锕系金属的物理性质
锕系元素简介
1940 年，美国科学 E·M·McMillan （麦克米伦）等制得 93 号元素镎 Np
表明人类终于具备了制造出自然界不 存在的超铀元素的能力。
从此以后, 92 号铀之后的人造 元素一个接一个地被造出来，直到 1961 年制得锕系最后一个元素 103 号铹 Lr。
核化学的重要研究内容 一是核裂变和核聚变的研究， 直接涉及新能源的开发。
6 21H
2 42He + 2 1H1 + 2 10n
放出 43.15 MeV能量
平均每个 1H2 放出约 7.2 MeV 的能量。
核聚变反应的燃料 1H2（氘）， 在地球上真可谓无穷无尽，而且反应
产物对环境污染很小。
但是自然界中，只有在太阳等恒星 内部，才能达到 108 ℃ 的温度使氢核具 备的动能足以克服相互之间的斥力，发 生持续的聚变——热核反应。
从而门捷列夫元素周期表的 前 118 个位置，7 个周期已完全 填充。
不容乐观的事实是随着原子 序数的增大，原子核的半衰期迅 速缩短 。
104 号元素的核素中半衰期最长的 为 65 秒，107 号只有 2 10-3 秒。
新核素的寿命太短，如何通过元素 的鉴定以明确其性质、印证其结构，是 合成新元素所面临的极为严重的挑战。
二氧化钍为白色粉末，熔点 3390 ℃ ，是 熔 点最 高 的 氧 化 物，只能溶于硝酸和氢氟酸所组 成的混合酸中。
钍最重要的工业用途与铀相 似，是开发原子能的原料。
自然丰度为 100% 的2329T0h 受中 子照射后转化成2339T0h ，后者经两次 衰变可得重要的核裂变材料2339U2。
22. 6 超铀元素与核化学
锕系元素全部为放射性元素。
92 号元素是 U，92 号以后的 超铀元素均为人工元素，即人工核 反应产物。
化学元素周期表中的锕系元素性质研究
化学元素周期表中的锕系元素性质研究锕系元素是指在化学元素周期表中，核外电子层数为5f的元素，它们是铀、镎、钔、锕、镅、锔、镝、钚、镨、钕、铌、镆共12种元素，其原子序数从92到103。
锕系元素一般在地壳中的含量很少，它们的性质与其他元素有很大的不同，因此成为研究的热点之一。
一.锕系元素的物理性质锕系元素的物理性质都很相似，它们都是银灰色的金属，具有良好的抗腐蚀性和延展性。
此外，它们也有很多共同的化学性质，如在水和酸中不易溶解，但在醇和强碱中很容易被溶解。
锕系元素的熔点和沸点随着原子序数的增加，也逐渐降低。
例如，铀的熔点为1135℃，镎的熔点为644℃，而钔的熔点只有170℃。
由于锕系元素的原子序数较大，在它们的内电子结构中，5f电子与其他电子之间的相互作用非常强烈，因此它们也具有很强的放射性。
锕系元素在自然界中只存在极微量的矿物中，而且很容易与其他元素形成化合物，因此其提取和分离极为困难。
二.锕系元素的化学性质1.反应性：锕系元素在大部分常见的酸和碱中都不易反应，但在氢氧化钠溶液或醇中，这些元素可以很容易被溶解。
此外，锕系元素还可以和许多非金属元素如卤素、硫、氧等发生化学反应。
例如，铀和氧化合，可以生成UO2；钚和卤素反应，可以生成钚的三价盐。
2.氧化态变化：锕系元素的化学反应中，其氧化态变化是十分显著的，它们的氧化态从+3一直到+7都有相应化合物形成。
例如，钕的最高氧化态为+5，而锕元素的氧化态可以达到+7。
3.放射性：锕系元素的放射性非常强烈，它们的半衰期广泛变化，涵盖了从几千年到几分钟的时间跨度。
锕系元素的能量释放极高，因此这些元素不断地放出α、β、伽马射线，散发出极大的能量。
三.锕系元素的应用由于锕系元素的放射性和其他特殊的物理和化学性质，它们在许多领域都有着广泛的应用，以下是其主要应用方向：1.核能领域：铀、钚等锕系元素广泛应用于核电站的燃料中，同时也可用于生产核武器。
锕族元素的放射性也使其成为核电工业中的主要污染物。
镧系-锕系元素-2011.4
rM 3+
K稳
r/pm 97.9 △/pm 1.5
96.4 1.4
95.0
93.8 1.2
92.3 1.5
90.8 1.5
类似的现象还出现在镧系元素的配位
64Gd
化合物的稳定常数中。 这种现象被称之为Gd断效应。
原子序数
64Gd位于15个镧系元素所构成的序列的正中央，其＋3价离 子有半充满的 f7 稳定结构，这种结构的电子屏蔽效应大，有效
镧系元素除以上原子半径的“双峰”变化外，还有一些规律 性
1、镧系元素存在的奇偶变化
镧系元素在地壳中的丰度随原子 序数的增加而出现奇偶变化的规律： 原子序数为偶数的元素，其丰度总 是比紧靠它的原子序数为奇数的大。
除丰度之外, 镧系元素的热中子
吸收截面也呈现类似的奇偶变化规 律性。
2、Gd断效应
在镧系元素的离子半径的变化中，在具有f7的中点64Gd3+处 微有不连续性, 由其相邻离子半径的差值的大小可以看出：
第二十二章
Chapter 22
镧系-锕系元素
The Lanthanide Series and
Actinide Elements (2010级使用)
本章教学要求
1. 掌握镧系元素的电子层结构及其与性质的关系； 2. 通过与镧系元素对比了解锕系元素的特性；
3. 掌握镧系收缩的实质及其影响；
4. 熟悉镧系元素的主要化合物； 5. 了解稀土元素的分布及其应用。
特点
原子半径缩小缓慢，相邻元素 递减1pm，总的缩小 约14pm。
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
第二节锕系元素
180 163 156 155 160 174 175 176 100.5 98.6 97.4 96.2 94.6 93.5
98.4 94.4 92.9 91.3 89.6 88.8 88.6 87
3
特点Ⅱ
由于镧系元素的 4f 轨道与 5d 轨道的能级差相对较大，而锕 系元素的 5f 轨道与 6d 的能级差相对较小，使得锕系镎之前的元 素有保持 d 电子的倾向。
硝酸铀酰的萃取
18
⑵重铀酸铵
重铀酸铵[(NH4)2U2O7]浅黄色固体，又 称为“黄饼”；不溶于水，易溶于酸。
重铀酸铵加热至260℃时会分解成三氧 化铀。
(NH4)2U2O7 260℃ 2UO3 + 2NH3 + H2O
重铀酸铵具有放射性，是铀生产中的一种重要 的中间产品；可用于核燃料、玻璃添加剂，也用作 试剂轴盐原料。
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⑶二氧化铀
二氧化铀[UO2]为红棕色晶体，立方F结 构，工业产品呈红棕色粉末。
二氧化铀在室温下可与盐酸、硫酸、硝 酸缓慢反应，易溶于硝酸，生成亮黄色的硝 酸铀酰[UO2(NO3)2]溶液；不溶于水和碱，但 溶于含过氧化氢的碱或碳酸盐溶液，生成过铀酸盐；空气中室温下 较稳定，加热至200℃以上500℃以下时被氧化为UO3，500℃以上被 氧化成U3O8。
泰山核电站
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3.铀的化合物 ⑴硝酸铀酰
硝酸铀酰[UO2(NO3)2·6H2O]又称为“硝酸双氧铀”，浅黄绿色 晶体，具放射性；溶于水、醇、醚和丙酮，水溶液成酸性；硝酸铀 酰的乙醚溶液在光照射下可引起爆炸。
硝酸铀酰在250℃时分解为三氧化铀[UO3]，超过 500℃后，又 变成[U3O8]。
硝酸铀酰可由硝酸与二氧化铀[UO2]作 用制得，是制备金属铀的原料；可用作分 析试剂，制备铀的化合物等。
重金属锎的特征
重金属锎的特征全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：重金属锎（Cf），是一种罕见且极具活性的放射性元素。
它是周期表中第98号元素，通常被归类为“锕系元素”。
锎的特征主要包括其放射性、化学性质、物理性质和产生方式等方面。
锎是一种高度放射性的元素，具有明显的辐射性。
其原子核不稳定，会经历放射性衰变过程，放出α粒子和β粒子，因此对人体具有极强的放射性危害。
锎的半衰期非常短，仅为2.7年，所以很难在自然界中找到稳定的锎元素。
锎在化学性质上表现出高度的活性。
它常被用作核反应堆的燃料，因其能够释放大量的中子，有利于核裂变反应。
锎还能与其他原子或分子发生化学反应，形成不同的化合物。
由于锎的放射性和辐射性，使得实验室中的处理和储存工作相当困难。
锎的物理性质也十分特殊。
它是一种银白色的金属，具有良好的导电性和热传导性。
在常温下，锎呈固态存在，但随着其放射性的衰变，会逐渐产生更稳定的衰变产物。
实验室中常用锎来模拟放射性元素的行为，研究其物理及化学性质。
锎的产生方式也是一个备受关注的话题。
目前，锎主要是通过核反应或核聚变的方式来合成。
这种方法虽然可行，但成本较高，而且操作难度大，需要特殊的仪器以及高度专业的技术人员。
锎的研究和应用受到了很大的限制，成为前沿领域的研究对象。
重金属锎具有非常独特的特征，包括其放射性、化学性质、物理性质和产生方式等。
尽管锎的应用受到了一定的限制，但科学家们仍在不断努力，希望能够更全面地了解和利用这种神秘而强大的元素。
【2000字】第二篇示例：重金属锎是一种放射性元素，它的化学符号为Cf，原子序数为98，原子量约为251。
锎是一种人造元素，通常是在核反应堆中生成的，其特征是非常稀有和放射性非常强。
锎是一种放射性元素，它的放射性非常强，因此锎在实验室中处理时需要极为谨慎。
锎的半衰期非常短，大约在几个小时至几十小时之间，因此它很快就会衰变为其他元素。
锎放射的辐射非常有害，可能会对人体造成严重的伤害，因此需要采取严格的防护措施来处理锎。
镧系和锕系——精选推荐
第二十三章镧系元素和锕系元素周期表中，ⅢB 族有32 种元素，包括钪、钇、镧、锕，其中镧这一格代表15 种镧系元素（ 71 ~ 57 = Z ），锕这一格代表15 种锕系元素（ 103 ~ 89 = Z ），下面分别讨论镧系和锕系元素。
23-1 镧系元素1、通性：（1）概念：镧系包括从Lu La ~ 的15 种元素，用Ln 表示，又由于Y 在矿物中的与镧系共生，其原子半径和离子半径与镧系元素接近，所以又把Y 和镧系元素合称希土元素，用RE 表示。
（2）电子层结构镧系内，自La 以后，增加的电子填充在f 4 亚层上， f 有t 个轨道，共可容纳14个电子，所以La 后出现14 种元素，称为第一内过渡系。
锕系后14 种元素称第二内过渡元素，92 号U 以后的元素又叫超铀元素。
镧系元素原子的最外面两层的电子结构相似，不同在于f 4 内层，因此化学性质非常相似，在周期表中占一格。
（3）氧化态：主要价态为+Ⅲ，+Ⅳ，但不及+Ⅱ稳定，+Ⅱ价态为很强的还原剂+ 2 Sm （钐），+Ⅳ为很强的氧化剂如： + 4 Ce （铈）（能存在于溶液中）， + 2 Eu （铕）， + 2 Yb （镱）能存在于溶液中。
它们的氧化态与电子层的构型有关，如14 7 0 , , f f f 特别稳定，另外还与其热力学和动力学因素有关。
（4）原子半径和离子半径：镧系元素的原子半径和离子半径随着原子序数的增加而逐渐减小的现象称为镧系收缩。
随着原子序数的增加，电子填入f 4 层，而f 4 电子对核的屏蔽不如内层电子，因而随着原子序数的增加，对外层电子吸引力增加，原子半径、离子半径逐渐减小。
其中铕（Eu ）和镱（Yb ）的原子半径变化趋势反常，是因为它们分别具有7 4 f 和14 4 f 的稳定结构，对原子核有较大的屏蔽作用。
另外，在它们的金属晶体中它们仅能给出2 个s 电子形成金属键，原子之间的结合力不像其他镧系元素那样强，所以金属铕和镱的密度较低，熔点也较低，升华能也比相邻的元素低。
锕
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
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，如图《锕系衰变链》所示。
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。
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”。
用途
锕系元素的用途越来越广，铀-233、铀-235和钚-239是核反应堆和核电站用的燃料，锕—227、锔—244和 钚—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 。
锎
化学元素
01 发现简史
03 物理性质
目录
02 矿藏分布 04 化学性质
05 制备方法
07 危害
目录
06 应用领域
锎是一种放射性金属元素，化学符号为Cf，原子序数为98。锎属于锕系元素，是第六个被人工合成出来的 超铀元素，自然界能自行产生的元素中质量最高的，所有比锎更重的元素皆必须通过人工合成才能产生。
一旦进入体内，锎会造成很大的损害。另外，锎-249和锎-251能释放伽马射线，对外表组织造成伤害。锎 所释放的电离辐射在骨骼和肝脏中可致癌 。
参考资料 1 锎|Californium|7440-71-3|参数，分子结构式，图谱信息 ．物竞化学品数据库[引用日期202009-21] 2 新型. 佛罗里达州立大学:稀土元素锎的新发现[J]. 化工新型材料, 2015(5):266-266. 3 辞海编辑委员 会．辞海 理科分册 上：上海辞书出版社，1978.09：第305页 4 刘慧颖, 曹丽君, 常淑艳. 锎-252后装治疗晚期宫 颈癌疗效分析[J]. 中华医药杂志, 2006. 5 锎 ．中国铁合金在线知识库[引用日期2016-05-28] 6 董丽. 锎能用于 安全储存放射性废料[J]. 现代材料动态, 2014(12):3-3. 7 米文权. 锎(CF)—世界上最昂贵的金属[J]. 金属世界, 2003(1):7-7. 8 郑秀惠, 陈竹钦, 李力,等. 252锎中子放疗对宫颈癌细胞凋亡的影响[J]. 第三军医大学学报, 2003, 25(18):1667-1669. 9 科技日报/12.1 10 C.E.布列斯列尔, 邱陵. 放射性元素[M]. 科学出版社......
危害
锎累积在骨骼组织里的锎会释放辐射，破坏身体制造红血球的能力。由于放射性极强，在环境中的存量极低， 所以锎在生物体中没有任何自然的用途。