Mitä aktinidit ovat?

Aktinidit ovat jaksollisen taulukon alkuaineille 90-103 annettu kollektiivinen nimi, joka koostuu toriumista, protaktiniumista, uraanista, neptuniumista, plutoniumista, amerikiumista, kuriumista, berkeliumista, kaliforniumista, einsteiniumista, fermiumista, mendeleviumista, nobeliumista ja Lawrenciumista. Elementti actinium, atominumero 89, jonka mukaan ryhmä on nimetty, ei – varsinaisesti ottaen – ole yksi aktinideista, mutta sisältyy usein niihin. Kuten kaikkien lyijyä raskaampien alkuaineiden kohdalla, yhdelläkään aktinidisarjalla ei ole stabiileja isotooppeja, ja siksi kaikki ovat radioaktiivisia, yleensä alfa -hajoamista muiksi alkuaineiksi. Uraania ja toriumia esiintyy luonnossa sekä pieniä määriä aktiniumia, protaktiniumia, plutoniumia ja neptuniumia. Muita elementtejä ei ole koskaan havaittu luonnossa, mutta niitä on valmistettu erittäin pieninä määrinä hiukkaskiihdyttimissä.

Uraanilla ja toriumilla on pitkä puoliintumisaika, ja niitä on ollut maapallolla huomattavia määriä sen muodostumisesta lähtien. Uskotaan, että suuri osa maapallon ytimen lämmöstä, joka ohjaa levyteknologiaa ja tulivuoria, johtuu näiden elementtien radioaktiivisesta hajoamisesta. Plutonium-244-isotoopilla on suhteellisen pitkä puoliintumisaika ja jälkiä maapallon alkuperäisestä plutoniumista on edelleen hengissä; suurin osa ympäristön plutoniumista on kuitenkin peräisin ydinreaktoreista ja ydinkokeista. Luonnossa esiintyvällä aktiniumilla, protaktiniumilla ja neptuniumilla on paljon lyhyempi puoliintumisaika, joten kaikki näiden alkuaineiden määrät, jotka olivat läsnä maapallon muodostumisen aikana, olisivat jo kauan sitten rappeutuneet muihin alkuaineisiin. Actinium, protaktinium ja neptunium muodostavat ydinprosesseja, jotka liittyvät uraanin isotooppien hajoamiseen.

Kuten lantanidielementit, myös aktinidit muodostavat erillisen lohkon jaksollisesta päätaulukosta, kuten yleensä kuvataan, elektronikonfiguraationsa vuoksi. Molemmissa näissä lohkoissa uloin elektronin alikuori on ollut käytössä ennen aiempaa alikuorta, koska jälkimmäisellä on korkeampi energiataso, ja tässä alikuorossa olevien elektronien lukumäärä erottaa elementit toisistaan. Lantanideille 4f -alikuori on tärkeä ja aktinideille 5f -alikuori. Nämä elementit tunnetaan myös f-lohkoelementteinä. Ulompi alikuori on sama kaikille lohkon kaikille elementeille, lukuun ottamatta lawrenciumia, joka eroaa edellisestä elementistä ei 5f -alikuorissa, vaan siinä, että siinä on lisäksi 7p -alikuori, joka sisältää yhden elektronin.

Aktinidikemiaa ohjaa se tosiasia, että valenssielektronit, jotka voivat sitoutua muihin atomeihin, eivät rajoitu uloimpaan alikuoreen, jolloin näiden alkuaineiden joukossa on vaihteleva määrä hapettumistiloja. Esimerkiksi plutoniumin hapetustilat voivat olla +3 – +7. Kaikki elementit ovat kemiallisesti reaktiivisia ja hapettuvat nopeasti ilmassa ja päällystetään oksidikerroksella. Reaktiivisuus kasvaa atomipainon kanssa ryhmän sisällä; joidenkin raskaampien osien kemiallisten ominaisuuksien tutkiminen on kuitenkin vaikeaa niiden voimakkaan radioaktiivisuuden ja hyvin lyhyiden puoliintumisaikojen vuoksi.

Pitkäikäisemmät aktinidi-isotoopit ovat löytäneet erilaisia ​​käyttötarkoituksia. Toriumia on käytetty 19 -luvun lopulta lähtien kaasuvaippojen valmistuksessa. Joidenkin uraanin ja plutoniumin isotooppien kyky suorittaa ydinfissio on johtanut niiden käyttöön ydinreaktoreissa ja ydinaseissa, ja plutoniumia on käytetty myös pitkäaikaisena virtalähteenä avaruusluotaimille. Americiumia käytetään savunilmaisimissa.