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'''锕系元素'''([[汉语拼音]]:Axi Yuansu;[[英语]]:Actinide Element; Actinide),[[元素周期表]]中第89号元素[[锕]]至103号元素[[铹]]共15种放射性元素的统称,它们的化学性质相近,和[[镧系元素]]一样,单独组成一个系列,在元素周期表中占有特殊位置。锕系元素包括了[[铀]]以后人工合成的11种[[超铀元素]]。 前4种锕系元素锕、[[钍]]、[[镤]]、铀存于[[自然界]]。[[镎]]至铹11种锕系元素则全部用人工[[核反应]]合成(镎、[[钚]]虽在含铀矿物中也存在,但它们是在人工合成该元素后,才在自然界发现的,其量极微),合成的方式有在[[核反应堆]]或[[核爆炸]]中辐照重元素靶及在加速器上用带电粒子轰击重元素靶等。 == 电子组态和性质 == 按照[[原子核]]外的电子能级,元素周期表第七周期锕以后的元素逐次充填5f内层[[电子]]直至充满14个5f内层电子为止。由于[[原子]]的外层电子组态基本相同,只是在5f内层更迭电子,所以这些元素组成化学性质相近的锕系系列。虽然镧系和锕系两个系列都在内层电子轨道(相应的4f和5f)充填电子,外层电子轨道(相应的6s、5d和7s、6d)的电子组态基本相同,然而锕系元素在化学性质上不显示如[[镧系元素]]那种一致性。锕系元素常见氧化态也是+3,但轻锕系元素(钍、镤、铀、镎、钚等)却更倾向于形成比+3高的氧化态,如镤有+5氧化态,铀、镎、钚、[[镅]]有+5和+6氧化态,镎还有+7氧化态,在不同条件下它们可以MO<sub>2</sub><sup>+</sup>、MO<sub>2</sub><sup>2+</sup>、MO<sup>5</sup><sub>3-</sub>等离子形式存在,而镧系元素中最高氧化态为+4;重锕系元素[[锎]]、[[锿]]、[[镄]]、[[钔]]和[[锘]]则有+2氧化态。锕系与镧系的这种差别是因为轻锕系中5f电子激发到6d轨道所需的能量比相应的镧系中4个电子激发到5d轨道的能量要小,使得轻锕系元素有更多的成键电子,因而出现较高的氧化态,而重锕系元素却正好相反。 与镧系元素一样,锕系元素也存在[[离子]]半径收缩现象,即随着原子序数的增大,离子半径反而减小。锕系元素中,充填最初几个5f电子时,离子半径收缩比较明显,后来趋于平缓,使得这些元素的离子半径十分接近,因此锕系元素在化学性质上的差别随着原子序数增大而逐渐变小,以致逐个地分离重锕系元素难度增大。通常采用溶剂萃取和离子交换方法实现锕素元素的分离鉴定,特别是在发现重锕系元素时,离子交换方法曾起了重要的作用。 锕系元素金属具有银白色光泽,有较高的相对密度(如铀、镎、钚三种金属的相对密度均超过19),它们易溶于稀酸,在空气中易被氧化成氧化物,细粉状金属可自燃,但与氮的作用即使在高温下也很缓慢。 == 核性质 == 已经鉴定的锕系元素的核素有200余种,它们全部具有放射性,[[α衰变]]和自发[[核裂变]]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。以锕系元素中半衰期最长的同位素为例,<sup>238</sup>U的半衰期为4.47×10<sup>9</sup>年,<sup>251</sup>Cf的半衰期为900年,而<sup>260</sup>Lr却仅为3分钟。 重锕系元素核素生存的寿命短暂,产生的数量极少,单靠通常的化学程序难以完成对宏观性质的研究。运用[[核化学]](如快化学分析)和核物理探测方法,利用人工核反应产物的辐射特性可成功地对锕系元素(以至锕系以后的超重元素)核素在痕量水平上进行分析和鉴定。 锕系元素的毒性和辐射危害很大,特别是防止吸入α辐射体和保障临界安全,必须在有防护措施的密闭环境中操作,必须采取特殊措施保存和运输。 在利用核能的同时,人们关切辐射事故和放射性废物对环境可能造成的影响,而放射性废物的远期危害主要来自长寿命的锕系元素核素。为保护生态环境,在宏观方面调查锕系元素的来源及分布,在微观方面研究锕系元素在环境中的存在形态及运动规律,可以为长期、可靠地处理和处置放射性废物提供最佳方案。 == 制取 == 从锕至锎均能制成金属,其中钍、铀和钚已经大规模生产,如<sup>239</sup>Pu的年生产规模已达数十吨,其他锕系元素产生数量很少,<sup>249</sup>Cf仅为毫克水平,而重锕系的<sup>256</sup>Lr只在实验室内人工获取了数十个原子作为研究之用。 铀和钚是最重要的锕系金属,通常用锂或钡(实验室规模)或用钙或镁(工业生产规模)还原其氟化物而制成金属。 == 应用 == <sup>233</sup>U、<sup>235</sup>U和<sup>239</sup>Pu是核反应堆、核电站或其他核动力的燃料。在军事上,<sup>235</sup>U和<sup>239</sup>Pu还是裂变核武器的装料。许多锕系元素核素除了利用其α辐射制成各种中子源以外,还利用产生的热能制成热源和热电池,如<sup>244</sup>Cm、<sup>238</sup>Pu等用作航天器中某些仪表的能源,其中半衰期达87.7年的<sup>238</sup>Pu除用于人工心脏起搏器外还计划用作月球上的电源。 [[Category:化学]] [[Category:地球科学]] [[Category:地质学]] [[Category:地球化学]] [[Category:无机化学]] [[Category:元素化学]] [[Category:配位化学]] [[Category:同位素化学]] [[Category:无机固体化学]] [[Category:无机合成化学]] [[Category:无机分离化学]] [[Category:物理无机化学]] [[Category:生物无机化学]] [[Category:分析化学]] [[Category:物理化学]] [[Category:化学物理学]] [[Category:核化学]] [[Category:应用化学]]
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