Actínidos

Los actínidos en la Tabla Periódica

La bomba atómica lanzada sobre Nagasaki tenían una plutonio cargo.

El (actínidos o actinoide nomenclatura IUPAC serie) abarca los 15 metálicos elementos químicos con números atómicos 89 a 103, actinio través lawrencium .

La serie de los actínidos deriva su nombre de la grupo 3 elemento actinio. Todos menos uno de los actínidos son f-bloque de elementos, correspondientes al llenado de la 5f capa de electrones; lawrencium, una d-bloque de elemento, también se considera generalmente un actínidos. En comparación con los lantánidos , también en su mayoría elementos f-bloque, los actínidos muestran mucho más variable de valencia .

De los actínidos, primordial torio y uranio producen de forma natural en cantidades sustanciales y pequeñas cantidades de persistir naturales plutonio también han sido identificados. La desintegración radiactiva del uranio produce cantidades transitorias de actinio y el protactinio , y los átomos de neptunio , americio , curio , berkelium y californio ocasionalmente se produce a partir de reacciones de transmutación en minerales de uranio. Los otros actínidos son puramente elementos sintéticos. Pruebas de armas nucleares han lanzado al menos seis actínidos pesados que el plutonio en el medio ambiente; análisis de los restos de un 1,952 explosión de una bomba de hidrógeno mostró la presencia de americio, curio, berkelio, californio, einsteinium y fermio .

Todos los actínidos son energía radiactiva y la liberación a la desintegración radiactiva; uranio y torio natural, y el plutonio producido sintéticamente son los actínidos más abundantes en la Tierra. Estos se utilizan en reactores nucleares y armas nucleares . El uranio y el torio también tienen diversos usos actuales o históricos, y americio utilizado en la cámaras de ionización de más moderno detectores de humo.

En presentaciones de la tabla periódica , los lantánidos y los actínidos se muestran habitualmente como dos filas adicionales por debajo del cuerpo principal de la tabla, con marcadores de posición o bien un solo elemento seleccionado de cada serie (ya sea de lantano o lutecio , y, o bien actinio o lawrencium , respectivamente) se muestra en una única celda de la tabla principal, entre bario y hafnio , y el radio y rutherfordium , respectivamente. Esta convención es una cuestión de estética y practicidad formatear; un poco usado tabla periódica amplia con formato inserta el lantánidos y actínidos en sus lugares apropiados, como partes de sexta y séptima filas de la tabla (períodos).

Descubrimiento, el aislamiento y la síntesis

Al igual que los lantánidos , los actínidos forman una familia de elementos con propiedades similares. Dentro de los actínidos, hay dos grupos superpuestos: elementos transuránicos, que siguen de uranio en la tabla periódica -y elementos transplutónicos, que siguen plutonio. En comparación con los lantánidos, que (excepto para el prometio ) se encuentran en la naturaleza en cantidades apreciables, la mayoría de los actínidos son raros. Los más abundantes, o fáciles de sintetizar actínidos son el uranio y el torio, seguido de plutonio, americio, actinio, protactinio y neptunio.

La existencia de elementos transuránicos fue sugerido por Enrico Fermi basado en sus experimentos en 1934. Sin embargo, a pesar de que cuatro actínidos se conocían en ese momento, no se entiende todavía que formaban una familia similar a lantánidos. La opinión predominante que dominó las primeras investigaciones en transuránicos era que eran elementos regulares en el séptimo período, con torio, protactinio y uranio correspondiente al sexto período de hafnio , tantalio y tungsteno , respectivamente. Síntesis de transuránicos minó gradualmente este punto de vista. En 1944 una observación que curio no pudo exhibir estados de oxidación por encima de 4 (mientras que su supuesta sexto período vecino, platino , puede alcanzar el estado de oxidación de 7) se le pida Glenn Seaborg formular una llamada "hipótesis de actínidos". Los estudios de los actínidos y los descubrimientos de otros elementos transuránicos conocidos proporcionado más datos en apoyo de este punto de vista, pero la frase "hipótesis actínidos" (lo que implica que "hipótesis" es algo que no se ha demostrado de manera decisiva) se mantuvo en uso activo por científicos a través de la década de 1950.

En la actualidad, hay dos principales métodos de producción de isótopos de elementos transplutónicos: irradiación de los elementos más ligeros, ya sea con neutrones o partículas cargadas aceleradas. El primer método es más importante para las aplicaciones, ya que sólo irradiación de neutrones utilizando reactores nucleares permite la producción de cantidades considerables de actínidos sintéticos; sin embargo, es limitada a elementos relativamente ligeras. La ventaja del segundo método es que los elementos más pesados que el plutonio, así como isótopos de neutrones deficiente, se pueden obtener, que no se forman durante la irradiación de neutrones.

En 1962-1966, hubo intentos de Estados Unidos para producir isótopos transplutónicos utilizando una serie de seis explosiones nucleares subterráneas. Pequeñas muestras de roca fueron extraídos de la área de la explosión inmediatamente después de la prueba para estudiar los productos de la explosión, pero no con isótopos número de masa superior a 257 podría ser detectado, a pesar de las predicciones de que tales isótopos tendrían relativamente largos períodos de semidesintegración de α-caries. Este inobservation se atribuyó a fisión espontánea debido a la gran velocidad de los productos y para otros canales de desintegración, tales como emisión de neutrones y la fisión nuclear .

Desde actinium a neptunio

Enrico Fermi sugirió la existencia de elementos transuránicos en 1934.

El uranio y el torio fueron los primeros actínidos descubierto. El uranio fue identificado en 1789 por el químico alemán Martin Heinrich Klaproth en mineral pechblenda. Él lo nombró después de que el planeta Urano , que había sido descubierto sólo ocho años antes. Klaproth fue capaz de precipitar un compuesto amarillo (probablemente diuranato de sodio) por disolución de pitchblende en ácido nítrico y la neutralización de la solución con hidróxido de sodio . Luego redujo el polvo amarillo obtenido con carbón vegetal y se extrae una sustancia negro que él confundió con metal. Sólo 60 años después, el científico francés Eugène-Melchior Péligot lo identificó con óxido de uranio. También aisló la primera muestra de uranio metálico por calentamiento tetracloruro de uranio con potasio . La a continuación, la masa atómica de uranio se calculó como 120, pero Dmitri Mendeleev en 1872 corrigió a 240 usando sus leyes periodicidad. Este valor fue confirmada experimentalmente en 1882 por K. Zimmerman.

Óxido de torio fue descubierto por Friedrich Wöhler en el mineral, que fue encontrado en Noruega (1827). Jöns Jacob Berzelius caracteriza este material en más detalle por en 1828. Por reducción del tetracloruro de torio con el potasio, aisló el metal y lo nombró torio después de que el dios nórdico del trueno y el relámpago Thor . El mismo método de aislamiento fue utilizado más adelante por Peligot de uranio.

Actinio fue descubierto en 1899 por André-Louis Debierne, un asistente de Marie Curie , en los residuos de pechblenda izquierda después de la eliminación de la radio y el polonio. Describió la sustancia (en 1899) como similar al titanio y (en 1900) como similar al torio. Sin embargo, el descubrimiento de actinio por Debierne fue interrogado en 1971 y 2000, con el argumento de que las publicaciones de Debierne en 1904 contradijeron su trabajo anterior de 1899-1900. El nombre por palabra actinium viene del griego aktis, aktinos (ακτίς, ακτίνος), lo que significa haz o rayo. Este metal se descubrió no por su propia radiación, sino por la radiación de los productos hija. Debido a la estrecha similitud de actinio y lantano y baja abundancia, actinio puro sólo podría producirse en 1950. El término actínidos fue probablemente introducido por Victor Goldschmidt en 1937.

Protactinio posiblemente fue aislado en 1900 por William Crookes. Fue identificado por primera vez en 1913, cuando Kasimir Fajans y Oswald Helmuth Göhring encontraron con la efímera ^234m isótopos Pa (vida media 1,17 minutos) durante sus estudios de la ²³⁸ U decadencia. Nombraron al nuevo elemento brevium (del latín que significa brevis breve); el nombre fue cambiado a protoactinium (del griego πρῶτος + ἀκτίς que significa "primer elemento de viga") en 1918 cuando dos grupos de científicos, liderado por Otto Hahn y Lise Meitner de Alemania y Frederick Soddy y John Cranston de Gran Bretaña, independientemente descubrieron ²³¹ Pa. El nombre fue acortado a protactinio en 1949. Este elemento se caracteriza poco hasta 1960, cuando AG Maddock y compañeros de trabajo en el Reino Unido produjeron 130 gramos de protactinium de 60 toneladas de residuos que quedan después de la extracción de uranio de su mineral.

El neptunio (llamado así por el planeta Neptuno , el siguiente planeta fuera de Urano, después de que el uranio fue nombrado) fue descubierto por Edwin McMillan y Philip H. Abelson en 1940 en Berkeley, California. Produjeron la Np isótopo ²³⁹ (vida media de 2,4 días) bombardeando el uranio con neutrones lentos. Fue la primera Elementos transuránicos produce sintéticamente.

Plutonio y por encima

Glenn T. Seaborg y su grupo en el Universidad de California en Berkeley sintetiza Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No y el elemento 106, que más tarde fue nombrado seaborgio en su honor mientras aún vivía. También sintetizaron más de 100 isótopos atómicos actínidos.

Elementos transuránicos no se producen en cantidades considerables en la naturaleza y se sintetizan comúnmente a través de reacciones nucleares llevados a cabo con reactores nucleares. Por ejemplo, bajo irradiación con neutrones del reactor, de uranio-238 se convierte en parte a plutonio-239:

De esta manera, Enrico Fermi con colaboradores, usando el primer reactor nuclear Chicago Pile-1, obtenido importantes cantidades de plutonio-239, que eran entonces utilizado en armas nucleares.

Actínidos con los números de masa más altos son sintetizados bombardeando el uranio, el plutonio, el curio y californio con iones de nitrógeno, oxígeno, carbono, neón o boro en un acelerador de partículas. Así, nobelio fue producido bombardeando el uranio-238 con neón-22

.

Primeros isótopos de elementos transplutónicos, americio-241 y curio-242, se sintetizaron en 1944 por Glenn T. Seaborg, Ralph A. James y Albert Ghiorso. Curio-242 se obtuvo mediante el bombardeo de plutonio-239 con 32 MeV α-partículas

.

Los americio y el curio-241-242 isótopos también fueron producidos por la irradiación de plutonio en un reactor nuclear. Este último elemento fue nombrado después de Marie Curie y su esposo Pierre que se observa para descubrir el radio y por su trabajo en radiactividad.

Bombardeo curio-242 con α-partículas resultó en un isótopo del californio ²⁴⁵ Cf (1950), y un procedimiento similar producido en 1949 berkelio-243 de Americio-241. Los nuevos elementos fueron nombrados después Berkeley, California, por analogía con su lantánidos homólogo terbio , que fue nombrado después de que el pueblo de Ytterby en Suecia.

En 1945, BB Cunningham obtuvo el primer compuesto químico grueso de un elemento transplutónicos, es decir hidróxido de americio. Durante los próximos tres a cuatro años, se acumularon cantidades de miligramos de americio y curio cantidades de microgramos que permitió la producción de isótopos de berkelio (Thomson, 1949) y el californio (Thomson, 1950). Cantidades considerables de estos elementos sólo se produjeron en 1958 (Burris B. Cunningham y Stanley G. Thomson), y el primer compuesto californio (0,3 g de CfOCl) se obtuvo sólo en 1960 por BB Cunningham y JC Wallmann).

Einsteinium y fermio fueron identificados en 1952-1953 en las consecuencias de la " Ivy Mike "prueba nuclear (1 de noviembre 1952), la primera prueba exitosa de una bomba de hidrógeno. Exposición instantánea de uranio-238 a un flujo de neutrones grande resultante de la explosión producida isótopos pesados de uranio, incluyendo uranio-253 y uranio-255, y sus β-decaimiento cedió einsteinium-253 y fermio-255. El descubrimiento de los nuevos elementos y los nuevos datos sobre la captura de neutrones se mantuvieron inicialmente en secreto por orden de los militares de Estados Unidos hasta 1955 debido a la Guerra Fría las tensiones. Sin embargo, el equipo de Berkeley fueron capaces de preparar einsteinium y fermio por medios civiles, a través del bombardeo de neutrones de plutonio-239, y publicó esta obra en 1954 con la advertencia de que no fueron los primeros estudios que se habían llevado a cabo en los elementos. Fueron desclasificados Los estudios "Ivy Mike" y publicado en 1955. Los primeros significativas (submicrograms) cantidades de einsteinium fueron producidos en 1961 por Cunningham y colegas, pero esto no ha sido hecho por fermio todavía.

El primer isótopo de mendelevio, ²⁵⁶ Md (vida media de 87 min), fue sintetizado por Albert Ghiorso, Glenn T. Seaborg, Gregory R. Choppin, Bernard G. Harvey y Stanley G. Thompson al bombardear un blanco ²⁵³ Es con las partículas alfa en el 60 pulgadas ciclotrón de Laboratorio de Radiación de Berkeley; este fue el primer isótopo de cualquier elemento que se sintetiza un átomo a la vez.

Hubo varios intentos de obtener isótopos de nobelio por Sueca (1957) y (1958) grupos americanos, pero los primeros resultados fiables fue la síntesis de ²⁵⁶ No por el grupo ruso ( Gueorgui Fliórov et al.) En 1965, como se reconoce por el IUPAC en 1992. En sus experimentos, Flyorov et al. Bombardeó uranio-238 con el neón-22.

En 1961, Ghiorso et al. Obtuvo el primer isótopo del lawrencium irradiando californio (en su mayoría californio-252) con de boro-10 y de boro-11 iones. La número de masa de este isótopo no se estableció claramente (posiblemente 258 o 259) en el momento. En 1965, ²⁵⁶ Lr se sintetizaron por Flyorov et al. De ²⁴³ Am y ¹⁸ O. Así IUPAC reconoció los equipos de física nuclear en Dubna y Berkeley como los co-descubridores de lawrencium.

Isótopos

Actínidos tienen entre 89 y 103 protones y suelen tener 117 a 159 neutrones.

Treinta y uno isótopos de actinio y ocho emocionado estados isoméricos de algunos de sus nucleidos fueron identificados por 2010. Tres isótopos, ²²⁵ Ac, ²²⁷ Ac y ²²⁸ Ac, se encuentra en la naturaleza y los demás fueron producidos en el laboratorio; sólo los tres isótopos naturales se utilizan en las aplicaciones. Actinio-225 es un miembro de radiactivo serie neptunio; se descubrió por primera vez en 1947 como producto de la fisión de uranio-233, es un α-emisor con una vida media de 10 días. Actinio-225 es menos disponible que actinio-228, pero es más prometedora en aplicaciones de radiotrazadores. Actinio-227 (vida media de 21,77 años) se produce en todos los minerales de uranio, pero en pequeñas cantidades. Un gramo de uranio (en equilibrio radiactivo) contiene sólo 2 × 10 ^-10 gramo de ²²⁷ Ac. Actinio-228 es un miembro de series de torio radiactivo formado por la descomposición de ²²⁸ Ra; se trata de una β ^- emisor con una vida media de 6,15 horas. En una tonelada de torio hay 5 × 10 ^-8 gramo de ²²⁸ Ac. Fue descubierto por Otto Hahn en 1906.

Veintinueve isótopos del protactinio se conocen con números de masa 212 a 240, así como tres emocionado estados isoméricos. Sólo ²³¹ Pa y ²³⁴ Pa se han encontrado en la naturaleza. Todos los isótopos tienen corta vida, a excepción de protactinio-231 (vida media de 32.760 años). Los isótopos más importantes son ²³¹ Pa y ²³³ Pa, que es un producto intermedio en la obtención de uranio-233 y es la más asequible entre los isótopos artificiales de protactinio. ²³³ Pa tiene vida media conveniente y la energía de γ-radiación, y por lo tanto fue utilizado en la mayoría de los estudios de la química protactinium. El protactinio-233 es un β-emisor con una vida media de 26,97 días.

El uranio tiene el número más alto (25) de tanto naturales como sintéticos isótopos. Tienen números de masa de 217 a 242, y tres de ellos, ²³⁴ U, ²³⁵ U y ²³⁸ U, están presentes en cantidades apreciables en la naturaleza. Entre otros, el más importante es ²³³ U, que es un producto final de transformaciones de ²³² Th irradiado por neutrones lentos. ²³³ U tiene una eficiencia muy superior en la fisión de baja energía neutrones (térmicas), en comparación, por ejemplo, con ²³⁵ U. La mayoría de los estudios se llevaron a cabo en la química de uranio uranio-238 debido a su larga vida media de 4,4 × 10 ⁹ años.

Hay 19 isótopos de neptunio con números de masa 225 a 244; todos ellos son altamente radiactivos. El más popular entre los científicos son longevos ²³⁷ Np (t _½ = 2,20 × 10 ⁶ años) y de corta duración ²³⁹ Np, ²³⁸ Np (t _½ ~ 2 días).

Dieciséis isótopos de americio se conocen con números de masa de 232 a 248. Las más importantes son ²⁴¹ Am y ²⁴³ Am, que son emisores alfa y también emite suave, pero los rayos γ intensos; dos de ellos se puede obtener en una forma isotópicamente puro. Propiedades químicas de americio se estudiaron primero con ²⁴¹ Am, pero más tarde cambió a ²⁴³ Am, que es casi 20 veces menos radiactivo. La desventaja de ²⁴³ Am es la producción de la hija de corta duración isótopo ²³⁹ Np, que tiene que ser considerado en el análisis de datos.

Entre 19 isótopos del curio, el más accesible son ²⁴² Cm y ²⁴⁴ cm; se α-emisores, pero con una vida útil mucho más corta que los isótopos de americio. Estos isótopos emiten casi ninguna radiación γ, pero se someten fisión espontánea con la emisión asociada de neutrones. Más isótopos de vida larga de curio ^(245-248 cm, todos los α-emisores) se forman como una mezcla durante la irradiación de neutrones de plutonio o americio. A su corta irradiación, esta mezcla está dominado por el curio-246, y luego el curio-248 comienza a acumularse. Ambos de estos isótopos, especialmente ²⁴⁸ cm, tienen una vida media más larga (3,48 × 10 ⁵ años) y son mucho más conveniente para llevar a cabo la investigación química que ²⁴² Cm y ²⁴⁴ cm, pero también tienen una bastante alta tasa de fisión espontánea . ²⁴⁷ Cm tiene el tiempo de vida más larga entre isótopos de curio (1,56 × 10 ⁷ años), pero no se forma en grandes cantidades debido a la fuerte fisión inducida por neutrones térmicos.

Catorce isótopos de berkelio fueron identificados con números de masa 238-252. Sólo ²⁴⁹ Bk está disponible en grandes cantidades; que tiene una vida media relativamente corta de 330 días y emite mayoría suaves β-partículas, que son un inconveniente para la detección. Su radiación alfa es más bien débil (1,45 × 10 ^-3% con respecto a β-radiación), pero a veces se usa para detectar este isótopo. ²⁴⁷ Bk es un emisor alfa con una vida media larga de 1.380 años, pero es difícil obtener en cantidades apreciables; no se forma tras la irradiación de neutrones de plutonio a causa de la β-estabilidad de isótopos de isótopos curio con número de masa por debajo de 248.

Los isótopos del californio con números de masa 237 a 256 se forman en los reactores nucleares; californio-253 es un β-emisor y el resto son α emisores. Los isótopos con números pares de masas (Cf ^{250, 252} y ²⁵⁴ Cf Cf) tienen una alta tasa de fisión espontánea, especialmente ²⁵⁴ Cf de los cuales 99,7% decae por fisión espontánea. Californio-249 tiene una vida media relativamente larga (352 años), débil fisión espontánea y fuerte γ-emisión que facilita su identificación. ²⁴⁹ Cf no se forma en grandes cantidades en un reactor nuclear debido a la lenta β-descomposición de la matriz isótopo ²⁴⁹ Bk y una gran sección transversal de la interacción con neutrones, pero se pueden acumular en forma isotópicamente puro como el producto de β-descomposición de (pre-seleccionado) ²⁴⁹ Bk. Californio producido por reactor de irradiación de plutonio se compone principalmente de ²⁵⁰ Cf y ²⁵² Cf, la predominante siendo este último para las grandes influencias de neutrones, y su estudio se ve obstaculizada por la radiación de neutrones fuerte.

Entre el 16 conocida isótopos de einsteinium con números de masa 241 a 257 el más asequible es ²⁵³ Es. Se trata de una α-emisor con una vida media de 20,47 días, una relativamente débil γ-emisiones y pequeña tasa de fisión espontánea en comparación con los isótopos de californio. Irradiación de neutrones prolongada también produce un isótopo de larga vida ²⁵⁴ Es (t _½ = 275,5 días).

Diecinueve isótopos de fermio se conocen con números de masa de 242-260. ²⁵⁴ Fm, ²⁵⁵ y ²⁵⁶ Fm Fm son α-emisores con una corta vida media (horas), que puede ser aislado en cantidades significativas. ²⁵⁷ Fm (t _½ = 100 días) pueden acumularse tras la irradiación prolongada y fuerte. Todos estos isótopos se caracterizan por altas tasas de fisión espontánea.

Entre el 15 conocida isótopos de mendelevio (números de masa 245 a 260), la más estudiada es ^{de 256} Md, que decae principalmente a través de la captura de electrones (α-radiación es ≈10%) con la vida media de 77 minutos. Otro emisor alfa, ²⁵⁸ Md, tiene una vida media de 53 días. Ambos isótopos se producen a partir einsteinium rara ⁽²⁵³ y ²⁵⁵ Es Es, respectivamente), que limita su por lo que su disponibilidad.

De larga vida isótopos de nobelio y isótopos de lawrencium (y de elementos más pesados) tienen relativamente pequeñas vidas medias. Para nobelio 11 isótopos se conocen con números de masa 250 a 260 y 262. Propiedades químicas del nobelio y lawrencium fueron estudiados con ²⁵⁵ n (t _½ = 3 min) y ²⁵⁶ Lr (t _½ = 35 s). El más longevo isótopo nobelio ²⁵⁹ No tiene una vida media de 1,5 horas.

Distribución en la naturaleza

Mineral de uranio bruto

Torio y el uranio son los más abundantes en la naturaleza actínidos con las respectivas concentraciones en masa de 1,6 × 10 ^-3% y el 4 × 10 ^-4%. El uranio se presenta principalmente en la corteza de la Tierra como una mezcla de sus óxidos en los minerales uraninita, que también se llama pitchblende debido a su color negro. Hay varias docenas de otros minerales de uranio como carnotita (KUO ₂ VO ₄ · 3H ₂ O) y autunita (Ca (UO _{2) 2} (PO _{4) 2} · nH ₂ O). La composición isotópica del uranio natural es ²³⁸ U (abundancia relativa 99,2742%), ²³⁵ U (0,7204%) y ²³⁴ U (0,0054%); de estos ²³⁸ U tiene la vida media más grande de 4,51 × 10 ⁹ años. La producción mundial de uranio en 2009 ascendió a 50.572 de toneladas, de las cuales el 27,3% fue extraído en Kazajstán . Otros países mineros de uranio importantes son Canadá (20,1%), Australia (15,7%), Namibia (9,1%), Rusia (7,0%) y Níger (6,4%).

El más abundante minerales de torio son torianita (ThO _2), thorite (ThSiO ₄₎ y monacita ((Th, CA, CE) PO _4). La mayoría de los minerales de torio contienen uranio y viceversa; y todos ellos tienen fracción significativa de los lantánidos. Ricos yacimientos de minerales de torio se encuentran en los Estados Unidos (440.000 toneladas), Australia y la India (~ 300 000 toneladas cada uno) y Canadá (~ 100 000 toneladas).

La abundancia de actinio en la corteza terrestre es de sólo 5 × 10 ^-15%. Actinio es principalmente presente en que contiene uranio, pero también en otros minerales, aunque en cantidades mucho más pequeñas. El contenido de actinio en la mayoría de los objetos naturales corresponde al equilibrio isotópico del isótopo padre ²³⁵ U, y no se ve afectada por la débil migración Ac. El protactinio es más abundante (10 ^-12%) en la corteza de la Tierra que actinio. Fue descubierto en el mineral de uranio en 1913 por Fajans y Göhring. Como actinio, la distribución de protactinium sigue a la de ²³⁵ U.

La vida media del isótopo más longevo de neptunio, ²³⁷ Np, es insignificante en comparación con la edad de la Tierra. Por lo tanto es el neptunio presente en la naturaleza en cantidades insignificantes producidos como productos de descomposición intermedios de otros isótopos. Los rastros de plutonio en minerales de uranio se encontraron por primera vez en 1942, y los resultados más sistemáticos sobre ²³⁹ Pu se resumen en la tabla (no hay otros isótopos de plutonio podría ser detectada en las muestras). El límite superior de la abundancia del isótopo más larga de vida de plutonio, ²⁴⁴ Pu, es 3 × 10 ^-20%. El plutonio no se pudo detectar en muestras de suelo lunar. Debido a su escasez en la naturaleza, la mayoría de plutonio se produce sintéticamente.

Cantidades insignificantes de americio , curio , berkelium y californio son producidos por reacciones de captura de neutrones y desintegración beta en los depósitos de uranio-teniendo muy altamente concentrados.

Extracción

Monacita-un importante mineral de torio

Debido a la baja abundancia de los actínidos, su extracción es un proceso complejo, de múltiples etapas. Los fluoruros de actínidos se utilizan por lo general debido a que son insolubles en agua y se pueden separar fácilmente con reacciones redox. Los fluoruros se reducen con el calcio , magnesio o bario :

Entre los actínidos, el torio y el uranio son los más fáciles de aislar. Torio se extrae principalmente de monacita: difosfato de torio (Th (PO ₄ ) ₂ ) se hace reaccionar con ácido nítrico , y el nitrato de torio producido tratado con fosfato de tributilo. impurezas de tierras raras están separados por el aumento de la pH en solución de sulfato.

En otro método de extracción, monacita se descompone con una solución acuosa al 45% de hidróxido de sodio a 140 ° C. Hidróxidos metálicos mixtos se extraen primero, filtrada a 80 ° C, se lavó con agua y se disolvió con concentrado de ácido clorhídrico . A continuación, la solución ácida se neutraliza con hidróxidos a pH = 5,8 que resulta en la precipitación del hidróxido de torio (Th (OH) ₄ ) contaminado con ~ 3% de hidróxidos de tierras raras; el resto de hidróxidos de tierras raras permanece en solución. Hidróxido de torio se disuelve en un ácido inorgánico y después se purificó a partir de los elementos de tierras raras. Un método eficaz es la disolución de hidróxido de torio en ácido nítrico, debido a que la solución resultante puede ser purificado por extracción con disolventes orgánicos:

Separación de uranio y plutonio del combustible nuclear

Th (OH)₄+ 4 HNO₃→ Th (NO₃)₄+ 4 H₂O

Torio metálico se separa de la óxido anhidro, cloruro o fluoruro haciéndolo reaccionar con el calcio en una atmósfera inerte:

ThO₂+ 2 Ca 2 → CaO + Th

A veces torio se extrae por electrólisis de un fluoruro en una mezcla de sodio y cloruro de potasio a 700-800 ° C en un crisol de grafito. Altamente torio puro puede ser extraído de su yoduro con el proceso de barra de cristal.

El uranio se extrae de sus minerales de varias maneras. En un método, el mineral se quema y luego reaccionar con ácido nítrico para convertir el uranio en un estado disuelto. El tratamiento de la solución con una solución de fosfato de tributilo (TBP) en queroseno transforma uranio en una forma orgánica UO ₂ (NO ₃ ) ₂ (TBP) ₂ . Las impurezas insolubles se filtraron y el uranio se extrae por reacción con hidróxidos como (NH ₄ ) ₂ U ₂ O ₇ o con peróxido de hidrógeno como UO ₄ · 2H ₂ O.

Cuando el mineral de uranio es rico en minerales como dolomita, magnesita, etc., esos minerales consumen ácido mucho. En este caso, el método del carbonato se utiliza para la extracción de uranio. Su principal componente es una solución acuosa de carbonato de sodio, que convierte el uranio en un complejo [UO ₂ (CO ₃ ) ₃ ] ^4- , que es estable en soluciones acuosas a bajas concentraciones de iones de hidróxido. Las ventajas del método de carbonato de sodio son los productos químicos que tienen baja corrosividad (en comparación con los nitratos) y que la mayoría de los metales no de uranio precipitado de la solución. La desventaja es que los compuestos de uranio tetravalentes precipitan también. Por lo tanto, el mineral de uranio se trata con carbonato de sodio a temperatura elevada y bajo presión de oxígeno:

2 UO₂+ O₂+ 6CO2-
3→ 2 [UO₂(CO₃)₃]^4-

Esta ecuación sugiere que el mejor disolvente para el procesamiento de carbonato de uranio es una mezcla de carbonato con bicarbonato. A pH alto, esto resulta en la precipitación de diuranate, que se trata con hidrógeno en presencia de níquel produciendo un tetracarbonate uranio insoluble.

Otro método de separación utiliza resinas poliméricas como un polielectrolito. Los procesos de intercambio de iones en las resinas resultan en la separación de uranio. El uranio a partir de resinas se lava con una solución de nitrato de amonio o ácido nítrico que produce nitrato de uranilo, UO ₂ (NO ₃ ) ₂ · 6H ₂ O. Cuando se calienta, se convierte en UO ₃ , que se convierte en UO ₂ con hidrógeno:

UO₃+ H₂→ UO₂+ H₂O

Reaccionando dióxido de uranio conácido fluorhídrico cambia atetrafluoruro de uranio, que produce uranio metálico en la reacción con magnesio metálico:

4 HF + UO₂→ UF₄+ 2 H₂O

Para extraer el plutonio, el uranio de neutrones irradiados se disuelve en ácido nítrico, y un agente reductor ( FeSO ₄ , o H ₂ O ₂ ) se añade a la solución resultante. Esta adición cambia el estado de oxidación del plutonio 6-4, mientras que sigue siendo de uranio en forma de nitrato de uranilo (UO ₂ (NO ₃ ) ₂ ). La solución se trata con un agente reductor y se neutralizó con carbonato de amonio a pH = 8 que resulta en la precipitación de Pu ⁴⁺ compuestos.

En otro método, Pu⁴⁺yUO2 +
2son primero extrajeron con fosfato de tributilo, después se hace reaccionar conhidrazina lavado a cabo el plutonio recuperado.

La mayor dificultad en la separación de actinio es la similitud de sus propiedades con las de lantano. Por lo tanto actinio se sintetiza ya sea en las reacciones nucleares de isótopos de radio o separada por medio de procedimientos de intercambio iónico.

Propiedades

Actínidos tienen propiedades similares a los lantánidos. Los 6 d y 7 s capas electrónicas se rellenan actinio y torio, y el 5 f cáscara se está llenando con mayor aumento en el número atómico; el 4 f cáscara se llena en los lantánidos. La primera evidencia experimental para el llenado del 5 f shell en actínidos se obtuvo por McMillan y Abelson en 1940. Al igual que en lantánidos (véase la contracción de los lantánidos), el radio iónico de los actínidos disminuye monótonamente con el número atómico (véase también el principio de Aufbau).

Propiedades físicas

Estructuras cristalinas principales de algunos actínidos frente a la temperatura	Metalizado yradios iónicos de los actínidos

Un pellet de ²³⁸ PuO ₂ para ser utilizado en un generador termoeléctrico de radioisótopos, ya sea para la Cassini o misión Galileo. El sedimento produce 62 vatios de calor y brilla a causa del calor generado por la desintegración radiactiva (principalmente α). La foto se toma después de aislar el sedimento bajo una manta de grafito para minutos y retirar la manta.

Californio

Actínidos son metales típicos. Todos ellos son suaves y tienen un color plateado (pero empañar en el aire), relativamente alta densidad y plasticidad. Algunos de ellos se puede cortar con un cuchillo. Su resistividad eléctrica varía entre 15 y 150 μOhm · cm. La dureza de torio es similar a la del acero suave, por lo que se calienta torio puro puede ser enrollado en hojas y se detuvo en alambre. El torio es casi la mitad tan denso como el uranio y el plutonio, pero es más duro que cualquiera de ellos. Todos los actínidos son radiactivos, paramagnéticos, y, con la excepción de actinio, han varias fases cristalinas: plutonio tiene siete, y el uranio, neptunio y californio tres. Crystal estructuras de protactinio, uranio, neptunio y el plutonio no tienen análogos claras entre los lantánidos y son más similares a los de las 3 d - metales de transición .

Todos los actínidos son pirofórico, especialmente cuando se divide finamente, es decir, que se inflaman espontáneamente tras la reacción con el aire. El punto de fusión de los actínidos no tiene una clara dependencia de la cantidad de f -electrons. El punto de fusión inusualmente baja de neptunio y plutonio (~ 640 ° C) se explica por la hibridación de 5 f y 6 d orbitales y la formación de enlaces direccionales en estos metales.

Propiedades químicas

Al igual que los lantánidos, actínidos todos son altamente reactivos con halógenos y calcógenos; sin embargo, los actínidos reaccionan más fácilmente. Actínidos, especialmente aquellos con un pequeño número de 5 f -electrons, son propensos a la hibridación. Esto se explica por la similitud de las energías de los electrones en el 5 f , 7 s y 6 d conchas. La mayoría de los actínidos presentan una mayor variedad de estados de valencia, y los más estables son 6 para el uranio, 5 de protactinio y el neptunio, 4 de torio y plutonio y 3 de actinio y otros actínidos.

Químicamente, actinio es similar a la de lantano, que se explica por su radios iónicos similares y estructura electrónica. Como lantano, actinio tiene la oxidación de 3, pero es menos reactivo y tiene más pronunciadas propiedades básicas. Entre otros actínidos trivalentes Ac ³⁺ es menos ácida, es decir, tiene la tendencia a hidrolizarse más débil en soluciones acuosas.

Torio es bastante activo químicamente. Debido a la falta de electrones en 6 d y 5 f orbitales, los compuestos de torio tetravalente son incoloros. A pH <3, las soluciones de sales de torio son dominadas por los cationes [Th (H ₂ O) ₈ ] ⁴⁺ . El Th ⁴⁺ iones es relativamente grande, y en función del número de coordinación puede tener un radio de entre 0,95 y 1,14 Å. Como resultado, las sales de torio tienen una tendencia débil a una hidrólisis. La capacidad distintiva de sales de torio es su alta solubilidad, no sólo en agua, pero también en disolventes orgánicos polares.

Protactinio exhibe dos estados de valencia; el 5 es estable, y el estado 4 oxida fácilmente a protactinio (V). Por lo tanto protactinium tetravalente en soluciones se obtiene por la acción de agentes reductores fuertes en una atmósfera de hidrógeno. Protactinium tetravalente es químicamente similar a uranio (IV) y torio (IV). Los fluoruros, fosfatos, hipofosfato, yodato y phenylarsonates de protactinio (IV) son insolubles en agua y ácidos diluidos. Protactinio forma carbonatos solubles. Las propiedades hidrolíticas de protactinium pentavalente son cercanos a los de tantalio (V) y el niobio (V). El comportamiento químico complejo de protactinio es una consecuencia del inicio de la llenura del 5 f shell en este elemento.

El uranio tiene una valencia del 3 al 6, el último ser más estable. En el estado hexavalente, el uranio es muy similar a los elementos del grupo sexto. Muchos compuestos de uranio (IV) y el uranio (VI) son no estequiométrica, es decir, tener una composición variable. Por ejemplo, la fórmula química real de dióxido de uranio UO es _{2 + x} , donde x varía entre -0,4 y 0,32. El uranio (VI) compuestos son débiles oxidantes. La mayoría de ellos contienen el lineal " grupo de uranilo ", UO 2 +
2 . Entre 4 a 6 ligandos pueden ser alojados en un plano ecuatorial perpendicular al grupo de uranilo. El grupo de uranilo actúa como un ácido duro y forma complejos fuertes con ligandos donantes de oxígeno-nitrógeno que con ligandos donantes. NpO 2 +
2 y PuO 2 +
2 son también la forma común de Np y Pu en el estado de oxidación +6. Uranio (IV) compuestos presentan propiedades reductoras, por ejemplo, son fácilmente oxidado por el oxígeno atmosférico. Uranio (III) es un agente reductor muy fuerte. Debido a la presencia de d-shell, uranio (así como muchos otros actínidos) forma compuestos organometálicos, tales como U ^III (C ₅ H ₅ ) ₃ y U ^IV (C ₅ H ₅ ) ₄ .

Neptunio tiene estados de valencia de 3 a 7, que se pueden observar simultáneamente en soluciones. El estado más estable en solución es 5, pero la valencia 4 se prefiere en los compuestos neptunio sólidos. Neptunio metal es muy reactivo. Los iones de neptunio son propensos a la hidrólisis y la formación de compuestos de coordinación.

El plutonio también exhibe la valencia entre 3 y 7, y por lo tanto es químicamente similar a neptunio y uranio. Es altamente reactivo, y rápidamente se forma una película de óxido en el aire. El plutonio reacciona con hidrógeno , incluso a temperaturas tan bajas como 25-50 ° C; también forma fácilmente haluros y compuestos intermetálicos. Las reacciones de hidrólisis de iones de plutonio de los diferentes estados de oxidación son muy diversas. El plutonio (V) puede entrar en reacciones de polimerización.

La diversidad química más grande entre los actínidos se observa en el americio, que puede tener de valencia entre 2 y 6. divalentes americio se obtiene sólo en compuestos secos y soluciones no acuosas ( acetonitrilo). Estados de oxidación 3, 5 y 6 son típicos para soluciones acuosas, sino también en el estado sólido. Formularios americio tetravalentes compuestos estables sólidos (dióxido, fluoruro y de hidróxido), así como complejos en soluciones acuosas. Se informó que en el americio solución alcalina puede ser oxidado al estado heptavalente, pero estos datos resultó errónea. La valencia más estable de americio es 3 en las soluciones acuosas y 3 o 4 en compuestos sólidos.

Valence 3 es dominante en todos los elementos subsecuentes hasta lawrencium (con la posible excepción de nobelio). Curium puede ser tetravalente en sólidos (fluoruro, dióxido). Berkelium, junto con una valencia de 3, también muestra la valencia de 4, más estable que el de curio; la valencia 4 se observa en fluoruro sólido y dióxido. La estabilidad de Bk ⁴⁺ en solución acuosa es cercana a la de Ce ⁴⁺ . Sólo valencia 3 se observó para el californio, einstenio y fermio. El estado divalente se ha demostrado para mendelevio y nobelio, y en nobelio es más estable que el estado trivalente. Lawrencium muestra de valencia 3 tanto en soluciones y sólidos.

Los potenciales redox aumenta desde -0.32 V en el uranio, a través de 0,34 V (Np) y 1,04 V (Pu) a 1,34 V en el americio que revelan la capacidad de reducción cada vez mayor de la Un ⁴⁺ ión de americio al uranio. Todos los actínidos forman Anh ₃ hidruros de color de negro con propiedades salinos. Actínidos también producen carburos con la fórmula general del ANC o ANC ₂ (U ₂ C ₃ para el uranio), así como sulfuros Un ₂ S ₃ y Ans ₂ .

Compuestos

Óxidos e hidróxidos

Óxidos de actínidos

Compuesto	Color	Crystal simetría, tipo	Constantes de red, Å			Densidad, g / cm3	Temperatura, ° C
			un	b	c
Ac2O3	Blanco	Hexagonal, La2O3	4.07	-	6.29	9.19	-
PaO2	-	Cúbico, la CAF2	5,505	-	-	-	-
Pa2O5	Blanco	cúbico, CaF2 Cúbico tetragonal Hexagonal Romboedro Ortorrómbico	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 -
ThO2	Incoloro	Cúbico	5.59	-	-	9.87	-
UO2	Negro-marrón	Cúbico	5.47	-	-	10.9	-
NpO2	Verdoso-marrón	Cúbico, la CAF2	5,424	-	-	11.1	-
PuO	Negro	Cubic, NaCl	4.96	-	-	13.9	-
PuO2	Verde oliva	Cúbico	5.39	-	-	11.44	-
Am2O3	Rojo-marrón -rojo marrón	Cubic, Mn2O3 Hexagonal, La2O3	11.03 3.817	-	- 5,971	10.57 11.7	-
AmO2	Negro	Cúbico, la CAF2	5,376	-	-	-	-
Cm2O3	Blanco - -	Cubic, Mn2O2 Hexagonal, LACL3 monoclínico, Sm2O3	11.01 3.80 14.28	- - 3.65	- 6 8.9	11.7	-
OCM2	Negro	Cúbico, la CAF2	5.37	-	-	-	-
Bk2O3	Marrón claro	Cubic, Mn2O3	10,886	-	-	-	-
BKO2	Rojo marrón	Cúbico, la CAF2	5.33	-	-	-	-
Cf2O3	Incoloro amarillento -	Cubic, Mn2O3 monoclínico, Sm2O3 Hexagonal, La2O3	10.79 14.12 3.72	- 3.59 -	- 8.80 5.96	-	-
Director de Finanzas2	Negro	Cúbico	5.31	-	-	-	-
Es2O3	-	Cubic, Mn2O3 monoclínico hexagonal, La2O3	10.07 14.1 3.7	- 3.59 -	- 8.80 6	-	-

Colores aproximados de óxidos de actínidos (más estables están en negrita)

Estado de oxidación	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99
3						Pu2O3	Am2O3	Cm2O3	Bk2O3	Cf2O3	Es2O3
4		ThO2	PaO2	UO2	NpO2	PuO2	AmO2	OCM2	BKO2	Director de Finanzas2
5			Pa2O5	T2O5	Np2O5
6				T3O8
				UO3

Dióxidos de algunos actínidos

Fórmula química	ThO2	PaO2	UO2	NpO2	PuO2	AmO2	OCM2	BKO2	Director de Finanzas2
Numero de 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
Masa molar	264.04	263.035	270.03	269.047	276.063	275.06	270-284 **	279.069	283.078
Punto de fusion	3390 ° C		2865 ° C	2547 ° C	2400 ° C	2175 ° C
Estructura cristalina	Una 4+:__/ S2-:__
Grupo espacial	Fm3m
Número de Coordinación	Una, O [4]

Un- actínidos
** En función de los isótopos

Algunos actínidos puede existe en varias formas de óxido como un ₂ O ₃ , Ano ₂ , Una ₂ O ₅ y Ano ₃ . Para todos los actínidos, óxidos Ano ₃ son anfóteros y An ₂ O ₃ , ano ₂ y An ₂ O ₅ son básicas, que fácilmente reacciona con el agua, formando bases:

Una₂O₃+ H 3₂O 2 → An (OH)₃.

Estas bases son poco solubles en agua y por su actividad están cerca de los hidróxidos de metales de las tierras raras. La base más fuerte es del actinio. Todos los compuestos de actinio son incoloros, a excepción de negro de sulfuro actinio (Ac ₂ S ₃ ). Dióxidos de actínidos tetravalentes cristalizan en el sistema cúbico, lo mismo que en fluoruro de calcio.

Torio reaccionar con el oxígeno forma exclusivamente dióxido de:

Dióxido de torio es un material refractario con el punto de fusión más alto entre cualquier óxido conocida (3390 ° C). Adición de 0,8-1% ThO ₂ de tungsteno estabiliza su estructura, por lo que los filamentos dopados tener mejor estabilidad mecánica a las vibraciones. Para disolver ThO ₂ en ácidos, que se calienta a 500-600 ° C; calentamiento por encima de 600 ° C produce una gran resistencia a los ácidos y otros reactivos de forma ThO ₂ . Pequeño adición de iones fluoruro cataliza la disolución de dióxido de torio en ácidos.

Se obtuvieron dos óxidos protactinium: PaO ₂ (negro) y Pa ₂ O ₅ (blanco); el primero es isomorfo con ThO ₂ y el último es más fácil de obtener. Ambos óxidos son básicas, y Pa (OH) ₅ es una base débil, poco soluble.

La descomposición de ciertas sales de uranio, por ejemplo UO ₂ (NO ₃ ) · 6H ₂ O en aire a 400 ° C, los rendimientos de color naranja o amarillo UO ₃ . Este óxido es anfótero y forma varios hidróxidos, ser más estable UO ₂ (OH) ₂ . La reacción del uranio (VI) óxido con resultados de hidrógeno en dióxido de uranio, que es similar en sus propiedades con ThO ₂ . Este óxido también es básico y se corresponde con el hidróxido de uranio (U (OH) ₄ ).

El plutonio, neptunio y americio forma dos óxidos básicos: Una ₂ O ₃ y Ano ₂ . Trióxido de neptunio es inestable; Así, sólo Np ₃ O ₈ se pudo obtener hasta el momento. Sin embargo, los óxidos de plutonio y neptunio con la fórmula química Ano ₂ y An ₂ O ₃ están bien caracterizados.

Sales

Tricloruros de algunos actínidos

Fórmula química	AcCl3	UCl3	NPCL3	PUCL3	Amcl3	CMCL3	BkCl3	CFCL3
Numero de 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
Masa molar	333.386	344.387	343.406	350.32	349.42	344-358 **	353.428	357.438
Punto de fusion		837 ° C	800 ° C	767 ° C	715 ° C	695 ° C	603 ° C	545 ° C
Punto de ebullicion		1657 ° C		1767 ° C	850 ° C
Estructura cristalina	Una 3+:__/ Cl-:__
Grupo espacial	P63/ m
Número de Coordinación	Un* [9], Cl
Constantes de red	un= 762 pm c= 455 pm	un= 745,2 pm c= 432,8 pm		un= 739,4 pm c= 424,3 pm	un= 738,2 pm c= 421,4 pm	un= 726 pm c= 414 pm	un= 738,2 pm c= 412,7 pm	un= 738 pm c= 409 pm

*Un- actínidos
** En función de los isótopos

Fluoruros de actínidos

Compuesto	Color	Crystal simetría, tipo	Constantes de red, Å			Densidad, g / cm3
			un	b	c
AcF3	Blanco	Hexagonal, LaF3	4.27	-	7.53	7.88
Paf4	Marron oscuro	Monoclínico	12.7	10.7	8.42	-
Paf5	Negro	Tetragonal, β-UF5	11.53	-	5.19	-
THF4	Incoloro	Monoclínico	13	10.99	8.58	5.71
UF3	Rojo púrpura	Hexagonal	7.18	-	7.34	8.54
UF4	Verde	Monoclínico	11.27	10.75	8.40	6.72
α-UF5	Azulado	Tetragonal	6.52	-	4.47	5.81
β-UF5	Azulado	Tetragonal	11.47	-	5.20	6.45
UF6	Amarillento	Ortorrómbico	9.92	8.95	5.19	5.06
NPF3	Negro o púrpura	Hexagonal	7,129	-	7,288	9.12
NPF4	Verde claro	Monoclínico	12.67	10.62	8.41	6.8
NPF6	Naranja	Ortorrómbico	9.91	8.97	5.21	5
PUF3	Violeta-azul	Trigonal	7.09	-	7.25	9.32
PUF4	Marrón pálido	Monoclínico	12.59	10.57	8.28	6.96
PUF6	Rojo marrón	Ortorrómbico	9.95	9.02	3.26	4.86
AmF3	Color beige rosa o la luz	hexagonal, LaF3	7.04	-	7,255	9.53
AmF4	Rojo anaranjado	Monoclínico	12.53	10.51	8.20	-
CmF3	De color marrón a blanco	Hexagonal	4,041	-	7,179	9.7
CmF4	Amarillo	Monoclínico, UF4	12.51	10.51	8.20	-
BKF3	Amarillo verde	Trigonal, LaF3 Ortorrómbico, YF3	6.97 6.7	- 7.09	7.14 4.41	10.15 9.7
BKF4	-	Monoclínico, UF4	12.47	10.58	8.17	-
CFF3	- -	Trigonal, LaF3 Ortorrómbico, YF3	6. 94 6.65	- 7.04	7.10 4.39	-
CFF4	- -	Monoclínico, UF4 monoclínico, UF4	1.242 1.233	1.047 1.040	8.126 8.113	-

Einsteinium triyoduro brillando en la oscuridad

Actínidos fácilmente reaccionan con halógenos formando sales con las fórmulas MX ₃ y MX ₄ (X = halógeno ). Así que el primer compuesto berkelio, BkCl ₃ , fue sintetizado en 1962 con un importe de 3 nanogramos. Como los halógenos de elementos de tierras raras, actínidos cloruros, bromuros y yoduros son solubles en agua, y fluoruros son insolubles. El uranio se obtiene fácilmente un hexafluoruro incoloro, que sublima a una temperatura de 56,5 ° C; debido a su volatilidad, se utiliza en la separación de isótopos de uranio con centrifugadora de gas o de difusión gaseosa. Hexafluoruros actínidos tienen propiedades cerca de anhídridos. Son muy sensibles a la humedad y hidrolizar formando Ano ₂ F ₂ . El hexacloruro de pentacloruro y negro de uranio se sintetizaron, pero son tanto inestable.

Acción de los ácidos sobre actínidos produce sales, y si los ácidos son no oxidante entonces el actínidos en la sal está en estado de baja valencia:

T + 2 H₂SO₄→ T (SO₄)₂+ 2 H₂

2 Pu + 6 HCl → 2 PUCL₃+ 3 H₂

Sin embargo, en estas reacciones la regeneración de hidrógeno puede reaccionar con el metal, formando el hidruro correspondiente. El uranio reacciona con ácidos y el agua mucho más fácilmente que el torio.

Sales de actínidos también se pueden obtener por disolución de los hidróxidos correspondientes en ácidos. Nitratos, cloruros, sulfatos y percloratos de los actínidos son solubles en agua. Cuando la cristalización a partir de soluciones acuosas, estas sales formando un hidratos, tales como Th (NO ₃ ) ₄ · 6H ₂ O, Th (SO ₄ ) ₂ · 9H ₂ O y Pu ₂ (SO ₄ ) ₃ · 7H ₂ O. Las sales de los actínidos de alta valencia hidrolizan fácilmente. Así, sulfato incoloro, cloruro, perclorato y nitrato de torio se transforman en sales básicas con fórmulas Th (OH) ₂ SO ₄ y Th (OH) ₃ NO ₃ . La solubilidad e insolubilidad de trivalentes y tetravalentes actínidos es como la de las sales de lantánidos. Así fosfatos, fluoruros, oxalatos, yodatos y carbonatos de actínidos son débilmente soluble en agua; se precipitan en forma de hidratos, tales como THF ₄ · 3H ₂ O y Th (CrO ₄ ) ₂ · 3H ₂ O.

Actínidos con estado de oxidación +6, excepto por el Ano ₂ ²⁺ cationes de tipo, forma [Ano ₄ ] ^2- , [Una ₂ O ₇ ] ^2- y otros aniones complejos. Por ejemplo sales, uranio, neptunio y plutonio forma del Na ₂ UO ₄ (uranate) y (NH ₄ ) ₂ T ₂ O ₇ (diuranato) tipos. En comparación con lantánidos, actínidos más fácilmente formar compuestos de coordinación, y esta capacidad aumenta con la valencia de los actínidos. Actínidos trivalentes no forman compuestos de coordinación de fluoruro, mientras que las formas de torio tetravalentes K ₂ THF ₆ , KThF ₅ , e incluso K ₅ THF ₉ complejos. El torio también forma los correspondientes sulfatos (por ejemplo Na ₂ SO ₄ · Th (SO ₄ ) ₂ · 5H ₂ O), nitratos y tiocianatos. Las sales con la fórmula general Un ₂ Ju (NO ₃ ) ₆ · n H ₂ O son de coordinación naturaleza, con el número de coordinación de torio igual a 12. Aún más fácil es producir sales complejas de pentavalente y hexavalente actínidos. Los compuestos de coordinación más estables de actínidos - torio y uranio tetravalente - se obtienen en reacciones con dicetonas, por ejemplo acetilacetona.

Aplicaciones

Interior de undetector de humo que contieneamericio-241.

Mientras actínidos tienen algunas aplicaciones de la vida diaria establecidos, como en detectores de humo (americio) y manguitos de torio (), se utiliza sobre todo en las armas nucleares y el uso como combustible en reactores nucleares. Las dos últimas áreas explotan la propiedad de los actínidos de liberar una enorme energía en las reacciones nucleares, que bajo ciertas condiciones pueden llegar a ser autosostenible reacción en cadena.

Auto-iluminación de un reactor nuclear porla radiación de Cherenkov.

El isótopo más importante para la energía nuclear solicitudes es el uranio-235. Se utiliza en el reactor térmico, y su concentración en uranio natural no exceda de 0,72%. Este isótopo absorbe fuertemente los neutrones térmicos que liberan mucha energía. Un acto de fisión de 1 gramo de ²³⁵ U se convierte en aproximadamente 1 MW · día. De importancia, es que ²³⁵ U emite más neutrones del que absorbe; al llegar a la masa crítica, ²³⁵ T entra en una reacción en cadena autosostenida. Por lo general, el núcleo de uranio se divide en dos fragmentos con la liberación de 2-3 neutrones, por ejemplo:

Otros isótopos de actínidos promisorias para la energía nuclear sonel torio-232 y su producto delciclo de combustible de torio,uranio-233.

Reactor nuclear

El núcleo de los reactores nucleares, contiene un conjunto de varillas metálicas huecas, generalmente decirconioaleaciones, lleno de células de combustible nuclear - en su mayoría óxido, carburo, nitruro o monosulfuro de uranio, plutonio o torio, o su mezcla (la llamada Combustible MOX). El combustible más común es el óxido de uranio-235. Los neutrones rápidos son frenados por moderadores, que contienen agua,carbono, deuterio, oberilio, como neutrones térmicos para aumentar la eficacia de su interacción con uranio-235. La velocidad de reacción nuclear se controla mediante la introducción de varillas adicionales hechas de boro o cadmio o un absorbente líquido, por lo general ácido bórico. Reactores para la producción de plutonio se llaman reactor o criadores de obtentor; tienen un diseño diferente y utilizan neutrones rápidos.

Emisión de neutrones durante la fisión de uranio es importante no sólo para el mantenimiento de la reacción en cadena nuclear, sino también para la síntesis de los actínidos más pesados. uranio-239 convierte a través de β-caries en plutonio-239, que, como el uranio-235, es capaz de fisión espontánea. Primeros reactores nucleares del mundo se construyeron no para la energía, pero para la producción de plutonio-239 para armas nucleares.

Aproximadamente la mitad del torio producido se utiliza como el material emisor de luz de mantos de gas. Torio también se añade en multicomponentes aleaciones de magnesio y zinc . Así que las aleaciones de Mg-Th son ligeros y fuertes, sino que también tienen alto punto de fusión y la ductilidad y por lo tanto son ampliamente utilizados en la industria aeronáutica y en la producción de misiles. El torio también tiene buenas propiedades de emisión de electrones, con una larga vida útil y baja barrera potencial para la emisión. El contenido relativo de torio y uranio isótopos es ampliamente utilizado para estimar la edad de varios objetos, incluyendo estrellas (ver datación radiométrica).

La principal aplicación de plutonio ha estado en las armas nucleares , donde el isótopo plutonio-239 fue un componente clave debido a su facilidad de la fisión y la disponibilidad. Diseños basados ​​en plutonio permiten la reducción de la masa crítica a cerca de un tercio de la de uranio-235. El " Fat Man "bombas de plutonio de tipo producidos en el Proyecto Manhattan utiliza la compresión explosiva de plutonio para obtener densidades significativamente más altos de lo normal, combinado con un neutrón centro fuente para iniciar la reacción y aumentar la eficiencia. Por lo tanto se necesitan sólo 6,2 kg de plutonio para una potencia explosiva equivalente a 20 kilotones de TNT. (Ver también diseño de armas nucleares.) Hipotéticamente, tan sólo 4 kg de plutonio-y tal vez incluso menos podría ser utilizado para hacer una sola bomba atómica utilizando diseños de montaje muy sofisticados.

El plutonio-238 es potencialmente isótopo más eficiente para los reactores nucleares, ya que cuenta con una masa crítica menor que el uranio-235, pero libera mucho más energía térmica (0,56 W / g). Sin embargo, su aplicación está limitada por el alto precio (unos 1.000 USD / g). Este isótopo se ha utilizado en termopilas y agua de destilación sistemas de algunos satélites y estaciones espaciales. Así Galileo y Apolo naves espaciales (por ejemplo, Apolo 14) habían calentadores impulsado por cantidades kilogramo de plutonio-238 óxido; este calor también se transforma en electricidad con termopilas. La decadencia de plutonio-238 se produce partículas alfa relativamente inofensivos y no está acompañada por irradiación gamma. Por lo tanto y este isótopo (~ 160 mg) se utiliza como la fuente de energía en los marcapasos cardíacos donde dura aproximadamente 5 veces más que las baterías convencionales.

Actinio-227 se utiliza como una fuente de neutrones. Su alta energía específica (14,5 W / g) y la posibilidad de obtener cantidades significativas de compuestos térmicamente estables son atractivos para su uso en larga duración generadores termoeléctricos para uso remoto. ²²⁸ Ac se utiliza como un indicador de la radiactividad en la investigación química, ya que emite electrones de alta energía (2,18 MeV) que pueden ser detectadas fácilmente. ²²⁸ Ac- ²²⁸ mezclas Ra son ampliamente utilizados como una intensa gamma-fuente en la industria y medicina.

Desarrollo de materiales actínidos dopado auto-resplandeciente con matrices cristalinas duraderos es una nueva área de la utilización de actínidos como la adición de radionucleidos emisores alfa de algunos vidrios y cristales pueden conferir luminiscencia.

Toxicidad

Ilustración esquemática de penetración de la radiación a través de hojas de papel, aluminio y plomo ladrillo

Tabla periódica con elementos de color de acuerdo con la vida media de su isótopo más estable.

 Los elementos que contienen al menos un isótopo estable.

 Los elementos radioactivos: el isótopo más estable es muy larga duración, con una vida media de más de cuatro millones de años.

 Los elementos radiactivos: el isótopo más estable tiene vida media de entre 800 y 34,000 años.

 Los elementos radioactivos: el isótopo más estable tiene vida media de entre un día y 103 años.

 Elementos altamente radiactivos: el isótopo más estable tiene vida media de entre varios minutos y un día.

  Extremadamente elementos radiactivos: el isótopo más estable tiene vida media de menos de varios minutos. Muy poco se sabe acerca de estos elementos debido a su extrema inestabilidad y la radiactividad.

Las sustancias radiactivas pueden dañar la salud humana a través de (i) la contaminación local de la piel, (ii) la exposición interna debido a la ingestión de isótopos radiactivos, y (iii) la sobreexposición externa por β-actividad y γ-radiación. Junto con los elementos de radio y transuránicos, actinio es uno de los venenos radiactivos más peligrosos con alto específica actividad α. La característica más importante de actinio es su capacidad de acumular y permanecer en la capa superficial de esqueletos. En la etapa inicial de la intoxicación, actinio se acumula en el hígado. Otro peligro de actinio es que se somete a la desintegración radiactiva más rápido de ser excretado. adsorción en el tracto digestivo es mucho más pequeño (~ 0,05%) para actinio de radio.

Protactinio en el cuerpo tiende a acumularse en los riñones y los huesos. La dosis máxima segura de protactinio en el cuerpo humano es 0,03 Ci que corresponde a 0,5 microgramos de ²³¹ Pa. Este isótopo, lo que podría estar presente en el aire como aerosol, es 2,5 × 10 ⁸ veces más tóxico que el ácido cianhídrico .

El plutonio, al entrar en el cuerpo a través del aire, la comida o la sangre (por ejemplo, una herida), se asienta principalmente en los pulmones, el hígado y los huesos con sólo el 10% va a otros órganos, y permanece allí durante décadas. El largo tiempo de permanencia del plutonio en el cuerpo se explica en parte por su escasa solubilidad en agua. Algunos isótopos de plutonio emiten ionizantes α-radiación, lo que daña las células circundantes. La mediana de la dosis letal (LD ₅₀ ) durante 30 días en perros después de la inyección intravenosa de plutonio es 0,32 miligramos por kg de masa corporal, y por lo tanto la dosis letal para los seres humanos es de aproximadamente 22 mg para una persona que pesa 70 kg; la cantidad de exposición respiratoria debe ser de aproximadamente cuatro veces mayor. Otra estimación asume que el plutonio es 50 veces menos tóxico que el radio , y el contenido de este modo admisible de plutonio en el cuerpo debe ser de 5 mg o 0,3 Ci. Esa cantidad es casi invisible en el microscopio bajo. Después de los ensayos en animales, esta dosis máxima admisible se redujo a 0,65 mg o 0,04 Ci. Estudios en animales también revelaron que la ruta de exposición plutonio más peligroso es por inhalación, después de lo cual 5-25% de sustancias inhaladas se retiene en el cuerpo. Dependiendo del tamaño de las partículas y la solubilidad de los compuestos de plutonio, el plutonio se localiza ya sea en los pulmones o en el sistema linfático, o se absorbe en la sangre y luego transporta al hígado y los huesos. La contaminación a través de los alimentos es la forma menos probable. En este caso, sólo alrededor del 0,05% de 0,01% de compuestos insolubles solubles de plutonio se absorbe en la sangre, y el resto se excreta. La exposición de la piel dañada al plutonio retendría casi el 100% de la misma.

Uso de los actínidos en el combustible nuclear, las fuentes radiactivas selladas o materiales avanzados, como cristales de auto-resplandeciente tiene muchos beneficios potenciales. Sin embargo, una grave preocupación es la extremadamente alta radiotoxicidad de los actínidos y su migración en el medio ambiente. El uso de formas químicamente inestables de actínidos en MOX y de las fuentes radiactivas selladas no es apropiado para los estándares de seguridad modernos. No es un reto para desarrollar materiales actínidos devengan estables y duraderas, que proporcionan un almacenamiento seguro, uso y disposición final. Una necesidad clave es la aplicación de soluciones sólidas de actínidos en las fases de acogida cristalina duraderos.