Актинијум
Актинијум (Ac, лат. actinium) је хемијски елемент из групе непостојаних актиноида са атомским бројем 89.[4] Име је добио по грчкој речи aktinos која означава пречник. Француски хемичар Андре Л. Деберн је открио актинијум 1899. године на основу откривања јонизујућег зрачења. У исто време, кад и Дебијерн, тај елемент је открио и немачки хемичар Фридрих О. Гизел, који је предлагао непризнат назив еманијум (латински emanare значи ширити се, разливати се). Од имена елемента актинијум изводи се и назив целе групе актиноиди, која обухвата радоактивне елементе чије се атомске масе налазе између 89 do 102, од којих је први актинијум.[5] Актинијум се такође понекад сматра и првим прелазним металом 7. периоде, мада се много ређе лоренцијуму додељује та позиција. Актинијум је откривен 1899. године, а био је први непримордијални радиоактивни елемент који је издвојен. Иако су полонијум, радијум и радон откривени прије актинијума, они нису били добијени у чистом облику све до 1902. године.
![]() | |||||||||||||||||||||||||||
Општа својства | |||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Име, симбол | актинијум, Ac | ||||||||||||||||||||||||||
Изглед | сребрнасто-бео, сија сабласном плавом светлошћу;[1] понекад са златном нијансом[2] | ||||||||||||||||||||||||||
У периодноме систему | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||
Атомски број (Z) | 89 | ||||||||||||||||||||||||||
Група, периода | група 3 (понекад се сматра групом н/а), периода 7 | ||||||||||||||||||||||||||
Блок | d-блок (понекад се сматра делом f-блока) | ||||||||||||||||||||||||||
Категорија | актиноид, понекад се сматра прелазним металом | ||||||||||||||||||||||||||
Рел. ат. маса (Ar) | 227,0277523(25)[3] | ||||||||||||||||||||||||||
Масени број | 227 (најстабилнији изотоп) | ||||||||||||||||||||||||||
Ел. конфигурација | |||||||||||||||||||||||||||
по љускама | 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2 | ||||||||||||||||||||||||||
Физичка својства | |||||||||||||||||||||||||||
Тачка топљења | 1500 K (1227 °C, 2240 °F) (процењено)[2] | ||||||||||||||||||||||||||
Тачка кључања | 3500±300 K (3200±300 °C, 5800±500 °F) (екстраполисано)[2] | ||||||||||||||||||||||||||
Густина при с.т. | 10 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||
Топлота фузије | 14 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||
Топлота испаравања | 400 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||
Мол. топл. капацитет | 27,2 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||
Атомска својства | |||||||||||||||||||||||||||
Електронегативност | 1,1 | ||||||||||||||||||||||||||
Енергије јонизације | 1: 499 kJ/mol 2: 1170 kJ/mol 3: 1900 kJ/mol (остале) | ||||||||||||||||||||||||||
Ковалентни радијус | 215 pm | ||||||||||||||||||||||||||
![]() | |||||||||||||||||||||||||||
Остало | |||||||||||||||||||||||||||
Кристална структура | постраничноцентр. кубична (FCC) | ||||||||||||||||||||||||||
Топл. водљивост | 12 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||
CAS број | 7440-34-8 | ||||||||||||||||||||||||||
Историја | |||||||||||||||||||||||||||
Откриће и прва изолација | Фридрих Оскар Гизел (1902) | ||||||||||||||||||||||||||
Именовање и епоним | Андре-Луј Деберн (1899) | ||||||||||||||||||||||||||
Главни изотопи | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||
Актинијум је врло мек, сребрнасто-светли радиоактивни метал који врло бурно реагује са кисеоником и влагом из ваздуха, градећи бели покривни актинијум-оксид који спречава даљњу оксидацију. Као и већина лантаноида и многих актиноида, он задржава оксидационо стање +3 у готово свим својим једињењима. Овај метал се налази само у траговима унутар руда уранијума и торијума у виду изотопа 227Ac, а који се распада током времена полураспада од 21,772 године, претежно емитујући бета, а ређе и алфа-честице. Такође, постоји и изотоп 228Ac, који је бета активан, али му је време полураспада само 6,15 сати. У једној тони природног уранијума у рудама садржано је око 0,2 милиграма актинијума-227, док једна тона природног торијума садржи приближно 5 нанограма актинијума-228. Због велике сличности у физичким и хемијским особинама актинијума и лантана, одвајање актинијума из његових руда није практично. Уместо тога, овај елемент се у милиграмским количинама добија зрачењем неутронима изотопа радијума-226 у нуклеарним реакторима. Због реткости, високе цене добијања и радиоактивности, актинијум нема значајнијих примена у индустрији. Његова употреба своди се на извор неутрона те као средство у радиотерапији, којим се зраче одређене ћелије тумора у телу.
Историја
уредиФранцуски хемичар Андре-Луј Деберн објавио је 1899. откриће новог елемента. Издвојио га је из остатака руде уранинита, из које су Марија и Пјер Кири претходно издвојили радијум. Исте године, Деберн је описао нову материју, која је слична титанијуму[6] а у студији из 1900. навео је да је елемент сличан торијуму.[7] Актинијум је, не знајући за Деберново откриће, такође открио и Фридрих Оскар Гизел 1902. године[8] када је нову супстанцу описао да је слична лантану, те га је 1904. године назвао еманијум.[9] Након што су Харијет Брукс 1904, те Ото Хан и Ото Сакур 1905. године упоредили времена полураспада супстанци које су открили Деберн и Гизел,[10] одабрали су да задрже име елемента које је предложио Деберн, јер је био први који га је открио, иако је постојала неподударност у хемијским особинама које је он различито наводио у различитим радовима и периодима.[9][11]
Чланци објављени током 1970-их[12] и касније[13] наводе да Дебернови резултати објављени 1904. нису сагласни са оним објављеним 1899. и 1900. године. Осим тога, према данашњем знању из области хемије актинијума изводи се закључак да је овај елемент није могао бити ништа друго осим врло мали састојак у Деберновим резултатима из 1899. и 1900. Заправо, хемијске особине материје о којој је он писао наводе на помисао да се у том случају радило о протактинијуму, елементу који није откривен још наредних четрнаест година, само због тога што је „нестао” због своје хидролизе и адсорпције на Деберновом лабораторијском посуђу. То откриће је навело неке ауторе да Гизела „прогласе” особом која је открила актинијум.[2] Нешто умеренију визију научног открића предложио је Адлоф.[13] Он је навео би се ретроспективне критике раних радова требале ублажити због тадашњег нивоа знања из радиохемије: наглашавајући опрезност Дебернових тврдњи у првобитним радовима, он запажа да нико не може са сигурношћу тврдити да Дебернова супстанца није садржавала актинијум.[13] Деберн, који према мишљењима већине историчара важи за проналазача актинијума, изгубио је касније занимање за овај елемент и напустио истраживање. С друге стране, Гизелу се с пуним правом може дати част за прво добијање радиохемијски чистог узорка актинијума као и за одређивање његовог атомског броја 89.[12] Име актинијум потиче од старогрчких речи aktis, aktinos, што значи зрак.[14] Његов симбол Ac такође се користи и као скраћеница за друге супстанце или органска једињења која немају никакве везе са актинијумом, попут ацетила, ацетата[15] и понекад ацеталдехида.[16]
Особине
уредиАктинијум је меки, сребрено-сјајни,[17][18] радиоактивни метални елемент. Његов модул смицања (Колумбов модул) врло је близак оном код олова.[19] Због врло снажне радиоактивности актинијума, он у мраку сјаји светлоплавом светлошћу, која потече јер се околни ваздух јонизује због емисије енергетских честица.[20] Хемијске особине су сличне особинама лантана и других лантаноида, те је све те елементе врло тешко раздвојити из руда уранијума. Екстракција растварачима и јоноизмењивачка хроматографија су најчешће методе кориштене у издвајању актинијума.[21] Као први елемент међу актиноидима, по њему је ова група и добила име, на исти начин као што је лантан за лантаноиде. Међутим, актиноиди су у много већој мери различити између себе у односу на лантаноиде, тако да све до 1928. и предлога Чарлса Џанета о најзначајнијој измени Мендељејевог периодног система још од формирања групе лантаноида, тако што је увео актиноиде, а исти предлог имао је и Глен Т. Сиборг 1945. године.[22]
Актинијум врло бурно реагује са кисеоником и влагом из ваздуха градећи бели покровни слој актинијум-оксида који онемогућава даљњу оксидацију.[17] Као и код већине лантаноида и актиноида, актинијум постоји у оксидационом стању +3, а јони Ac3+ су безбојни у растворима.[23] Оксидационо стање +3 се јавља због електронске конфигурације актинијума [Rn]6d17s2, са три валентна електрона који се врло лако отпуштају дајући стабилну структуру затворених електронских љусци племенитог гаса радона.[18] Ретко оксидационо стање +2 једино је познато код актинијум-дихидрида (AcH2); мада се и ту можда ради о електридном једињењу као и код његовог лакшег конгенера лантана у једињењу LaH2.[24]
Изотопи
уредиАктинијум који се јавља у природи састоји се из два радиоактивна изотопа: 227
Ac (који се налази у радиоактивном низу распадања изотопа 235
U) и 228
Ac, који је трећи по реду „кћерка” изотоп од 232
Th. 227
Ac се претежно распада као бета емитер с врло малом енергијом, али се при 1,38% распада емитира алфа честица, па се стога врло лако може идентификовати помоћу алфа спектрометрије.[2] Укупно је до данас познато 36 радиоизотопа овог елемента, а међу њима је најстабилнији 227
Ac чије време полураспада износи 21,772 година. Након њега следе 225
Ac са временом полураспада од 10 дана и 226
Ac са временом полураспада од 29,37 сати. Сви остали познати радиоактивни изотопи имају времена полураспада краћа од 10 сати, а већина од њих времена краћа од једне минуте. Најкраће време полураспада има изотоп актинијума 217
Ac са 69 наносекунди, а који се распада алфа распадом и електронским захватом. Актинијум има и два позната метастабилна изотопа.[25] У хемији су најзначајнији изотопи 225Ac, 227Ac и 228Ac.[2]
Обогаћени 227
Ac се налази у равнотежи са својим производима распада након отприлике пола године. Он се распада током свог времена полураспада од 21,772 године емитујући углавном бета (98,62%) и незнатно алфа честице (1,38%),[25] а „кћерке” изотопи су део ланца распада познатог као актинијумов низ. Из разлога своје реткости и слабе распрострањености, ниске енергије бета честица које емитује (највише 44,8 keV) и ниског интензитета алфа зрачења, 227
Ac је врло тешко директно детектирати путем његове емисије па се стога прати само преко производа распада.[23] Изотопи актинијума по атомској тежини имају распон од 206 u (206
Ac) до 236 u (236
Ac).[25]
Изотоп | Производња | Распад | Време полураспада |
---|---|---|---|
221Ac | 232Th(d,9n)→225Pa(α)→221Ac | α | 52 ms |
222Ac | 232Th(d,8n)→226Pa(α)→222Ac | α | 5,0 s |
223Ac | 232Th(d,7n)→227Pa(α)→223Ac | α | 2,1 min |
224Ac | 232Th(d,6n)→228Pa(α)→224Ac | α | 2,78 h |
225Ac | 232Th(n,γ)→233Th(β−)→233Pa(β−)→233U(α)→229Th(α)→225Ra(β−)→225Ac | α | 10 дана |
226Ac | 226Ra(d,2n)→226Ac | α, β− електронски захват | 29,37 h |
227Ac | 235U(α)→231Th(β−)→231Pa(α)→227Ac | α, β− | 21,77 год. |
228Ac | 232Th(α)→228Ra(β−)→228Ac | β− | 6,15 h |
229Ac | 228Ra(n,γ)→229Ra(β−)→229Ac | β− | 62,7 min |
230Ac | 232Th(d,α)→230Ac | β− | 122 s |
231Ac | 232Th(γ,p)→231Ac | β− | 7,5 min |
232Ac | 232Th(n,p)→232Ac | β− | 119 s |
Напомене
уреди- ^ Or perhaps unquadtrium (Uqt), element 143, mirroring the controversy about whether group 3 should contain lanthanum and actinium or lutetium and lawrencium.
Референце
уреди- ^ Wall, Greg (8. 9. 2003). „C&EN: It's Elemental: The Periodic Table - Actinium”. C&EN: It's Elemental: The Periodic Table. Chemical and Engineering News. Приступљено 2. 6. 2011.
- ^ а б в г д ђ Kirby, Harold W.; Morss, Lester R. (2006). „Actinium”. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. стр. 18. ISBN 978-1-4020-3555-5. doi:10.1007/1-4020-3598-5_2.
- ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.
- ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
- ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
- ^ André-Louis Debierne (1899). „Sur un nouvelle matière radio-active”. Comptes rendus (на језику: француски). 129: 593—595. Приступљено 26. 9. 2017.
- ^ André-Louis Debierne (1900). „Sur un nouvelle matière radio-actif – l'actinium”. Comptes rendus (на језику: француски). 130: 906—908.
- ^ Friedrich Oskar Giesel (1902). „Ueber Radium und radioactive Stoffe”. Berichte der Deutschen Chemische Geselschaft (на језику: немачки). 35 (3): 3608—3611. doi:10.1002/cber.190203503187.
- ^ а б Friedrich Oskar Giesel (1904). „Ueber den Emanationskörper (Emanium)”. Berichte der Deutschen Chemische Geselschaft (на језику: немачки). 37 (2): 1696—1699. doi:10.1002/cber.19040370280.
- ^ André-Louis Debierne (1904). „Sur l'actinium”. Comptes rendus (на језику: француски). 139: 538—540.
- ^ Friedrich Oskar Giesel (1905). „Ueber Emanium”. Berichte der Deutschen Chemische Geselschaft (на језику: немачки). 38 (1): 775—778. doi:10.1002/cber.190503801130.
- ^ а б Harold W. Kirby (1971). „The Discovery of Actinium”. Isis. 62 (3): 290—308. JSTOR 229943. doi:10.1086/350760.
- ^ а б в J. P. Adloff (2000). „The centenary of a controversial discovery: actinium”. Radiochim. Acta. 88 (3–4_2000): 123—128. doi:10.1524/ract.2000.88.3-4.123.
- ^ Hammond, C. R. The Elements u: Lide, D. R. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86 изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
- ^ Gilley, Cynthia Brooke (2008). New convertible isocyanides for the Ugi reaction; application to the stereoselective synthesis of omuralide. ProQuest. стр. 11. ISBN 978-0-549-79554-4.
- ^ Reimers, Jeffrey R. (2011). Computational Methods for Large Systems: Electronic Structure Approaches for Biotechnology and Nanotechnology. John Wiley and Sons. стр. 575. ISBN 978-0-470-48788-4.
- ^ а б Joseph G. Stites; Salutsky Murrell L.; Stone Bob D. (1955). „Preparation of Actinium Metal”. J. Am. Chem. Soc. 77 (1): 237—240. doi:10.1021/ja01606a085.
- ^ а б „Actinium”. Encyclopædia Britannica (15 изд.). 1995. стр. 70.
- ^ Seitz, Frederick; Turnbull, David (1964). Solid state physics: advances in research and applications. Academic Press. стр. 289—291. ISBN 0-12-607716-9.
- ^ Richard A. Muller (2010). Physics and Technology for Future Presidents: An Introduction to the Essential Physics Every World Leader Needs to Know. Princeton University Press. стр. 136—. ISBN 978-0-691-13504-5.
- ^ J. J. Katz; Manning W. M. (1952). „Chemistry of the Actinide Elements Annual Review of Nuclear Science”. Annual Review of Nuclear Science. 1: 245—262. Bibcode:1952ARNPS...1..245K. doi:10.1146/annurev.ns.01.120152.001333.
- ^ Glenn T. Seaborg (1946). „The Transuranium Elements”. Science. 104 (2704): 379—386. Bibcode:1946Sci...104..379S. JSTOR 1675046. PMID 17842184. doi:10.1126/science.104.2704.379.
- ^ а б Actinium, Большой Советской Энциклопедии; pristupljeno 28. septembra 2017. (језик: руски)
- ^ Farr J.; Giorgi A. L.; Bowman M. G.; Money R. K. (1961). „The crystal structure of actinium metal and actinium hydride”. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 18: 42—47. doi:10.1016/0022-1902(61)80369-2.
- ^ а б в Audi Georges; Bersillon O.; Blachot J.; Wapstra A. H. (2003). „The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
Литература
уреди- Meyer, Gerd and Morss, Lester R. (1991) Synthesis of lanthanide and actinide compounds, Springer. ISBN 0-7923-1018-7
- Kirby, H. W.; Morss, L. R. (2006). Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean, ур. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3rd изд.). Dordrecht, The Netherlands: Springer. ISBN 978-1-4020-3555-5.
Спољашње везе
уреди- Actinium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
- NLM Hazardous Substances Databank – Actinium, Radioactive
- Actinium