Actinide

Elementele actinide (actinoide)^[1] reprezintă un grup de 15 elemente metalice radioactive situate în sistemul periodic de la actiniu (Z= 89) până la lawrenciu (Z=103)^[2]. Fac parte, alături de lantanide (lantanoide) din grupa metalelor tranziționale de tip f. Într-o oarecare măsură, grupul elementelor actinide (89 ≤Z ≤103) se suprapune peste grupul elementelor transuraniene (cu număr de ordine Z ≥93). De asemenea, actinidele minore sunt incluse în grupul actinidelor.

Grupă →	4 IV B	5 V B	6 VI B	7 VII B	8 VIII B	9 VIII B	10 VIII B	11 I B	12 II B	13 III A	14 IV A	15 V A	16 VI A	17 VII A	18 VIII A
Actinide**	89 Ac	90 Th	91 Pa	92 U	93 Np	94 Pu	95 Am	96 Cm	97 Bk	98 Cf	99 Es	100 Fm	101 Md	102 No	103 Lr

Structura electronică

Structura electronică a americiului

Actinidele sunt situate în perioada a 7-a în sistemul periodic.^[3] Toate au 86 de electroni distribuiți precum în gazul nobil radon și trei electroni adiționali care pot fi poziționați în orbitali 6d sau 7s (în exterior). Fiecare electron adițional ocupă apoi orbitalii interiori, ceea ce conduce la fenomenul de contracție a actinidelor (similar contracției lantanidelor).^[4] Specific, seria se formează prin inserarea unui extra electron pentru fiecare element nou succesiv în orbitalii 5f. Cu toate acestea, electronii de valență se găsesc de obicei în orbitalii 6d și 7s. Astfel, diferența majoră între atomii elementelor seriei este prezența electronilor 5f adiționali în interiorul norului electronic. Fiind poziționat în al cincilea strat, electronul distinctiv afectează proprietățile actinidelor într-un mod minor, întrucât electronii 5f nu contribuie în mod normal la formarea legăturii chimice.

Există însă un număr de excepții de la acestă tendință generală, după cum se poate observa mai jos:

Actiniu (Ac), Z= 89, [Rn]6d¹7s²
Thoriu (Th), Z= 90, [Rn]6d²7s²
Protactiniu (Pa), Z= 91, [Rn]5f²6d¹7s²
Uraniu (U), Z= 92, [Rn]5f³6d¹7s²
Neptuniu (Np), Z= 93, [Rn]5f⁴6d¹7s²
Plutoniu (Pu), Z= 94, [Rn]5f⁶7s²
Americiu (Am), Z= 95, [Rn]5f⁷7s²
Curiu (Cm), Z= 96, [Rn]5f⁷6d¹7s²
Berkeliu (Bk), Z= 97, [Rn]5f⁹7s²
Californiu (Cf), Z= 99, [Rn]5f¹⁰7s²
Einsteiniu (Es), Z= 99, [Rn]5f¹¹7s²
Fermiu (Fm), Z= 100, [Rn]5f¹²7s²
Mendeleviu (Md), Z= 101, [Rn]5f¹³7s²
Nobeliu (No), Z= 102, [Rn]5f¹⁴7s²
Lawrenciu (Lr), Z= 103, [Rn]5f¹⁴6d¹7s²

Stări de oxidare

Soluții de plutoniu în diferite stări de oxidare

Actinidele prezintă stări de oxidare diverse în compuși, stabilitatea acestora depinzând dramatic de starea de agregare a respectivelor combinații chimice.^[5] Americiul și californiul formează halogenuri în această stare de oxidare. Există studii spectroscopice care indică faptul că și actinidele mai grele decât californiul ar forma compuși în această stare de oxidare. Starea de oxidare 3+ este întâlnită în toată seria, cu excepția thoriului și protactiniului. Există o similaritate evidentă între toate aceste elemente în starea de oxidare 3+, precum și cu lantanidele în aceeași stare de oxidare. Din această cauză, separarea elementelor și a compușilor acestora este - de multe ori - dificilă. Similar, starea de oxidare 4+ este frecventă pentru thoriu, protactiniu, uraniu, neptuniu, plutoniu, berkeliu, fiind întâlnită și în unii compuși ai americiului, curiului și californiului (în special, în soluții). Stări de oxidare superioare sunt specifice actinidelor, nefiind întâlnite în seria lantanidelor. Protactiniul poate atinge starea maximă de oxidare 5+. Uraniul, neptuniul și americiul pot apărea în starea de oxidare 5+ și 6+. Doar neptuniul și plutoniul pot atinge starea de oxidare 7+.

Răspândire

În mod natural, doar primele patru elemente din serie apar în mediul înconjurător. Thoriul și uraniul sunt constituienți primordiali ai scoarței tereste (izotopii ²³²Th, ²³⁵U și ²³⁸U au timpi de înjumătățire comparabili cu cel al vârstei Pământului și supraviețuit de la formarea Sistemului Solar. ²³⁴U este un produsul de dezintegrare α al ²³⁸U. La rândul lor, actiniul și protactiniul sunt parte a seriilor naturale de dezintegrare, izotopi ai acestora fiind produși continuu în urma dezintegrării izotopilor thoriului și uraniului. Toate celelalte elemente actinide (cunoscute și ca elemente transuraniene) sunt de origine antropică și sunt produse prin procese de bombardare a actinidelor naturale cu neutroni sau ioni grei în reactori sau acceleratori de particule. Neptuniul, americiul, curiul, berkeliul, californiul, einsteiniul și fermiul (așa numitele actinide minore) sunt produse - alături de plutoniu - în timpul funționării reactorului nuclear ca urmare a activării combustibilului nuclear și sunt parte componentă a combustibilului nuclear epuizat. Restul actinidelor sunt produse de către cercetători în laborator, prin bombardarea unor ținte de iradiere cu particule α (mendeleviu), ¹²C sau ¹³C (nobeliu), ¹⁰B sau ¹¹B (lawrenciu).

Proprietăți nucleare

Izotopii actinidelor au proprietăți nucleare din cele mai diverse, motiv pentru care se recomandă a se verifica pagina individuală a fiecărui element. Astfel, timpii de înjumătățire pot varia de la nanosecunde la zeci de miliarde de ani. De asemenea, chiar dacă dezintegrarea α este o constantă de-a lungul seriei actinidelor, acesta este însoțită aproape intotdeauna de dezintegrări β și emisie de radiație γ. De asemenea, unii izotopi ai actinidelor mai grele pot emite neutroni. Evident, procesul care face actinidele unice relativ la alte elemente din sistemul periodic, este fisiunea (spontană sau indusă) a anumitor nuclee.

Utilizări

Unii izotopi ai actinidelor prezintă proprietatea de a fisiona, fapt exploatat de către om în scopuri pașnice (producerea de energie nucleară) sau militare (bomba atomică).

Indiferent de izotop, atomii de uraniu se dezintegrează spontan emițând particule α, proces exploatat în geocronologie (datarea uraniu-thoriu, datarea uraniu-plumb și datarea uraniu-uraniu).

Uraniul a fost folosit pe post de colorant în sticla de uraniu, producând diferite tente de culoare, în funție de starea de oxidare. A fost de asemenea folosit și în arta fotografică. Densitatea foarte mare (19,1 g/cm³) și proprietățile lui fizice îl recomandă pentru unele aplicații militare și civile. Principalele utilizări civile sunt: contragreutăți în aviație, ecrane împotriva radiațiilor, containere pentru surse de radioterapie, deșeuri radioactive și de transport pentru materiale radioactive. Densitatea foarte mare și faptul cǎ se poate aprinde ușor îl recomandă pentru fabricarea de muniție care poate penetra blindajul tancurilor. Când muniția cu uraniu sărăcit lovește vehicolul blindat se generează aerosoli ce constituie un risc potențial pentru combatanți. ²⁴¹Am este utilizat ca sursă de calibrare în spectrometria nucleară γ. A fost utilizat și ca sursă de ionizare în detectori de fum sau ca baterie atomică pentru persoane cu insuficiență cardiacă. ²⁴²Am este un emițător de neutroni și este ca atare utilizat uneori în radiografia cu neutroni. ²³⁸Pu și ²⁴¹Am sunt folositi ca generatoare electrice (în baza efectului Seebeck) pentru sonde spațiale trimise în misiuni în spațiul cosmic. ²⁴⁴Cm este folosit ca sursă de radiație α în spectrometrele Röntgen cu particule α în diverse misiuni pe Marte. ²⁵²Cf este utilizat într-o oarecare măsură în tratamentul împotriva cancerului. Unele nuclee ale actinidelor pot fi folosite drept ținte de iradiere pentru producerea elementelor supergrele prin bombardare cu nuclee grele.

Vezi și

Legături externe

Referințe

^ L.B. Asprey, L. Morss. „Actinoid element”.
^ Cecal, Alexandru (1989). Implicații ale fisiunii nucleare. Tehnică, București.
^ Freeman, A.J. (1974). The actinides: electronic structure and related properties. Academic Press.
^ „Lanthanides and actinides”. Accesat în 23 septembrie 2018.
^ Cotton, Simon (2006). Lanthanide and actinide chemistry. Willey.

[1] L.B. Asprey, L. Morss. „Actinoid element”.

[2] Cecal, Alexandru (1989). Implicații ale fisiunii nucleare. Tehnică, București.

[3] Freeman, A.J. (1974). The actinides: electronic structure and related properties. Academic Press.

[4] „Lanthanides and actinides”. Accesat în 23 septembrie 2018.

[5] Cotton, Simon (2006). Lanthanide and actinide chemistry. Willey.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]