Aktinoidák

Nem tévesztendő össze a következővel: Aktíniák.

Az aktinoidák (vagy régebbi, az IUPAC által nem támogatott néven aktinidák) sorozata tizennégy, 90 és 103 közti rendszámú – kémiai elemet foglal magában, a tóriumtól a laurenciumig.^[1]^[2]^[3] Az aktinoidák elemi sorozata a nevét a 3. csoportba tartozó aktíniumról kapta, amely összehasonlítás céljából szerepelhet a sorozatban. Csak a tórium és az urán fordul elő a természetben felhasználható mennyiségben. A többi aktinoida mesterségesen előállított elem. Az aktinoidákat általában az f-mező elemeinek tekintik. A vegyértékük sokkal inkább változó, mint a lantanoidáké. Az összes aktinoida radioaktív.

Történet

1945 előtt az volt az általános vélekedés Mengyelejev után, hogy a tórium és az urán rendre a 4. és a 6. csoportba tartozó átmenetifémek. A felfogás az volt, hogy a transzurán elemek az átmenetifémek tulajdonságaival rendelkeznek. Azonban Charles Janet 1928-ban azt javasolta, hogy az aktíniummal 14, a lantanoidáknak megfelelő elem kezdődik. A transzurán elemeket elsőként a Manhattan terv részeként szintetizálták 1944 körül. Glenn T. Seaborg, a kutatás vezetője megállapította, hogy az amerícium és a kűrium nem rendelkezik az átmenetifémektől elvárt tulajdonságokkal.^[4] 1945-ben a kollégái tanácsaival szembefordulva, nem tudva Janet-ről, elfogadtatta a javaslatát, amely a periódusos rendszer legjelentősebb módosítása volt, amelyet a tudományos közösség elfogadott: az aktinoida elemek egy új elemi sorozatba tartoznak, amely abban hasonlít a lantanoidákéra, hogy a vegyértékelektronok f-alhéjakon helyezkednek el. Ez megfelel az elektronhéjak feltöltődésére vonatkozó alapelvnek, amely azt jósolja, hogy az 5f-pályák a 6d-pályák előtt töltődnek fel.

Kémia

Rendszám	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99	100	101	102	103
Név	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr
Atomok	7s²6d¹	7s²6d²	7s²5f²6d¹	7s²5f³6d¹	7s²5f⁴6d¹	7s²5f⁶	7s²5f⁷	7s²5f⁷6d¹	7s²5f⁹	7s²5f¹⁰	7s²5f¹¹	7s²5f¹²	7s²5f¹³	7s²5f¹⁴	7s²5f¹⁴7p¹

Néhány aktinoidaatomnak vannak elektronjai a 6d-alhéjon, de a vegyületekben az összes 6s- és d-elektron hiányzik, így [Rn]5fⁿ elektronszerkezetű ionok maradnak vissza. Ebből a szempontból az aktinoidák a lantanoidákra hasonlítanak, amelyek vegyületeiben szintén csak f-elektronok találhatóak a vegyértékhéjon. Szintén hasonlóság, hogy a nagyobb rendszámú aktinoidák maximális oxidációs állapota +3. Azonban a kisebb rendszámúak, a tórium (Th) és az urán (U) elveszíthetik az összes vegyértékelektronjukat, így rendre 4-es és 6-os oxidációs állapotot érve el. Ez korábban vitákhoz vezetett arról, hogy a tóriumot és az uránt a d-mező elemeinek kell-e tekinteni és a tóriumot a 4. csoportba (a hafnium alá) az uránt pedig a 6. csoportba (a volfrám alá) kell-e helyezni. Ezeknek az elemeknek a kémiája valójában a rendszám növekedésével az elvárt tendenciákat követi, figyelembe véve a lantanoidakontrakció hatásait is. A neptúnium is elveszítheti az összes vegyértékelektronját, mint például a [NpO₅]^3- ionban.

Az U, a Np, és a Pu a legnagyobb oxidációs számmal kovalens, főként oxo- és fluorvegyületekben található. Például az UF₆ (olvadáspontja 64 °C) elég illékony ahhoz, hogy gázdiffúziós vagy gázcentrifugás izotópszétválasztó berendezésekben alkalmazzák. A fluorokomplexek kivételével minden urán(VI) vegyület lineáris UO₂²⁺ csoportot tartalmaz. 4-6 ligandum helyezkedhet el ekvatoriális síkban, az uranilcsoportra merőlegesen. Az uranilcsoport kemény savként viselkedik és stabilabb komplexeket képez oxigéndonor ligandumokkal, mint nitrogéndonor ligandumokkal. A NpO₂²⁺ és a PuO₂²⁺ a +6-os oxidációs számú Np és Pu szintén elterjedt formái.

A +5-ös és +4-es oxidációs számú vegyületek túlnyomórészt kovalensek. A +4-es oxidációs számú aktinoidák komplexeinek különleges tulajdonsága, hogy a koordinációs szám bennük akár 11 is lehet. A +3-as oxidációs számú vegyületek félig kovalensek. A trikloridok például ionos rácstípusokban kristályosodnak, de egyértelmű bizonyíték van kovalens kötésekre. A Th(III)- és az U(III)-vegyületek erős redukálószerek, de a redukálóerő egyre csökken az aktinoidák elemi sorozatában balról jobbra haladva, a méret csökkenésével párhuzamosan.

Az aktinoidakontrakció

Az aktinoidák mérete a rendszám növekedésével csökken. Ez egy normális tendencia, ami a lantanoidakontrakcióra emlékeztet. A grafikon ezt ábrázolja a +3, a +4 és a +5-ös oxidációs állapotokra egyaránt.

Szín

Az aktinoidaionok színe közelítően, vizes oldatban^[6]^[7]
Oxidációs szám	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99
+3	Ac³⁺	Th³⁺	Pa³⁺	U³⁺	Np³⁺	Pu³⁺	Am³⁺	Cm³⁺	Bk³⁺	Cf³⁺	Es³⁺
+4		Th⁴⁺	Pa⁴⁺	U⁴⁺	Np⁴⁺	Pu⁴⁺	Am⁴⁺	Cm⁴⁺	Bk⁴⁺	Cf⁴⁺
+5			PaO₂⁺	UO₂⁺	NpO₂⁺	PuO₂⁺	AmO₂⁺
+6				UO₂²⁺	NpO₂²⁺	PuO₂²⁺	AmO₂²⁺
+7					NpO₂³⁺	PuO₂³⁺	[AmO₆]^5-

Fémorganikus kémia

Az aktinoidák fémorganikus vegyületeit aktinoidaorganikus vegyületeknek nevezik. Az aktinoidák fémorganikus kémiája nem túl terjedelmes. Az uranocén U(C₈H₈)₂ különösen érdekes, ugyanis planáris, a Hückel-szabálynak megfelelően aromás, a ferrocénben található ciklopentadienil ionnal analóg ciklooktatrenil aniont tartalmaz. Ennek a vegyületnek a képződését az U⁴⁺ ion viszonylag nagy mérete segíti.

A radioaktivitás kémiai szempontból

Az összes aktinoida radioaktív. A protaktínium és az uránt követő elemek összes izotópja (a transzurán elemek) mesterséges elemek és a felezési idejük jóval rövidebb, mint a Föld kora, a természetben nem találhatók meg felhasználható mennyiségben. Az urán és a tórium nagyon hosszú felezési idejű, alfa-sugárzó elemek, amelyek a minimum sugárvédelmi eljárásokkal kezelhetők.

Az einsteiniumot követő elemeket még nem állították elő elegendően nagy mennyiségben ahhoz, hogy a kémiai tulajdonságaikat részletesen tanulmányozni lehessen.

A radioaktív sugárzás jelentős hőforrás, így a hőmérséklet szabályozása gyakori probléma a transzurán elemeknél. Emellett a kibocsátott alfa-részecskék oxidálószerként viselkedhetnek. Például:

He²⁺ + H₂O → 2H⁺ + 1/2 O₂ + He

Előfordulás

Csak a tórium és az urán találhatóak meg jelentős mennyiségben a földkéregben, a többi elem legfeljebb csak nyomokban fordul elő. A további aktinoidák közül csak az aktíniumot és a protaktíniumot találták meg a természetben azelőtt, mielőtt szintetizálták volna, ezek az urán bomlástermékei. A neptúnium és a plutónium is megtalálhatóak nyomokban uránércekben sugárzás vagy bombázás eredményeként, de ezt csak a mesterséges előállításuk után fedezték fel. A további aktinoidákat részecskeütköztetőkben vagy atomreaktorokban állították elő és egyiket sem sikerült megtalálni a természetben. A kalifornium utáni aktinoidáknak rendkívül rövid a felezési ideje.

Az összes transzurán elem izotópjai a fermiumig (a fermiumot is beleértve) könnyebb nuklidok gyors neutronokkal való bombázásakor keletkezhetnek. A létrehozott atommagok neutrontöbblettel rendelkeznek. β-bomlás történik, amikor is egy neutron egy protonra és egy elektronra bomlik, a folyamat során a rendszám nő. A transzurán elemek szintéziséhez alkalmas körülmények a szupernóvákban találhatók. Ezeket az elemeket speciális atomreaktorokban is elő lehet állítani. Atomrobbantások kivitelezésekor is keletkezhetnek és radioaktív csapadék formájában lejuthatnak a földre a légkörben végrehajtott kísérleti robbantások esetén. A nehezebb elemek nehezebb részecskékkel, például α-részecskékkel vagy nehezebb atommagokkal való bombázással állíthatók elő.

1961-ben Antoni Przybylski felfedezett egy csillagot, a HD 101065-öt, amelyet gyakran Przybylski-csillagnak neveznek. Ez a csillag szokatlanul nagy mennyiségben tartalmaz aktinoidákat.

Jegyzetek

↑ IUPAC Periodic Table. [2008. május 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. február 23.)
↑ IUPAC Periodic Table 2007.pdf
↑ Connelly, Neil G., et al.. Elements, Nomenclature of Inorganic Chemistry. London: Royal Society of Chemistry, 52. o. (2005. november 4.)
↑ Seaborg, Glenn T. (1946). „The Transuranium Elements”. Science 104 (2704), 379–386. o. DOI:10.1126/science.104.2704.379.
↑ Greenwood, N.N.. Az elemek kémiája, 1., Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó, 1730. o. (1999). ISBN 963-18-9144-5
↑ Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, S. 1956; ISBN 978-3-11-017770-1.
↑ dtv-Atlas zur Chemie 1981, Teil 1, S. 224.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben az Actinide című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Kémiaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap

[1] IUPAC Periodic Table. [2008. május 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. február 23.)

[2] IUPAC Periodic Table 2007.pdf

[3] Connelly, Neil G., et al.. Elements, Nomenclature of Inorganic Chemistry. London: Royal Society of Chemistry, 52. o. (2005. november 4.)

[4] Seaborg, Glenn T. (1946). „The Transuranium Elements”. Science 104 (2704), 379–386. o. DOI:10.1126/science.104.2704.379.

[5] Greenwood, N.N.. Az elemek kémiája, 1., Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó, 1730. o. (1999). ISBN 963-18-9144-5

[HOWI_1956-6] Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, S. 1956; ISBN 978-3-11-017770-1.

[dtv_1981_1-7] tv-Atlas zur Chemie 1981, Teil 1, S. 224.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]