锕是什么?
锕(符号Ac)是元素周期表中的第89号元素,属于7周期的锕系元素。 放射性极强,比镭强150倍——锕在黑暗中发出淡蓝色的光。 在室温下为固态,并具有放射性。
结构
这不是环上点阵图,而是对每个已占据亚层的实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。
测量值
每个条形图显示锕在全部118种元素中该属性所处的位置。
来源:IUPAC 2021标准原子量、CRC《化学与物理手册》、NIST。标有~的数值为预测值,而非测量值。
尺寸,按比例显示
半径188 pm——即0.188 nm,因此大约2.66百万个这样的原子并排起来才有一毫米长。
温度范围
锕在2148 K的范围内呈液态,温度从1323 K到3471 K。
背后的故事
放射性极强,比镭强150倍——锕在黑暗中发出淡蓝色的光。
锕由André-Louis Debierne于1899年发现。他是一名法国化学家,当时在巴黎大学Marie Curie的实验室工作。Debierne正在研究从沥青铀矿中提取镭和钋后留下的放射性残渣。他注意到一种行为不同于已知元素的新放射性物质,并以希腊语“aktinos”命名为“锕”,意为射线或光束。
1902年,Friedrich Oskar Giesel这位德国化学家在研究类似放射性材料时,独立发现了同一种元素。起初,人们不确定Debierne发现的锕和Giesel发现的“emanium”是否是同一种元素。科学分析最终证实二者完全相同,并因Debierne更早开展相关工作而确认其优先发现权。
这一发现发生在Marie Curie传奇实验室的放射性研究黄金时代。Debierne利用新发展起来的放射性衰变分析技术,研究沥青铀矿残渣中复杂的放射性元素混合物。这项工作极其艰苦,需要处理数吨铀矿石,才能获得微量的放射性物质。
由于锕具有极强的放射性且十分稀少,早期研究人员很难对其进行化学表征。Otto Hahn和Lise Meitner在20世纪初为了解锕的性质作出了重要贡献。他们确定了锕在元素周期表中的位置,并鉴定了其放射性衰变产物。
锕的发现对于理解放射性衰变系至关重要,并帮助奠定了核化学的基础。它是后来被称为锕系元素的第一个元素,开创了化学和物理学中的全新领域,并最终推动了核能和核医学的发展。
用途
锕是先进核医学和研究应用中的关键元素。其最重要的同位素锕-225正在革新癌症治疗中的靶向α疗法(TAT)。这种同位素会发射高能α粒子,在尽量减少周围健康组织损伤的情况下摧毁癌细胞,因此对于治疗对传统疗法有耐药性的转移性癌症极具价值。
锕-225在专用核反应堆和粒子加速器中生产,用于制药。该同位素会与靶向分子结合,寻找特定的癌细胞,将致死剂量的辐射直接输送到肿瘤。这种精准医疗方法在治疗神经内分泌肿瘤、前列腺癌和白血病方面已显示出显著成效。
在核研究设施中,锕同位素可作为研究α衰变过程和核反应的放射源。研究人员利用锕化合物研究重原子核的基本性质,并开发新的放射性药物。锕独特的衰变特性使其对于理解核物理学和推动医学应用具有重要价值。
锕-227过去曾被用作科学仪器和研究应用中的中子源。其较长的半衰期(21.8年)和可预测的衰变特性,使其可用于校准辐射探测设备和研究中子物理学。然而,由于其放射性及相关安全问题,如今它的用途已更加专门化,并受到严格监管。
科学家正在探索锕在下一代核技术中的潜力,包括先进反应堆设计和太空探索应用。其独特的核性质可能有助于开发更高效的核燃料循环,以及用于深空任务的专用辐射源;在这些任务中,传统能源通常并不实用。
锕在现代的主要用途是用于癌症治疗的靶向α疗法(TAT)。锕-225会与能特异性靶向癌细胞的单克隆抗体或肽结合,将高能α粒子直接输送到肿瘤。这种方法对血液癌症和转移性实体瘤尤其有效。
制药公司正在开发用于治疗各种癌症的含锕药物。这些放射性药物将锕-225与靶向分子结合,制成精准癌症治疗药物。针对前列腺癌、神经内分泌肿瘤和急性髓系白血病的治疗目前正在进行临床试验。
研究机构利用锕同位素研究核衰变过程、开发新的医疗疗法,并加深对重元素化学的理解。锕可作为研究锕系元素行为以及开发其他放射性元素分离技术的模型系统。
由于其放射性衰变具有可预测性,锕化合物可作为辐射探测设备和剂量测量仪器的参考标准。这能确保核医学、研究设施和辐射防护项目中的测量准确。
来源
地壳中含量为0 mg/kg · 比0%的元素更丰富
锕以痕量天然存在于铀矿石中,尤其存在于沥青铀矿和其他含铀矿物中。它是铀-235衰变链的一部分,其中铀-235最终衰变生成锕-227。其浓度极低,在铀矿石中通常低于0.2万亿分之一。
凡是存在铀矿床的地方都可能发现天然锕,包括加拿大、澳大利亚、哈萨克斯坦、尼日尔和美国的部分地区。科罗拉多高原、加拿大地盾和非洲铀矿区含有最高的天然浓度,但由于含量极少,从这些来源中提取锕并不实际。
如今使用的锕几乎全部由核反应堆或粒子加速器人工生产。锕-225通常通过中子轰击镭-226靶材,或从钍-229衰变中提取来生产。锕-227可通过在核反应堆中用中子轰击镭-226来生产。
锕-227是铀-235衰变系(锕系)的成员,而其他锕同位素则通过人工方式生产。其天然丰度极低,因此它是最后被发现的天然存在元素之一,天然样品不足以满足实际应用需求。
由于锕十分稀少,并且需要复杂的化学方法将其与其他放射性元素分离,从天然来源提取锕极其困难,在经济上也不可行。现代生产方法侧重于核合成,而不是天然提取。
处理
锕具有放射性。 它没有稳定同位素——每个原子核都会衰变。的处理需要适当的屏蔽和许可。
警告:锕及其所有同位素都具有高度放射性,会带来严重的健康风险。锕发出的α辐射可造成显著的细胞损伤,尤其会损伤DNA,从而增加癌症风险;在高剂量暴露下还可能导致急性放射病。
锕只能在配备适当屏蔽、通风和密闭系统的专用放射性设施中操作。工作人员必须接受全面的辐射安全培训,进行个人剂量监测,并且必须在铅或混凝土屏障后工作。通常还需要远程操作设备。
吸入或摄入锕化合物极其危险。这种元素可在骨骼和肝组织中积聚,造成长期的体内辐射暴露。即使是微量物质,也可能因衰变过程中发射的α粒子能量很高而带来重大健康风险。
疑似锕暴露需要立即就医,并在配备辐射事故处理条件的设施中接受专门治疗。必须遵循去污程序,并且由于辐射效应可能延迟出现,长期健康监测至关重要。
快速解答
锕(符号Ac)是元素周期表中的第89号元素,属于7周期的锕系元素。 放射性极强,比镭强150倍——锕在黑暗中发出淡蓝色的光。 在室温下为固态,并具有放射性。
[Rn] 6d¹ 7s²,共有7个已占据的电子层,电子分布为2, 8, 18, 32, 18, 9, 2。锕在1323 K(1049.9 °C)熔化,在3471 K(3197.9 °C)沸腾。
锕没有稳定同位素,因此没有标准原子量。所列数值227是其已知寿命最长同位素的质量数。
锕的密度为10.07 g/cm³。水的密度为1.0 g/cm³,因此锕块约重10.1倍。
锕的鲍林电负性为1.1。该标度范围为0.70(钫,吸引电子能力最弱)至3.98(氟,吸引电子能力最强)。 如此低的数值意味着,它很容易失去最外层电子,形成正离子。
锕由Andre-Louis Debierne于1899年发现。 它以希腊语 aktis,“射线”命名。
锕在地球上不会以任何有意义的数量自然存在——它是在反应堆或加速器中制得的。
是。锕没有稳定同位素——它的每个原子核都会衰变。 自然界中会以较重元素的衰变产物形式存在微量该元素。