铀与钍的化学（uranium and thorium chemistry）

铀和钍是你真能从地下大量挖出的两种锕系元素——两者在地壳中都比银或汞更常见——因此它们也是化学最为人理解、用得最多的两个。早在有人劈开原子之前很久，铀盐就把玻璃染成发亮的黄绿色，氧化钍则做出煤气灯那耀眼洁白的灯罩。它们的化学是锕系实用的核心。

钍是两者中较简单的一个。它可触及的电子给了它一个占主导的状态，Th(IV)：在溶液中它是又大又硬的 Th4+ 离子，其标志性化合物是二氧化钍 ThO2，一种极耐火的白色固体，熔点在 3000 摄氏度以上。在这种单一价态的简单里，钍的表现有点像一个很大的第四族金属。铀则更丰富。它的 5f 和 6d 电子足够可触及，给出 +3 到 +6 的范围，但其化学由两个物种主导：铀(IV)，绿色的 U4+ 离子；以及作为线形铀酰离子 UO2-2+ 的铀(VI)，这是个极稳定的阳离子，其中铀与两个轴向的氧双键相连，并在「腰部」周围再结合配体。铀酰盐呈黄色，以荧光著称，而六氟化铀 UF6——一种在室温附近就升华为气体的固体——正是铀浓缩所依赖的那个挥发性化合物。

这正是无机化学与核燃料循环交汇之处。开采出的铀经硝酸铀酰提纯，转化为 UF6 用于同位素浓缩，再转化为二氧化铀 UO2 燃料芯块；二氧化钍则是各种拟议的钍反应堆燃料的基础。诚实的提醒有两条。其一，铀和钍有弱放射性且有化学毒性，因此即便撇开裂变不谈，它们的化合物也需要小心对待。其二，尽管铀可达 +6，别把它想象成又一个灵活的过渡金属——它的高价化学由那一个奇特的铀酰单元主导，这一结构母题在周期表别处几无可与匹敌者。