Войти
актиноид/ ˈæktɪnɔɪd / (номенклатура ИЮПАК, также называемый актиноид/ ˈæktɪnaɪd / ) включает 15 металлических химических элементов с атомными номерами от 89 до 103, актиний через лоуренсий. Группа актиноидов получила свое название от первого элемента в серии, актиний. Неформальный химический символ Знакиспользуется в общих обсуждениях химии актиноидов для обозначения любого актиноида.
Строго говоря, актиний был помечен как группа 3 элемент, но часто включается в любое общее обсуждение химии актиноидных элементов. Поскольку «актиноид» означает «актинийоподобный» (ср. Гуманоид или андроид), по семантическим причинам утверждается, что актиний не может логически быть актиноидом, но ИЮПАК признает его включение на основании обычного употребления. 582>
Все актиниды, кроме одного, являются элементами f-блока, за исключением актиний или лоуренсий. Серия в основном соответствует заполнению 5f электронной оболочки, хотя в актинии и тории отсутствуют какие-либо 5f-электроны, а кюрий и лоуренсий имеют то же число, что и предыдущий элемент. По сравнению с лантаноидами, также в основном элементами f-блока, актиниды демонстрируют гораздо более изменчивую валентность. Все они имеют очень большие атомные и ионные радиусы и демонстрируют необычно широкий диапазон физических свойств. В то время как актиний и поздние актиниды (начиная с америция и далее) ведут себя аналогично лантаноидам, элементы торий, протактиний и уран гораздо больше похожи на переходные металлы по своему химическому составу, при этом нептуний и плутоний занимают промежуточное положение..
Все актиниды радиоактивны и выделяют энергию при радиоактивном распаде; природные уран и торий, а также синтетически произведенный плутоний являются самыми распространенными актинидами на Земле. Они используются в ядерных реакторах и ядерном оружии. Уран и торий также имеют различное текущее или историческое применение, и америций используется в ионизационных камерах большинства современных дымовых детекторов.
актинидов, первобытных торий и уран встречаются в природе в значительных количествах. Радиоактивный распад урана дает кратковременные количества актиния и протактиния, а атомы нептуния и плутония иногда образуются в результате реакций трансмутации в урановые руды. Остальные актиниды являются чисто синтетическими элементами. В результате испытаний ядерного оружия в окружающую среду было выброшено не менее шести актинидов тяжелее плутония ; анализ обломков от взрыва водородной бомбы в 1952 г. показал наличие америция, кюрия, берклия, калифорния, эйнштейний и фермий.
В представлениях таблицы Менделеева лантаноиды и актиниды обычно показаны в виде двух дополнительных строк под основной частью таблицы с заполнители или выбранный отдельный элемент каждой серии (либо лантан, или лютеций, и либо актиний, либо лоуренсий, соответственно), показанные на одна ячейка основной таблицы, между барием и гафнием и радием и резерфордием соответственно. Это соглашение полностью зависит от эстетики и практичности форматирования; редко используемая периодическая таблица с широким форматом вставляет ряды лантанидов и актинидов в их надлежащие места, как части шестой и седьмой строк (периодов) таблицы.
Первозданный От распада Синтетический Границапоказывает естественное происхождение элемента
| Элемент | Год | Метод |
|---|---|---|
| Нептуний | 1940 | Бомбардировка U нейтронами |
| Плутоний | 1941 | Бомбардировка U дейтронами |
| Америций | 1944 | Бомбардировка Pu нейтронами |
| Кюрий | 1944 | Бомбардировка Pu α-частицами |
| Берклий | 1949 | Бомбардировка Am α-частицами |
| Калифорний | 1950 | Бомбардировка Cm α-частицами |
| Эйнштейний | 1952 | Как продукт ядерного взрыва |
| Фермий | 1952 | Как продукт ядерного взрыва |
| Менделевий | 1955 | Бомбардировка Es α-частицами |
| Нобелий | 1965 | Бомбардировка Am N. или U с Ne |
| Лоуренсий | 1961. –1971 | Бомбардировка Cf B или B. и Am с помощью O |
Подобно лантаноидам, Актиниды образуют семейство элементов с h аналогичных свойств. Внутри актинидов есть две перекрывающиеся группы: трансурановые элементы, следующие за ураном в периодической таблице - и трансплутониевые элементы, следующие за плутонием. По сравнению с лантаноидами, которые (за исключением прометия ) встречаются в природе в заметных количествах, большинство актинидов встречаются редко. Большинство из них даже не встречаются в природе, а из тех, что встречаются, только торий и уран встречаются в более чем следовых количествах. Наиболее распространенными или легко синтезируемыми актинидами являются уран и торий, за ними следуют плутоний, америций, актиний, протактиний, нептуний и кюрий.
Существование трансурановых элементов было предположено Энрико Ферми на основе о своих экспериментах в 1934 году. Однако, хотя к тому времени были известны четыре актинида, еще не было понято, что они образуют семейство, подобное лантаноидам. Преобладающее мнение, которое доминировало в ранних исследованиях трансуранов, заключалось в том, что они были регулярными элементами в 7-м периоде, с торием, протактинием и ураном, соответствующими 6-му периоду гафнием, танталом и вольфрам соответственно. Синтез трансуранов постепенно опровергал эту точку зрения. К 1944 году наблюдение, что кюрий не проявляет степени окисления выше 4 (тогда как его предполагаемый гомолог 6-го периода, платина, может достигать степени окисления 6), побудило Гленна Сиборга сформулировать формулу " актинидная гипотеза ". Исследования известных актинидов и открытия других трансурановых элементов предоставили больше данных в поддержку этой точки зрения, но фраза «гипотеза актинидов» (подразумевающая, что «гипотеза» - это то, что не было окончательно доказано) по-прежнему активно использовалась. учеными в конце 1950-х.
В настоящее время существует два основных метода производства изотопов трансплутониевых элементов: (1) облучение более легких элементов либо нейтронами или (2) ускоренные заряженные частицы. Первый метод наиболее важен для приложений, так как только нейтронное облучение с использованием ядерных реакторов позволяет производить значительные количества синтетических актинидов; однако он ограничен относительно легкими элементами. Преимущество второго метода состоит в том, что можно получить элементы тяжелее плутония, а также нейтронодефицитные изотопы, которые не образуются при нейтронном облучении.
В 1962–1966 годах в США предпринимались попытки. Государства производят изотопы трансплутония с помощью серии из шести подземных ядерных взрывов. Небольшие образцы горной породы были извлечены из зоны взрыва сразу после испытания для изучения продуктов взрыва, но никакие изотопы с массовым числом больше 257 обнаружить не удалось, несмотря на прогнозы, что такие изотопы будут иметь относительно длинный период полураспада α-распада. Это отсутствие наблюдения было приписано спонтанному делению из-за большой скорости продуктов и другим каналам распада, таким как испускание нейтронов и деление ядер.
Уран и торий были первыми актинидами , открытыми. Уран был идентифицирован в 1789 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом в настурановой руде. Он назвал ее в честь планеты Уран, которая была открыта всего восемь лет назад. Клапрот мог осаждать желтое соединение (вероятно, диуранат натрия ), растворяя настуран в азотной кислоте и нейтрализуя раствор гидроксидом натрия. Затем он восстановил полученный желтый порошок древесным углем и извлек черное вещество, которое он принял за металл. Только 60 лет спустя французский ученый Эжен-Мельхиор Пелиго идентифицировал его как оксид урана. Он также выделил первый образец металлического урана путем нагревания тетрахлорида урана с металлическим калием. Затем атомная масса урана была рассчитана как 120, но Дмитрий Менделеев в 1872 году исправил ее до 240, используя свои законы периодичности. Это значение было подтверждено экспериментально в 1882 г. К. Циммерманом.
Оксид тория был обнаружен Фридрихом Велером в минерале торианит, который был обнаружен в Норвегии (1827 г.) Йонс Якоб Берцелиус более подробно охарактеризовал этот материал в 1828 году. Восстановив тетрахлорид тория калием, он выделил металл и назвал его торий в честь норвежского бога грома и молнии. Тор. Тот же метод выделения позже был использован Пелиго для урана.
Актиний был открыт в 1899 году Андре-Луи Дебьерном, помощником Марии Кюри, в уране. отходы, оставшиеся после удаления радия и полония. Он описал это вещество (в 1899 году) как похожее на титан и (в 1900 году) как на торий. Однако открытие актиния Дебьерном было поставлено под сомнение в 1971 и 2000 годах, поскольку публикации Дебьерна в 1904 году противоречили его более ранним работам 1899–1900 годов. Эта точка зрения вместо этого соответствует работе 1902 года Фридриха Оскара Гизеля, который обнаружил радиоактивный элемент под названием эманий, который ведет себя аналогично лантану. Название «актиний» происходит от греческого слова «актис», «актинос» (ακτίς, ακτςνος), что означает луч или луч. Этот металл был открыт не его собственным излучением, а излучением дочерних продуктов. Из-за близкого сходства актиния и лантана и низкого содержания чистый актиний мог быть произведен только в 1950 году. Термин актинид, вероятно, был введен Виктором Гольдшмидтом в 1937 году.
Протактиний, возможно, был изолирован. в 1900 году Уильямом Круксом. Впервые он был идентифицирован в 1913 году, когда Казимир Фаянс и Освальд Гельмут Геринг столкнулись с короткоживущим изотопом Ра (период полураспада 1,17 минут) во время своих исследований распада урана. Они назвали новый элемент brevium (от латинского brevis - краткое); название было изменено на протоактиний (от греческого πρῶτος + ἀκτίς, что означает «первый элемент луча») в 1918 году, когда две группы ученых во главе с австрийкой Лизой Мейтнер и Отто Хан из Германии и Фредерик Содди и Джон Крэнстон из Великобритании независимо друг от друга открыли гораздо более долгоживущий Па. Название было сокращено до протактиний в 1949 году. Этот элемент мало изучался до 1960 года, когда А.Г. Мэддок и его сотрудники в Великобритании выделили 130 граммов протактиния из 60 тонн отходов, оставшихся после извлечения урана из его руды.
Нептуний (названный в честь планеты Нептун, следующая планета за пределами Урана, в честь которой был назван уран) был открыт Эдвином Макмилланом и Филипом Х. Абельсоном в 1940 году. в Беркли, Калифорния. Они произвели изотоп Np (период полураспада = 2,4 дня), бомбардируя уран медленными нейтронами. Это был первый трансурановый элемент, произведенный синтетически.
Гленн Т. Сиборг и его группа в Калифорнийском университете в Беркли синтезировали Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No и элемент 106, который позже был назван сиборгий в его честь, когда он был еще жив. Они также синтезировали более сотни изотопов актинидов.Трансурановые элементы не встречаются в природе в значительных количествах и обычно синтезируются с помощью ядерных реакций, проводимых с помощью ядерных реакторов. Например, при облучении реакторными нейтронами уран-238 частично превращается в плутоний-239 :
![{\displaystyle {\ce {{^{238}_{92}U}+{}_{0}^{1}n->{} _ {92} ^ {239} U ->[ \ beta ^ {-}] [23.5 \ {\ ce {min}}] {} _ {93} ^ {239} Np ->[\ beta ^ {-}] [2.3 \ {\ ce {days}}] {} _ {94} ^ {239} Pu}} \ left ({\ ce {->[\ alpha] [2.4 \ cdot 10 ^ {4} \ {\ ce {years}}]}} \ right) { \ ce {^ {235} _ {92} U}}}]( https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/ svg / e7a95dee843f1cf5e9156013e8ca01c30870d896 )
Эта реакция синтеза была использована Ферми и его сотрудниками при проектировании реакторов, расположенных на Хэнфордской площадке, которые производили значительное количество аммиака. Количества плутония-239 для ядерного оружия Манхэттенского проекта и послевоенного ядерного арсенала США.
Актиниды с наибольшими массовыми числами синтезируются путем бомбардировки урана, плутония и т. д. кюрий и калифорний с ионами азота, кислорода, углерода, неона или бора в ускорителе частиц. Итак, нобелий был получен путем бомбардировки урана-238 неоном-22 как
.Первые изотопы трансплутониевых элементов, америций-241 и кюрий-242, были синтезированы в 1944 году Гленном Т. Сиборгом, Ральфом А. Джеймсом и Альберт Гиорсо. Кюрий-242 был получен бомбардировкой плутония-239 α-частицами с энергией 32 МэВ
.America -241 и кюрий-242 i сотопы также были произведены путем облучения плутония в ядерном реакторе. Последний элемент был назван в честь Марии Кюри и ее мужа Пьера, которые известны открытием радия и их работой в области радиоактивности.
Бомбардировки кюрий-242 с α-частицами привел к изотопу калифорния Cf (1950), и аналогичная процедура дала в 1949 году берклий-243 из америция-241. Новые элементы были названы в честь Беркли, Калифорния, по аналогии с его лантанидом гомологом тербием, который был назван в честь деревни Иттерби в Швеции.
В 1945 году BB Cunningham получил первое химическое соединение трансплутония в массе, а именно гидроксид америция. В течение следующих трех-четырех лет были накоплены миллиграммы америция и микрограммы кюрия, что позволило производить изотопы берклия (Thomson, 1949) и калифорния (Thomson, 1950). Значительные количества этих элементов были произведены только в 1958 г. (Burris B. Cunningham и Stanley G. Thomson), а первое калифорнийское соединение (0,3 мкг CfOCl) было получено только в 1960 г. BB Cunningham и JC Wallmann.
Эйнштейний и фермий были идентифицированы в 1952–1953 гг. В результате ядерного испытания «Айви Майк » (1 ноября 1952 г.), первого успешного испытания водородной бомбы. Мгновенное воздействие на уран-238 большого нейтронного потока в результате взрыва привело к образованию тяжелых изотопов урана, включая уран-253 и уран-255, а их β-распад дал эйнштейний-253 и фермий-255. Открытие новых элементов и новые данные о захвате нейтронов первоначально держались в секрете по приказу вооруженных сил США до 1955 года из-за напряженности холодной войны. Тем не менее, группа из Беркли смогла получить эйнштейний и фермий гражданскими средствами посредством нейтронной бомбардировки плутония-239 и опубликовала эту работу в 1954 году с оговоркой, что это не первые исследования этих элементов. Исследования «Айви Майк» были рассекречены и опубликованы в 1955 году. Первые значительные (субмикрограммные) количества эйнштейния были произведены в 1961 году Каннингемом и его коллегами, но это еще не было сделано для фермия.
Первый изотоп менделевия, Md (период полураспада 87 мин), был синтезирован Альбертом Гиорсо, Гленном Т. Сиборгом, Грегори Р. Чоппином, Бернардом Г. Харви и Стэнли Г. Томпсоном, когда они бомбардировали цель Es альфа-частицы в 60-дюймовом циклотроне Радиационной лаборатории Беркли ; это был первый изотоп любого элемента, который был синтезирован по одному атому за раз.
Шведская (1957) и американская (1958) группы предпринимали несколько попыток получить изотопы нобелия, но первый надежный результат был синтез № российской группой (Георгий Флоров и др.) в 1965 году, как это было признано ИЮПАК в 1992 году. В своих экспериментах Флоров и др. al. бомбардировали уран-238 неоном-22.
В 1961 году Ghiorso et al. получил первый изотоп лоуренсия путем облучения калифорния (в основном калифорний-252 ) ионами бор-10 и бор-11. массовое число этого изотопа в то время не было точно установлено (возможно, 258 или 259). В 1965 г. Lr был синтезирован Флёровым и др. из Am и O. Таким образом, ИЮПАК признал группы ядерных физиков в Дубне и Беркли соавторами открытия лоуренсия.
| Ядерные свойства изотопов наиболее важных изотопов трансплутония | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Изотоп | Период полураспада | Вероятность. спонтанного. деления в % | Энергия излучения. (МэВ) (выход в%) | Удельная активность (Бк / кг) | ||
| α | γ | α, β-частиц | деления | |||
| Am | 432,2 (7) y | 4,3 (18) × 10 | 5,485 (84,8). 5,442 (13,1). 5,388 (1,66) | 0,059 (35,9). 0,026 (2,27) | 1,27 × 10 | 546,1 |
| Am | 7,37 (4) × 10 y | 3,7 (2) × 10 | 5,275 (87,1). 5,233 (11,2). 5,181 (1,36) | 0,074 (67,2). 0,043 (5,9) | 7,39 × 10 | 273,3 |
| Cm | 162,8 (2) d | 6,2 (3) × 10 | 6,069 (25,92). 6,112 (74,08) | 0,044 ( 0,04). 0,102 (4 × 10) | 1,23 × 10 | 7,6 × 10 |
| Cm | 18,10 (2) y | 1,37 (3) × 10 | 5,762 (23,6). 5,804 (76,4) | 0,043 (0,02). 0,100 (1,5 × 10) | 2,96 × 10 | 4,1 × 10 |
| Cm | 8,5 (1) × 10 y | 6,1 (9) × 10 | 5,529 (0,58). 5,488 (0,83). 5,361 (93,2) | 0,175 (9,88). 0,133 (2,83) | 6,35 × 10 | 3,9 × 10 |
| Cm | 4,76 (4) × 10 y | 0,02615 (7) | 5,343 (17,8). 5,386 (82,2) | 0,045 (19) | 1,13 × 10 | 2,95 × 10 |
| Cm | 1,56 (5) × 10 y | — | 5,267 (13,8). 5,212 (5,7). 5,147 (1,2) | 0,402 (72). 0,278 (3,4) | 3,43 × 10 | — |
| Cm | 3,48 (6) × 10 y | 8,39 (16) | 5,034 (16,52). 5,078 (75) | — | 1,40 × 10 | 1,29 × 10 |
| Bk | 330 (4) d | 4,7 (2) × 10 | 5,406 ( 1 × 10). 5,378 (2,6 × 10) | 0,32 (5,8 × 10) | 5,88 × 10 | 2,76 × 10 |
| Cf | 351 (2) y | 5,0 (4) × 10 | 6,193 (2,46). 6,139 (1,33). 5,946 (3,33) | 0,388 (66). 0,333 (14,6) | 1,51 × 10 | 7,57 × 10 |
| Cf | 13,08 (9) y | 0,077 (3) | 5,988 (14,99). 6,030 (84,6) | 0,043 | 4,04 × 10 | 3,11 × 10 |
| Cf | 900 (40) y | ? | 6,078 (2,6). 5,567 (0,9). 5,569 (0,9) | 0,177 (17,3). 0,227 (6,8) | 5,86 × 10 | — |
| Cf | 2,645 (8) y | 3,092 (8) | 6,075 (15,2). 6,118 (81,6) | 0,042 (1,4 × 10). 0,100 (1,3 × 10) | 1,92 × 10 | 6,14 × 10 |
| Cf | 60,5 (2) d | ≈100 | 5,834 (0,26). 5,792 (5,3 × 10) | — | 9,75 × 10 | 3,13 × 10 |
| Es | 20,47 (3) d | 8,7 (3) × 10 | 6,540 (0,85). 6,552 (0,71). 6,590 (6,6) | 0,387 (0,05). 0,429 (8 × 10) | 9,33 × 10 | 8,12 × 10 |
| Es | 275,7 (5) d | < 3×10 | 6,347 (0,75). 6,358 (2,6). 6,415 (1,8) | 0,042 (100). 0,034 (30) | 6,9 × 10 | — |
| Es | 39,8 (12) d | 0,0041 (2) | 6,267 (0,78). 6,401 (7) | — | 4,38 × 10 (β). 3,81 × 10 (α) | 1,95 × 10 |
| Fm | 20,07 (7) h | 2,4 (10) × 10 | 7,022 (93,4). 6,963 ( 5,04). 6,892 (0,62) | 0,00057 (19,1). 0,081 (1) | 2,27 × 10 | 5,44 × 10 |
| Fm | 157,6 (13 ) min | 91,9 (3) | 6,872 (1,2). 6,917 (6,9) | — | 1,58 × 10 | 1,4 × 10 |
| Fm | 100,5 (2 ) d | 0,210 (4) | 6,752 (0,58). 6,695 (3,39). 6,622 (0,6) | 0,241 (1 1). 0,179 (8,7) | 1,87 × 10 | 3,93 × 10 |
| Md | 77 (2) мин | — | 7,142 (1,84). 7,206 (5,9) | — | 3,53 × 10 | — |
| Md | 5,52 (5) h | — | 7,074 (14) | 0,371 (11,7). 0,325 (2,5) | 8,17 × 10 | — |
| Md | 51,5 (3) d | — | 6,73 | — | 3,64 × 10 | — |
| No | 3,1 (2) мин | — | 8,312 (1,16). 8,266 (2,6). 8,121 (27,8) | 0,187 (3,4) | 8,78 × 10 | — |
| No | 58 (5) мин | — | 7,455 (9,8). 7,500 (29,3). 7,533 (17,3) | — | 4,63 × 10 | — |
| Lr | 27 (3) с | < 0.03 | 8,319 (5,4). 8,390 (16). 8,430 (33) | — | 5,96 × 10 | — |
| Lr | 646 (25) мс | — | 8,796 (18). 8,861 (82) | — | 1,54 × 10 | — |
32 изотопа актиния и восемь возбужденных изомерных состояний некоторые из его нуклидов были идентифицированы к 2016 году. Три изотопа, Ac, Ac и Ac, были обнаружены в природе, а остальные были произведены в лаборатории; в приложениях используются только три природных изотопа. Актиний-225 входит в группу радиоактивных нептуний ; он был впервые обнаружен в 1947 году как продукт распада урана-233, это α-излучатель с периодом полураспада 10 дней. Актиний-225 менее доступен, чем актиний-228, но более перспективен для использования в качестве радиоиндикаторов. Актиний-227 (период полураспада 21,77 года) встречается во всех урановых рудах, но в небольших количествах. Один грамм урана (в радиоактивном равновесии) содержит всего 2 × 10 грамм Ас. Актиний-228 является членом группы радиоактивного тория, образовавшейся в результате распада Ra ; это β-излучатель с периодом полураспада 6,15 часов. В одной тонне тория содержится 5 × 10 граммов Ас. Он был открыт Отто Ханом в 1906 году.
Существует 31 известный изотоп тория с массовым числом от 208 до 238. Из них наиболее долгоживущие. представляет собой Th, период полураспада которого составляет 1,4 × 10 лет, что означает, что он все еще существует в природе в виде первичного нуклида. Следующим по продолжительности жизни является Th, промежуточный продукт распада U с периодом полураспада 75 400 лет. Некоторые другие изотопы тория имеют период полураспада более суток; все они также являются переходными в цепочках распада Th, U и U.
28 изотопов протактиния известны с массовыми числами 212–239, а также три возбужденных изомерные состояния. Только Па и Па были обнаружены в природе. Все изотопы имеют короткое время жизни, за исключением протактиния-231 (период полураспада 32 760 лет). Наиболее важными изотопами являются Па и Па, который является промежуточным продуктом при получении урана-233 и является наиболее доступным среди искусственных изотопов протактиния. Pa имеет удобный период полураспада и энергию γ-излучения, и поэтому использовался в большинстве исследований химии протактиния. Протактиний-233 - это β-излучатель с периодом полураспада 26,97 суток.
Известно 26 изотопов урана, имеющих массовые числа 215–242 ( кроме 220 и 241). Три из них, U, U и U, присутствуют в природе в заметных количествах. Среди прочего, наиболее важным является U, который является конечным продуктом превращений Th при облучении медленными нейтронами. U имеет гораздо более высокую эффективность деления низкоэнергетическими (тепловыми) нейтронами, по сравнению, например, с U. Большинство исследований химии урана было выполнено на уране-238 из-за его длительного периода полураспада, составляющего 4,4 × 10 лет.
Существует 24 изотопа нептуния с массовыми числами 219 , 220 и 223–244; все они очень радиоактивны. Наиболее популярными среди ученых являются долгоживущие Np (t 1/2 = 2,20 × 10 лет) и короткоживущие Np, Np (t 1/2 ~ 2 дня).
Известно восемнадцать изотопов америция с массовыми числами от 229 до 247 (за исключением 231). Наиболее важными из них являются Am и Am, которые являются альфа-излучателями и также излучают мягкие, но интенсивные γ-лучи; оба они могут быть получены в изотопно чистой форме. Химические свойства америция сначала изучали с Am, но позже они перешли на Am, который почти в 20 раз менее радиоактивен. Недостатком Am является образование короткоживущего дочернего изотопа Np, что необходимо учитывать при анализе данных.
Среди 19 изотопов кюрия, массовое число от 233 до 251, наиболее доступными являются Cm и Cm; они являются α-излучателями, но с гораздо более коротким временем жизни, чем изотопы америция. Эти изотопы почти не испускают γ-излучения, но подвергаются спонтанному делению с соответствующим испусканием нейтронов. Более долгоживущие изотопы кюрия (Cm, все α-излучатели) образуются в виде смеси при нейтронном облучении плутония или америция. При непродолжительном облучении в этой смеси преобладает Cm, а затем Cm начинает накапливаться. Оба этих изотопа, особенно Cm, имеют более длительный период полураспада (3,48 × 10 лет) и гораздо удобнее для проведения химических исследований, чем Cm и Cm, но при этом имеют довольно высокую скорость спонтанного деления. Cm имеет самое продолжительное время жизни среди изотопов кюрия (1,56 × 10 лет), но не образуется в больших количествах из-за сильного деления, вызванного тепловыми нейтронами.
Семнадцать изотопов берклия были идентифицированы с массовыми числами 233–234, 236, 238 и 240–252. Только Bk доступен в большом количестве; он имеет относительно короткий период полураспада, составляющий 330 дней, и испускает в основном мягкие β-частицы, которые неудобны для обнаружения. Его альфа-излучение довольно слабое (1,45 × 10% по отношению к β-излучению), но иногда используется для обнаружения этого изотопа. Bk - альфа-излучатель с длительным периодом полураспада 1380 лет, но его трудно получить в заметных количествах; он не образуется при нейтронном облучении плутония из-за β-стабильности изотопов изотопов кюрия с массовым числом ниже 248.
20 изотопов калифорния с массовыми числами 237–256 являются образуется в ядерных реакторах; калифорний-253 является β-излучателем, а остальные - α-излучателями. Изотопы с четными массовыми числами (Cf, Cf и Cf) имеют высокую скорость спонтанного деления, особенно Cf, 99,7% которого распадаются спонтанным делением. Калифорний-249 имеет относительно длительный период полураспада (352 года), слабое спонтанное деление и сильное γ-излучение, что облегчает его идентификацию. Cf не образуется в больших количествах в ядерном реакторе из-за медленного β-распада родительского изотопа Bk и большого сечения взаимодействия с нейтронами, но он может накапливаться в изотопически чистой форме как продукт β-распада (предварительно выбрано) Bk. Калифорний, полученный реакторным облучением плутония, в основном состоит из Cf и Cf, последний является преобладающим для больших флюенсов нейтронов, и его изучению препятствует сильное нейтронное излучение.
| Родитель. изотоп | t1/2 | Дочь. изотоп | t1/2 | Время установления. радиоактивного равновесия |
|---|---|---|---|---|
| Am | 7370 лет | Np | 2,35 дня | 47,3 дней |
| Cm | 8265 лет | Pu | 14 лет | 129 лет |
| Cm | 1,64 × 10 лет | Pu | 4,95 часа | 7,2 дня |
| Es | 270 дней | Bk | 3,2 часа | 35,2 часа |
| Es | 39,8 дня | Fm | 22 часа | 5 дней |
| Fm | 79 дней | Cf | 17,6 дня | 49 дней |
Среди 18 известных изотопов эйнштейния с массовыми числами от 240 до 257, наиболее доступным является Es. Это α-излучатель с периодом полураспада 20,47 суток, относительно слабым γ-излучением и небольшой скоростью спонтанного деления по сравнению с изотопами калифорния. Продолжительное нейтронное облучение также дает долгоживущий изотоп Es (t 1/2 = 275,5 дней).
Известно двадцать изотопов фермия с массовыми числами 241 –260. Fm, Fm и Fm представляют собой α-излучатели с коротким периодом полураспада (часы), которые могут быть выделены в значительных количествах. Fm (t 1/2 = 100 дней) может накапливаться при длительном и сильном облучении. Все эти изотопы характеризуются высокой скоростью спонтанного деления.
Среди 17 известных изотопов менделевия (массовые числа от 244 до 260) наиболее изученным является Md, который в основном распадается через захват электронов (α-излучение ≈10%) с периодом полураспада 77 минут. Другой альфа-излучатель, Md, имеет период полураспада 53 дня. Оба эти изотопа производятся из редкого эйнштейния (Es и Es соответственно), что ограничивает их доступность.
Долгоживущие изотопы нобелия и изотопы лоуренсия ( и более тяжелых элементов) имеют относительно короткие периоды полураспада. Для нобелия известно 11 изотопов с массовыми числами 250–260 и 262. Химические свойства нобелия и лоуренсия изучались при N (t 1/2 = 3 мин) и Lr (t 1 / 2 = 35 с). Самый долгоживущий изотоп нобелия, Нет, имеет период полураспада примерно 1 час. Лоуренсий имеет 13 известных изотопов с массовыми числами 251–262 и 266. Самым стабильным из них является Lr с периодом полураспада 11 часов.
Среди всех этих изотопов единственными изотопами, которые встречаются в природе в достаточных количествах, чтобы их можно было обнаружить в чем-либо, кроме следов, и которые вносят измеримый вклад в атомный вес актинидов, являются первичные Th, U и U , и три долгоживущих продукта распада природного урана, Th, Pa и U. Природный торий состоит из 0,02 (2)% Th и 99,98 (2)% Th; природный протактиний состоит из 100% Па; а природный уран состоит из 0,0054 (5)% U, 0,7204 (6)% U и 99,2742 (10)% U.
Цифра наращивания актиноидов представляет собой таблицу нуклидов с числом нейтронов по горизонтальной оси (изотопы) и числом протонов по горизонтальной оси (элементы). Красная точка делит нуклиды на две группы, поэтому фигура более компактная. Каждый нуклид представлен квадратом с массовым числом элемента и его полупериодом. Естественно существующие изотопы актиноидов (Th, U) отмечены жирной рамкой, альфа-излучатели имеют желтый цвет, а бета-излучатели - синий цвет. Розовый цвет указывает на захват электронов (Np), тогда как белый цвет означает длительное метастабильное состояние (Am).
Образование актиноидных нуклидов в первую очередь характеризуется:
В дополнение к ядерным реакциям, индуцированным нейтронами или гамма-излучением, радиоактивное превращение актиноидных нуклидов также влияет на запас нуклидов. в реакторе. Эти типы распада отмечены на рисунке диагональными стрелками. бета-минус-распад, отмеченный стрелкой, направленной вверх-влево, играет важную роль для баланса плотностей частиц. нуклидов. Нуклиды с эмиссией позитронов (бета-распады) в ядерном реакторе не встречаются. Однако захват электронов (ϵ) отмечен стрелкой вниз-вправо. Из-за больших периодов полураспада данных нуклидов альфа-распад практически не играет роли в образовании и распаде актиноидов в энергетическом реакторе, поскольку время пребывания ядерного топлива в активной зоне реактора равно довольно короткий (несколько лет). Исключение составляют два относительно короткоживущих нуклида Cm (T 1/2 = 163 d) и 236Pu (T 1/2 = 2,9 a). Только для этих двух случаев α-распад отмечен на карте нуклида длинной стрелкой, указывающей вниз-влево.
Торий и уран являются наиболее распространенными актинидами в природе с соответствующими массовыми концентрациями 16 и 4 частей на миллион. Уран в основном встречается в земной коре в виде смеси его оксидов с минералами уранинит, который также называют ураном из-за его черного цвета. Существует несколько десятков других урановых минералов, таких как карнотит (KUO 2VO4· 3H 2 O) и аутунит (Ca ( UO 2)2(PO 4)2· nH 2 O). Изотопный состав природного урана составляет U (относительное содержание 99,2742%), U ( 0,7204%) и U (0,0054%); из них U имеет наибольший период полураспада 4,51 × 10 лет. Мировое производство урана в 2009 г. составило 50 572 тонн, из из которых 27,3% было добыто в Казахстане. Другими важными странами по добыче урана являются Канада (20,1%), Австралия (15,7%), Намибия (9,1%), Россия (7,0%) и Нигер (6,4%).
| Руда | Местоположение | Уран. содержание,% | Массовое отношение. Pu / руда | Отношение. Pu / U (× 10) |
|---|---|---|---|---|
| Уранинит | Канада | 13,5 | 9.1 × 10 | 7.1 |
| Уранинит | Конго | 38 | 4.8 × 10 | 12 |
| Уранинит | Колорадо, США | 50 | 3,8 × 10 | 7,7 |
| Монацит | Бразилия | 0,24 | 2,1 × 10 | 8,3 |
| Монацит | Северная Каролина, США | 1,64 | 5,9 × 10 | 3,6 |
| Фергюсонит | - | 0,25 | <1×10 | <4 |
| Карнотит | - | 10 | <4×10 | <0.4 |
Самый распространенный торий минералы : торианит (ThO 2 ), торит (ThSiO 4 ) и монацит, ( (Th, Ca, Ce) PO 4 ). Большинство минералов тория содержат уран и наоборот; и все они содержат значительную долю лантаноидов. Богатые залежи минералов тория расположены в США (440 000 тонн), Австралии и Индии (~ 300 000 тонн в каждой) и Канаде (~ 100 000 тонн).
Содержание актиния в земной коре составляет лишь около 5 × 10%. Актиний в основном присутствует в урансодержащих, но также и в других минералах, хотя и в гораздо меньших количествах. Содержание актиния в большинстве природных объектов соответствует изотопному равновесию родительского изотопа U, и на него не влияет слабая миграция Ac. Протактиний более распространен (10%) в земной коре, чем актиний. Он был обнаружен в урановой руде в 1913 году Фаянсом и Герингом. Что касается актиния, то распределение протактиния соответствует распределению U.
Период полураспада наиболее долгоживущего изотопа нептуния, Np, ничтожно мал по сравнению с возрастом Земли. Таким образом, нептуний присутствует в природе в незначительных количествах и образуется как промежуточные продукты распада других изотопов. Следы плутония в урановых минералах были впервые обнаружены в 1942 году, и более систематические результаты по плутонию суммированы в таблице (никаких других изотопов плутония в этих образцах обнаружить не удалось). Верхний предел содержания самого долгоживущего изотопа плутония, Pu, составляет 3 × 10%. Плутоний в пробах лунного грунта обнаружить не удалось. Из-за его редкости в природе большая часть плутония производится синтетически.
Из-за низкого содержания актинидов их извлечение является сложным, многоэтапным процесс. Фториды актиноидов обычно используются, поскольку они нерастворимы в воде и могут быть легко разделены с помощью окислительно-восстановительных реакций. Фториды восстанавливаются кальцием, магнием или барием :
![{\displaystyle {\begin{array}{l}{}\\{\ce {2AmF3{}+3Ba->[{\ ce {1150-1350 ^ {\ circ} C}}] 3BaF2 {} + 2Am}} \\ {\ ce {PuF4 {} + 2Ba ->[ {\ ce {1200 ^ {\ circ} C}}] 2BaF2 {} + Pu}} \\ {\ ce {UF4 {} + 2Mg ->[{\ ce {>500 ^ {\ circ} C}}] U {} + 2MgF2}} \\ {} \ end {array}}}]( https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math / render / svg / 057c8209f7427fca3331e574fa79f36c0e2a81db )
Среди актинидов легче всего выделить торий и уран. Торий извлекается в основном из монацита : торий пирофосфат <27939>>) реагирует с азотной кислотой, и полученный раствор нитрата тория d с трибутилфосфатом. Редкоземельные примеси отделяются путем увеличения pH в растворе сульфата.
В другом методе экстракции монацит разлагают 45% -ным водным раствором гидроксид натрия при 140 ° C. Сначала экстрагируют смешанные гидроксиды металлов, фильтруют при 80 ° C, промывают водой и растворяют в концентрированной соляной кислоте. Затем кислотный раствор нейтрализуют гидроксидами до pH = 5,8, что приводит к осаждению гидроксида тория (Th (OH) 4 ), загрязненного ~ 3% гидроксидов редкоземельных элементов; остальная часть гидроксидов РЗЭ остается в растворе. Гидроксид тория растворяют в неорганической кислоте, а затем очищают от редкоземельных элементов. Эффективным методом является растворение гидроксида тория в азотной кислоте, поскольку полученный раствор можно очистить с помощью экстракции органическими растворителями:
Отделение урана и плутония от ядерного топливаМеталлический торий отделяется от безводного оксида, хлорида или фторида путем его реакции с кальцием в инертном атмосфера:
Иногда торий извлекают электролизом фторида в смеси хлорида натрия и калия при 700– 800 ° C в тигле графит. Высокочистый торий может быть извлечен из его йодида с помощью процесса кристаллического бруска.
Уран извлекается из его руд различными способами. В одном из методов руда сжигается, а затем реагирует с азотной кислотой для перевода урана в растворенное состояние. Обработка раствора раствором трибутилфосфата (ТБФ) в керосине переводит уран в органическую форму UO 2 (НЕТ 3)2(TBP) 2. Нерастворимые примеси фильтруются, и уран экстрагируется реакцией с гидроксидами в виде (NH 4)2U2O7или с пероксидом водорода в виде UO 4 · 2H 2O.
Когда урановая руда богата в таких минералах, как доломит, магнезит и т. д. эти минералы потребляют много кислоты. В этом случае для добычи урана используется карбонатный метод. Его основным компонентом является водный раствор карбонат натрия, который превращает уран в комплекс [UO 2 (CO 3)3], который устойчив в водных растворах при низких концентрациях гидроксид-ионов. Преимущества карбоната натрия Метод заключается в том, что химические вещества имеют низкую коррозионную активность (по сравнению с нитратами) и что большинство металлов, не содержащих урана, осаждаются из раствора. Недостатком является то, что осаждаются также соединения четырехвалентного урана. Поэтому урановую руду обрабатывают карбонат натрия при повышенной температуре и давлении кислорода:
Это уравнение предполагает, что лучшим растворителем для обработки карбоната урана является смесь карбоната с бикарбонатом. При высоком pH это приводит к осаждению диураната, который обрабатывают водородом в присутствии никеля, получая нерастворимый тетракарбонат урана.
В другом методе разделения в качестве используются полимерные смолы. полиэлектролит. Процессы ионного обмена в смолах приводят к выделению урана. Уран из смол промывают раствором нитрата аммония или азотной кислоты, что дает уранил нитрат, UO 2 (NO 3)2· 6H 2 O. При нагревании превращается в UO 3 , который превращается в UO 2 с водородом:
Взаимодействие диоксида урана с плавиковой кислотой превращает его в тетрафторид урана, который дает металлический уран при взаимодействии с металлическим магнием:
Для извлечения плутония облученный нейтронами уран растворяют в азотной кислоте и восстанавливающем агенте (FeSO 4, или H2O2 ) добавляется к полученному раствору. Эта добавка изменяет степень окисления плутония с +6 до +4, в то время как уран остается в форме нитрата уранила (UO 2 (NO 3)2). Раствор обрабатывают восстанавливающим агентом и нейтрализуют карбонатом аммония до pH = 8, что приводит к осаждению соединений Pu.
В другом m этод, Pu и UO. 2сначала экстрагируются трибутилфосфатом, затем подвергаются реакции с гидразином, вымывая выделенный плутоний.
Основная трудность при выделении актиния заключается в сходстве его свойств с таковыми из лантана. Таким образом, актиний либо синтезируется в ядерных реакциях из изотопов радия, либо выделяется с использованием процедур ионного обмена.
Актиниды обладают свойствами, аналогичными лантаноидам. Электронные оболочки 6 d и 7 s заполнены актинием и торием, а оболочка 5 f заполняется с дальнейшим увеличением атомного номера; оболочка 4f заполнена лантаноидами. Первое экспериментальное свидетельство заполнения 5f-оболочки в актинидах было получено Макмилланом и Абельсоном в 1940 году. Как и в случае с лантаноидами (см. сокращение лантаноидов ), ионный радиус актинидов монотонно уменьшается с атомным номером (см. также принцип Ауфбау ).
| Элемент | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Заряд ядра (Z) | 89 | 90 | 91 | 92 | 93 | 94 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 | 100 | 101 | 102 | 103 |
| с атомной массой | [227 impression | 232.0377 (4) | 231.03588(2) | 238.02891(3) | [237 provided | [244 provided | [243 provided | [247] | [247] | [251] | [252] | [257] | [258] | [259] | [266] |
| Количество природных изотопов | 3 | 7 | 3 | 8 | 3 | 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Природные изотопы | 225, 227–228 | 227–232, 234 | 231, 233–234 | 233–240 | 237, 239–240 | 238–240, 244 | — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| Изотопы в естественном количестве | — | 230, 232 | 231 | 234, 235, 238 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — |
| Долгоживущий изотоп | 227 | 232 | 231 | 238 | 237 | 244 | 243 | 247 | 247 | 251 | 252 | 257 | 258 | 259 | 266 |
| Период полураспада наиболее долгоживущего изотопа | 21,8 года | 14 миллиардов лет | 32,500 лет | 4,47 миллиарда лет | 2,14 миллиона лет | 80,8 миллиона лет | 7,370 лет | 15,6 миллиона лет | 1380 лет | 900 лет | 1,29 года | 100,5 дней | 52 дня | 58 минут | 11 часов |
| Наиболее распространенный изотоп | 227 | 232 | 231 | 238 | 237 | 239 | 241 | 244 | 249 | 252 | 253 | 255 | 256 | 255 | 260 |
| Период полураспада наиболее распространенного изотопа | 21,8 года | 14 миллиардов лет | 32500 лет | 4,47 миллиарда лет | 2,14 миллиона лет | 24100 лет | 433 года | 18,1 года | 320 дней | 2,64 года | 20,47 дня | 20,07 часа | 78 мин | 3,1 мин | 2,7 мин |
| Электронная конфигурация в. основном состоянии (газовая фаза) | 6d7s | 6d7s | 5f6d7s или. 5f6d7s | 5f6d7s | 5f6d7s или. 5f7s | 5f7s | 5f7s | 5f6d7s | 5f7s или. 5f6d7s | 5f7s | 5f7s | 5f7s | 5f7s | 5f7s | 5f7s7p |
| Электронная конфигурация в. основном состоянии (твердая фаза) | 6d7s | 5f6d7s | 5f6d7s | 5f6d7s | 5f6d7s | 5f6d7s | 5f6d7s | 5f6d7s | 5f6d7s | 5f6d7s5f7s | 5f7s | 5f7s | 5f7s | 5f6d7s | |
| Состояния окисления | 2, 3 | 2, 3, 4 | 2, 3, 4, 5 | 2, 3, 4, 5, 6 | 3, 4, 5, 6, 7 | 3, 4, 5, 6, 7 | 2, 3, 4, 5, 6, 7 | 2, 3, 4, 6 | 2, 3, 4 | 2, 3, 4 | 2, 3, 4 | 2, 3 | 2, 3 | 2, 3 | 3 |
| Металлический радиус (нм) | 0,203 | 0.180 | 0.162 | 0.153 | 0.150 | 0.162 | 0,173 | 0,174 | 0,170 | 0,186 | 0,186 | ? 0,198 | ? 0,194 | ? 0,197 | ? 0,171 |
| Ионный радиус (нм):. An. An | . —. 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 |
| Температура (° C):. плавление. кипение | 1050. 3198 | 1842. 4788 | 1568. ? 4027 | 1132.2. 4131 | 639. ? 4174 | 639,4. 3228 | 1176. ? 2607 | 1340. 3110 | 986. 2627 | . 900. ? 1470 | 860. ? 996 | 1530. — | 830. — | 830. — | 1630. — |
| Плотность, г / см | 10,07 | 11,78 | 15,37 | 19,06 | 20,45 | 19,84 | 11,7 | 13,51 | 14,78 | 15,1 | 8,84 | ? 9.7 | ? 10.3 | ? 9.9 | ? 15,6 |
| Стандартный потенциал электрода (В):. E ° (An / An). E ° (An / An) | —. -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 |
| Цвет:. [M (H 2O)n]. [M (H 2O)n] | . —. Бесцветный | . Бесцветный. Синий | . Желтый. Темно-синий | . Зеленый. Пурпурный | . Желто-зеленый. Пурпурный | . Коричневый. Фиолетовый | . Красный. Розовый | . Желтый. Бесцветный | . Бежевый. Желто-зеленый | . Зеленый. Зеленый | . —. Розовый | . —. — | . —. — | . —. — | . —. — |
| Приблизительные цвета актинид-ионов в водном растворе. Цвета актинидов 100–103 неизвестны, поскольку достаточные количества еще не синтезированы | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Актинид (Z) | 89 | 90 | 91 | 92 | 93 | 94 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 | 100 | 101 | 102 | 103 |
| Состояние окисления | |||||||||||||||
| +2 | Fm | Md | No | ||||||||||||
| +3 | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr |
| +4 | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | ||||||
| +5 | PaO. 2 | UO. 2 | NpO. 2 | PuO. 2 | AmO. 2 | ||||||||||
| +6 | UO. 2 | NpO. 2 | PuO. 2 | AmO. 2 | |||||||||||
| +7 | NpO. 2 | PuO. 2 | AmO. 5 | ||||||||||||
| Основные кристаллические структуры некоторых актинидов в зависимости от температуры | Металлический и ионный радиус актинидов |
Актиниды являются типичными металлами. Все они мягкие, серебристого цвета (но тускнеют на воздухе), относительно высокие плотность и пластичность. Некоторые из них можно разрезать ножом. Их удельное электрическое сопротивление варьируется от 15 до 150 мкОм · см. Торий по твердости аналогичен твердости мягкой стали, поэтому нагретый чистый торий можно раскатывать в листы и вытягивать в проволоку. Торий почти вдвое меньше урана и плутония, но тверже любого из них. Все актиниды радиоактивны, парамагнитны и, за исключением актиния, имеют несколько кристаллических фаз: плутоний - семь, а уран, нептуний и калифорний - три. кристаллические структуры протактиния, урана, нептуния и плутония не имеют явных аналогов среди лантаноидов и больше похожи на структуры 3d- переходных металлов.
Все актиниды пирофорны., особенно в мелкодисперсном состоянии, то есть они спонтанно воспламеняются при реакции с воздухом при температуре 55 ° C (130 ° F) или ниже. точка плавления актинидов не имеет четкой зависимости от количества f-электронов. Необычно низкая температура плавления нептуния и плутония (~ 640 ° C) объясняется гибридизацией 5f и 6d-орбиталей и образованием направленных связей в этих металлах.
| лантаноидов | Ln, Å | актинидов | An, Å | An, Å |
|---|---|---|---|---|
| лантан | 1,061 | Актиний | 1.11 | – |
| Церий | 1.034 | Торий | 1.08 | 0.99 |
| Празеодим | 1.013 | Протактиний | 1.05 | 0,93 |
| Неодим | 0,995 | Уран | 1,03 | 0,93 |
| Прометий | 0,979 | Нептуний | 1.01 | 0,92 |
| Самарий | 0,964 | Плутоний | 1,00 | 0,90 |
| Европий | 0,950 | Америка | 0,99 | 0,89 |
| Гадолиний | 0,938 | Курий | 0,98 | 0,88 |
| Тербий | 0,923 | Берклий | – | – |
| Диспрозий | 0,908 | Калифорний | – | – |
| Гольмий | 0,894 | Эйнштейний | – | – |
| Эрбий | 0,881 | Фермий | – | – |
| Тулий | 0,869 | Менделевий | – | – |
| Иттербий | 0,858 | Нобелий | – | – |
| Лютеций | 0,848 | Лоуренсий | – | – |
Как и лантаноиды, все актиноиды обладают высокой реакционной способностью с галогенами и халькогенами ; однако актиниды реагируют легче. Актиниды, особенно с небольшим количеством 5f-электронов, склонны к гибридизации. Это объясняется схожестью энергий электронов на 5f, 7s и 6d оболочках. Большинство актинидов демонстрируют большее разнообразие валентных состояний, и наиболее стабильными являются +6 для урана, +5 для протактиния и нептуния, +4 для тория и плутония и +3 для актиния и других актинидов.
Химически, Актиний похож на лантан, что объясняется их близкими ионными радиусами и электронной структурой. Как и лантан, актиний почти всегда имеет степень окисления +3 в соединениях, но он менее реакционноспособен и имеет более выраженные основные свойства. Среди других трехвалентных актинидов Ас является наименее кислым, т.е. имеет самую слабую тенденцию к гидролизу в водных растворах.
Торий довольно активен химически. Из-за отсутствия электронов на 6d и 5f-орбиталях соединения четырехвалентного тория бесцветны. При pH < 3, the solutions of thorium salts are dominated by the cations [Th(H2O)8]. Ион Th является относительно большим и в зависимости от координационного числа может иметь радиус от 0,95 до 1,14 Å. В результате соли тория имеют слабую тенденцию к гидролизу. Отличительной способностью солей тория является их высокая растворимость не только в воде, но и в полярных органических растворителях.
Протактиний проявляет два валентных состояния; +5 стабильно, а состояние +4 легко окисляется до протактиния (V). Таким образом, четырехвалентный протактиний в растворах получается действием сильных восстановителей в атмосфере водорода. Четырехвалентный протактиний химически похож на уран (IV) и торий (IV). Фториды, фосфаты, гипофосфат, йодат и фениларсонаты протактиния (IV) нерастворимы в воде и разбавленных кислотах. Протактиний образует растворимые карбонаты. Гидролитические свойства пятивалентного протактиния близки к свойствам тантала (V) и ниобия (V). Сложное химическое поведение протактиния является следствием начала заполнения 5f-оболочки этим элементом.
Уран имеет валентность от 3 до 6, причем последняя является наиболее стабильной. В шестивалентном состоянии уран очень похож на элементы группы 6. Многие соединения урана (IV) и урана (VI) нестехиометрически, т.е. имеют переменный состав. Например, фактическая химическая формула диоксида урана - UO 2 + x , где x изменяется от -0,4 до 0,32. Соединения урана (VI) являются слабыми окислителями. Большинство из них содержат линейную группу «уранил », UO. 2. От 4 до 6 лигандов могут быть размещены в экваториальной плоскости, перпендикулярной уранильной группе. Уранильная группа действует как твердая кислота и образует более прочные комплексы с лигандами-донорами кислорода, чем с лигандами-донорами азота. NpO. 2и PuO. 2также являются обычной формой Np и Pu в степени окисления +6. Соединения урана (IV) проявляют восстановительные свойства, например, легко окисляются кислородом воздуха. Уран (III) - очень сильный восстановитель. Благодаря наличию d-оболочки уран (как и многие другие актиниды) образует металлоорганические соединения, такие как U (C 5H5)3и U (C 5H5)4.
Нептуний имеет валентные состояния от 3 до 7, что может одновременно наблюдаться в растворах. Наиболее стабильное состояние в растворе +5, но валентность +4 предпочтительна в твердых соединениях нептуния. Металлический нептуний очень реакционноспособен. Ионы нептуния склонны к гидролизу и образованию координационные соединения.
Плутоний также имеет валентные состояния от 3 до 7 включительно и, таким образом, химически подобен нептунию и урану. Он обладает высокой реакционной способностью и быстро образует оксидную пленку в воздухе. Плутоний реагирует с водородом даже при температуре 25–50 ° C, он также легко образует галогениды и интерметаллические соединения. Реакции гидролиза ионов плутония разной степени окисления весьма разнообразны. Плутоний (V ) может вступать в реакции полимеризации.
Наибольшее химическое разнообразие Большое количество актинидов наблюдается в америции, валентность которого может составлять от 2 до 6. Двухвалентный америций получают только в сухих соединениях и неводных растворах (ацетонитрил ). Степени окисления +3, +5 и +6 типичны для водных растворов, но также и в твердом состоянии. Четырехвалентный америций образует устойчивые твердые соединения (диоксид, фторид и гидроксид), а также комплексы в водных растворах. Сообщалось, что в щелочном растворе америций может окисляться до семивалентного состояния, но эти данные оказались ошибочными. Самая стабильная валентность америция составляет 3 в водных растворах и 3 или 4 в твердых соединениях.
Валентность 3 преобладает во всех последующих элементах, вплоть до лоуренсия (за исключением нобелия). Кюрий может быть четырехвалентным в твердых телах (фторид, диоксид). Берклий, наряду с валентностью +3, также показывает валентность +4, более стабильную, чем у кюрия; валентность 4 наблюдается в твердом фториде и диоксиде. Стабильность Bk в водном растворе близка к стабильности Ce. Для калифорния, эйнштейния и фермия наблюдалась только валентность 3. Двухвалентное состояние доказано для менделевия и нобелия, а для нобелия оно более стабильно, чем трехвалентное состояние. Лоуренсий показывает валентность 3 как в растворах, так и в твердых телах.
Редокс-потенциал 
нитрат уранила (UO 2 (NO 3)2)
Водные растворы солей урана III, IV, V, VI
Водные растворы солей нептуния III, IV, V, VI, VII
Водные растворы солей плутония III, IV, V, VI, VII
U3O8(желтый кек)
| Соединение | Цвет | Кристаллическая симметрия , тип | Константы решетки, Å | Плотность, г / см | Температура, ° C | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| a | b | c | |||||
| Ac2O3 | Белый | Гексагональный, La 2O3 | 4,07 | - | 6.29 | 9.19 | – |
| PaO 2 | - | Кубический, CaF 2 | 5.505 | - | - | - | - |
| Pa2O5 | Белый | кубический, CaF 2. Кубический. Тетрагональный. Гексагональный. Ромбоэдрический. Орторомбический | 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 | Бесцветный | Кубический | 5,59 | - | - | 9,87 | – |
| UO2 | Черно-коричневый | Кубический | 5,47 | - | - | 10,9 | – |
| NpO 2 | Зеленовато-коричневый | Кубический, CaF 2 | 5,424 | - | - | 11,1 | – |
| PuO | Черный | Кубический , NaCl | 4,96 | - | - | 13,9 | – |
| PuO 2 | Оливково-зеленый | Кубический | 5,39 | - | - | 11,44 | – |
| Am2O3 | Красно-коричневый. Красный -коричневый | Кубический, Mn 2O3. Гексагональный, La 2O3 | 11,03. 3,817 | - | -. 5,971 | 10,57. 11,7 | – |
| AmO 2 | Черный | Кубический, CaF 2 | 5,376 | - | - | - | - |
| Cm2O3 | Белый. -. - | Кубический, Mn 2O2. Гексагональный, LaCl 3. Моноклинный, Sm 2O3 | 11,01. 3,80. 14,28 | -. -. 3,65 | -. 6. 8,9 | 11,7 | – |
| CmO 2 | Черный | Кубический, CaF 2 | 5,37 | - | - | - | - |
| Bk2O3 | Светло-коричневый | Кубический, Mn 2O3 | 10,886 | - | - | - | - |
| BkO 2 | Красно-коричневый | Кубический, CaF 2 | 5,33 | - | - | - | - |
| Cf2O3 | Бесцветный. Желтоватый. - | Кубический, Mn 2O3. Моноклинный, Sm 2O3. Гексагональный, La 2O3 | 10,79. 14,12. 3,72 | -. 3,59. - | -. 8,80. 5,96 | - | - |
| CfO 2 | Черный | Кубический | 5,31 | - | - | - | - |
| Es2O3 | - | Кубический, Mn 2O3. Моноклиника. Шестиугольник al, La 2O3 | 10,07. 14,1. 3,7 | -. 3,59. - | -. 8,80. 6 | - | - |
| Состояние окисления | 89 | 90 | 91 | 92 | 93 | 94 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| +3 | Pu2O3 | Am2O3 | Cm2O3 | Bk2O3 | Cf2O3 | Es2O3 | |||||
| +4 | ThO 2 | PaO 2 | UO2 | NpO 2 | PuO 2 | AmO 2 | CmO 2 | BkO 2 | CfO 2 | ||
| +5 | Pa2O5 | U2O5 | Np2O5 | ||||||||
| + 5, + 6 | U3O8 | ||||||||||
| +6 | UO3 |
| Химический формула | ThO 2 | PaO 2 | UO2 | NpO 2 | PuO 2 | AmO 2 | CmO 2 | BkO 2 | CfO 2 |
| Номер CAS | 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 |
| Молярная масса | 264,04 | 263.035 | 270.03 | 269.047 | 276.063 | 275.06 | 270–284 ** | 279.069 | 283,078 |
| Температура плавления | 3390 ° C | 2865 ° C | 2547 ° C | 2400 ° C | 2175 ° C | ||||
| Кристаллическая структура | . An: __ / O: __ | ||||||||
| Пространственная группа | Fm3m | ||||||||
| Координационное число | An[8], O [4] | ||||||||
Некоторые актиниды могут существовать в нескольких формы ide, такие как An 2O3, AnO 2 , An 2O5и AnO 3. Для всех актинидов оксиды AnO 3 являются амфотерными, а An 2O3, AnO 2 и An 2O5являются основными, они легко реагируют с водой, образуя основания:
Эти основания плохо растворимы в воде и по своей активности близки к гидроксидам редких - земные металлы. Np (OH) 3 еще не синтезирован, Pu (OH) 3 имеет синий цвет, а Am (OH) 3 розовый и гидроксид кюрия Cm (OH) 3 бесцветен. Bk (OH) 3 и Cf (OH) 3 также известны, как четырехвалентные гидроксиды для Np, Pu и Am и пятивалентные для Np и Am.
Самая сильная основа - актиний. Все соединения актиния бесцветны, кроме черного (Ac 2S3). Диоксиды четырехвалентных актинидов кристаллизуются в кубической системе, как и в фторид кальция.
Торий, реагируя исключительно с кислородом, образует только диоксид:
![{\displaystyle {\ce {Th{}+O2->[{\ ce {1000 ^ {\ circ} C}}] \ overbrace {ThO2} ^ {Thorium ~ dioxide}}}}]( https: / /wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/13e4a27b9ed3d03fc5420ed4a04020bf77562406)
Диоксид тория - это тугоплавкий материал с самой высокой температурой плавления среди всех известных оксидов (3390 ° C). Добавление 0,8–1% ThO 2 до вольфрама стабилизирует его структуру, поэтому легированные нити имеют лучшую механическую устойчивость к вибрациям. Для растворения ThO 2 в кислотах его нагревают до 500–600 ° C; нагрев выше При 600 ° C образуется очень устойчивая к кислотам и другим реагентам форма ThO 2. Небольшое добавление фторид-ионов катализирует di раствор диоксида тория в кислотах.
Были получены два оксида протактиния: PaO 2 (черный) и Pa 2O5(белый); первый изоморфен ThO 2 , а второй легче получить. Оба оксида являются основными, а Pa (OH) 5 - слабое, плохо растворимое основание.
Разложение некоторых солей урана, например UO 2 (NO 3 ) · 6H 2 O на воздухе при 400 ° C, дает оранжевый или желтый UO 3. Этот оксид является амфотерным и образует несколько гидроксидов, наиболее стабильным из которых является гидроксид уранила UO2(OH) 2. Реакция оксида урана (VI) с водородом приводит к диоксиду урана, который по своим свойствам аналогичен ThO 2. Этот оксид также является основным и соответствует гидроксиду урана (U (OH) 4).
Плутоний, нептуний и америций образуют два основных оксида: An 2O3и AnO 2. Триоксид нептуния нестабилен; таким образом, Пока удалось получить только Np 3O8. Однако оксиды плутония и нептуния с химической формулой AnO 2 и An 2O3хорошо охарактеризованы.
| Химическая формула | AcCl 3 | UCl 3 | NpCl 3 | PuCl 3 | AmCl 3 | CmCl 3 | BkCl 3 | CfCl 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Номер CAS | 22986-54-5 | 10025-93-1 | 20737-06-8 | 13569-62-5 | 13464-46-5 | 13537-20-7 | 13536-46-4 | 13536-90-8 |
| Молярная масса | 333,386 | 344,387 | 343,406 | 350,32 | 349,42 | 344–358 ** | 353,428 | 357,438 |
| Точка плавления | 837 ° C | 800 ° C | 767 ° C | 715 ° C | 695 ° C | 603 ° C | 545 ° C | |
| Точка кипения | 1657 ° C | 17 67 ° C | 850 ° C | |||||
| Кристаллическая структура | . An: __ / Cl: __ | |||||||
| Пространственная группа | P63/ м | |||||||
| Координационное число | An* [9], Cl [3] | |||||||
| Постоянные решетки | 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 пм | a = 738 пм. c = 409 пм | |
| Соединение | Цвет | Симметрия кристалла, тип | Константы решетки, Å | Плотность, г / см | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| a | b | c | ||||
| AcF 3 | Белый | Гексагональный, LaF 3 | 4,27 | - | 7,53 | 7,88 |
| PaF 4 | Темно-коричневый | Моноклинный | 12,7 | 10,7 | 8,42 | – |
| PaF 5 | Черный | Тетрагональный, β-UF 5 | 11,53 | - | 5,19 | – |
| ThF 4 | Бесцветный | Моноклинный | 13 | 10,99 | 8,58 | 5,71 |
| UF3 | Красно-фиолетовый | Шестигранный | 7,18 | - | 7,34 | 8,54 |
| UF4 | Зеленый | Моноклиника | 11.27 | 10.75 | 8.40 | 6,72 |
| α-UF5 | Голубой | Тетрагональный | 6,52 | - | 4,47 | 5,81 |
| β-UF5 | Голубой | Тетрагональный | 11,47 | - | 5,20 | 6,45 |
| UF6 | желтоватый | орторомбический | 9,92 | 8,95 | 5,19 | 5,06 |
| NpF 3 | черный или фиолетовый | шестиугольный | 7,129 | - | 7,288 | 9,12 |
| NpF 4 | светло-зеленый | моноклинный | 12,67 | 10,62 | 8,41 | 6,8 |
| NpF6 | Оранжевый | Орторомбический | 9,91 | 8,97 | 5,21 | 5 |
| PuF 3 | Фиолетово-синий | Тригональный | 7,09 | - | 7,25 | 9,32 |
| PuF 4 | Бледно-коричневый | Моноклиника | 12,59 | 10,57 | 8,28 | 6,96 |
| PuF 6 | Красно-коричневый | Орторомбический | 9,95 | 9,02 | 3,26 | 4,86 |
| AmF 3 | Розовый или светло-бежевый | шестиугольный, LaF 3 | 7.04 | - | 7.255 | 9,53 |
| А mF 4 | Оранжево-красный | Monoclinic | 12,53 | 10,51 | 8,20 | – |
| CmF 3 | От коричневого до белого | Гексагональный | 4.041 | - | 7.179 | 9,7 |
| CmF4 | Желтый | Моноклинический, UF 4 | 12,51 | 10,51 | 8,20 | – |
| BkF 3 | Желто-зеленый | Тригональный, LaF 3. Орторомбический, YF 3 | 6,97. 6,7 | -. 7,09 | 7,14. 4,41 | 10,15. 9,7 |
| BkF 4 | - | Моноклинический, UF 4 | 12,47 | 10,58 | 8,17 | – |
| CfF 3 | -. - | Тригональный, LaF 3. Орторомбический, YF 3 | 6. 94. 6,65 | -. 7,04 | 7,10. 4,39 | – |
| CfF 4 | -. - | Моноклинический, UF 4. Моноклинический, UF 4 | 1,242. 1,233 | 1,047. 1,040 | 8,126. 8,113 | – |
Актиниды легко реагируют с галогенами, образуя соли с формулами MX 3 и MX 4 (X = галоген ). Итак, первое соединение берклия, BkCl 3 , было синтезировано в 1962 году в количестве 3 нанограмма. Подобно галогенам редкоземельных элементов, актиниды хлориды, бромиды и йодиды растворимы в воде, а фториды нерастворимы. Уран легко дает бесцветный гексафторид, который сублимирует при температуре 56,5 ° C; из-за своей летучести он используется для разделения изотопов урана с помощью газовой центрифуги или газовой диффузии. Гексафториды актинидов имеют свойства, близкие к ангидридам. Они очень чувствительны к влаге и гидролизу с образованием AnO 2F2. Пентахлорид и черный гексахлорид урана были синтезированы, но оба они нестабильны.
Действие кислот на актиниды дает соли, и если кислоты не окисляют, то актинид в соли находится в низковалентном состоянии :
Однако в этих реакциях регенерирующий водород может реагировать с металл, образуя соответствующий гидрид. Уран реагирует с кислотами и водой намного легче, чем торий.
Соли актинидов также могут быть получены путем растворения соответствующих гидроксидов в кислотах. Нитраты, хлориды, сульфаты и перхлораты актинидов являются растворим в воде. При кристаллизации из водных растворов эти соли образуют гидраты, такие как Th (NO 3)4· 6H 2 O, Th (SO 4)2· 9H 2 O и Pu 2 (SO 4)3· 7H 2 O. Соли высоковалентных актинидов легко гидролизуются. Так, бесцветный сульфат, хл орид, перхлорат и нитрат тория превращаются в основные соли с формулами Th (OH) 2SO4и Th (OH) 3NO3. Растворимость и нерастворимость трехвалентных и четырехвалентных актинидов аналогична растворимости солей лантаноидов. Итак, фосфаты, фториды, оксалаты, йодаты и карбонаты актинидов слабо растворимы в воде; они осаждаются в виде гидратов, таких как ThF 4 · 3H 2 O и Th (CrO 4)2· 3H 2O.
Актиниды со степенью окисления +6, за исключением AnO <433 Катионы типа>2 , образующие [AnO 4 ], [An 2O7] и другие комплексные анионы. Например, уран, нептуний и плутоний образуют соли Na 2UO4(уранат ) и (NH 4)2U2O7(диуранат)). По сравнению с лантаноидами, актиниды легче образуют координационные соединения, и эта способность увеличивается с увеличением валентности актинидов. Трехвалентные актиниды не образуют фторидные координационные соединения, тогда как четырехвалентные торий образует комплексы K 2 ThF 6 , KThF 5 и даже K 5 ThF 9. Торий также образует соответствующие сульфаты (например, Na 2SO4· Th (SO 4)2· 5H 2 O), нитраты и тиоцианаты. Соли с общим формула An 2 Th (NO 3)6· nH 2 O имеет координационную природу, с координационным числом тория, равным 12. Еще проще o производить комплексные соли пятивалентных и шестивалентных актинидов. Наиболее стабильные координационные соединения актинидов - четырехвалентный торий и уран - получаются в реакциях с дикетонами, например ацетилацетон.
В то время как актиниды находят применение в некоторых случаях повседневной жизни, например, в детекторах дыма (америций) и газовые оболочки (торий), они в основном используются в ядерном оружии и используются в качестве топлива в ядерных реакторах. В последних двух областях используется свойство актинидов выделять огромную энергию в ядерных реакциях, которые при определенных условиях могут стать самоподдерживающейся цепной реакцией.
Самоосвещение ядерного реактора излучением Черенкова.Наиболее важным изотопом для ядерной энергетики приложений является уран-235. Он используется в тепловом реакторе , а его концентрация в природном уране не превышает 0,72%. Этот изотоп сильно поглощает тепловые нейтроны, выделяя много энергии. Один акт деления 1 грамма урана превращается в около 1 МВт · день. Важно то, что. 92U. испускает больше нейтронов, чем поглощает; при достижении критической массы,. 92U. вступает в самоподдерживающуюся цепную реакцию. Обычно ядро урана разделяется на два фрагмента с выделением 2–3 нейтронов, например:
Другими многообещающими изотопами актинидов для ядерной энергетики являются торий-232 и его продукт из ториевый топливный цикл, уран-233.
| Ядерный реактор |
| Активная зона большинства ядерных реакторов поколения II содержит набор полых металлических стержней, обычно сделанных из циркониевые сплавы, наполненные твердым ядерным топливом таблетками - в основном оксидом, карбидом, нитридом или моносульфидом урана, плутония или тория или их смесью (так называемое МОКС-топливо ). Наиболее распространенным топливом является оксид урана-235. Быстрые нейтроны замедляются замедлителями, которые содержат воду, углерод, дейтерий, или бериллий, как тепловые нейтроны для повышения эффективности их взаимодействия с ураном-235. Скорость ядерной реакции регулируется путем введения дополнительных стержней из бора или кадмия или жидкого абсорбента, обычно борной кислоты. Реакторы для производства плутония называются реактором-размножителем или размножающим реактором; они имеют другую конструкцию и используют быстрые нейтроны. |
Эмиссия нейтронов при делении урана важна не только для поддержания цепной ядерной реакции, но и для синтеза более тяжелых актинидов. Уран-239 преобразуется посредством β-распада в плутоний-239, который, как и уран-235, способен к самопроизвольному делению. Первые в мире ядерные реакторы были построены не для энергетики, а для производства плутония-239 для ядерного оружия.
Около половины производимого тория используется в качестве светоизлучающего материала газовых мантий. Торий также добавляют в многокомпонентные сплавы из магния и цинка. Таким образом, сплавы Mg-Th легкие и прочные, но также обладают высокой температурой плавления и пластичностью и поэтому широко используются в авиационной промышленности и в производстве ракет . Торий также имеет хорошие свойства электронной эмиссии, длительный срок службы и низкий потенциальный барьер для эмиссии. Относительное содержание изотопов тория и урана широко используется для оценки возраста различных объектов, включая звезды (см. радиометрическое датирование ).
Основное применение плутония было в ядерном оружии, где изотоп плутоний-239 был ключевым компонентом из-за простоты его деления и доступности. Конструкции на основе плутония позволяют снизить критическую массу примерно до трети от критической массы урана-235. "Толстяк Плутониевые бомбы типа ", произведенные в ходе Манхэттенского проекта, использовали взрывное сжатие плутония для получения значительно более высоких плотностей, чем обычно, в сочетании с центральным источником нейтронов для начала реакции и повышения эффективности. Таким образом, всего 6,2 кг плутония требовалось для взрывной мощности, эквивалентной 20 килотоннам тротила. (См. также Конструкция ядерного оружия.) Гипотетически всего 4 кг плутония - а может быть, даже меньше - можно было бы использовать для создания единственной атомной бомбы, используя очень сложные
Плутоний-238 потенциально является более эффективным изотопом для ядерных реакторов, поскольку он имеет меньшую критическую массу, чем уран-235, но при распаде он продолжает выделять много тепловой энергии (0,56 Вт / г) даже когда цепная реакция деления останавливается регулирующими стержнями. Его применение ограничено высокой ценой (около 1000 долларов США / г). Этот изотоп использовался в термобатареях и системах водной дистилляции некоторых космических спутников и станций. Итак, космические корабли Galileo и Apollo (например, Apollo 14 ) имели нагреватели, работающие на килограммах оксида плутония-238; это тепло также преобразуется в электричество с помощью термобатарей. Распад плутония-238 дает относительно безвредные альфа-частицы и не сопровождается гамма-облучением. Поэтому этот изотоп (~ 160 мг) используется в качестве источника энергии в кардиостимуляторах, где его срок службы примерно в 5 раз дольше, чем у обычных батарей.
Актиний-227 используется в качестве источника нейтронов. Его высокая удельная энергия (14,5 Вт / г) и возможность получения значительных количеств термически стабильных соединений привлекательны для использования в долговечных термоэлектрических генераторах для удаленного использования. Ас используется в качестве индикатора радиоактивности в химических исследованиях, поскольку он испускает электроны высокой энергии (2,18 МэВ), которые можно легко обнаружить. Ac -Ra смеси широко используются в качестве интенсивного источника гамма-излучения в промышленности и медицине.
Разработка самосветящихся легированных актинидами материалов с прочными кристаллическими матрицами является новой областью использования актинидов в качестве добавки альфа- излучение радионуклидов на некоторые стекла и кристаллы может вызывать люминесценцию.
Радиоактивные вещества могут нанести вред здоровью человека через (i) местное загрязнение кожи, (ii) внутреннее облучение из-за проглатывания радиоактивные изотопы и (iii) внешнее чрезмерное облучение β-активностью и γ-излучением. Актиний вместе с радием и трансурановыми элементами является одним из самых опасных радиоактивных ядов с высокой удельной α-активностью. Важнейшей особенностью актиния является его способность накапливаться и оставаться в поверхностном слое скелетов. На начальной стадии отравления актиний накапливается в печени. Другая опасность актиния состоит в том, что он подвергается радиоактивному распаду быстрее, чем выводится из организма. Адсорбция из пищеварительного тракта для актиния намного меньше (~ 0,05%), чем для радия.
Протактиний в организме имеет тенденцию накапливаться в почках и костях. Максимальная безопасная доза протактиния в организме человека составляет 0,03 мкКи, что соответствует 0,5 мкг Па. Этот изотоп, который может присутствовать в воздухе в виде аэрозоля, составляет 2,5 × 10 в раз более токсичен, чем синильная кислота.
Плутоний, попадая в организм через воздух, пищу или кровь (например, через рану), в основном оседает в легких, печени и костях, и только около 10% попадает в другие органы, и остается там на десятилетия. Длительное время пребывания плутония в организме отчасти объясняется его плохой растворимостью в воде. Некоторые изотопы плутония испускают ионизирующее α-излучение, которое повреждает окружающие клетки. средняя летальная доза (LD 50 ) для собак в течение 30 дней после внутривенной инъекции плутония составляет 0,32 миллиграмма на кг массы тела, и, таким образом, летальная доза для людей составляет примерно 22 мг. для человека весом 70 кг; количество для респираторного воздействия должно быть примерно в четыре раза больше. Другая оценка предполагает, что плутоний в 50 раз менее токсичен, чем радий, и, таким образом, допустимое содержание плутония в организме должно составлять 5 мкг или 0,3 мкКи. Такое количество практически незаметно под микроскопом. После испытаний на животных эта максимально допустимая доза была снижена до 0,65 мкг или 0,04 мкКи. Исследования на животных также показали, что наиболее опасным путем воздействия плутония является его вдыхание, после чего 5–25% вдыхаемых веществ остается в организме. В зависимости от размера частиц и растворимости соединений плутония плутоний локализуется либо в легких, либо в лимфатической системе, либо всасывается в кровь, а затем транспортируется в печень и кости. Заражение через пищу - наименее вероятный путь. В этом случае только 0,05% растворимых 0,01% нерастворимых соединений плутония всасывается в кровь, а остальная часть выводится из организма. Воздействие плутония на поврежденную кожу сохранит его почти 100%.
Использование актинидов в ядерном топливе, закрытых радиоактивных источниках или современных материалах, таких как самосветящиеся кристаллы, имеет много потенциальных преимуществ. Однако серьезную озабоченность вызывает чрезвычайно высокая радиотоксичность актинидов и их миграция в окружающей среде. Использование химически нестабильных форм актинидов в МОКС-топливе и закрытых радиоактивных источниках не соответствует современным стандартам безопасности. Перед нами стоит задача разработать стабильные и долговечные материалы, содержащие актиниды, которые обеспечивают безопасное хранение, использование и окончательную утилизацию. Ключевой потребностью является применение твердых растворов актинидов в прочных кристаллических фазах-хозяевах.
| Нуклид | срок службы | Режим распада | Доля ветвления | Источник |
|---|---|---|---|---|
| . 81Tl. | 4,202 ± 0,011 м | β | 1,0 | LNHB |
| . 81Tl. | 3,060 ± 0,008 м | β | 1,0 | БИПМ-5 |
| . 82Pb. | 22,20 ± 0,22 y | β | 1,0 | ENSDF |
| α | (1,9 ± 0,4) x 10 | |||
| . 82Pb. | 36,1 ± 0,2 м | β | 1,0 | ENSDF |
| . 82Pb. | 10,64 ± 0,01 ч | β | 1,0 | BIPM-5 |
| . 82Pb. | 26,8 ± 0,9 м | β | 1,0 | ENSDF |
| . 83Bi. | 2,14 ± 0,02 м | β | 0,00276 ± 0,00004 | ENSDF |
| α | 0,99724 ± 0,00004 | |||
| . 83Bi. | 60,54 ± 0,06 м | α | 0,3593 ± 0,0007 | BIPM-5 |
| β | 0,6407 ± 0,0007 | |||
| . 83Bi. | 19,9 ± 0,4 м | α | 0,00021 ± 0,00001 | ENSDF |
| β | 0,99979 ± 0,00001 | |||
| . 84Po. | 138,376 ± 0,002 d | α | 1,0 | ENSDF |
| . 86Rn. | 3,96 ± 0,01 с | α | 1,0 | ENSDF |
| . 86Rn. | 55,8 ± 0,3 с | α | 1,0 | БИПМ-5 |
| . 87Fr. | 4,9 ± 0,2 м | β | 0,00005 ± 0,00003 | ENSDF |
| α | 0,99995 ± 0,00003 | |||
| . 88Ra. | 11,43 ± 0,05 d | α | 1,0 | ENSDF |
| C | (8,9 ± 0,4) x 10 | |||
| . 88Ra. | 3,627 ± 0,007 d | α | 1,0 | BIPM-5 |
| . 88Ra. | 14,9 ± 0,2 d | β | 1,0 | ENSDF |
| . 88Ra. | (1,600 ± 0,007) x 10 y | α | 1,0 | BIPM-5 |
| . 88Ra. | 5,75 ± 0,03 y | β | 1,0 | ENSDF |
| . 89Ac. | 2,78 ± 0,17 ч | α | 0,091 +0,020 -0,014 | ENSDF |
| EC | 0,909 +0,014 -0,020 | |||
| . 89Ac. | 10,0 ± 0,1 d | α | 1,0 | ENSDF |
| . 89Ac. | 21,772 ± 0,003 y | α | 0,01380 ± 0,00004 | ENSDF |
| β | 0,98620 ± 0,00004 | |||
| . 89Ac. | 6,15 ± 0,02 h | β | 1,0 | ENSDF |
| . 90Th. | 18,718 ± 0,005 d | α | 1,0 | BIPM-5 |
| . 90Th. | 698,60 ± 0,23 d | α | 1,0 | BIPM-5 |
| . 90Th. | (7,34 ± 0,16) x 10 y | α | 1,0 | ENSDF |
| . 90Th. | (7,538 ± 0,030) x 10 y | α | 1,0 | ENSDF |
| SF | ≤ 4 x 10 | |||
| . 90Th. | 25,52 ± 0,01 ч | β | 1,0 | ENSDF |
| α | ~ 4 x 10 | |||
| . 90Th. | (1,405 ± 0,006) x 10 y | α | 1,0 | ENSDF |
| SF | (1,1 ± 0,4) x 10 | |||
| . 90Th. | 22,15 ± 0,15 м | β | 1,0 | LNHB |
| . 90Th. | 24,10 ± 0,03 d | β | 1,0 | ENSDF |
| . 91Pa. | (3,276 ± 0,011) x 10 лет | α | 1,0 | ENSDF |
| SF | ≤ 3 x 10 | |||
| . 91Pa. | 1,32 ± 0,02 d | EC | 0,00003 ± 0,00001 | ENSDF |
| β | 0,99997 ± 0,00001 | |||
| . 91Pa. | 26,98 ± 0,02 d | β | 1.0 | LNHB |
| . 91Pa. | 6,70 ± 0,05 ч | β | 1,0 | ENSDF |
| . 91Pa. | 1,159 ± 0,016 м | IT | 0,0016 ± 0,0002 | МАГАТЭ- CRP-XG |
| β | 0,9984 ± 0,0002 | |||
| . 92U. | 68,9 ± 0,4 y | α | 1,0 | ENSDF |
| SF | ||||
| . 92U. | (1,592 ± 0,002) x 10 y | α | 1,0 | ENSDF |
| SF | ||||
| . 92U. | (2,455 ± 0,006) x 10 y | α | 1,0 | LNHB |
| SF | (1,6 ± 0,2) x 10 | |||
| . 92U. | 26 ± 1 м | IT | 1,0 | ENSDF |
| . 92U. | (7,038 ± 0,005) x 10 лет | α | 1,0 | ENSDF |
| SF | (7 ± 2) x 10 | |||
| . 92U. | (2,342 ± 0,004) x 10 лет | α | 1.0 | ENSDF |
| SF | (9,4 ± 0,4) x 10 | |||
| . 92U. | 6,749 ± 0,016 d | β | 1,0 | LNHB |
| . 92U. | (4,468 ± 0,005) x 10 лет | α | 1.0 | LNHB |
| SF | (5,45 ± 0,04) x 10 | |||
| . 92U. | 23,45 ± 0,02 м | β | 1,0 | ENSDF |
| . 93Np. | (1,55 ± 0,08) x 10 лет | α | 0,0016 ± 0,0006 | LNHB |
| β | 0,120 ± 0,006 | |||
| EC | 0,878 ± 0,006 | |||
| . 93Np. | 22,5 ± 0,4 ч | β | 0,47 ± 0,01 | LNHB |
| EC | 0,53 ± 0,01 | |||
| . 93Np. | (2,144 ± 0,007) x 10 y | α | 1,0 | ENSDF |
| SF | ||||
| . 93Np. | 2,117 ± 0,002 d | β | 1,0 | ENSDF |
| . 93Np. | 2,356 ± 0,003 d | β | 1.0 | ENSDF |
| . 94Pu. | 2.858 ± 0.008 y | α | 1.0 | ENSDF |
| LNHB | Национальная лаборатория Анри Беккереля, Рекомендуемые данные, http://www.nucleide.org/DDEP_WG/DDEPdata.htm, 3 октября 2006 г. |
| BIPM-5 | М.-М. Бе, В. Чисте, К. Дулье, Э. Браун, В. Чечев, Н. Кузьменко, Р. Хелмер, А. Николс, Э. Шенфельд, Р. Дерш, Монография BIPM-5, Таблица радионуклидов, Vol. 2 - A = 151–242, 2004. |
| ENSDF | «Файл оцененных данных структуры ядра». Брукхейвенская национальная лаборатория. Проверено 15 ноября 2006 г. |
| IAEA-CRP-XG | М.-М. Бе, В. П. Чечев, Р. Дерш, О. А. М. Элен, Р. Г. Хелмер, М. Герман, С. Главац, А. Марцинковски, Г.Л. Мольнар, А.Л. Николс, Э. Шенфельд, В.Р. Ванин, М.Дж. Вудс, ПКИ МАГАТЭ «Обновление стандартов данных о распаде рентгеновских и гамма-лучей для калибровки детекторов и других приложений», Отчет МАГАТЭ по научно-технической информации STI / PUB / 1287, май 2007 г., Международное агентство по атомной энергии, Вена, Австрия, ISBN 92-0-113606-4. |
 | Викискладе есть медиафайлы, связанные с Актинидами . |
