，是一種化學元素，其化學符號為，原子序數為 89，位居錒系元素之首。在元素週期表中，錒系元素始於錒，止於鐒，一共有 15 種元素。錒是一種柔軟的銀白色金屬，具強放射性。錒屬於十分活潑的金屬，在空氣中會迅速與氧氣和水氣反應，在表面形成具保護性的白色氧化層。和大部份鑭系元素及重錒系元素一樣，錒最常見的氧化態是 3，化學性質也和鑭系元素十分相似。 錒在 1899 年被發現，是首個得到分離的非。雖然釙、鐳和氡比錒更早被發現，但是科學家到 1902 年才分離出這些元素。 錒具有高度的放射性，最穩定的錒同位素是 227Ac，會進行 β 衰變，半衰期為 21772 年。由於缺乏長壽命的同位素，在自然界中只有痕量的錒出現在鈾礦石當中，以 227Ac 為主，為 235U 的衰變產物。每一噸鈾礦石約含 02 毫克的錒元素。由於錒和鑭的化學和物理特性過於接近，因此要從礦石中分離出錒元素並不現實。科學家則是在核反應爐中以中子照射鐳 226 來生產錒的。 錒因為稀少、昂貴，且具強放射性，所以沒有大的工業用途。目前錒被用作中子源，以及在放射線療法中作為輻射源。 歷史 法國化學家安德烈 路易德比埃爾內在 1899 年宣佈發現新元素。在瑪莉居禮和皮埃爾居禮從瀝青鈾礦中分離出鐳之後，德貝爾恩接著從殘留物中再分離出這一新元素。他認為該元素與鈦和釷相似，並將其命名為「actinium」。德國化學家則在 1902 年獨立發現了錒元素。他認為錒與鑭相似，並在 1904 年將其命名為「emanium」。科學家在比較德貝爾恩所得出的半衰期資料後，決定依最早發現者的意願把該元素正式定名為「actinium」。 錒的原文名稱「actinium」源自古希臘語中的「ακτίς」、「ακτίνος」（「aktis」、「aktinos」），意為光線。其化學符號為 Ac，但 Ac 也同時是其他化學品的縮寫，如乙醯基、乙酸鹽和乙醛，但錒與這些並無關係。 屬性 錒是一種柔軟的銀白色 Actinium in Encyclopædia Britannica 15th edition 1995 p 70 放射性金屬。其剪下模量估計與鉛相近。Frederick Seitz David Turnbull Solid state physics advances in research and applications Academic Press 1964 ISBN 9780126077162 pp 289291 錒的放射性很強，它放射出的高能粒子足以把四周的空氣電離，因而發出暗藍色光。錒的化學屬性與包括鑭在內的鑭系元素相近，因此要將錒從鈾礦石中分離出來十分困難。分離過程一般使用溶劑萃取法和離子層析法。 錒是首個錒系元素。這些元素彼此間的特性比鑭系元素更多元化，因此直到 1945 年，格倫西奧多西博格才提出為元素週期表加入錒系元素。這是自從德米特里門捷列夫創造元素週期表以來對週期表最大的變動之一。 錒在空氣中會與氧氣、水氣迅速反應，在表面產生白色的保護性氧化層。與大部份鑭系和錒系元素一樣，錒的氧化態通常是 3；Ac3 離子在溶液中無色。錒的電子排布是 6d17s2，所以當失去 3 個電子後，就會形成穩定的閉殼層，與惰性氣體氡一樣。錒的 2 態只出現在二氫化錒（AcH2）中。 化合物 已知的錒化合物非常少，其中有三氟化錒（AcF3）、三氯化錒（AcCl3）、三溴化錒（AcBr3）、氟氧化錒（AcOF）、氯氧化錒（AcOCl）、溴氧化錒（AcOBr）、三硫化二錒（Ac2S3）、氧化錒（Ac2O3）和磷酸錒（AcPO4）等。這些化合物中錒都具有 3 氧化態，且都有相對應的鑭化合物。對應的鑭和錒化合物在晶格常數上的差異不超過百分之十。 化學式 顏色 對稱 空間群 空間群數 皮爾遜符號 a（pm） b（pm） c（pm） Z 密度（gcm3） Ac 銀白色 fcc Fmm 225 cF4 5311 5311 5311 4 1007 AcH2 立方晶系 Fmm 225 cF12 567 567 567 4 835 Ac2O3 白色 三方晶系 Pm1 164 hP5 408 408 630 1 918 Ac2S3 立方晶系 I3d 220 cI28 77856 77856 77856 4 671 AcF3 白色 六方晶系 Pc1 165 hP24 741 741 755 6 788 AcCl3 六方晶系 P63m 165 hP8 764 764 456 2 48 AcBr3 白色 六方晶系 P63m 165 hP8 764 764 456 2 585 AcOF 白色 立方晶系 Fmm 5931 828 AcOCl 四方晶系 424 424 707 723 AcOBr 四方晶系 427 427 740 789 AcPO405H2O 六方晶系 721 721 664 548 上表中的 a、b 和 c 為晶格常數，Z 為每晶胞所含的化學式單元數。密度並非實驗資料，而是從晶體引數中計算得出的。 氧化物 在真空中把氫氧化錒加熱至 500C 或把草酸錒加熱至 1100C，可製成氧化錒（Ac2O3）。氧化錒的晶體結構與大部份三價稀土金屬的氧化物同型。 鹵化物 三氟化錒的合成反應可以在液態或固態下進行。前者在室溫下進行，需將氫氟酸加入含有錒離子的溶液中。後者需對錒金屬施以氟化氫氣體，反應要在 700C 下進行，並必須使用全鉑製器材。在 900 至 1000C 下，三氟化錒會和氫氧化銨反應形成氟氧化錒（AcOF）。雖然三氟化鑭在空氣中以 800C 燃燒一小時後就可以產生氟氧化鑭，但是類似的方法無法產生氟氧化錒，而是會把三氟化錒熔解。 AcF3 2 NH3 H2O AcOF 2 NH4F 氫氧化錒或草酸錒與四氯化碳在 960C 以上溫度反應會產生三氯化錒。同樣，三氯化錒與氫氧化銨在 1000C 反應會形成氯氧化錒。但與氟氧化錒不同的是，三氯化錒在氫氯酸溶液中用氨點燃就可以產生氯氧化錒。 溴化鋁與氧化錒反應後，會形成三溴化錒： Ac2O3 2 AlBr3 2 AcBr3 Al2O3 在 500C 加入氫氧化銨，可以產生溴氧化錒（AcOBr）。 其他化合物 三氯化錒在 300C 下經鉀還原後，可形成氫化錒，其結構可從氫化鑭（LaH2）的結構推測而得。該反應中氫的來源不明。 在含錒的氫氯酸溶液中加入磷酸二氫鈉（NaH2PO4），會產生白色的半水合磷酸錒（AcPO405H2O）。草酸錒和硫化氫氣體在 1400C 受熱幾分鐘，會產生黑色的硫化錒（Ac2S3）。 同位素 錒一共有 36 種已知同位素，全部都具有放射性。這些同位素的原子量介乎 206 u和 236 u。其中最穩定的有：（半衰期為 21772 年）、（100 天）和（2937 小時）。其餘的同位素的半衰期都小於 10 小時，大部份甚至小於 1 分鐘。壽命最短的錒同位素是，其半衰期只有 69 納秒，會進行 α 衰變和中子捕獲。錒擁有兩個亞穩態（同核異構體）。研究錒的化學性質時會用 225Ac、227Ac、228Ac 這三種同位素。 自然界中的錒元素主要由組成，此外還有極微量的和。純化後的在 185 天後與衰變產物達成平衡。它主要進行 β 衰變（988），以及少量的 α 衰變（12）。這些衰變的產物都屬於錒衰變系。發射的 β 粒子能量較低（46 keV），α 輻射的強度較低，可用樣本也一般很少，所以很難直接探測到。因此科學家一般以探測其衰變產物的方法來推算的量。 同位素 合成反應 衰變形式 半衰期 221Ac 232Th d9n 225Pa α221Ac α 52 毫秒 222Ac 232Th d8n 226Pa α222Ac α 50 秒 223Ac 232Th d7n 227Pa α223Ac α 21 分鐘 224Ac 232Th d6n 228Pa α224Ac α 278 小時 225Ac 232Th nγ 233Th β233Pa β233U α229Th α225Ra β 225Ac α 10 天 226Ac 226Ra d2n 226Ac α、β、電子捕獲 2937 小時 227Ac 235U α231Th β231Pa α227Ac α、β 2177 年 228Ac 232Th α228Ra β228Ac β 615 小時 229Ac 228Ra nγ 229Ra β229Ac β 627 分鐘 230Ac 232Th dα 230Ac β 122 秒 231Ac 232Th γp 231Ac β 75 分鐘 232Ac 232Th np 232Ac β 119 秒 存量及合成 錒元素在地球上十分稀少，只有痕量的 227Ac 同位素出現在鈾礦石中：每噸鈾礦石只含有大約 02 毫克的錒。227Ac 是錒衰變系中的其中一個短暫存在的同位素。該衰變鏈始於 235U（或 239Pu），止於穩定同位素 207Pb。225Ac 則是錼衰變系中短暫存在的同位素。該衰變鏈始於 237Np（或 233U），止於近似穩定的 209Bi 和穩定的 205Tl。惟自然界中的錼衰變系早已衰變殆盡，現時地殼中的 237Np 主要由 238U 發生而痕量生成。 含有錒的礦石中也同時含有大量鑭及其他鑭系元素。然而這些元素的化學、物理特性與錒非常接近，再加上錒含量甚為稀少，因此從礦石中分離出錒元素的做法並不實際，科學家也從未完全分離出錒。錒元素則通常是在核反應爐中用中子照射 226Ra 產生的，每次產量以毫克計。 mathrm 226_ 88 Ra 1_0 n longrightarrow 227_ 88 Ra xrightarrow 422 minbeta 227_ 89 Ac 該反應的錒產量約為鐳重量的 2。227Ac 可再捕獲中子，形成少量的 228Ac。合成過後，錒需從鐳以及其他的衰變產物中分離出來，這些產物包括釷、釙、鉛和鉍。第一種分離法使用噻吩甲醯三氟丙酮和苯的混合溶液。調整該溶液的 pH 值，可從含衰變產物的溶液中萃取出特定的元素（錒需要 pH 60 左右）。另一種分離法是在硝酸中以適當的樹脂進行負離子交換法，先把鐳和錒與釷分離開來（分離係數為 1 百萬），再用正離子交換樹脂和硝酸洗脫液把錒從鐳中提取出來（係數為 100）。 德國和澳洲的科學家在 2000 年首次人工合成 225Ac。德國超鈾元素研究所所使用的是迴旋加速器，而澳洲的研究人員則使用位於悉尼聖喬治醫院的直線加速器。其合成方法為，對鐳 226 目標體進行 20 至 30 MeV 能量氘離子撞擊。這一反應同時會產生半衰期為 29 小時的 226Ac 同位素，但由於 225Ac 的半衰期有 10 天，所以前者不會對後者造成不純。225Ac 是一種稀有的同位素，在放射線療法中有潛在的用途。Russell Pamela J Jackson Paul and Kingsley Elizabeth Anne Prostate cancer methods and protocols Humana Press 2003 ISBN 9780896039780 p 336 在 1100 至 1300C 間以鋰氣體對氟化錒進行還原反應，可以產生錒金屬。太高的溫度會使產物氣化，而太低溫則會導致反應不能完全進行。鋰的氟化物揮發性比其他鹼金屬的高，因此最適合用於這一反應中。Hammond C R The Elements in 應用 由於存量稀少，價格昂貴，所以錒目前並無重要的工業用途。 227Ac 放射性很強，因此有潛力用於放射性同位素熱電機中，應用範圍包括航天器。227Ac 的氧化物和鈹壓製後可以作為高效能中子源，其活度高於一般的鋂鈹和鐳鈹中子源。Russell Alan M and Lee Kok Loong Structureproperty relations in nonferrous metals Wiley 2005 ISBN 9780471649526 pp 470471 這些應用利用的其實是 227Ac 的衰變產物。進行 β 衰變後所產生的同位素會釋放 α 粒子，而鈹則用於捕獲這些 α 粒子，並放出中子。鈹的 αn 核反應截面較高，因此能高效地將 α 粒子轉換為中子。該反應的公式如下： mathrm 9_4 Be 4_2 He longrightarrow 12_ 6 C 1_0 n gamma 227AcBe 可用於中子水份儀中，以測量土壤中的水份以及在建造公路時進行濕度、密度的質量檢驗。Majumdar D K Irrigation Water Management Principles and Practice 2004 ISBN 9788120317291 p 108Chandrasekharan H and Gupta Navindu Fundamentals of Nuclear Science Application in Agriculture 2006 ISBN 9788172112004 pp 202 ff 這類探測儀在測井、中子照相、斷層攝影術及其他放射性化學範疇中都有應用的空間。 225Ac 在醫學中用於製造 213Bi，或直接作放射線療法的輻射源。225Ac 的半衰期為 10 天，比 213Bi 的 46 小時更適合作放射線治療。225Ac 及其衰變產物所釋放的 α 粒子可以殺死身體內的癌細胞。最大的困難在於，簡單的錒配合物經靜脈注射進入體內後，會積累在骨骼和肝臟中，並停留數十年。持續的輻射在殺死癌細胞後，會引發新的突變。要避免這種問題，可將 225Ac 與螯合劑結合，例如檸檬酸、乙二胺四乙酸（EDTA）和二乙烯三胺五乙酸（DTPA）。這可降低錒在骨骼中的積累，但從身體排洩的量仍然不高。改用 HEHA 或耦合至曲妥珠單抗的 DOTA（14710 四氮雜環十二烷 14710 四羧酸）等螯合劑可以增加錒的排洩量。曲妥珠單抗是一種單株抗體，能夠幹擾 HER2neu 受體。科學家把錒與 DOTA 結合後注射到老鼠體內，發現療法有效對抗白血病、淋巴瘤、乳癌、卵巢癌、神經母細胞瘤和前列腺癌。 227Ac 的半衰期為 2177 年，可用來研究海水的緩慢垂直混合作用。這種水流的速度大約為每年 50 米，因此直接測量是無法得到足夠的精度的。科學家透過探測各同位素在不同深度的相對比例變化，可以推算出混合作用的發生速率。具體的物理原理如下。海水含有均衡分佈的 235U。其衰變產物 231Pa 會慢慢沉澱到海底，所以其濃度會隨深度增加，並在一定的深度以下維持恆等。231Pa 再衰變成 227Ac。混合作用會把海底的 227Ac 提升上來，因此 227Ac 的濃度隨深度一直增加至海底。科學家分析 231Pa 和 227Ac 的濃度深度關係，可以間接研究海水的混合作用。 安全 227Ac 的放射性極強，因此有關的實驗都必須在專業實驗室的手套箱中進行。當三氯化錒經靜脈注射進入老鼠體內後，約 33 的錒元素積累在骨骼中，50 進入肝臟。其毒性稍低於鋂和鈽。 參考資料 外部連結 NLM Hazardous Substances Databank Actinium Radioactive Actinium in Category 錒系元素 7C 7C Category1890 年代發現的物質