320K±50K,沸点3470K±300K,密度(293K)10062kg/m。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Ac 2O3。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钸。1944年他又利用钸同位素的中子俘获反应获得镅,用氦离子轰击钸同位素获得锔,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年分别获得鑀、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,钸以吨计,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,携带型的γ或X射线源;铀和钸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。 Ac的化学方程式锕系元素: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)、钸(Pu)、镅(Am)、锔(Cm)、锫(Bk)、锎(Cf)、鑀(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,只有钸、镎、镅、锔的年产量达千克级以上,锎仅为克量级,鑀以后的元素量极少,半衰期很短,仅用于研究。用途比较多的只限于铀和钍,钸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。锕的剪下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太空飞行器中的热源。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,如下图所示。 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和钸-239是核反应堆和核电站用的燃料,锕—227、锔—244和钸—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。

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