锕系元素环境化学

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第286页（1675字）

研究锕系元素在环境中的化学行为的科学，锕系元素化学的新的分支学科。

随着世界经济的发展，对能源的需求不断增加，核能利用的规模越来越大。为了确保环境的安全，稳妥可靠地处置核废物成为进一步发展核能利用所必需解决的关键问题。

核废物中的镎、钚、镅等锕系元素由于它们的一些同位素放射性半衰期较长，毒性较大，在废物的长期处置中将成为环境安全的主要隐患。因此，研究和了解锕系元素在环境中的化学行为对核废物处置方案的制定及其对环境影响的评估来说，具有不可忽视的重要作用。

在人们开始利用核能之后，对环境中的锕系元素的化学就有了研究，然而早期的工作主要是调查锕系元素在环境中的存在与分布，为的是了解它们对环境的污染状况以及采取减少污染的措施。70年代以来，锕系元素环境化学研究逐渐进入到对锕系元素在环境中的化学状况和化学反应机理的微观研究，与锕系元素在环境中的迁移扩散的宏观研究相结合，使锕系元素环境化学逐步成为一门新的边缘学科。

在瑞典阿拉德(B．Allard)等和美国肖平(G．R．Choppin)的文章中比较系统地总结了近20年锕系元素环境化学研究方面所取得的成就，中国核能事业同核能先进国家相比，起步较晚，但近年来在锕系元素环境化学的有关内容方面也开展了研究工作，主要的研究单位有中国原子能科学研究院、北京大学、清华大学、复旦大学、兰州大学等。锕系元素环境化学研究的具体内容主要有以下诸方面：在环境条件下锕系元素的电化学(氧化还原反应等)、溶液化学(络合、水解、聚合、胶体、沉淀等)、在环境物质(岩石、土壤等)上的吸附、解吸，以及在环境中(包括在地层中)的迁移扩散等。

锕系元素在环境中的化学行为不但受制于锕系元素自身的物理化学性质，而且和环境的物理化学条件密切相关，因此在锕系元素化学中它是一个完全新的研究领域。

锕系元素环境化学研究的特点是它的研究体系十分复杂。

在存在多种有机和无机络合配体(如腐殖酸、氟离子、硫酸根、碳酸根、磷酸根等)的近中性的环境水中锕系元素将同时发生多种反应，同时由于不同的环境水中酸度和氧化还原电位的不同，锕系元素(如镎、钚)将处于不同的氧化态。在深地层还有较高的温度影响，此外还有地下水中的细菌和固态物质(岩石、土壤)的影响。

因此，研究工作往往是先在实验室中经过简化的模拟条件下进行，进而在接近环境的条件或直接在环境现场进行研究。

锕系元素环境化学研究另一特点是在环境中锕系元素一般处在很低的浓度(10^－15mol／L或更低)。这不但给研究方法带来许多问题，而且会有许多低浓度的化学问题需要研究。

例如：较高浓度条件下测定锕系元素氧化态的多种方法将无法继续使用，需要另行研究低浓度的氧化态分析测定方法；又如在锕系元素化学中一般认为由于快速的歧化反应五价钚是不稳定的，但在极低浓度下，由于双原子歧化反应2Pu(Ⅴ)=Pu(Ⅳ)+Pu(Ⅵ)的发生机率大大降低，Pu(Ⅴ)就显得稳定了。

由于锕系元素环境化学研究的时间还不长，面临的又是多样的复杂的环境化学体系，在研究方法上又有许多创新工作要做，因此，锕系元素环境化学还是一门年轻的学科。随着核能利用的进一步发展，人们对环境质量的日益重视，锕系元素环境化学的研究工作在世界范围内正在不断地加强和发展中。

。【参考文献】：

1 Allard B，et al．Inorganica Chimica Acta，1984，94∶205

2 Choppin G R．Radiochimica Acta，1988，43(2)∶82

(中国原子能科学研究所林漳基教授撰)