年產量以克甚至原子數為單位的錒系元素,他們究竟有什麼用途?

2020-12-12 意想不到的化學

錒系元素的歷史

錒 227的半衰期為21.77 年。它於1899年首先被法國科學家安德烈-德拜耳尼(André -Debierne)發現,隨後在1902年德國化學家弗雷德裡奇-奧託-吉賽爾(Friedrich-Otto-Giesel)也獨立地發現了該元素。存在於瀝青鈾礦及其它含鈾礦物中。人工製備錒的數量極少,其在商業和科學研究方面極為有限。其名字來自於希臘文「aktinos」,意為「射線」或「光束」。

1789年克拉普羅特從瀝青鈾礦中發現鈾,是錒系中第一個被發現的元素。1828年貝採利烏斯發現釷。鈾和釷的發現為大部分其他錒系元素的製取開闢了道路。1899年在居裡實驗室工作的德比爾納發現錒,1902年蓋瑟爾也獨立發現了錒。1913年法揚斯和格林發現了鏷的同位素234Pa,1917年哈恩和梅特勒發現了231Pa。1940年麥克米倫和艾貝爾森用中子輻照天然鈾得到錼。同年,西博格等用氘核轟擊鈾得到鈽。1944年他又利用鈽同位素的中子俘獲反應獲得鋂,用氦離子轟擊鈽同位素獲得鋦,1949年湯普森等人用氦離子轟擊241Am獲得鉳,1950年用氦離子轟擊242Cm獲得鉲。吉奧索等人又於1952年、1953年、1955年、1958年、1961年分別獲得鑀、鐨、鍆、鍩和鐒。

當前世界錒系各種元素的生產規模相差很大;鈾的年產量以萬噸計,釷以千噸計,鈽以噸計,錼、鏷、鋂以公斤計,錒、鏷、鋦、鉲以克計,鉲外錒系元素以毫克甚至以原子數計。

中國已製得所有的錒系元素。

錒系元素主要用作核反應堆的原料,可攜式的γ或X射線源;鈾和鈽等是製造核武器的主要原料。

錒系元素的用途

錒系元素的用途越來越廣,鈾-233、鈾-235和鈽-239是核反應堆和核電站用的燃料,錒—227、鋦—244和鈽—238等則用作宇航飛行器的熱源。雖然錒天然存在於鈾礦裡,但含量極低。當人們真正需要一些錒的時候,可以用以下方法來生產:在核反應堆中用中子轟擊鐳-225,將它轉化為鐳-227,後者會以42分鐘的半衰期衰變為錒的長壽命同位素錒-227。

錒系元素的特點

錒系元素都是金屬,與鑭系元素一樣,化學性質比較活潑。它們的氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽、高氯酸鹽可溶於水 ,氫氧化物、氟化物、硫酸鹽、草酸鹽不溶於水。大多數錒系元素能形成配位化合物 。α 衰變和自發裂變是錒系元素的重要核特性,隨著原子序數的增大 ,半衰期依次縮短 ,鈾238的半衰期為4.468×10年;鐒260的半衰期只有3分鐘。錒系元素的毒性和輻射( 特別是吸入人體內的α輻射體 )的危害較大,必須在有防護措施的密閉工作箱中操作這些物質。

在人工合成的錒系元素中,只有鈽、錼、鋂、鋦的年產量達千克級以上,鉲僅為克量級,鑀以後的元素量極少,半衰期很短,僅用於研究。用途比較多的只限於鈾和釷,鈽在某些情況下用作核燃料。

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