Aktinidit

aktinidit
Metallinen uraani
Yleistä tietoa
Ryhmän jäsenet	torium , protactinium , uraani , neptunium , plutonium , americium , curium , berkelium , kalifornium , einsteinium , fermium , mendelevium , nobelium , lawrencium
Aukioloaika	1700-luku (uraani) - 1900-luku (lawrencium)
Luonnossa oleminen	hyvin pieni
Kemiallisia ominaisuuksia
Elektroninen konfigurointi	Lista Torium - [ Rn ] 6d 2 7s 2 Protaktinium - [ Rn ] 5f 2 6d 1 7s 2 Uraani - [ Rn ] 5f 3 6d 1 7s 2 Neptunium - [ Rn ] 5f 4 6d 1 7s 5f 4 6d 1 7s - 5 Plutonium 2 Americium - [ Rn ] 5f 7 7s 2 Curium - [ Rn ] 5f 7 6d 1 7s 2 Berkelium - [ Rn ] 5f 9 6d 0 7s 2 Kalifornia — [ Rn ] 5f 10 7s 2 Einsteinium — [ Rn ] 5f 11 7s 2 Fermium — [ Rn ] 5f 12 7s 2 Mendelevium — [ Rn ] 5f 13 Nobelium — 5 R 2n1 7s 7s 2 Lawrencium - [ Rn ] 5f 14 7s 2 7p 1
Ryhmän löytäminen elektronisista lohkoista	f-lohko
Toksikologiset tiedot
Myrkyllisyys	erittäin radioaktiivisia elementtejä

Aktinidit ( aktinidit ) ( toisesta kreikasta actinos - säde) [1] - perhe, joka koostuu 15 jaksollisen järjestelmän 7. jakson ryhmän III radioaktiivisesta kemiallisesta alkuaineesta atominumeroilla 89-103.

Tämä ryhmä koostuu toriumista , protaktiniumista , uraanista , neptuniumista , plutoniumista , americiumista , curiumista , berkeliumista , kaliforniumista , einsteiniumista , fermiumista , mendeleviumista , nobeliumista ja lawrenciumista . Aktiiniumia tarkastellaan usein vertailun helpottamiseksi yhdessä näiden alkuaineiden kanssa, mutta se ei koske aktinideja [2] . Viktor Goldshmidt ehdotti termiä "aktinidit" vuonna 1937 [3] .

**	AC	Th	Pa	U	Np	Pu	Olen	cm	bk	vrt	Es	fm	md	ei	lr

Tutkimus ja synteesi

Kuten lantanidit , aktinidit muodostavat joukon alkuaineita, joilla on samanlaiset ominaisuudet. Aktinideista erotetaan kaksi leikkaavaa ryhmää: " transuraanialkuaineet " - kaikki jaksollisessa taulukossa uraanin jälkeen seuraavat alkuaineet ja "transplutoniumelementit" - kaikki seuraavat plutoniumia.

Kumpikaan ryhmä ei rajoitu ilmoitettuun runkoon, ja kun etuliite "trans-" on merkitty, ne voivat sisältää elementtejä , jotka seuraavat Lawrencium - rutherfordium jne. Verrattuna lantanideihin, joita (lukuun ottamatta prometiumia ) esiintyy luonnossa huomattavia määriä, aktinideja on vaikeampi syntetisoida. Mutta on poikkeuksia, esimerkiksi uraania ja toriumia on helpoin syntetisoida tai löytää luonnosta, sitten plutonium, protaktiinium, aktinium ja vasta sitten superharvinainen curium, americium, neptunium, berkelium ja kalifornium [4] .

Tällä hetkellä transplutoniumelementtien (TPE) isotooppien saamiseksi käytetään kahta päämenetelmää: kevyempien alkuaineiden säteilytystä neutroneilla tai kiihdytetyillä varautuneilla hiukkasilla. Ensimmäinen menetelmä on käytännössä tärkein, koska vain ydinreaktoreissa , kun lähdemateriaalia säteilytetään suurella neutronivuolla, on mahdollista saada painomääriä transplutoniumelementtejä. Toisen menetelmän etuna on, että se mahdollistaa plutoniumin seuraavien alkuaineiden ja neutronivajaisten isotooppien saamisen , joita ei muodostu neutronisäteilyn aikana [4] .

Vuosina 1962-1966 Yhdysvalloissa yritettiin syntetisoida transplutonium-isotooppeja käyttämällä 6 maanalaista ydinräjähdystä - Anacostia, Kennebec, Enchovi, Par, Barbell ja Cyclamen. Räjähdystuotteiden tutkimiseen käytettiin pieniä kivinäytteitä, jotka louhittiin räjähdysalueelta välittömästi räjähdyksen jälkeen. Samaan aikaan ei ollut mahdollista havaita raskaiden alkuaineiden isotooppeja, joiden massaluku on suurempi kuin 257, vaikka niille ennustettiin tuolloin suhteellisen suuria T½ - arvoja α-hajoamiselle . Ehkä tämä tapahtui siksi, että atomit halkesivat spontaanisti suurella nopeudella tai koska väli-isotooppien hajoaminen oli erilaista ( neutroniemissio , fissio ) [4] .

Aktiniumista neptuniumiin

Ensimmäiset löydetyt aktinidit olivat uraani ja torium . M. Klaproth löysi uraanin vuonna 1789 uraanihartsimalmista (alkuaineen nimi tulee planeetan Uranus nimestä ). M. Klaproth, pelkistäessään keltaista uraanioksidia hiilellä , sai mustan aineen, jonka hän luuli metalliksi. Vain 60 vuotta myöhemmin ranskalainen tutkija Eugene Peligot tutki sitä ja tajusi, että tämä aine on uraanidioksidia . Samaan aikaan atomimassa laskettiin väärin - 120. Vain D. I. Mendelejev vuonna 1872 määritteli löytämänsä lain perusteella uraanin atomimassaksi - 240. Tämän arvon vahvisti kokeellisesti vuonna 1882 K. Zimmerman [ 5] .

F. Wöhler [5] löysi toriumin Norjasta löydetystä mineraalista ( 1827 ). J. Berzelius tutki tätä elementtiä yksityiskohtaisesti ; hän nimesi sen skandinaavisen ukkonen ja salaman jumalan Thorin (1828) kunniaksi.

M. Sklodowska-Curien assistentti A. Debierne löysi aktiniumin vuonna 1899 uraanihartsin käsittelyjätteestä , josta radium ja polonium oli aiemmin poistettu; se paljastui fraktiossa, johon lantanidit konsentroituvat malmin käsittelyn aikana. Elementin nimi "actinium" tulee latinan kielestä. actis - säde, säteily. Tätä metallia ei löydetty sen omasta säteilystä, vaan tytärhajoamistuotteiden säteilystä [5] [6] .

Transuraanialkuaineiden saaminen [2] [4] [7]
Elementti	Avausvuosi	Kuinka saada
Neptunium	1940	238 U :n pommitus neutroneilla
Plutonium	1941	238 U :n pommittaminen deuteroneilla
Americium	1944	239 Pu:n pommittaminen neutroneilla
Curium	1944	239 Pu :n pommittaminen α-hiukkasilla
Berkelium	1949	241 Am:n pommittaminen α-hiukkasilla
Kalifornia	1950	242 cm:n pommitus α-hiukkasilla
Einsteinium	1952	Löytyy lämpöydinräjähdyksen tuotteista
Fermi	1952	Löytyy lämpöydinräjähdyksen tuotteista
Mendelevium	1955	253 Es:n pommittaminen α-hiukkasilla
Nobelium	1965	243 Am:n pommittaminen 15 N ytimillä
Laurence	1961-1971	252 Vrt . pommitus 10 B -ytimillä jne.

Johtuen aktiniumin ja lantaanin suuresta samankaltaisuudesta ja aktiniumin merkityksettömästä jakautumisesta, sitä ei pitkään aikaan voitu eristää puhtaassa muodossaan. Puhdasta aktiniumia louhittiin vasta vuonna 1950 . Alkuaineesta tunnetaan tällä hetkellä 31 isotooppia , joiden massaluvut ovat 206-236, ja joidenkin sen nuklidien 8 virittynyttä isomeeritilaa . Vakain on aktiniumin isotooppi 227 Ac , jonka puoliintumisaika T ½ = 21,77 vuotta [8] .

Vuonna 1917 O. Hahn ja L. Meitner löysivät protactiniumin pitkäikäisen isotoopin . Nimi "protactinium" tarkoittaa, että tämän alkuaineen atomi pystyy muodostamaan aktiniumia. Tällä hetkellä tunnetaan 29 protaktiniumin isotooppia , joiden massaluvut ovat 212-240 ja joidenkin sen nuklidien 3 virittyneen isomeerin tilaa . Vakain nuklidi on 231 Pa , jonka puoliintumisaika on 3,28⋅10 4 vuotta [8] .

Suurin osa transuraanialkuaineista on jo tutkittu riittävästi, mutta näiden alkuaineiden tuotantomääristä ei tarvitse puhua plutoniumia ja americiumia sekä niiden yhdisteitä lukuun ottamatta.

Enrico Fermi ehdotti ensimmäisenä transuraanialkuaineiden olemassaoloa , mikä oli tulosta useista hänen kokeistaan vuonna 1934 [9] [10] .

Neptunium - isotoopin 239 Np synteesi, jonka E. McMillan ja F. Abelson suorittivat toukokuussa 1940 , merkitsi alkua transuraanialkuaineiden löytämiselle [11] . Seuraavina vuosina suoritettiin muiden neptuniumin isotooppien ydinfuusio [12] .

G. Seaborg ja hänen koulunsa ovat tutkineet aktinideja perusteellisesti viime vuosikymmeninä . Seaborgin osallistuessa suurin osa transuraanialkuaineista syntetisoitiin.

Plutoniumista

Transuraanielementtejä ei juuri koskaan löydy luonnosta. Niiden saamiseksi käytetään ydinreaktioita, jotka tapahtuvat ydinreaktoreissa. Joten esimerkiksi uraani-238 muuttuu reaktorissa neutronien vaikutuksesta osittain plutonium-239 :ksi . Tässä tapauksessa tapahtuu seuraavat reaktiot:

{}_{{92}}^{{238}}{\textrm {U}}+{}_{{{0}}^{{1}}{\textrm {n}}{\xrightarrow {}}_ {{92}}^{{239}}{\textrm {U}}{\xrightarrow[ {23.5min}]{\beta ^{-}}}{}_{{93}}^{{239} } {\textrm {Np}}{\xrightarrow[ {2,3days}]{\beta ^{-}}}{}_{{94}}^{{239}}{\textrm {Pu}}{\ xrightarrow [ {2,4\cdot 10^{4}years}]{\alpha }}

Neutronien absorption myötä 239 Pu muuttuu 241 Pu :ksi , joka β-hajoamisen seurauksena muuttuu 241 Am :ksi .

Tällä tavalla Enrico Fermi ja hänen työtoverinsa maailman ensimmäisessä reaktorissa Chicago Woodpile-1 saivat ensimmäistä kertaa merkittäviä määriä plutonium-239:ää, jota käytettiin ydinaseiden luomiseen [13] .

Aktinidit, joilla oli suurin sarjanumero, saatiin pommittamalla uraani-, plutonium-, curium- tai kaliforniumytimiä typellä, hapella, hiilellä, neonilla ja boori-ioneilla raskaiden ionien kiihdyttimillä. Niinpä yksi ensimmäisistä nobeliumin synteesin menetelmistä oli uraani-238- kohteen pommittaminen reaktiossa neon-22- ytimillä .

\mathrm {{}_{~92}^{238}{}U+{}_{10}^{22}{}Ne\longrightarrow {}_{102}^{256}{}Ei+4 {}_{0}^{1}{}n}

Ensimmäiset TPE:n isotoopit - americium-241 ja curium-242 - syntetisoivat vuonna 1944 G. Seaborg, James ja A. Giorso [14] . Kuriumin isotoopit saatiin pommittamalla plutonium-239- ytimiä heliumioneilla , joiden energia oli 32 MeV:

\mathrm {{}_{~94}^{239}{}Pu+{}_{2}^{4}{}Hän\longrightarrow {}_{~96}^{242}{}Cm+{ }_{0}^{1}{}n}

Myös americium-241:n ja curium-242:n isotoopit eristettiin reaktorissa neutroneilla säteilytetystä plutoniumista , jossa ne muodostuivat ydinmuutosten seurauksena [4] .

Kun curium-242 :ta pommitetaan α-hiukkasilla, muodostuu kalifornium-isotooppi 245Cf . Berkelium-244 saatiin americium-241:stä käyttämällä samanlaista reaktiota .

Vuonna 1945 Kenningham eristi ensimmäisen kerran kiinteän yhdisteen yhdestä TPE:stä, americiumhydroksidista. Seuraavien 3-4 vuoden aikana kertyi milligrammaa americiumia ja mikrogrammaa curiumia, mikä mahdollisti americiumin ja curiumin säteilytyksen seurauksena berkeliumin (Thomson, 1949) ja kaliforniumin (Thomson) isotooppien syntetisoinnin. , 1950). Näiden alkuaineiden painomäärät eristettiin paljon myöhemmin, vuonna 1958 (Kenningham ja Thomson), ja ensimmäinen kaliforniumyhdiste (CfOCl) saatiin vasta vuonna 1960 (Kenningham ja Walman).

Ryhmä amerikkalaisia tutkijoita Kalifornian yliopistosta , Argonnen kansallisesta laboratoriosta ja Los Alamosin tieteellisestä laboratoriosta eristi einsteiniumin ja fermiumin vuosina 1952-1953 Miken lämpöydinräjähdyksen tuotteista 1. marraskuuta 1952 . Uraani-238 : n välittömän säteilytyksen seurauksena suurella neutronivirralla, joka syntyi lämpöydinräjähdyksen aikana, muodostui raskaita uraani-isotooppeja, mukaan lukien uraani-253 ja uraani-255, joiden β-hajoaminen tuotti lopulta einsteinium-253: a ja fermiumia . -255 isotooppia . Einsteiniumin löysi A. Ghiorson johtama amerikkalainen tiedemiesryhmä vuonna 1952 ja nimettiin suuren fyysikon A. Einsteinin mukaan . Amerikkalainen tiedemies A. Ghiorso tunnisti fermiumin ensimmäisen kerran vuonna 1953 edellä mainitun fermium-255-isotoopin muodossa. Fermium on nimetty fyysikon E. Fermin mukaan, joka antoi suuren panoksen modernin teoreettisen ja kokeellisen fysiikan kehitykseen [14] . Kenningham ja työtoverit eristivät ensimmäiset painomäärät (submikrogrammat) einsteiniumia vuonna 1961 . Fermiumia ja korkeampia TPE:itä, joilla on suurempi atomiluku, ei ole vielä saatu painomäärinä.

Ensimmäinen mendelevium 256 Md :n isotooppi syntetisoitiin helmikuussa 1955 (G. Seaborg et al.) säteilyttämällä einsteinium-253 heliumioneilla. Mendeleviumia seuraavien alkuaineiden synteesiin jouduttiin käyttämään uutta menetelmää - uraanin ja transuraanialkuaineiden ytimien säteilytystä raskailla moninkertaisesti varautuneilla ioneilla. Näissä reaktioissa syntetisoitujen transmendelevian alkuaineiden isotooppien erittäin alhaisen saannon ja lyhyiden puoliintumisaikojen vuoksi niiden tunnistaminen on osoittautunut erittäin vaikeaksi eikä aina luotettavaksi. Pääsääntöisesti ensimmäisissä Z ≥ 102 -alkuaineiden synteesiä koskevissa töissä saadut isotoopit tunnistettiin puhtaasti fysikaalisilla menetelmillä säteilyn ja tytärhajoamistuotteiden luonteen mukaan.

Nobeliumisotooppeja on yritetty hankkia vuodesta 1957 lähtien , mutta ensimmäisenä luotettavana tuloksena voidaan pitää G. Flerovin vuonna 1963 tekemä nobeliumisotoopin 256 No synteesi . Neon-22 :ta käytettiin tämän isotoopin valmistukseen .

Vuonna 1961 A. Ghiorso ja työtoverit saivat ensimmäisen Lawrenciumin isotoopin säteilyttämällä kaliforniumia (pääasiassa kalifornium-252 ) boori-10- ja boori-11- ioneilla ; tämän isotoopin massalukua ei tuolloin ollut tarkkaan määritetty (ehkä 258 tai 259). G. Flerovin vuonna 1965 syntetisoima Lawrenciumin isotooppi 256 Lr käyttämällä nuklideja 243 Am ja 18 O tunnistettiin luotettavammin .

Isotoopit

Transplutonium-alkuaineiden tärkeimpien isotooppien ydinominaisuudet
Isotooppi	Puoliintumisaika [8]	Spontaanin fission todennäköisyys , % [8]	Säteilyenergia, MeV (saanto, %) [15]		Erityinen toiminta [16]
Isotooppi	Puoliintumisaika [8]	Spontaanin fission todennäköisyys , % [8]	α	γ	α, β-hiukkaset, Bq/kg	jaot, Bq/kg
klo 241	432,2(7) vuotta	4.3(18)⋅10 −10	5,485 (84,8) 5,442 (13,1) 5,388 (1,66)	0,059 (35,9) 0,026 (2,27)	1,27⋅10 14	546.1
klo 243	7,37(4)⋅10 3 vuotta	3.7(2)⋅10 −9	5,275 (87,1) 5,233 (11,2) 5,181 (1,36)	0,074 (67,2) 0,043 (5,9)	7,39⋅10 12	273,3
242 cm_	162,8(2) päivää	6.2(3)⋅10 −6	6,069 (25,92) 6,112 (74,08)	0,044 (0,04) 0,102 (4⋅10 −3 )	1,23⋅10 17	7,6⋅10 9
244 cm_	18.10(2) vuotta	1,37(3)⋅10 −4	5,762 (23,6) 5,804 (76,4)	0,043 (0,02) 0,100 (1,5⋅10 -3 )	2,96⋅10 15	4,1⋅10 9
245 cm_	8,5(1)⋅10 3 vuotta	6.1(9)⋅10 −7	5,529 (0,58) 5,488 (0,83) 5,361 (93,2)	0,175 (9,88) 0,133 (2,83)	6,35⋅10 12	3,9⋅10 4
246 cm_	4,76(4)⋅10 3 vuotta	0,02615(7)	5,343 (17,8) 5,386 (82,2)	0,045 (19)	1,13⋅10 13	2,95⋅10 9
247 cm_	1,56(5)⋅10 7 vuotta	—	5,267 (13,8) 5,212 (5,7) 5,147 (1,2)	0,402 (72) 0,278 (3,4)	3,43⋅10 9	—
248 cm_	3,48(6)⋅10 5 vuotta	8.39(16)	5,034 (16,52) 5,078 (75)	—	1,40⋅10 11	1,29⋅10 10
249 bk	330(4) päivää	4.7(2)⋅10 −8	5,406 (1⋅10 −3 ) 5,378 (2,6⋅10 −4 )	0,32 (5,8⋅10 −5 )	5,88⋅10 16	2,76⋅10 7
249 vrt	351(2)	5.0(4)⋅10 −7	6,193 (2,46) 6,139 (1,33) 5,946 (3,33)	0,388 (66) 0,333 (14,6)	1,51⋅10 14	7,57⋅105 _
250 vrt	13.08(9)	0,077(3)	5,988 (14,99) 6,030 (84,6)	0,043	4.04⋅10 15	3.11⋅10 12
251 vrt	900(40) vuotta	?	6,078 (2,6) 5,567 (0,9) 5,569 (0,9)	0,177 (17,3) 0,227 (6,8)	5,86⋅10 13	—
252 vrt	2 645(8) vuotta	3.092(8)	6,075 (15,2) 6,118 (81,6)	0,042 (1,4⋅10 −2 ) 0,100 (1,3⋅10 −2 )	1,92⋅10 16	6,14⋅10 14
254 vrt	60,5(2) päivää	≈100	5,834 (0,26) 5,792 (5,3⋅10 −2 )	—	9,75⋅10 14	3,13⋅10 17
253 Es	20.47(3) päivää	8.7(3)⋅10 −6	6,540 (0,85) 6,552 (0,71) 6,590 (6,6)	0,387 (0,05) 0,429 (8⋅10 −3 )	9,33⋅10 17	8.12⋅10 10
254 Es	275,7(5) päivää	< 3⋅10 −6	6,347 (0,75) 6,358 (2,6) 6,415 (1,8)	0,042 (100) 0,034 (30)	6,9⋅10 16	—
255 Es	39,8(12) päivää	0,0041(2)	6,267 (0,78) 6,401 (7)	—	4,38⋅10 17 (β) 3,81⋅10 16 (α)	1,95⋅10 13
255 fm	20.07(7) h	2.4(10)⋅10 −5	7,022 (93,4) 6,963 (5,04) 6,892 (0,62)	0,00057 (19,1) 0,081 (1)	2,27⋅10 19	5,44⋅10 12
256 fm	157,6(13) min	91.9(3)	6,872 (1,2) 6,917 (6,9)	—	1,58⋅10 20	1,4⋅10 19
257 fm	100,5(2) päivää	0,210(4)	6,752 (0,58) 6,695 (3,39) 6,622 (0,6)	0,241 (11) 0,179 (8,7)	1,87⋅10 17	3,93⋅10 14
256 Md _	77(2) min	—	7,142 (1,84) 7,206 (5,9)	—	3,53⋅10 20	—
257 Md _	5.52(5) h	—	7 074 (14)	0,371 (11,7) 0,325 (2,5)	8.17⋅10 19	—
258 Md _	51,5(3) päivää	—	6.73	—	3,64⋅10 17	—
255 nro	3,1 (2) min	—	8,312 (1,16) 8,266 (2,6) 8,121 (27,8)	0,187 (3,4)	8,78⋅10 21	—
259 nro	58(5) min	—	7,455 (9,8) 7,500 (29,3) 7,533 (17,3)	—	4,63⋅10 20	—
256Lr _	27(3) s	< 0,03	8,319 (5,4) 8,390 (16) 8,430 (33)	—	5,96⋅10 22	—
257Lr _	646(25) ms	—	8,796 (18) 8,861 (82)	—	1,54⋅10 24	—

Vuoteen 1982 mennessä tiedettiin 24 aktiniumin isotooppia , tällä hetkellä 31 aktiniumin isotooppia ja 8 muuta virittynyttä isomeeritilaa joistakin sen nuklideista [8] . Luonnosta löydettiin kolme isotooppia - 225 Ac , 227 Ac ja 228 Ac , loput saadaan keinotekoisesti. Käytännössä käytetään kolmea luonnollista isotooppia. Actinium-225 on radioaktiivisen neptunium-sarjan jäsen ; löydettiin ensimmäisen kerran vuonna 1947 uraani-233 :n hajoamistuotteena . Jos 1 g uraani-233:a säilytetään vuoden ajan, näytteeseen muodostuvan 225 Ac :n aktiivisuus on 1,8⋅10 6 hajoamista minuutissa. Tämä nuklidi on α-emitteri, jonka puoliintumisaika on 10 päivää. Actinium-225 on vähemmän saatavilla kuin aktinium-228, mutta käytännössä se on lupaavampi radioaktiivisena merkkiaineena [6] .

Actinium-227 on radioaktiivisen uraani-aktinium-sarjan jäsen . Sitä esiintyy kaikissa uraanimalmeissa, mutta pieniä määriä. Yhdessä grammassa uraania radioaktiivisessa tasapainossa on vain 2⋅10 -10 g 227 Ac:tä. 227 Ac -isotoopin puoliintumisaika on 21,77 vuotta [6] [8] .

Actinium-228 kuuluu radioaktiiviseen torium-sarjaan ; löysi O. Gan vuonna 1906 . Tämä isotooppi muodostuu 228 Ra :n hajoamisen aikana . 1 tonni toriumia sisältää 5⋅10 -8 g 228 Ac. Isotooppi on β - emitteri, jonka puoliintumisaika on 6,15 tuntia [6] .

Protaktiniumin isotoopeista tunnetaan 29 nuklidia , joiden massaluvut ovat 212–240 [8] ja joissakin sen nuklideissa on 3 viritettyä isomeeritilaa . Tästä määrästä vain kaksi nuklidia - 231 Pa ja 234 Pa - löytyy luonnosta, loput syntetisoidaan. Kaikkien isotooppien elinikä protaktiinium-231:tä lukuun ottamatta on lyhyt. Käytännön näkökulmasta tärkeimmät ovat pitkäikäinen isotooppi 231 Pa ja keinotekoinen 233 Pa . Protaktinium-233 on välituote uraani-233 :n tuotannossa, ja se on myös saavutettavin muiden protaktiniumin keinotekoisten isotooppien joukossa. Fysikaalisten ominaisuuksiensa mukaan (puoliintumisaika, γ-säteilyenergia jne.) se on kätevä aine kemialliseen tutkimukseen. Tämän isotoopin ansiosta saatiin paljon arvokasta kemiallista tietoa protaktiinin kemiasta. Protaktiinium-233 :n säteilyaktiivisuus on noin 20 000 Ci . Protaktinium-233 on β-emitteri , jonka puoliintumisaika on 26,97 päivää [8] [17] .

Uraanissa on 25 sen isotooppia massaluvuilla 217-242 [15] . Uraanin osalta tiedetään, että joissakin sen nuklideissa on kuusi isomeeristä tilaa. Luonnossa uraania löytyy huomattavia määriä kolmena isotoopina - 234U , 235U ja 238U . Kaikista muista tärkein on 233 U, joka saadaan muunnosten lopputuotteena säteilytettäessä 232 Th hitailla neutroneilla . 233 U:n ytimellä on tehokas termisen neutronifissiopoikkileikkaus verrattuna 235 U:aan. Suurimmasta osasta uraani-isotoopeista uraani-238:aa pidetään sopivimpana kemiallisten ominaisuuksien tutkimiseen, koska puoliintumisaika on 4,4⋅10 9 vuotta [18 ] .

Meidän aikanamme tunnetaan 19 neptuniumin isotooppia, joiden massaluvut ovat 225-244 [15] . Isotooppityössä käytetään yleensä pitkäikäisiä 237 Np (T ½ = 2,20⋅10 6 vuotta) ja lyhytikäisiä 239 Np, 238 Np. Näistä tärkein on neptunium-237 . Tämä isotooppi soveltuu parhaiten fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien tutkimiseen. Tämän isotoopin spektri on erittäin monimutkainen ja koostuu yli 20 monoenergeettisestä juovasta. Suurten 239 Np:n määrien käyttöä kemian laboratoriossa vaikeuttaa sen korkea radioaktiivisuus [12] .

Useimmille neptuniumnuklideille, joiden massaluku on 231-241, puoliintumisajan arvojen hajonta vaihtelee välillä 7,3 min ( 240m Np) - 2,2⋅10 6 vuotta [12] .

Americium -isotoopeista tunnetaan tällä hetkellä 16 nuklidia , joiden massaluvut ovat 232-248 [15] . Näistä tärkeimmät ovat 241 Am ja 243 Am, jotka molemmat ovat alfasäteilijöitä; niillä on pehmeää mutta voimakasta y-säteilyä; molemmat voidaan saada isotooppisesti puhtaassa muodossa. Amerikiumin kemiallisia ominaisuuksia tutkittiin pääasiassa 241 Am:lla, mutta myöhemmin saataville tuli 243 Am :n painomääriä , mikä on kätevämpää kemiallisiin tutkimuksiin, koska se on lähes 20 kertaa vähemmän aktiivinen kuin americium-241. 243 Am-isotoopin haittana on lyhytikäisen neptunium-239:n tytär-isotoopin läsnäolo, joka on otettava huomioon määritettäessä γ-aktiivisuudella [4] .

Tällä hetkellä tunnetaan 19 curium-isotooppia [15] . Kaikkein saavutettavissa olevat - 242 cm, 244 cm ovat α-säteilijöitä , mutta niillä on paljon lyhyemmät puoliintumisajat kuin americium-isotoopeilla. Näillä isotoopeilla ei juuri ole γ-säteilyä , mutta spontaani fissio ja siihen liittyvä neutronipäästö ovat havaittavissa . Pitkäikäiset curium-isotoopit ( 245-248 cm, kaikki α-emitterit) muodostuvat seoksena, kun plutoniumia tai americiumia säteilytetään neutroneilla. Kurium-246 vallitsee tässä seoksessa ei kovin pitkällä säteilytyksellä, ja sitten kurium-248 alkaa kerääntyä. Molemmilla näillä isotoopeilla, erityisesti 248 cm, on pitkät puoliintumisajat ja ne ovat paljon kätevämpiä kemialliseen tutkimukseen kuin 242 cm ja 244 cm; niillä on kuitenkin myös melko korkea spontaanin fissionopeus. Kuriumin elävin isotooppi, 247 cm, ei muodostu suuria määriä lämpöneutronien voimakkaan fission vuoksi.

Berkeliumilla on 14 tunnettua isotooppia , joiden massaluvut ovat 238–252 [15] . Ainoalla, jota on saatavilla suuria määriä, 249 Bk, on suhteellisen lyhyt puoliintumisaika (330 päivää) ja se emittoi pääasiassa pehmeitä β-hiukkasia , jotka ovat hankalia rekisteröintiä. Sillä on myös heikko alfa-emissio (1,45⋅10 −3 % suhteessa β-emissioon), jota käytetään joskus tämän isotoopin tunnistamiseen. Pitkäikäisellä berkelium-247-isotoopilla, jonka puoliintumisaika on 1380 vuotta, tiedetään sisältävän alfasäteilyä, mutta sitä ei ole vielä saatu painomäärinä. Isotoopin muodostumista plutoniumin neutronisäteilytyksen aikana ei tapahdu johtuen alle 248:aa olevien curium-isotooppien β-stabiilisuudesta [4] .

Kaliforniumin isotoopit massaluvuilla 237-256 muodostuvat ydinreaktorissa [15] , kuten muutkin. Kalifornium-253-isotooppi on β-säteilijä, ja kaikki muut ovat α-säteilijöitä. Lisäksi isotoopeille, joilla on parillinen massaluku ( 250 Cf, 252 Cf ja 254 Cf), on ominaista korkea spontaanin halkeamisnopeus, erityisesti kalifornium-254-isotoopille, jossa 99,7 % hajoamisesta tapahtuu spontaanin fission kautta. Huomionarvoista on kalifornium-249-isotooppi, jolla on melko pitkä puoliintumisaika (352 vuotta) ja heikko spontaani fissio. Tällä isotoopilla on myös voimakas y-säteily, mikä voi suuresti helpottaa sen tunnistamista. 249Cf- isotooppia ei synny suuria määriä ydinreaktorissa emo-249Bk-isotoopin hitaan β-hajoamisen ja suuren vuorovaikutuspoikkileikkauksen vuoksi neutronien kanssa, mutta se voi kuitenkin kertyä isotooppisesti puhtaassa muodossa β:n tuotteena. - aiemmin eristetyn 249Bk :n hajoaminen . Reaktorissa säteilytetystä plutoniumista erotettu kalifornium sisältää pääosin 250 Cf ja 252 Cf isotooppeja ( 252 Cf vallitsee suurella integroidulla neutronivuolla ), ja sen kanssa työskentely on vaikeaa voimakkaan neutronisäteilyn vuoksi [4] .

Joidenkin TPE-isotooppien tasapainoparien ominaisuudet [4]
vanhempi isotooppi	T½ _	Tytär-isotooppi	T½ _	WURR
klo 243	7370 vuotta	239 Np _	2,35 päivää	47,3 päivää
245 cm_	8265 vuotta	241 Pu	14 vuotta	129 vuotta vanha
247 cm_	1,64⋅10 7 vuotta	243 Pu	4,95 tuntia	7,2 päivää
254 Es	270 päivää	250 Bk	3,2 tuntia	35,2 tuntia
255 Es	39,8 päivää	255 fm	22 tuntia	5 päivää
257 fm	79 päivää	253 vrt	17,6 päivää	49 päivää

Einsteiniumin isotooppeja tunnetaan 16 kappaletta, joiden massaluvut ovat 241-257 [15] . Saavutettavin sen isotoopeista on 253 Es, α-emitteri, jonka puoliintumisaika on 20,47 päivää ja jolla on suhteellisen heikko γ-säteily ja alhainen spontaanin fissionopeus Kalifornian isotoopeihin verrattuna. Pidemmällä altistuksella reaktoriin muodostuu myös pitkäikäisiä 254 Es (T ½ = 275,5 vrk) [4] .

Fermiumin isotoopeista tunnetaan 19 nuklidia, joiden massaluvut ovat 242-260. Isotoopit 254 Fm, 255 Fm, 256 Fm ovat α-säteilijöitä , joilla on lyhyt puoliintumisaika (tuntia), eikä niitä siksi voida eristää painomäärinä. Mutta pidemmällä ja tehokkaammalla säteilytyksellä voidaan ilmeisesti odottaa, että pitkäikäistä fermium-257-isotooppia (T ½ = 100 päivää) kertyy huomattavia määriä. Kaikille fermiumin isotoopeille, mukaan lukien 257 Fm, on ominaista erittäin korkea spontaani fissio [4] [19] .

Mendeleviumille tunnetaan 15 nuklidia, joiden massaluvut ovat 245-260 [15] . Kaikki mendeleviumin isotooppien ominaisuuksien tutkimukset suoritettiin 256 Md:lla, joka hajoaa pääasiassa elektronien sieppauksella (α-säteily ≈ 10 %) puoliintumisajalla 77 minuuttia. Tunnettu pitkäikäinen isotooppi 258 Md (T ½ = 53 vrk), se on myös alfasäteilijä. Molemmat isotoopit ovat peräisin einsteiniumin isotoopeista ( 253 Es ja 255 Es, vastaavasti), joten kykyä saada mendeleviumin isotooppeja rajoittaa saatavilla olevan einsteiniumin määrä .

Nobeliumin pitkäikäisillä isotoopeilla on lyhyet puoliintumisajat; analogisesti kaikilla aktinidien jälkeisillä alkuaineilla on aina lyhyemmät (joissain paikoissa) puoliintumisajat. Tämän alkuaineen 11 sen nuklidia tunnetaan massaluvuilla 250-260 ja 262. Nobeliumin ja Lawrenciumin kemiallisten ominaisuuksien tutkimus suoritettiin isotoopeilla 255 No (T ½ \u003d 3 min.) ja 256 Lr (T ½ \u003d 35 s.). Pisin 259 No (T ½ ≈ 1,5 tuntia) syntetisoitiin vuonna 1970 Oak Ridgessä , Yhdysvalloissa.

Jakauma luonnossa

Toriumia ja uraania on eniten aktinideista; niiden atomiklarkit ovat 3⋅10 −4 % ja 2⋅10 −5 %. Maankuoressa uraania löytyy uraniitin mineraalimuodossa - U 3 O 8 (hartsimalmi, uraanipiki) sekä karnotiitti - KUO 2 VO 4 3H 2 O , oteniitti - Ca (UO 2 ) 2 (PO 4 ) 2 nH 2 O jne. Kaksi viimeistä mineraalia ovat keltaisia. Uraania löytyy myös lähes kaikista harvinaisten maametallien mineraalimuodoista ( fergusoniitti , samarskiitti , eukseniitti jne.).

Uraania esiintyy luonnossa isotooppien muodossa 238U (99,2739 %), 235U ( 0,7204 %) ja 234U ( 0,0057 %). Näistä 238 U:lla on pisin puoliintumisaika (T ½ = 4,51⋅10 9 vuotta).

Uraanin louhinnan johtavat maat [20] :

Kanada ;
Australia ;
Kazakstan ;
Niger ;
Venäjä .

Uraani on yksi harvoista ja hajallaan olevista alkuaineista. Maankuoren uraanipitoisuus on noin 2⋅10 −4 %. Uraanivarannot ovat yhteensä miljoonia tonneja. Uraanin mineraalimuodoista tunnetaan noin 200 mineraalia, joista suurin osa kuuluu koostumukseltaan vaihteleviin oksideihin (ks. edellä: karnotiitti, oteniitti) [21] .

Toriumin rikkaimmat mineraalit ovat torianiitti (ThO 2 ), toriitti (ThSiO 4 ), monatsiitti , sheraliitti (( Th , Ca , Ce )(PO 4 ,SiO 4 )), torohumiitti (Th(SiO 4 ) 1−x (OH ) 4x ). Toriumin ja uraanin mukana on lähes kaikkien harvinaisten maametallien mineraalimuotoja . Rikkaita monatsiittihiekka-esiintymiä löytyy Intiasta, Brasiliasta, Australiasta, Afrikasta, Kanadasta, Yhdysvalloista ja Ceylonista.

Aktiiniumin jakautuminen maankuoressa on hyvin pieni (atomiklarki 5⋅10−15 % ). Arvioiden mukaan aktiniumin kokonaisjakauma maankuoressa on 2600 tonnia, kun taas esimerkiksi radiumin pitoisuus on 40 miljoonaa tonnia [17] . Aktiiniumia löytyy sellaisista luonnonmateriaaleista kuin sulfidi, silikaatit, happea sisältävät mineraalit; luonnonvedessä - jopa pienempiä määriä verrattuna uraanimalmeihin. Useimmissa luonnon esineissä aktiniumin pitoisuus vastaa alkuperäisten isotooppien 235 U isotooppitasapainoa. Mineraalit, kuten molybdeniitti , kalkopyriitti , kasiteriitti , kvartsi , pyrolusiitti jne., sisältävät lisääntynyttä tätä alkuainetta. ja liike, eli aktiniumin jakautuminen on pienempi kuin uraanilla [6] .

Yleisempi on protactinium , jonka atomiklarkkia on 10–12 %. K. Fayans ja O. Goering löysivät protaktiinin uraanimalmista vuonna 1913 [5] . Protaktiinin kokonaispitoisuus maankuoressa (litosfäärissä) uraanipitoisuuden mukaan (protaktiniumin isotooppeja muodostuu 235 U:n hajoamisen aikana) on 4,4⋅10 7 t. Pitoisuus vulkaanista alkuperää olevissa kivissä on 0,8⋅10 −6 g/t ja rautameteoriiteissa 0,02⋅10 −6 g/t [17] .

Pisimmän eläneen isotoopin 237Np puoliintumisaika on mitätön verrattuna Maan ikään, joten neptuniumia ei käytännössä löydy luonnollisista mineraaleista . Maapallolla sen nuklidit voivat muodostua käytännössä vain ydinreaktioiden avulla . Neptunium löytyy mineraaleista muiden isotooppien hajoamisvälituotteena [12] .

Plutoniumpitoisuus uraani- ja toriummalmeissa [22]
Malmi	Sijainti	Uraanipitoisuus , %	239 Pu/malmi- suhde (painon mukaan)	Suhde 239 Pu/U (⋅10 12 )
uranitiitti	Kanada	13.5	9,1⋅10 −12	7.1
uranitiitti	Belgian Kongo	38	4,8⋅10 −12	12
uranitiitti	Colorado	viisikymmentä	3,8⋅10 −12	7.7
Uraniittikonsentraatti	Belgian Kongo	45.3	7⋅10 −12	viisitoista
Monatsiitti	Brasilia	0,24	2,1⋅10 −14	8.3
Monatsiitti	Pohjois-Carolina	1.64	5,9⋅10 −14	3.6
fergusoniitti	—	0,25	<1⋅10 -14	<4
Karnotiitti	—	kymmenen	<4⋅10 -14	<0.4

Pienten määrien plutoniumin esiintyminen uraanin mineraalimuodoissa todettiin ensimmäisen kerran vuonna 1942. Maapallon pisimpään elävän plutonium-isotoopin 244 Pu:n runsauden yläraja on 3⋅10–22 g/g. Tiedetään, että Kanadassa ja Coloradon osavaltiossa löydetty pikseos ja karnotiitti sisältävät pienen määrän α-säteilevää plutonium - isotooppia 239 Pu . Useiden uraanimalmien plutoniumpitoisuus määritettiin, minkä jälkeen plutonium erotettiin 239 Pu:n tuotannon jätetuotteista. Yhdessäkään näistä mineraalimuodoista (katso taulukko) ei ole eristetty muuta plutonium-isotooppia kuin plutonium-239 . Kuun maanäytteistä ei löytynyt plutoniumia [22] .

Luonnollisen plutoniumin eristäminen jopa tällä alkuaineella eniten rikastetuista uraanimalmeista on kuitenkin epäkäytännöllistä, eikä se voi korvata tämän alkuaineen keinotekoista tuotantoa. Tästä kertoo se tosiasia, että mikrogrammien plutoniummäärien erottamiseksi on tarpeen käsitellä 100 tonnia plutoniummalmirikastetta jokaista erotettua plutoniummikrogrammaa kohden [22] .

Haetaan

Useimmissa tapauksissa puhtaan alkuaineaineen saamiseksi käytetään tämän alkuaineen kemiallisen yhdisteen hajottamista, yleensä saattamalla sen oksidin, fluorin jne. reagoimaan vedyn kanssa . Tätä menetelmää ei kuitenkaan voida soveltaa aktinideihin, koska ne ovat luonteeltaan erittäin harvinaisia, ja siksi yhdisteiden puhdistamiseen ja sitten tämän ryhmän elementtien saamiseksi käytetään monimutkaisempia menetelmiä.

Useimmiten fluorideja käytetään puhtaiden aktinidiyhdisteiden eristämiseen , koska ne liukenevat huonosti veteen ja ne voidaan poistaa helpommin vaihtoreaktiolla . Aktinidifluoridit pelkistyvät kalsiumilla , magnesiumilla tai bariumilla , koska ne ovat suhteellisen aktiivisempia kuin kolmas ja sitä seuraavat alaryhmät. Esimerkiksi metallista americiumia louhitaan bariumhöyryn vaikutuksesta sen trifluoridiin [5] :

\mathrm {2AmF_{3}+3Ba\ {\xrightarrow {1150-1350^{\circ }C}}\ 3BaF_{2}+2Am}

Muut louhitaan samalla tavalla. Plutonium eristetään tetrafluoridistaan (PuF 4 ) pelkistämällä se:

\mathrm {PuF_{4}+2Ba\ {\xrightarrow {1200^{\circ }C}}\ 2BaF_{2}+Pu}

Uraanimetallia louhitaan myös tetrafluoridista (UF 4 ), mutta magnesiumia käytetään pelkistimenä :

\mathrm {UF_{4}+2Mg\ {\xrightarrow {>500^{\circ }C}}\ U+2MgF_{2}}

Aktinideista torium ja uraani louhitaan helpoimmin. Toriumia louhitaan pääasiassa monatsiitista . Tässä tapauksessa toriumdifosfaatti (Th(PO 4 ) 2 ), jossa on harvinaisten maametallien epäpuhtauksia , jotka saostuvat sulfaattiliuoksen kohonneessa pH: ssa , käsitellään typpihapolla ja toriumnitraatti uutetaan tributyylifosfaatilla . Torium erottuu REE :stä vielä paremmin happamista liuoksista rodanidi - ionien läsnä ollessa .

Kun monatsiittia käsitellään hajottamalla 45-prosenttista natriumhydroksidiliuosta (140 °C:ssa), sekoitetut metallihydroksidit uutetaan ensin, jotka sitten suodatetaan (80 °C:ssa), pestään vedellä ja liuotetaan väkevään suolahappoon . Seuraavaksi hapan liuos neutraloidaan hydroksidilla pH-arvoon 5,8. Tässä tapauksessa toriumhydroksidi (Th(OH) 4 ) saostuu harvinaisten maametallien hydroksidien epäpuhtauksilla (3 %), joista suurin osa jää liuokseen [5] .

Toriumhydroksidi liuotetaan epäorgaaniseen happoon ja puhdistetaan jälleen harvinaisista maametallista. Menetelmää toriumhydroksidin liuottamiseksi typpihappoon pidetään tehokkaampana, koska uutettu liuos voidaan puhdistaa uuttamalla orgaanisilla liuottimilla:

\mathrm {Th(OH)_{4}+4HNO_{3}\longrightarrow Th(NO_{3})_{4}+4H_{2}O}

Mutta toriumkonsentraatti ei liukene täysin typpihappoon. Se liukenee paremmin vetykloridiin muodostaen toriumkloridia ja vettä.

On mahdollista erottaa torium harvinaisista maa-aineista (kun niiden pitoisuus on alhainen) saostamalla toriumoksalaattia happamista liuoksista. Mutta lupaavin menetelmä on toriumsuolojen uuttaminen orgaanisilla liuottimilla, jotka eivät sekoitu veteen [5] .

Toriummetalli erotetaan vedettömästä oksidista, kloridista tai fluorista kalsiumilla inertissä ilmakehässä :

\mathrm {ThO_{2}+2Ca\longrightarrow 2CaO+Th-Q}

Joskus torium louhitaan elektrolyysillä kuumennetusta fluorista natrium- ja kaliumkloridien seoksessa. Elektrolyysi suoritetaan 700-800 °C: ssa grafiittiupokkaassa . Erittäin puhdasta toriumia louhitaan hajottamalla sen jodidi Van Arkelin ja de Boerin menetelmällä .

Uraania louhitaan sen malmeista monin eri tavoin. Ensin malmi sytytetään tuleen, sitten se käsitellään hapoilla , jotta uraani menee liuenneeseen tilaan. Käytettäessä rikkihappoa , joka liuottaa vain kuusiarvoisen uraanin yhdisteitä, on lisättävä myös oksideja (MnO 2 , rautasuoloja jne.) neliarvoisen uraanin muuttamiseksi kuusiarvoiseksi. Seuraavassa vaiheessa uraani erotetaan epäpuhtauksista. Tätä varten liuos suodatetaan ja joskus uraanisuolat uutetaan suoraan massasta orgaanisilla liuottimilla ( dietyylieetteri , tributyylifosfaatti ). Nitraattiliuoksesta uraani on parasta uuttaa TBP : n kerosiiniliuoksessa . Tässä tapauksessa kompleksi -UO 2 (NCS) 2 · 2TBF [5] siirtyy orgaaniseen faasiin .

Kun uraanisuoloista koostuva liuos suodatetaan liukenemattomasta sakasta, uraani voidaan eristää saostamalla hydroksidilla ((NH 4 ) 2 U 2 O 7 ) tai vetyperoksidilla (UO 4 2H 2 O:na).

Jos uraanimalmissa on sekoitus mineraaleja, kuten dolomiittia , magnesiittia jne. ja ne neutraloivat suuren määrän happoa hapon vaikutuksesta uraanimalmiin ( neutralointireaktio ), on tarkoituksenmukaisempaa käyttää karbonaattihajotusmenetelmää. uraanimalmia. Pääreagenssi tähän on soodan vesiliuos , joka muuttaa uraanin liukoiseksi kompleksiseksi yhdisteeksi - [UO 2 (CO 3 ) 3 ] 4− . Tämä yhdiste on stabiili vesiliuoksissa alhaisilla hydroksidi - ionipitoisuuksilla . Natriumkarbonaatin käyttö on edullista, koska sitä käytettäessä, uraania lukuun ottamatta, käytännössä kaikki muut metallit jäävät sakaksi. Uraanimalmien karbonaattihajotusmenetelmän etuna happomenetelmään verrattuna on työliuosten syövyttävien ominaisuuksien puuttuminen. Tämän menetelmän haittana on, että neliarvoiset uraaniyhdisteet eivät liukene natriumkarbonaatin läsnäollessa . Siksi uraanin täydellistä puhdistamista varten malmi käsitellään soodalla kuumennettaessa ja kertaluonteisella paineen alaisena happisyötöllä :

\mathrm {2UO_{2}+O_{2}+4HCO_{3}^{-}+2CO_{3}^{2-}\longrightarrow 2[UO_{2}(CO_{3})_{ 3}]^{4-}+2H_{2}O}

Tästä yhtälöstä voidaan nähdä, että paras liuotin uraanille karbonaatin käsittelyssä on karbonaatin ja bikarbonaatin seos. Kun otetaan keskimääräinen karbonaatti, liuoksen korkean pH :n vuoksi osa uraanista voi saostua diuraanaattina. Diuranaatti eristetään karbonaattiliuoksista pelkistämällä se vedyllä nikkelin läsnä ollessa . Tästä syntyy liukenematon uraanitetrakarbonaatti [5] .

Toinen lupaava menetelmä on korkeapolymeeristen hartsien käyttö polyelektrolyytteinä . Hartseissa tapahtuu ioninvaihtoa , mikä johtaa uraanin vapautumiseen. Tällä menetelmällä uraania voidaan eristää sekä happamista että emäksisistä (karbonaatti)liuoksista. Koska uraani muodostaa muihin transuraanimetalleihin verrattuna helpommin anionisia komplekseja, esimerkiksi [UO 2 (SO 4 ) 2 ] 2− , [UO 2 (CO 3 ) 3 ] 4− , on parempi käyttää kvaternaarisia anioninvaihtimia . ammoniumryhmät R 4 N + A − .

Uraani pestään pois anioninvaihtimesta ammoniumnitraatti- tai typpihappoliuoksella .

Erottamisen jälkeen uraani eristetään uranyylinitraattina - UO 2 (NO 3 ) 2 6H 2 O. Siitä kuumennettaessa saadaan uraani(VI)oksidia, joka vedyllä pelkistettynä muuttuu dioksidiksi:

\mathrm {UO_{3}+H_{2}\longrightarrow UO_{2}+H_{2}O}

Fluorivedyn vaikutuksesta uraanidioksidiin louhitaan uraanitetrafluoridia , joka voidaan sitten pelkistää magnesiumilla metalliksi uraaniksi:

\mathrm {4HF+UO_{2}\longrightarrow UF_{4}+2H_{2}O}

\mathrm {UF_{4}+2Mg\ {\xrightarrow {>500^{\circ }C}}\ U+2MgF_{2}}

Plutoniumin eristämiseksi radioaktiivisten aineiden fissiotuotteista liuotetaan neutronisäteilytettyä uraania typpihappoon. Syntyyn liuokseen lisätään pelkistysainetta ( FeSO 4 tai H 2 O 2 ) , joka muuttaa plutoniumin hapetusasteesta +6 tilaan +4 ja uraani jää uranyylinitraatin muodossa (UO 2 (NO 3 ) 2 ). Pelkistysaineella käsittelyn jälkeen liuos neutraloidaan ammoniumkarbonaatilla pH-arvoon 8. Tässä tapauksessa Pu 4+ saostuu [5] .

Voit myös käyttää toista menetelmää. Nitraattiliuoksen pelkistyksen jälkeen kaasumaisella rikillä lisätään fluorivetyhappoa ja saostetaan lantaani - ionit , ja tällä saostetaan myös plutonium- ja neptuniumfluoridit ( M4 + ). Suodatuksen ja pesun jälkeen fluoridisakka käsitellään kaliumbromaatilla neptuniumin hapettamiseksi liuokseksi, joka liukenee. Lisäksi vahvempien hapettimien avulla plutonium muunnetaan Pu 6+ :ksi ja erotetaan siten lantanideista . $\mathrm {NpO_{2}^{2+}}$

Usein plutoniumin ja muiden aktinidien erottamiseen uraanista alkaen käytetään uuttamista tributyylifosfaatilla. Ensin uutetaan Pu 4 +- ja U 6+ -nitraatit , sitten uuttoaine saatetaan kosketukseen hydratsiinin kanssa ja pelkistynyt plutonium pestään pois [5] .

Aktiiniumia sisältävät valmisteet ovat harvinaisten maametallien saastuttamia. Vaikeutta aktiniumin puhdistamisessa pahentavat aktiniumin ja lantaanin väliset yhtäläisyydet, mikä tekee aktiniumin erottamisesta vaikeaa. Aktiiniumia voidaan saada useilla tavoilla - ydinreaktioilla tai erotus-, saostus- tai ioninvaihtomenetelmillä. Ensimmäisessä tapauksessa käytetään ydinreaktiota, johon liittyy radiumisotooppeja . Toisessa tapauksessa käytetään kemiallisia menetelmiä aktiniumin saamiseksi - ioninvaihtoreaktioita, puhdistusta epäpuhtauksista reaktioiden avulla. Edellä kuvattujen menetelmien lisäksi aktiniumin erottamiseksi epäpuhtauksista on olemassa kromatografiamenetelmiä, uuttomenetelmiä, sähkökemiaa ja muita menetelmiä, joita voidaan soveltaa myös muihin aktinideihin [6] .

Ominaisuudet

Aktinidit ovat ominaisuuksiltaan samanlaisia kuin lantanidit, mutta niiden välillä on eroja. Ero näiden kahden ryhmän välillä selittyy sillä, että aktinideissa ulompien elektronikuorten täyttyminen keskeytyy - kuudennen (ryhmä 6d) ja seitsemännen (7s 2 -elektroniryhmän ilmestymisen jälkeen ) ja siirtymisen aikana jokainen edellinen aktinidi seuraavaan tapahtuu (pääasiassa ja curiumista alkaen - yksinomaan) f-elektronien täyttymisen viidennessä elektronikuoressa. Aktinideissa, analogisesti lantanidien kanssa, f-kerros täytetään neljännessä elektronikuoressa [23] .

Ensimmäisen kokeellisen todisteen viidennen f-elektronikuoren täyttymisestä uraania lähellä olevien raskaiden alkuaineiden alueella saivat E. Macmillan ja F. Abelson vuonna 1940 [23] .

Aktinidi- ionien säteet , kuten lantanidi-ionit, pienenevät monotonisesti alkuaineiden järjestyslukujen kasvaessa. Aktinidi-ionit ovat paramagneettisia , ja molempien kationityyppien gram-ionimagneettisen kyvyn arvo vaihtelee yhtä paljon f-elektronien lukumäärästä riippuen [5] .

Aktinidien ominaisuudet [21] [24]
Omaisuus	AC	Th	Pa	U	Np	Pu	Olen	cm	bk	vrt	Es	fm	md	ei	lr
Ydin lataus	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99	100	101	102	103
Atomimassa	[227]	232.038	[231]	238.029	[237]	[244]	[243]	[247]	[247]	[251]	[252]	[257]	[258]	[259]	[262]
Luonnollisten isotooppien lukumäärä	3	yksi	2	3	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
pisimpään elänyt isotooppi	227	232	231	238	237	244	243	247	247	251	252	257	258	259	262
Pisimmän elinajan isotoopin puoliintumisaika	21,8 vuotta vanha	14 000 milj	32500 vuotta	4470 Ma	2.14 Ma	8,2 Ma	7370 vuotta	15,6 Ma	1400 vuotta	900 vuotta	1,29 vuotta	100,5 päivää	52 päivää	58 min	261 min
Elektroninen konfigurointi maatilassa	6d1 7s2 _ _	6d 2 7s 2	5f 2 6p 1 7s 2 tai 5f 1 6p 2 7s 2	5f 3 6d 1 7s 2	5f 4 6d 1 7s 2 tai 5f 5 7s 2	5f 6 7s 2	5f 7 7s 2	5f 7 6d 1 7s 2	5f 9 7s 2 tai 5f 8 6d 1 7s 2	5f 10 7s 2	5f 11 7s 2	5f 12 7s 2	5f 13 7s 2	5f 14 7s 2	5f 14 6p 1 7s 2
Hapetustila	3	3, 4	3, 4, 5	3, 4, 5, 6	3, 4, 5, 6, 7	3, 4, 5, 6, 7	3, 4, 5, 6	3, 4	3, 4	2, 3	2, 3	2, 3	2, 3	2, 3	3
Metallin säde, nm	0,203	0,180	0,162	0,153	0,150	0,162	0,173	0,174	0,170	0,186	0,186	—	—	—	—
Ionisäde, nm: M 4+ M 3+	- 0,126	0,114 -	0,104 0,118	0,103 0,118	0,101 0,116	0,100 0,115	0,099 0,114	0,099 0,112	0,097 0,110	0,096 0,109	0,085 0,098	0,084 0,091	0,084 0,090	0,084 0,095	0,083 0,088
Lämpötila, °C : sulamispiste	1050 3300	1750 4800	1572 4400	1130 3800	640 3900	640 3230	1176 2610	1340 -	1050 -	900 -	860 -	1530 -	830 -	830 -	1630 -
SEP , B: E °(M 4+ /M 0 ) E °(M 3+ /M 0 )	-2.13 _	-1,83 -	-1,47 -	-1,38 -1,66	−1.30 −1.79	−1.25 −2.00	-0,90 -2,07	-0,75 -2,06	-0,55 -1,96	-0,59 -1,97	-0,36 -1,98	-0,29 -1,96	-1,74 _	--1.20 _	- -2.10
Väritys: [M( H2O ) n ] 4+ [M( H2O ) n ] 3+	- väritön	Väritön Sininen	Keltainen Tummansininen	Vihreä violetti	kelta-vihreä violetti	Ruskea violetti	Punainen Pinkki	Keltainen Väritön	Beige Keltainen vihreä	vihreä vihreä	— Vaaleanpunainen	— —	— —	— —	— —

Aktinidi-ionien likimääräiset (likimääräiset) värit vesiliuoksessa [25]

Hapetustila	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99
+3	AC 3+	Th3 +	Pa 3+	U 3+	Np 3+	Pu3 +	Olen 3+	cm 3+	Bk 3+	vrt . 3+	Es 3+
+4		Th4 +	Pa 4+	U 4+	Np 4+	Pu4 +	Olen 4+	cm 4+	Bk4 +	CF4 +
+5			PaO2 + _	UO 2+ _	Npo2 + _	PuO2 + _	AmO2 + _
+6				UO 2 2+	Np022 + _	PuO 2 2+	AmO22 + _
+7					NPO 2 3+	PuO 2 3+	[AmO 6 ] 5−

Fysikaaliset ominaisuudet

Fysikaalisesta näkökulmasta aktinidit ovat tyypillisiä metalleja . Kaikki ne ovat pehmeitä, niillä on hopeanhohtoinen väri, melko korkea tiheys ja plastisuus. Jotkut näistä metalleista voidaan leikata veitsellä. Torium on kovuudeltaan samanlainen kuin lievä teräs . Kuumennetusta puhtaasta toriumista voidaan rullata levyt, vetää lankaa. Torium on lähes puolet uraanin ja plutoniumin painosta, mutta on kovempaa kuin molemmat. Kaikki aktinidit ovat jossain määrin radioaktiivisia . Näistä vain toriumia ja uraania löytyy luonnosta huomattavia määriä.

Joidenkin aktinidien fysikaaliset ominaisuudet [5] [22] [26]
metallinen nimi	Tiheys, g/cm³, 25 °C:ssa	Sulamispiste, °С	Väri	Neutronin sieppaus poikkileikkaus , navetta	Atomin säde, Å
Actinium	kymmenen	1050	Hopean valkoinen	—	1.88
Torium	11.7	1750	Hopean valkoinen	7.57	1,798
Protactinium	15.4	1572	Hopean valkoinen	—	1,774
Uranus	19.1	1135	Hopean valkoinen	7,68 (luonnollinen sekoitus)	1,762
Neptunium	20.2	644	Hopea	—	1,759
Plutonium	19.7	640	Hopean valkoinen	—	1,58 [27]
Americium	12	1176	Hopea	—	1.82
Curium	13.51	1345	Hopea	—	1.74
Berkelium [28]	13.25	986	Hopean valkoinen	—	1.70
Kalifornia	15.1	900	Hopean valkoinen	—	—
Einsteinium	—	860	Hopea	—	—
Fermi	—	1527	—	—	—
Mendelevium	—	827	—	—	—
Nobelium	—	827	—	—	—
Laurence	—	1627	—	—	—

Kaikille aktinideille aktiniumia lukuun ottamatta on ominaista polymorfismi .

aktinidisäteet. Aktiiniumin ja 5f-elementtien metalliset (katkoviiva) ja ioniset (yhtenäinen viiva) säteet: 1 - M 3+ , 2 - M 4+ , 3 - M 5+ .
Aktinidien vaihekaavio

Plutoniumilla on seitsemän polymorfia, kun taas uraanilla, neptuniumilla ja kaliforniumilla on kolme. Protaktiinin, uraanin, neptuniumin ja plutoniumin kiderakenteilla ei ole monimutkaisuudessaan analogeja lantanidien joukossa ja ne ovat enemmän samankaltaisia kuin 3d-siirtymämetallien rakenteita. Kevyillä aktinideilla on sulamispisteessä kehokeskeinen hila ja plutoniumista alkaen kasvokeskeinen [21] .

Aktinidien sulamislämpötila muuttuu epälineaarisesti f-elektronien määrän kasvaessa. Kun näiden elektronien lukumäärä kasvaa, sulamislämpötila ensin (protaktiniumista plutoniumiksi) laskee ja sitten (americiumista curiumiin) nousee. Neptuniumin ja plutoniumin ainutlaatuisen alhainen sulamispiste selittyy 5f- ja 6d-orbitaalien hybridisoitumisella ja suuntasidosten muodostumisella näissä metalleissa . Curiumista einsteiniumiin sulamispiste laskee jälleen ja nousee sitten maksimiin fermiumissa. Samanlainen sulamislämpötilakäyrä toistuu fermiumista lawrenciumiin [21] .

Aktinideille americiumista einsteiniumiin missä tahansa sulamispisteen alapuolella olevassa lämpötilassa on tunnusomaista pintakeskeiset kuutio- ja kuusikulmainen tiiviit pakkaukset. Transuraanialkuaineilla samankaltaisuus metallilantanidien kanssa lisääntyy - huoneenlämpötilassa aktinidien kiderakenteet americiumista kaliforniumiin ja kevyiden lantanidien kanssa ovat samanlaisia.

Lantanidi- ja aktinidi-ionien säteiden vertailuominaisuudet [5]
Lantanidit	Ln 3+ -ionien säteet , Å	aktinidit	M 3+ ionisäteet , Å	Ionisäteet M 4+ , Å
Lantaani	1,061	Actinium	1.11	—
Cerium	1,034	Torium	1.08	0,99
Praseodyymi	1.013	Protactinium	1.05	0,93
neodyymi	0,995	Uranus	1.03	0,93
Promethium	0,979	Neptunium	1.01	0,92
Samarium	0,964	Plutonium	1.00	0,90
Europium	0,950	Americium	0,99	0,89
Gadolinium	0,938	Curium	0,98	0,88
Terbium	0,923	Berkelium	—	—
Dysprosium	0,908	Kalifornia	—	—
Holmium	0,894	Einsteinium	—	—
Erbium	0,881	Fermi	—	—
Thulium	0,869	Mendelevium	—	—
Ytterbium	0,858	Nobelium	—	—
Lutetium	0,848	Laurence	—	—

Kemialliset ominaisuudet

Kaikki aktinidit ovat reaktiivisia metalleja.

Lantanidien tavoin 5f-alkuaineet ovat erittäin reaktiivisia happea, halogeeneja, typpeä ja rikkiä vastaan. Siten torium, uraani ja neptunium hapettavat hitaasti ilmassa jo huoneenlämpötilassa. Ilmaan jäänyt puhdas plutonium on pyroforista .

Aktinidien ja lantanidien kemiallisten ominaisuuksien ero ilmenee siinä, että aktinidit reagoivat helpommin ja niillä on erilaiset valenssitilat. Tämä selittyy 5f-orbitaalien pienemmällä koosta verrattuna 4f-kiertoradoihin, ulkoisten elektronien seulonnalla ja siten kyvyllä laajentua helpommin 6s- ja 6p-orbitaalien ulkopuolelle. Aktinidit ovat alttiita hybridisaatiolle . Tämä on erityisen ominaista niille alkuaineille, joiden atomeissa on pieni määrä 5f-elektroneja. Tämä selittyy sillä, että alatasojen 5f, 7s ja 6d energiat ovat hyvin lähellä [5] .

Useimmilla tämän ryhmän alkuaineilla voi olla erilaisia hapetusasteita , ja seuraavat hapetustilat esiintyvät stabiilimmissa yhdisteissä [5] :

aktinium - +3;
torium - +4;
protactinium - +5;
uraani - +6;
neptunium - +5;
plutonium - +4;
americium ja muut aktinidit - +3.

Kemiallisilta ominaisuuksiltaan aktinium muistuttaa lantaania, mikä selittyy ennen kaikkea niiden samanlaisilla ionisäteillä. Lantaanin tapaan aktiniumin hapetusaste on vain +3. Aktiinilla, toisin kuin lantaanilla, on heikompi reaktiivisuus ja selvempiä perusominaisuuksia. Muiden kolmivarautuneiden ionien joukossa Ac 3+ :lle on ominaista heikoimpien happamien ominaisuuksien läsnäolo, eli vesiliuoksissa oleva aktinium hydrolysoituu vain vähäisessä määrin [6] [21] .

Toriumille on ominaista korkea kemiallinen aktiivisuus. Toriumin, samoin kuin neljännen ryhmän alkuaineiden, hapetusaste on +4. Koska 6d- ja 5f-kiertoradalla ei ole elektroneja , neliarvoiset toriumyhdisteet ovat värittömiä. Toriumsuolojen liuoksissa pH :ssa < 3 [Th(H 2 O) 8 ] 4+ -kationit ovat vallitsevia . Th4 +-ionilla on epätavallisen suuri säde; koordinaationumerosta riippuen se voi ottaa arvoja 0,95 - 1,14 Å. Tähän ominaispiirteeseen liittyy toriumsuolojen alhainen hydrolysoitumiskyky. Toriumsuolojen erottuva piirre on niiden hyvä liukoisuus ei vain veteen , vaan myös polaarisiin orgaanisiin liuottimiin [21] .

Protaktiinilla on kaksi valenssitilaa , 5 ja 4. Toisin kuin stabiili viisiarvoinen tila, neliarvoinen protaktiinumi liuoksissa hapettuu erittäin helposti Pa 5+ :ksi ilmakehän hapen vaikutuksesta. Tässä suhteessa neliarvoista protaktiiniumia liuoksissa saadaan voimakkaiden pelkistysaineiden vaikutuksesta vetyatmosfäärissä. Kemiallisten ominaisuuksiensa mukaan neliarvoinen protaktinium on U IV :n ja toriumin läheinen analogi . Tiedetään, että Pa IV muodostaa monia kiteisiä yhdisteitä, jotka ovat isorakenteisia U IV :n ja toriumyhdisteiden kanssa. Fluorit, fosfaatit, hypofosfaatit, jodaatit ja Pa IV -fenyylilarsonaatit ovat liukenemattomia veteen ja riittävän laimeisiin happoihin . Protactinium muodostaa liukoisia karbonaatteja. Hydrolyyttisten ominaisuuksien suhteen viisiarvoinen protaktinium on lähellä Ta V :tä ja Nb V :tä . Protaktiniumin kemiallisen käyttäytymisen monimutkaisuus on seurausta 5f-kiertoradan ilmaantumisesta tämän alkuaineen atomeihin [17] .

Uraanille , kuten monille d-alkuaineille, on ominaista useiden hapetustilojen läsnäolo, erityisesti uraanin valenssiarvot ovat 3 - 6, vakain hapetustila on +6. Kuusiarvoisessa tilassa uraani on kuudennen ryhmän alkuaineiden täydellinen elektroninen analogi, vaikka merkittävä ero U 6+- ja W 6+ -ionien säteissä tekee niiden välisestä samankaltaisuudesta vain muodollisen (niillä on kuitenkin sama esimerkiksi korkeampien oksidien ja joidenkin okso- anionien koostumukset ). Uraani IV- ja uraani VI -yhdisteissä on useita ei-stoikiometrisiä yhdisteitä , eli koostumukseltaan vaihtelevia oksideja. Esimerkiksi sen dioksidin - UO 2 - kemiallinen kaava on oikein kirjoitettu UO 2 + x , jossa x:n arvot ovat -0,4 - +0,32. Uraani VI - yhdisteet eivät ole vahvoja hapettimia . Uraani IV -yhdisteillä on pelkistäviä ominaisuuksia, esimerkiksi ne hapettavat helposti ilman hapen vaikutuksesta. Uraani III -yhdisteet ovat erittäin vahvoja pelkistäviä aineita. Uraani on altis organometallisten yhdisteiden muodostumiselle . Tämä ominaisuus selittyy d-orbitaalin läsnäololla [21] . $\mathrm {UO_{2}^{2+}}$

Neptuniumille ovat mahdollisia valenssit 3, 4, 5, 6 ja 7. Ratkaisuissa se voi olla samanaikaisesti useissa niistä. Tämä selittyy viidenarvoisen neptuniumin epäsuhtautuneisuudella vahvasti happamissa liuoksissa, mikä johtuu neptunium-ioniparien redox-potentiaalien läheisyydestä. Liuoksissa stabiileimpia ovat Np V - ionit . Kiinteissä yhdisteissä neptunium on stabiili ja sen valenssi on 4. Np III- ja Np IV -ionit , kuten muut aktinidit, esiintyvät vedessä yllä olevien neptunium-ionien hydratoituneina kationeina. Np III hydrolysoituu heikosti emäksisessä väliaineessa. Metallinen neptunium on erittäin reaktiivinen. Tämän alkuaineen ionit ovat erittäin alttiita koordinaatioyhdisteiden muodostumiselle ja hydrolyysille [12] .

Plutoniumin ja neptuniumin valenssit ovat mahdollisia 3 - 7. Plutoniumin kemiallinen käyttäytyminen on samanlainen uraanilla ja neptuniumilla. Kemiallisesti plutonium on erittäin aktiivinen alkuaine. Ilmassa se hapettuu muodostaen PuO-kalvon 50 °C:ssa. Plutonium reagoi huomattavasti vedyn kanssa jopa 25–50 °C:ssa. Metallinen plutonium on melko aktiivisesti vuorovaikutuksessa halogeenien ja vetyhalogenidien kanssa. Tällä alkuaineella on vahva potentiaali muodostaa metallien välisiä yhdisteitä . Eri hapetusasteisten plutonium-ionien hydrolyysireaktiot ovat melko erilaisia. Pu IV :lle, olosuhteista riippuen, polymerointireaktiot ovat tyypillisiä [29] [30] .

Americium on monipuolisin , jossa hapetusasteiden esiintyminen +2 - +6 on luotettavasti todettu. Kaksiarvoista americiumia saatiin vain kuivina yhdisteinä ja vedettöminä liuoksina ( asetonitriili ). Hapetustilat +3, +5 ja +6 ovat tyypillisiä amerikiumin vesiliuoksille, vaikka niitä vastaavia kiinteitä yhdisteitä tunnetaankin suuri määrä. Neliarvoinen americium muodostaa stabiileja kiinteitä yhdisteitä (dioksidi, fluori, americiumhydroksidi), vesiliuoksessa se esiintyy erilaisten kompleksisten yhdisteiden muodossa . Raportoitiin, että emäksisessä liuoksessa americium voi hapettua hepvalenttiseen tilaan, mutta nämä tiedot osoittautuivat virheellisiksi. Amerikiumin stabiilin valenssi vesiliuoksessa on +3, kiinteissä yhdisteissä +3 ja +4 [4] .

+3 valenssi on hallitseva kaikille myöhemmille elementeille lawrenciumiin asti (mahdollisesti nobeliumia lukuun ottamatta). Kuriumia esiintyy neliarvoisessa tilassa kiinteissä yhdisteissä (fluoridi, curiumdioksidi ) ja vesiliuoksessa - vain epästabiilina fluoridikompleksiyhdisteenä . Kuriumin hapettumisesta vesiliuoksessa kuusiarvoiseen tilaan on raportoitu, mutta muut tutkijat eivät ole kyenneet toistamaan tätä tulosta.

Berkeliumilla on +3 valenssin lisäksi myös +4 valenssi, joka on vakaampi kuin curium; se vastaa useita kiinteitä yhdisteitä (fluoridi, berkeliumdioksidi), ja vesiliuoksessa Bk 4+ -ionin stabiilisuus on lähellä Ce 4+ -ionin stabiilisuutta . Kaliforniumin, einsteiniumin ja fermiumin ainoa kelvollinen valenssi on +3. Kaksiarvoisen tilan esiintyminen mendeleviumissa ja nobeliumissa on todistettu, ja nobeliumissa se on vakaampi kuin kolmiarvoinen tila. Kahden viimeisen transplutonium-alkuaineen, lawrenciumin ja rutherfordiumin, valenssit ovat hyvin vähäisiä; tiedetään, että Lawrenciumilla, sekä liuoksessa että kuivissa yhdisteissä, on vain +3 valenssi; ja rutherfordium kloridin muodossa käyttäytyy hafniumin tavoin, eli ilmeisesti neliarvoisena [4] .

Koska toriumilla, protaktiinilla ja uraanilla on korkeat stabiilit hapetustilat, ne sijoitetaan joskus neljännen, viidennen ja kuudennen ryhmän toissijaisten alaryhmien elementteiksi. Jos tällainen suuntaus todella olisi olemassa, transuraanialkuaineiden pitäisi olla kahdeksannessa ja seitsemännessä ryhmässä, ja niillä pitäisi olla suurempi valenssi helpommin kuin uraanilla . Mutta tätä ei havaita, koska uraanista americiumiin kyky luoda yhdisteitä, joiden valenssi on +6, vähenee. Tämä voidaan varmistaa laskemalla standardiolosuhteissa saadut redox-potentiaalit [5] : $E_{\frac {M^{4+}}{MO_{2}^{2+}}}$

uraani: -0,32 V,
neptunium: +0,34 V,
plutonium: +1,04 V,
americium: +1,34 V.

Tämä johtaa johtopäätökseen, että M 4+ -ionin pelkistyskyky kasvaa americiumista uraaniksi.

Kuten lantanidit , kaikki aktinidimetallit yhdistyvät helposti hapen , halogeenien ja kalkogeenien , hiilen , vedyn ja rikin kanssa. Americiumin osalta havaittiin, että tästä aineesta on mahdollista saada hydridi - AmH3 . Torium, protaktinium ja uraani yhdistyvät myös vedyn kanssa 250 °C:ssa. Luo hydridejä ja muita aktinideja. Hydridit, joilla on yleinen kaava MH 3 , muistuttavat ominaisuuksiltaan suoloja. Kaikki liitännät ovat mustia [5] .

Hiilen kanssa reagoiessaan aktinidit muodostavat pääasiassa karbideja , joiden yleinen kaava on MC, MC 2 ja uraani U 2 C 3 . Rikin kanssa ne tuottavat sulfideja , joilla on yleinen kaava M 2 S 3 ja MS 2 [5] .

Liitännät

Oksidit ja hydroksidit

Joillekin aktinideille tunnetaan useita oksideja : M 2 O 3 , MO 2 , M 2 O 5 ja MO 3 . Kaikkien metallien oksidit M 2 O 3 , MO 2 ja M 2 O 5 ovat emäksisiä ja MO 3 amfoteerisia [ 5] . Oksidien pääominaisuudet ovat selvempiä. Ne yhdistetään helposti veteen muodostaen emäksiä :

\mathrm {M_{2}O_{3}+3H_{2}O\longrightarrow 2M(OH)_{3))

Nämä emäkset liukenevat huonosti veteen ja ovat aktiivisuudessaan lähellä harvinaisten maametallien hydroksideja . Vahvin näistä emäksistä on aktiniumhydroksidi . Actinium vuorovaikuttaa suhteellisen helposti veden kanssa ja syrjäyttää vetyä . Kaikki aktiniumin yhdisteet sen mustaa sulfidia (Ac 2 S 3 ) lukuun ottamatta ovat väriltään valkoisia [5] .

Neliarvoisten aktinidien oksidit kiteytyvät kuutioksi, fluoriittityyppiseksi kiderakenteeksi ( kalsiumfluoridi ).

Joidenkin aktinidien dioksidit [31]
Yhteyden nimi	Toriumdioksidi	Protaktiinidioksidi	Uraanidioksidi	Neptuniumdioksidi	plutoniumdioksidi	americium dioksidi	Kuriumdioksidi	Berkeliumdioksidi	Kalifornian dioksidi
CAS-numero	1314-20-1	12036-03-2	1344-57-6	12035-79-9	12059-95-9	12005-67-3	12016-67-0	12010-84-3	12015-10-0
PubChem	14808		10916
Kemiallinen kaava	THO 2	PaO 2	UO 2	Npo2_ _	PuO 2	AmO 2	CmO2_ _	BkO 2	CfO 2
Moolimassa	264,04 g mol -1	263,035 g mol -1	270,03 g mol -1	269,047 g mol -1	276,063 g mol -1	275,06 g mol -1	270-284 g mol -1	279,069 g mol -1	283,078 g mol -1
Sulamislämpötila	3390 °C		2878 °C	2600 °C	2400 °C	2050 °C
Kiehumislämpötila	4400 °C				2800 °C
Rakenne	An 4+ : __ / O 2− : __
avaruusryhmä	$\mathrm {Fm{\bar {3}}m}$
koordinointinumero	An [8], O[4]

An - aktinidit

Torium muodostaa hapen kanssa vain dioksidia. Sitä voidaan saada polttamalla metallista toriumia hapessa 1000 °C:n lämpötilassa tai kuumentamalla joitain sen suoloista:

\mathrm {Th+O_{2}\ {\xrightarrow {1000^{\circ }C}}\ ThO_{2}}

Toriumdioksidi on tulenkestävä aine (sulamispiste 3220 °C), kestää hyvin lämpöä. Tämän ominaisuuden vuoksi toriumdioksidia käytetään joskus tulenkestävien materiaalien valmistuksessa. 0,8-1 % ThO2:n lisääminen puhtaaseen volframiin stabiloi sen rakenteen; siksi sähkölamppujen hiukset kestävät parhaiten tärinää [5] .

Toriumdioksidi on tärkein oksidi, mutta sitä ei voida saada suoraan metallin reaktiosta veden kanssa. ThO 2 :n liuottamiseksi happoihin se kuumennetaan ensin 500-600 °C:n lämpötilaan. Voimakkaampi kuumennus (yli 600 °C) edistää ThO 2 -rakenteen muodostumista, joka kestää hyvin happoja ja muita reagensseja . Pieni lisäys fluoridi-ioneja katalysoi toriumin ja sen dioksidin liukenemista happoihin .

Protaktiniumista saatiin kaksi oksidia: PaO 2 (musta) ja Pa 2O 5 ( valkoinen). Ensimmäinen niistä on isomorfinen ThO2:n kanssa . Pa 2 O 5 on helpompi saada . Molemmat protaktiiniumoksidit ovat emäksisiä. Viisiarvoiselle protaktiinille voidaan saada Pa(OH) 5 , heikko, huonosti liukeneva emäs [5] .

Hajotessa joitain uraanisuoloja voidaan saada oranssia tai keltaista UO 3 :a . Tämä oksidi on amfoteerinen; se saadaan suoraan vuorovaikutuksesta veden kanssa ja muodostaa useita hydroksideja, joista UO 2 (OH) 2 on stabiilin .

Kun uraani(VI)oksidi reagoi vedyn kanssa , saadaan uraanidioksidia, joka on ominaisuuksiltaan samanlainen kuin ThO 2 . Tämä oksidi on myös emäksinen. Se vastaa uraanitetrahydroksidia (U(OH) 4 ) [5] .

Plutonium , neptunium ja americium muodostavat kahdentyyppisiä oksideja: M 2 O 3 ja MO 2 , joilla on perusominaisuuksia. Kuriumia varten saatiin valkoinen Cm 2 O 3 ja musta CmO 2 ja kaliforniumille Cf 2 O 3 . Muiden aktinidien oksideja on tutkittu huonosti. Neptuniumtrioksidi on vähemmän stabiili kuin uraanioksidi, joten sitä ei saada puhtaassa muodossa (vain Np 3 O 8 ). Samaan aikaan plutonium- ja neptuniumoksidit, joiden kemiallinen kaava on MO 2 ja M 2 O 3 [5] , ovat hyvin tutkittuja .

Uusien alkuaineiden oksidit tutkitaan usein ensimmäisinä, mikä johtuu niiden suuresta merkityksestä, valmistuksen helppoudesta ja siitä, että oksidit toimivat yleensä välituotteina muiden aineiden valmistuksessa.

Aktinidioksidit [4] [6] [12] [17] [32]
Yhdiste	Väri	Syngonia ja rakennetyyppi	Solun parametrit, Å			Tiheys , g/cm³	Olemassaoloalue, °C
Yhdiste	Väri	Syngonia ja rakennetyyppi	a	b	c	Tiheys , g/cm³	Olemassaoloalue, °C
Ac2O3 _ _ _	Valkoinen	Kuusikulmainen, La 2 O 3	4.07	—	6.29	9.19	—
PaO 2	—	Kuutio, CaF 2	5.505	—	—	—	—
Pa 2 O 5	Valkoinen	Kuutio, CaF 2 nelikulmainen tetragonaalinen kuusikulmio romboedrinen ortorombinen	5,446 10,891 5,429 3,817 5,425 6,92	— — — — — 4.02	— 10,992 5,503 13,22 — 4,18	—	700 700-1100 1000 1000-1200 1240-1400 —
THO 2	Väritön	kuutio	5.59	—	—	9.87	—
UO 2	mustanruskea	kuutio	5.47	—	—	10.9	—
Npo2_ _	Vihertävän ruskea	Kuutio, CaF 2	5.424	—	—	11.1	—
PuO	Musta	Kuutio, NaCl	4.96	—	—	13.9	—
PuO 2	oliivinvihreä	kuutio	5.39	—	—	11.44	—
Am2O3 _ _ _	Punaruskea Punaruskea	Kuutio, Mn 2 O 3 kuusikulmainen, La 2 O 3	11.03 3.817	—	— 5,971	10.57 11.7	—
AmO 2	Musta	Kuutio, CaF 2	5.376	—	—	—	—
cm 2 O 3	Valkoinen [33] — —	Kuutio, Mn 2 O 2 kuusikulmainen, LaCl 3 monokliininen, Sm 2 O 3	11.01 3.80 14.28	— — 3,65	— 6 8.9	11.7	—
CmO2_ _	Musta	Kuutio, CaF 2	5.37	—	—	—	—
Bk 2 O 3	Vaalean ruskea	Kuutio , Mn2O3 _	10,886	—	—	—	—
BkO 2	punertavan ruskea	Kuutio, CaF 2	5.33	—	—	—	—
Vrt. 2 O 3 [34]	Väritön kellertävä -	Kuutio, Mn 2 O 3 Monoklininen, Sm 2 O 3 Kuusikulmainen, La 2 O 3	10,79 14,12 3,72	— 3,59 —	— 8,80 5,96	—	—
CfO 2	Musta	kuutio	5.31	—	—	—	—
Es2O3 _ _ _	—	Kuutio, Mn 2 O 3 monokliininen kuusikulmainen, La 2 O 3	10,07 1,41 3,7	— 3,59 —	– 8,80 6	—	—

Happosuolat

Aktinidimetallit yhdistyvät hyvin halogeenien kanssa muodostaen suoloja MHa 3 ja MHa 4 (Ha - halogeeni ), joten saatiin kaliforniumkloridia. Vuonna 1962 syntetisoitiin ensimmäinen berkeliumyhdiste, BkCl 3 , 0,000003 mg [5] .

Kuten harvinaisten maametallien halogeenit , aktinidikloridit , bromidit ja jodidit ovat veteen liukenevia, kun taas fluoridit ovat liukenemattomia. Uraanista on suhteellisen helppoa saada väritöntä heksafluoridia, joka voi sublimoitua 56,5 °C:n lämpötilassa. UF 6 :n keveyden vuoksi sitä käytetään uraani- isotooppien erottamisessa diffuusimenetelmällä.

Aktinidiheksafluoridit ovat ominaisuuksiltaan samanlaisia kuin anhydridit . Vedessä ne hydrolysoituvat muodostaen MO 2 F 2 . Pentakloridia ja mustaa uraaniheksakloridia on myös syntetisoitu, mutta molemmat ovat epästabiileja [5] .

Kun hapot vaikuttavat aktiniumiin, toriumiin, protaktiiniumiin, uraaniin, neptuniumiin jne., saadaan suoloja. Jos niitä käsitellään hapettamattomilla hapoilla, voidaan yleensä saada matalavalenssisia metallisuoloja:

\mathrm {U+2H_{2}SO_{4}\longrightarrow U(SO_{4})_{2}+2H_{2))

\mathrm {2Pu+6HCl\longrightarrow 2PuCl_{3}+3H_{2}}

Kuitenkin näiden reaktioiden aikana pelkistävä vety voi reagoida itse metallin kanssa muodostaen vastaavan metallihydridin. Uraani reagoi happojen ja veden kanssa paljon helpommin kuin torium [5] .

Kolmiarvoiset aktinidikloridit kiteytyvät kuusikulmaiseksi järjestelmäksi .

Joidenkin aktinidien trikloridit [31]
Yhteyden nimi	Actinium(III)kloridi	Uraani(III)kloridi	Neptunium(III)kloridi	Neptunium(III)kloridi	Americium(III)kloridi	Kurium(III)kloridi	Berkelium(III)kloridi	Kalifornia(III)kloridi
CAS-numero	22986-54-5	10025-93-1	20737-06-8	13569-62-5	13464-46-5	13537-20-7	13536-46-4	13536-90-8
PubChem		167444
Kemiallinen kaava	AcCl 3	UCl 3	NpCl3 _	PuCl 3	AmCl3_ _	CmCl3_ _	BkCl 3	CfCl 3
Moolimassa	333,386 g mol -1	344,387 g mol -1	343,406 g mol -1	350,32 g mol -1	349,42 g mol -1	344-358 g mol -1	353,428 g mol -1	357,438 g mol -1
Sulamislämpötila		837 °C	800 °C	767 °C	715 °C	695 °C	603 °C	545 °C
Kiehumislämpötila		1657 °C		1767 °C	850 °C
Rakenne	An 3+ : __ / Cl − : __
avaruusryhmä	$\mathrm {P6_{3}/m}$
koordinointinumero	An *[9], Cl[3]
Hilavakio	a = 762 pm c = 455 pm	a = 745,2 pm c = 432,8 pm		a = 739,4 pm c = 424,3 pm	a = 738,2 pm c = 421,4 pm	a = 726 pm c = 414 pm	a = 738,2 pm c = 412,7 pm	a = 738 pm c = 409 pm

* An - aktinidi(t)

Aktinidifluoridit [4] [12] [17] [22] [32]
Yhdiste	Väri	Syngonia , rakennetyyppi	Solun parametrit, Å			Tiheys, g/cm³
Yhdiste	Väri	Syngonia , rakennetyyppi	a	b	c	Tiheys, g/cm³
AcF 3	Valkoinen	Kuusikulmainen, LaF 3	4.27	—	7.53	7.88
PaF4_ _	Tumman ruskea	Monoklininen	12.7	10.7	8.42	—
PaF 5	Musta	Tetragonaalinen , β-UF 5	11.53	—	5.19	—
ThF 4	Väritön	Monoklininen	13	10.99	8.58	5.71
UV 3	punertava violetti	Kuusikulmainen	7.18	—	7.34	8.54
UV 4	Vihreä	Monoklininen	11.27	10.75	8.40	6.72
α-UF 5	Sinertävä	tetragonaalinen	6.52	—	4.47	5.81
β-UF 5	Sinertävä	tetragonaalinen	11.47	—	5.20	6.45
UV 6	Kellertävä	ortorombinen	9.92	8.95	5.19	5.06
NpF 3	Musta tai violetti	Kuusikulmainen	7.129	—	7.288	9.12
NpF 4	vaaleanvihreä	Monoklininen	12.67	10.62	8.41	6.8
NpF 6	Oranssi	ortorombinen	9.91	8.97	5.21	5
PuF3_ _	Violetti sininen	Trigonaalinen	7.09	—	7.25	9.32
PuF 4	Vaalean ruskea	Monoklininen	12.59	10.57	8.28	6.96
PuF 6	punertavan ruskea	ortorombinen	9.95	9.02	3.26	4.86
AmF 3	Pinkki tai vaalea beige	Kuusikulmainen , LaF 3	7.04	—	7.255	9.53
AmF 4	oranssinpunainen	Monoklininen	12.53	10.51	8.20	—
cmf 3	Suklaanruskeasta loistavan valkoiseen	Kuusikulmainen	4.041	—	7.179	9.7
cmf 4	Keltainen	Monoklinikka, UF 4	12.51	10.51	8.20	—
BkF 3	keltainen vihreä	Trigonaalinen , LaF 3 Ortorombinen , YF 3	6,97 6,7	– 7.09	7,14 4,41	10.15 9.7
BkF 4	—	Monoklinikka, UF 4	12.47	10.58	8.17	—
CFF 3	— —	Trigonaalinen, LaF 3 Ortorombinen, YF 3	6,94 6,65	– 7.04	7,10 4,39	—
CFF 4	— —	Monoklinikka, UF 4 Monoklinikka, UF 4	1,242 1,233	1,047 1,040	8,126 8,113	—

Aktinidien suoloja saadaan helposti liuottamalla vastaavat hydroksidit happoihin. Aktinidien nitraatit, kloridit, perkloraatit ja sulfaatit puolestaan voidaan liuottaa veteen. Nämä suolat kiteytyvät vesiliuoksista muodostaen hydraatteja, esimerkiksi:

Th ( NO3 ) 46H2O , _
Th(SO 4 ) 2 9H 2 O,
Pu 2 (SO 4 ) 3 7H 2O .

Toinen näiden yhdisteiden ominaisuus on korkeamman valenssin aktinidisuolojen kyky helposti hydrolysoitua . Joten väritön väliainesulfaatti, kloridi, perkloraatti, toriumnitraatti liuoksessa muuttuvat nopeasti emäksisiksi suoloiksi kemiallisilla kaavoilla Th (OH) 2 SO 4 , Th (OH) 3 NO 3 .

Kolmiarvoisten ja neliarvoisten aktinidien suolat ovat liukoisuudeltaan samanlaisia kuin lantanidien suolat. Lantaanin ja sen analogien osalta fosfaatit , fluoridit , oksalaatit , jodaatit ja aktinidikarbonaatit liukenevat huonosti veteen. Tässä tapauksessa lähes kaikki huonosti liukenevat suolat saostuvat liuoksessa kiteisten hydraattien muodossa , esimerkiksi ThF 4 3H 2 O, Th(CrO 4 ) 2 3H 2 O [5] .

Aktinidit, joiden hapetusaste on +6, muodostavat tyyppisten kationisten kompleksien lisäksi anioneja [MO 4 ] 2− , [M 2 O 7 ] 2− ja joitain monimutkaisempia yhdisteitä. Esimerkiksi uraanilla, neptuniumilla ja plutoniumilla on tunnettuja uranaattityyppisiä suoloja (Na 2 UO 4 ) ja ditiouranaatteja ((NH 4 ) 2 U 2 O 7 ). $\mathrm {MO_{2}^{2+}}$

Lantanideihin verrattuna aktinidit luovat paremmin koordinaatioyhdisteitä . Kyky muodostaa kompleksisia yhdisteitä aktinideissa lisääntyy metallin valenssin kasvaessa. Kolmiarvoiset aktinidit eivät muodosta fluoridin koordinaatioyhdisteitä, kun taas neliarvoinen torium muodostaa suoloja, kuten K 2 ThF 6 , KThF 5 ja jopa K 5 ThF 9 . Tietylle metallille voidaan helposti saada vastaavat sulfaatit , esimerkiksi Na2S04Th ( SO4 ) 25H20 , nitraatit , tiosyanaatit . Yleiskaavan M 2 Th(NO 3 ) 6 n H 2 O suolat ovat koordinaatioluonteisia , niissä toriumin koordinaatioluku on 12. Vielä helpompaa on muodostaa kompleksisia suoloja viidenarvoisten ja kuusiarvoisten aktinidien kanssa. Riittävän stabiilit kompleksit muodostavat toriumia ja uraania rodanidi-ionien kanssa. Näillä komplekseilla on lisääntynyt stabiilisuus vedettömissä liuottimissa [5] .

On myös syytä huomata, että aktinidien stabiiliimmat koordinaatioyhdisteet - neliarvoinen torium ja uraani - saadaan reaktiolla diketonien kanssa, esimerkiksi asetyyliasetonin kanssa .

Sovellus

Useimmat aktinidit, americium mukaan lukien, ovat löytäneet sovelluksen useilla tieteen ja teknologian aloilla, kuten instrumenteissa (savuanturit), avaruusteknologiassa [5] . Yleisin ja merkittävin on kuitenkin aktinidien käyttö ydinaseiden luomiseen ja käyttö ydinreaktorien polttoaineena , molemmissa tapauksissa joidenkin aktinidien omaisuutta käytetään vapauttamaan valtavaa energiaa ydinreaktion aikana - ydinfissio , joka tietyt olosuhteet voivat olla ketjullisia , eli itseään ylläpitäviä.

Ydinenergian kannalta uraani on erittäin tärkeä, erityisesti sen isotooppi uraani-235 , jota käytetään yleisimmissä lämpöneutronireaktoreissa , jonka pitoisuus luonnonuraanissa ei ylitä 0,72 %. Tällä isotoopilla on suuri sieppauspoikkileikkaus lämpöneutroneille , joita 235 U absorboi ja fissioi vapauttaen suuren määrän energiaa. Lämmöksi muuntuva energia fissioaktiota kohden (200 MeV ) 1 g:ssa reagoinutta 235 U:ta antaa noin 1 MW vuorokaudessa. On erittäin arvokasta, että uraani-235:n fissiossa vapautuu enemmän neutroneja kuin niitä kuluu [5] . Kun uraani-235:n kriittinen massa - 0,8 kg - saavutetaan, tapahtuu itseään ylläpitävä ydinketjureaktio [21] . Yleensä uraaniydin on jaettu 2 fragmenttiin, joista vapautuu 2-3 neutronia, esimerkiksi:

\mathrm {{}_{~}^{235}U+\ _{0}^{1}n\longrightarrow {}_{~}^{115}Rh+{}_{~}^{118} Ag+3_{0}^{1}n}

Ydinenergiassa lupaavaa on myös torium-232 :n ja sen fissiossa syntyvän hyödyllisen tuotteen uraani-233 käyttöön perustuvan ydinsyklin käyttö . Neutronien vapautuminen uraanin pakkofission aikana on tärkeää paitsi ydinketjureaktion ylläpitämiseksi ja suuren energiamäärän saamiseksi, myös raskaampien aktinidien synteesin kannalta. Uraani-239 hajoaa β-hajoamisen kautta muodostaen plutonium-239 :ää, joka uraani-235:n tavoin kykenee spontaanisti fissioon . Maailman ensimmäisiä ydinreaktoreita ei ollut tarkoitettu rauhanomaisiin energiatarpeisiin , vaan plutonium-239:n tuotantoon tarkoituksena käyttää sitä ydinaseiden luomiseen.

Ydinreaktori [21] [35]
Minkä tahansa ydinreaktorin perusta on polttoainenippuista rekrytoitu sydän , joka puolestaan koostuu polttoaine-elementeistä - metallisauvoista, joissa ydinpolttoaine sijaitsee kuoren sisällä, yleensä valmistettu zirkoniumseoksista - useimmiten uraanidioksidin muodossa. . Ydinpolttoainetta voidaan käyttää myös uraanikarbidien, nitridien ja monosulfidien muodossa sekä erilaisten plutonium-, uraani- ja toriumyhdisteiden muodossa (ns. MOX-polttoaine ). Nopeiden neutronien hidastamiseksi lämpöneutronireaktoreissa käytetään hidasteita , jotka sisältävät hiiltä , deuteriumia ja berylliumia . Yksinkertaisin ja yleisimmin käytetty moderaattori on vesi . Tällä tavalla saadut termiset neutronit vuorovaikuttavat uraani-235-ytimien kanssa useita suuruusluokkia useammin kuin nopeiden. Ydinfission nopeuden säätelemiseksi reaktoriin syötetään absorboijat - boorista , kadmiumista ja/tai käytetään nestemäistä absorboijaa, useimmiten boorihappoliuoksen muodossa , jonka pitoisuus säätelee reaktorin reaktiivisuutta. reaktori . Plutoniumin tuotantoon tarkoitetut reaktorit on suunniteltu erityisesti, ne eroavat toimintaperiaatteeltaan ( ne toimivat pääasiassa nopeilla neutroneilla ) ja niitä kutsutaan kasvattajareaktoreiksi tai kasvattajiksi ( englannista. breed - moninkertaistaa). Niiden käyttö mahdollistaa huomattavia määriä plutoniumia.

Toriumia käytetään magnesium - sinkkiseosten seosaineena . _ _ Keveyden ja lujuuden, korkean sulamispisteen ja sitkeyden vuoksi magnesiumin monikomponenttilejeeringit, joihin on lisätty toriumia, ovat laajalti käytössä ilmailuteollisuudessa ja kuorien valmistuksessa . Toriummetallilla on hyvä elektroniemissiokyky . Toriumelektrodilla varustetuilla lampuilla on alhainen alkupotentiaali , eivätkä ne vioittele pitkään [5] . Toriumin ja uraanin isotooppien suhteellisia määriä käytetään usein arvioitaessa tähtien ikää [36] .

Tulevaisuudessa tutkijat pitävät plutonium-238- isotooppia autonomisena energialähteenä, koska sen ydinmuunnoksiin liittyy suuri määrä lämpöä. Teoriassa sen sovellus voi ulottua astronauttien ja sukeltajien pukuihin . Mutta korkean hinnan vuoksi (1 g isotooppia maksaa noin 1 000 dollaria ), sen käyttö on rajoitettua. Tätä isotooppia on käytetty joissakin Maan satelliiteissa lämpöpaaluissa ja veden tislaukseen avaruusaluksissa . Amerikkalaisessa Apollo 11 -avaruusaluksessa oli pieni plutonium-238:lla toimiva lämmitin; se syttyi lentäessään Kuun pimennetyn osan ympäri [5] .

Kurium-242 :ta voidaan käyttää samoihin tarkoituksiin kuin plutonium-238: aa . Myös joillakin Kalifornian isotoopeilla on kyky spontaanisti fissiota. Koska kaliforniumin kriittinen massa on pieni, uskotaan, että siitä on tulevaisuudessa mahdollista valmistaa panoksia atomiluoteja varten .

Kemiallisten reaktioiden kautta tapahtuva plutoniumin erottaminen uraanista on paljon yksinkertaisempaa kuin uraanin isotooppien erottaminen, minkä vuoksi on lupaavaa käyttää aselaatuista plutoniumia käyttöiän lopussa olevista taistelukäristä polttoaineena toriumin ja uraanin kanssa sekoitettuna. niin sanottua MOX-polttoainetta.

Actinium-227 :ää käytetään neutronilähteiden valmistukseen. Suuri ominaisenergian vapautuminen, 14,5 W/g, mahdollisuus saada merkittäviä määriä lämpöstabiileja aktiniumyhdisteitä ovat arvokkaita ominaisuuksia, jotka avaavat hyvät mahdollisuudet käyttää avaruuteen soveltuvissa pitkäaikaisissa lämpögeneraattoreissa . 228 Ac:tä käytetään radioaktiivisuuden indikaattorina kemiantutkimuksessa, sillä siinä on helposti havaittavissa olevaa korkeaenergistä β-säteilyä , jonka energia on 2,18 MeV . Isotooppien 228 Ac - 228 Ra tasapainoseosta käytetään laajalti voimakkaan γ-säteilyn lähteenä teollisuudessa ja lääketieteessä [6] .

Americium-241:tä pehmeiden y-säteiden lähteenä käytetään lääketieteellisessä diagnostiikassa sekä teräsnauhan ja lasilevyn paksuuden säätölaitteissa. Curium-242:n perusteella valmistetaan generaattoreita toimittamaan virtaa avaruusasemien laivoille, ja kalifornium-252 :ta käytetään neutroniradiografiassa erittäin tehokkaana neutronilähteenä [37] .

Aktinideja, kuten plutoniumia ja uraania, on myös käytetty laajalti ydinaseissa. 1900-luvulla suoritettiin suuri määrä ydinpommikokeita. 1900-luvun loppuun mennessä ydinaseiden massakokeet loppuivat kansainvälisen tilanteen paranemisen ja ydinaseiden määrän massiivisen vähenemisen vuoksi maailmassa.

Myrkyllisyys

Radioaktiivisilla aineilla on haitallinen vaikutus ihmiskehoon johtuen:

ihon paikallinen kontaminaatio , joka on aiheutunut esimerkiksi radioaktiivisen aineen läikkymisestä tai läikkymisestä;
sisäinen altistuminen radioaktiivisten isotooppien nauttimisesta;
ulkoinen liiallinen altistuminen voimakkaimmille tyypeille - β- ja γ-säteilylle.

Yhdessä radiumin ja transuraanialkuaineiden kanssa aktinium on yksi vaarallisista radioaktiivisista myrkkyistä, joilla on korkea spesifinen α-aktiivisuus . Anemonen tärkein ominaisuus on sen kyky kerääntyä ja pysyä luurangossa pintakerroksena. Aktiinumyrkytyksen alkuvaiheessa se kerääntyy maksaan . Toinen aktiniumin vaara on, että se hajoaa radioaktiivisesti nopeammin kuin se erittyy kehosta. Aktiinin adsorptio ruoansulatuskanavasta on merkityksetöntä verrattuna radiumin adsorptioon (>0,05 %). Ihon saastumiseen ja nielemiseen liittyvä vaara selittyy sillä, että aktiniumin hajoamisprosessissa muodostuu kaasumaisia radioaktiivisia aineita ( radonin isotooppeja ) [6] .

Kun protactinium pääsee kehoon, sillä on taipumus kerääntyä munuaisiin ja luihin. Protaktiniumin suurimmaksi turvalliseksi annokseksi nautittuna ihmisille on todettu 0,03 µCi ; tämä annos vastaa 0,5 μg 231 Pa. Tämä ilmassa aerosolien muodossa oleva isotooppi on 2,5⋅10 8 kertaa myrkyllisempi kuin syaanivetyhappo (samoilla pitoisuuksilla) [17] .

Kun plutonium otetaan ilman, ruoan kanssa tai veren mukana haavan kautta, se laskeutuu keuhkoihin , maksaan ja luihin . Vain noin 10 % menee muihin elimiin. Plutoniumatomit viipyvät kehossa vuosikymmeniä. Tämä johtuu plutoniumin biokemiallisista ominaisuuksista ja siitä, että plutonium-isotoopeilla on pitkät puoliintumisajat. Osittain plutoniumin pitkäaikainen poistuminen kehosta johtuu huonosta vesiliukoisuudesta. Kaikilla plutoniumin isotoopeilla on korkea radiotoksisuus , erityisesti sen vuoksi, että osa plutoniumytimistä säteilee ionisoivaa α-säteilyä, joka vahingoittaa ympäröiviä soluja. Radiotoksisuus on kääntäen verrannollinen plutoniumin tietyn isotoopin puoliintumisaikaan. Eläintutkimukset ovat osoittaneet, että plutonium-244:n (vähiten radiotoksinen puoliintumisaika 80 miljoonaa vuotta) tappava annos on muutama milligramma kudoskiloa kohden. LD 50 30 päivän ajan koirilla suonensisäisen plutonium-244:n annon jälkeen on noin 0,32 milligrammaa kudoskiloa kohden. Näiden tutkimusten perusteella likimääräinen arvio tappavasta annoksesta 70 kg painavalle henkilölle oli 22 mg. Hengityselinten kautta imeytymisen tulisi olla noin 4 kertaa suurempi. Tämä pitkäikäinen plutoniumin isotooppi osoittaa enimmäkseen kemiallista myrkyllisyyttä, joka on samanlainen kuin ei-radioaktiiviset raskasmetallit. Robert Stonen mukaan laskettiin lyhytikäisten plutoniumin isotooppien turvallinen annos ihmiskehossa. Plutonium-239 (puoliintumisaika 24 tuhatta vuotta) on 50 kertaa vähemmän myrkyllistä kuin radium , ja siksi plutonium-239:n sallitun pitoisuuden kehossa hänen laskelmiensa mukaan pitäisi olla 5 μg tai 0,3 μCi. On huomionarvoista, että tällainen määrä plutoniumia on vaikea nähdä jopa nykyaikaisella mikroskoopilla. Pian sen jälkeen, kun tällaisia annoksia oli testattu eläimillä, tämä annos pieneni kertoimella 5 ja siitä tuli 1 μg tai 0,06 μCi. Tämä annos kuitenkin pienennettiin myös 0,65 μg:aan tai 0,04 μCi:iin [29] .

On myös tehty tutkimuksia siitä, miten plutonium pääsee ihmiskehoon. Näiden tutkimusten aikana todettiin seuraava [29] :

plutoniumin hengittäminen on todennäköisin (ja siksi vaarallisin) reitti. Tässä tapauksessa noin 5-25 % hengitetystä aineesta jää kehoon. Riippuen nautittujen plutoniumyhdisteiden hiukkaskoosta ja liukoisuudesta, sisääntuleva plutonium sijoittuu keuhkoihin tai imunestejärjestelmään tai imeytyy vereen ja siirtyy sitten maksaan tai luihin;
plutoniumin saanti ruoan kautta on epätodennäköisin tapa. Tällöin vereen pääsee vain noin 0,05 % liukoisista plutoniumyhdisteistä ja vain 0,01 % liukenemattomista. Loput kulkevat pidemmälle maha-suolikanavaa pitkin ja erittyvät kehosta;
jos plutonium tai sen yhdisteet joutuvat ihon haavoihin, jopa 100 % lisätystä aineesta jää kehoon.

Galleria

Uranyylinitraatti (UO 2 (NO 3 ) 2 ).
Uraanisuolojen vesiliuokset III, IV, V, VI.
Neptuniumsuolojen III, IV, V, VI, VII vesiliuokset.
Plutoniumsuolan III, V, VI, VII vesiliuokset.
Vasemmalla americium(III)-suolojen ja oikealla americium(IV)-suolojen ioniliuokset.
Uraanitetrakloridi.
Uraaniheksafluoridi.
U 3 O 8 -konsentraatti .

Katso myös

aktinidit

Muistiinpanot

↑ Vieraiden sanojen sanakirja. - M .: " Venäjän kieli ", 1989. - 624 s. ISBN 5-200-00408-8
↑ 1 2 N. Greenwood, A. Earnshaw. Alkuaineiden kemia \u003d Alkuaineiden kemia / Per. englannista. - M . : "Binom. Knowledge Laboratory", 2008. - T. 2. - 670 s. — (Paras ulkomainen oppikirja). - ISBN 978-5-94774-374-6 .
↑ Reino W. Hakala. Letters (englanniksi) // J. Chem. Educ. - 1952. - Iss. 29 (11) . - s. 581 . doi : 10.1021 / ed029p581.2 .
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 B. F. Myasoedov, L. I. Guseva, I. A. Lebedev, M. S. Miljukova, M. K. Chmutova. Transplutonium-alkuaineiden analyyttinen kemia. - M .: Nauka, 1972. - 376 s. - (alkuaineiden analyyttinen kemia). - 1750 kappaletta.
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 M 34 A. Yleinen ja epäorgaaninen kemia = Zagalna ja epäorgaaninen kemia. - Vishcha-koulu, 1971. - T. 2. - 416 s. - 6700 kappaletta.
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Z. K. Karalova, B. F. Myasoedov. Actinium. - M . : "Nauka", 1982. - 144 s. — (Alkuaineiden analyyttinen kemia). - 1150 kappaletta.
↑ Neuvostoliiton ja amerikkalaiset tutkijat löysivät Nobeliumin ja Lawrenciumin lähes samanaikaisesti
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra. Nubase-arvio ydin- ja hajoamisominaisuuksista (englanniksi) // Nuclear Physics : Journal. - 2003. - Voi. A 729 . - s. 3-128 . Arkistoitu alkuperäisestä 27. lokakuuta 2016.
↑ E. Fermi . Alkuaineen, jonka atomiluku on suurempi kuin 92, mahdollisesta löytämisestä = 92:ta korkeamman atomiluvun alkuaineiden mahdollinen tuotanto // Phys . - 1934 . - T. 14 , nro 7 . - S. 829-832 .
↑ Kudryavtsev P.S. Fermi-kokeet // Fysiikan historian kurssi . — 2. painos, korjattu. ja ylimääräistä - M . : Koulutus, 1982. - S. 73.
↑ Seaborg GT Transuranium Elements // Tiede. - 1946. - 25. lokakuuta ( nide 104 , nro 2704 ). - S. 379-386 . — ISSN 0036-8075 . - doi : 10.1126/tiede.104.2704.379 .
↑ 1 2 3 4 5 6 7 Neptuniumin analyyttinen kemia / luku. Toim.: V. A. Mihailov. - M . : "Nauka", 1971. - 218 s. — (Alkuaineiden analyyttinen kemia). - 1700 kappaletta.
↑ E. Fermi. Ensimmäisen ketjureaktiopinon kehitys (englanniksi) // Proceedings of the American Philosophy Society. - 1946. - Iss. 90 .
↑ 1 2 M. E. Drits, P. B. Budberg, G. S. Brukhanov, A. M. Drits, V. M. Panovko. Elementin ominaisuudet. - M . : Kustantaja "Metallurgy", 1985. - 672 s. - 6500 kappaletta.
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 IAEA:n nukliditaulukko . Haettu 7. heinäkuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 6. helmikuuta 2011.
↑ Nuklidien ominaisaktiivisuus laskettiin taulukossa annetuista puoliintumisajoista ja spontaanin fission todennäköisyyksistä
↑ 1 2 3 4 5 6 7 E. S. Palshin, B. F. Myasoedov, A. V. Davydov. Protaktiniumin analyyttinen kemia. - M . : "Nauka", 1968. - 241 s. — (Alkuaineiden analyyttinen kemia). - 2200 kappaletta.
↑ Toim. Kol.: I. P. Alimarin, A. K. Babko, A. I. Busev, E. E. Vainshtein jne . Uraanin analyyttinen kemia / pää. Toim.: A.P. Vinogradov. - M . : Neuvostoliiton tiedeakatemian kustantamo, 1962. - 424 s. — (Alkuaineiden analyyttinen kemia). - 4000 kappaletta.
↑ Taulukko alkuaineista, niiden yhdisteistä, isotooppeista (pääsemätön linkki) . Haettu 7. heinäkuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 12. heinäkuuta 2010. (Venäjän kieli)
↑ A. Kornysheva. Atomibuumi odottaa uraanin viejiä // Kommersant . - 2005. - Ongelma. 19(3103) . (Venäjän kieli)
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Epäorgaaninen kemia kolmessa osassa / Toim. Yu. D. Tretyakova. - M . : Publishing Center "Academy", 2007. - T. 3. - 400 s. - (Siirtymäelementtien kemia). - 3000 kappaletta. — ISBN 5-7695-2533-9 .
↑ 1 2 3 4 5 F. Weigel, J. Katz, G. Seaborg et ai. Chemistry of actinides = The Chemistry of the Actinide Elements / Per. englannista. toim. J. Katz, G. Seaborg, L. Morss. - M . : "Mir", 1997. - T. 2. - 664 s. — (Aktinidien kemia). -500 kappaletta . — ISBN 5-03-001885-9 .
↑ 1 2 Ch. toim. I. L. Knunyants ym. Brief Chemical Encyclopedia. - M . : Valtion tieteellinen kustantamo "Soviet Encyclopedia", 1961. - T. 1. - 1263 s. – 70 000 kappaletta.
↑ Pitkäikäisimmän isotoopin massaluku on annettu hakasulkeissa
↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg. = Lehrbuch der Anorganischen Chemie. - 102. - Berliini: de Gruyter, 2007. - T. 2. - S. 1956. - ISBN 978-3-11-017770-1 .
↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / Toim.: David R. Lide; William M. Haynes. – 90. painos - Lontoo: CRC Press, 2009. - ISBN 9781420090840 , 1420090844. (linkki ei ole käytettävissä)
↑ α-muokkaukseen
↑ β-muodolle
↑ 1 2 3 Per. englannista. kieli, toim. B. A. Nadykto ja L. F. Timofeeva. Plutonium. - Sarov: RFNC-VNIIEF, 2003. - T. 1. - 292 s. — (Perusongelmat). -500 kappaletta . — ISBN 5-9515-00-24-9 .
↑ M. S. Miljukova, N. I. Gusev, I. G. Sentyurin, I. S. Sklyarenko. Plutoniumin analyyttinen kemia. - M . : "Nauka", 1965. - 447 s. — (Alkuaineiden analyyttinen kemia). - 3400 kappaletta.
↑ 1 2 Tietoja osoitteesta webelements.com (eng.) . Käyttöpäivä: 14. kesäkuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 4. tammikuuta 2014.
↑ 1 2 Taulukko epäorgaanisista ja koordinaatiokemiallisista yhdisteistä (pääsemätön linkki) . - Eri alkuaineiden yhdisteiden pääominaisuudet esitetään. Haettu 11. heinäkuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 24. elokuuta 2011. (Venäjän kieli)
↑ Muiden lähteiden mukaan kuutioseskvioksidilla on oliivinvärinen väri. Katso [www.xumuk.ru/encyklopedia/2248.html Curium-yhdisteet sivustolta XuMuK.ru] . Haettu: 11. heinäkuuta 2010. (Venäjän kieli)
↑ Ilmakehän, jossa tämän yhdisteen muodostuminen tapahtuu, vaikutus hilaparametreihin on huomioitu. Muutokset hilaparametreissa ja hilatyypissä voivat heijastaa pieniä poikkeamia stoikiometriasta, joka johtuu osan kolmiarvoisesta kaliforniumista hapettumisesta tai pelkistymisestä. "Emäksisenä" yhdisteenä pidetään kuutiota kalifornium(III)oksidia.
↑ Bartolomey G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. Ydinvoimareaktorien teorian perusteet ja laskentamenetelmät. - M .: Energoatomizdat, 1982. - 512 s.
↑ Sergei Popov, Aleksanteri Sergejev. Universaali alkemia // Aikakauslehti "Around the World": artikkeli. - "Maailman ympäri", 2008. - Numero. 2811 , nro 4 . (Venäjän kieli)
↑ Marina Chadeeva. Tee-se-itse-universumi: Ihmiset jumalina . Popular Mechanics (lokakuu 2004). Haettu 3. tammikuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 21. helmikuuta 2010. (Venäjän kieli)

Kirjallisuus

Greenwood N. N., Earnshaw A. Actinids and transactinide elements // Chemistry of elements = Chemistry of the elements / Per. englannista. toim. Kreivi - Opetusohjelma. - M . : Binom. Knowledge Laboratory, 2008. - Vol. 2. - 607 s. - (Paras ulkomainen oppikirja. 2 osaa). - 2000 kappaletta. - ISBN 978-5-94774-373-9 .
Gregory R. Choppin, Jan-Olov Liljenzin, Jan Rydberg. Radiokemia ja ydinkemia . - 3. painos - Butterworth-Heinemann, 2002. - 709 s. — ISBN 0750674636 , 9780750674638.

Lisälukemista varten

Griveau Jean-Christophe, Colineau Eric. Transuraanielementtien ja -yhdisteiden suprajohtavuus // Comptes Rendus Physique. - 2014. - Vol. 15. - P. 599-615. — ISSN 16310705 . - doi : 10.1016/j.crhy.2014.07.001 .

Sanakirjat ja tietosanakirjat

Bibliografisissa luetteloissa
BNE : XX530121 BNF : 121509511 GND : 4141330-1 J9U : 987007293854005171 LCCN : sh85000700 NDL : 00560152 NKC : ph543053

D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

klo

vrt

alkalimetallit	maa-alkalimetallit	Lantanidit	aktinidit	siirtymämetallit
kevyet metallit	Puolimetallit	ei-metallit	Halogeenit	jalokaasut

Jaksollinen järjestelmä
Dmitri Ivanovitš Mendelejev Jaksollinen laki Elementtiryhmät
Muodot	lyhyt Lohkojen mukaan Laajennettu laajennettu Elektroniset kokoonpanot Elektronegatiivisuus Vaihtoehtoinen Alkuaineiden isotoopit
Tuoteluettelot tekijän mukaan	...Nimi ... Etymologioita ...avaamis aika ...hapetustilat ... Kovuus ... Yleisyys miehessä : hivenaineet makroravinteet Organogeenit ... Sähkökemiallisten standardipotentiaalien arvo
ryhmät	yksi 2 3 neljä 5 6 7 kahdeksan 9 kymmenen yksitoista 12 13 neljätoista viisitoista 16 17 kahdeksantoista
Jaksot	yksi 2 3 neljä 5 6 7 kahdeksan
Kemiallisten alkuaineiden perheet	ei-metallit Puolimetallit (metallit) Metallit Intransitiiviset elementit siirtymämetallit Siirtymän jälkeiset metallit Sisäiset siirtymämetallit Lantanidit aktinidit Transuraani supersiirtymämetallit kevyet metallit Raskasmetallit Superraskaat alkuaineet (transaktinoidit) Tulenkestävät metallit Platinaryhmän metallit jalometallit Rautaa sisältämättömät metallit radioaktiivisia elementtejä keinotekoisia elementtejä Harvinaisia esineitä harvinaisten maametallien alkuaineita Hivenaineet Monoisotooppiset elementit Polyisotooppiset elementit
Jaksotaulukon lohko	s-elementtejä p-elementtejä d-elementtejä f-elementtejä g-elementtejä
muu	Lantanidi supistuminen aktinoidinen supistuminen Ennustetut elementit Kemiallisten alkuaineiden symbolit lista
Jaksotaulukko Luokka: Jaksollinen järjestelmä Portaali: Kemia {{ Jaksollinen elementtijärjestelmä }}