89 Ac 227*
锕系元素 f-block Period 7 Radioactive

Ac · Element 89

Intensely radioactive and 150 times more so than radium — actinium glows pale blue in the dark.

20°C时的状态 固态
原子量 227 u
ELECTRON CONFIGURATION [Rn] 6d¹ 7s²

结构

锕 原子

这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。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。

轨道云

测量值

性质表

每个条形图都显示锕在全部118种元素中该性质的排名位置。

物理

密度 10.07 g/cm³ 65%
熔点 1323 K 58%
沸点 3471 K 71%
比热容 0.12 J/g·K
热导率 12 W/m·K 32%

原子

原子半径 188 pm 74%
共价半径 215 pm
范德华半径 247 pm

电子

电负性 1.1 10%
电离能 519.1 kJ/mol 7%
电子亲和能

存在

地壳中的丰度 0 mg/kg 0%

身份

符号Ac
原子序数89
原子量227 u
类别锕系元素
f
晶体结构面心立方
氧化态+3
发现时间1899
发现者Andre-Louis Debierne

来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。

按比例显示的大小

How big is a 锕 atom?

Radius 188 pm — that is 0.188 nm, so about 2660 million of them side by side would span a millimetre.

热范围

Solid, liquid, gas — and when

锕 is liquid over a 2148 K window, from 1323 K to 3471 K.

所在位置

在表中的位置

sits in the actinide series, printed below the main grid.

OTHER 锕系元素

All 锕系元素

故事

锕 是什么,以及我们如何发现它

Intensely radioactive and 150 times more so than radium — actinium glows pale blue in the dark.

The discovery of 锕

发现竞赛

锕于1899年由André-Louis Debierne发现。André-Louis Debierne是一名法国化学家,在巴黎大学Marie Curie的实验室工作。Debierne研究从沥青铀矿中提取镭和钋后留下的放射性残渣。他注意到一种与已知元素性质不同的新放射性物质,并以希腊语“aktinos”命名为“actinium”,意为射线或光束。

独立发现

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所称的“emanium”是否为同一种元素。科学分析最终证实二者完全相同,并因Debierne的工作更早而将优先发现权授予他。

Marie Curie的实验室

这一发现发生在Marie Curie传奇般的实验室中,当时正值放射性研究的黄金时代。Debierne利用新发展出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,才能获得微量放射性物质。

化学表征

早期研究人员由于锕的极强放射性和稀缺性,难以对其进行化学表征。Otto Hahn和Lise Meitner在20世纪初为理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。

科学影响

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的全新领域,最终推动了核能和核医学的发展。

应用

锕的用途

核研究应用

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正在革新用于癌症治疗的靶向α疗法(TAT)。这种同位素会发射高能α粒子,能够摧毁癌细胞,同时将对周围健康组织的损伤降至最低,因此对于治疗对传统疗法有耐药性的转移性癌症具有极高价值。

医用同位素生产

锕-225在专用核反应堆和粒子加速器中生产,用于制药。该同位素会与能够寻找特定癌细胞的靶向分子结合,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。

研究与开发

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。该元素独特的衰变特征使其对于理解核物理学和推进医学应用具有重要价值。

科学仪器

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,使其适用于校准辐射探测设备和研究中子物理学。不过,由于其放射性及相关安全问题,如今其用途已更加专业化并受到更严格的监管。

未来核应用

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,因为在这类任务中,传统能源难以实际应用。

癌症治疗

锕目前最主要的用途是用于癌症治疗的靶向α疗法(TAT)。锕-225会与能够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。这种方法对于治疗血液癌症和转移性实体瘤尤其有效。

放射性药物

制药公司正在开发以锕为基础的药物,用于治疗各种癌症。这些放射性药物将锕-225与靶向分子结合,形成精准的癌症治疗方法。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。

研究应用

研究机构利用锕同位素研究核衰变过程、开发新的医疗方法,并增进对重元素化学的理解。该元素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体系。

校准标准

由于具有可预测的放射性衰变,锕化合物可作为辐射探测设备和剂量学仪器的参考标准。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

自然存在

0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements

铀矿床

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,铀-235最终衰变生成锕-227。在铀矿石中的浓度极低,通常低于0.2万亿分之一。

全球分布

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。

人工生产

如今使用的锕几乎全部通过核反应堆或粒子加速器人工生产。锕-225通常通过用中子轰击镭-226靶材,或从钍-229衰变中提取来生产。锕-227可以通过在核反应堆中用中子轰击镭-226来生产。

衰变链位置

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。

提取难题

由于锕十分稀少,并且需要复杂的化学过程才能将其与其他放射性元素分离,从天然来源中提取锕极其困难,在经济上也不可行。现代生产方法主要采用核合成,而不是天然提取。

处理

安全

锕 具有放射性。 It has no stable isotope — every nucleus decays. 处理时需要适当的屏蔽和许可。

极强放射性

警告:锕及其所有同位素都具有高放射性,会带来严重的健康风险。锕发出的α辐射能够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综合征。

操作规程

锕只能在配备适当屏蔽、通风和 containment 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。

吸入和摄入风险

吸入或摄入锕化合物极其危险。该元素可能在骨骼和肝组织中蓄积,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严重健康风险。

医疗急救程序

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,并进行长期健康监测,因为辐射影响可能延迟出现。

快速回答

锕:常见问题

What is 锕?

锕 (symbol Ac) is element 89 on the periodic table, a 锕系元素 in period 7. Intensely radioactive and 150 times more so than radium — actinium glows pale blue in the dark. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.

What is the electron configuration of 锕?

锕's ground-state electron configuration is [Rn] 6d¹ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of 锕?

锕 melts at 1323 K (1049.9 °C) and boils at 3471 K (3197.9 °C).

What is the atomic mass of 锕?

锕 has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 227, is the mass number of its longest-lived known isotope.

How dense is 锕?

锕 has a density of 10.07 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 锕 is about 10.1× heavier.

What is the electronegativity of 锕?

锕 has a Pauling electronegativity of 1.1. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered 锕, and when?

锕 was discovered in 1899 by Andre-Louis Debierne. It is named after greek aktis, "ray".

How common is 锕 on Earth?

锕 does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.

Is 锕 radioactive?

Yes. 锕 has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.