Actinio

Actinio
89 Ac
La ↑ Corriente alterna ↓ (Uqu) Tabla periódica radio ← actinium → torio
Apariencia
blanco plateado
Propiedades generales
Nombre, símbolo, número	actinio, Ac, 89
Pronunciación	/ æ k t ɪ n yo ə m / TIN AK- -nee-əm
Categoría metálico	actínidos a veces considerado un metal de transición
Grupo, período, bloque	n / a, 7, F
Peso atómico estándar	(227)
Configuración electrónica	[ Rn ] 6d 1 7s 2 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
Historia
Descubrimiento	André-Louis Debierne (1899)
Primer aislamiento	André-Louis Debierne (1899)
Propiedades físicas
Fase	sólido
Densidad (cerca rt)	10 g · cm -3
Punto de fusion	(Circa) 1323 K , 1050 ° C, 1922 ° F
Punto de ebullicion	3471 K, 3198 ° C, 5788 ° F
Calor de fusión	14 kJ · mol -1
El calor de vaporización	400 kJ · mol -1
Capacidad calorífica molar	27.2 J · mol -1 · K -1
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	3 (Óxido de neutro)
Electronegatividad	1,1 (escala de Pauling)
Energías de ionización	Primero: 499 kJ · mol -1
	Segundo: 1170 kJ · mol -1
Radio covalente	215 pm
Miscelánea
Estructura cristalina	cara cúbica centrada
Ordenamiento magnético	sin datos
Conductividad térmica	12 W · m -1 · K -1
Número de registro del CAS	7440-34-8
La mayoría de los isótopos estables
Artículo principal: Los isótopos de actinio
iso N / A media vida DM DE ( MeV) DP 225 Ac rastro 10 d α 5,935 221 P. 226 Ac syn 29.37 h β - 1,117 226 Th ε 0,640 226 Ra α 5,536 222 P. 227 Ac rastro 21.772 y β - 0,045 227 Th α 5,042 223 P.

Actinio es una radiactivo elemento químico con el símbolo Ac (que no debe confundirse con la abreviatura de un acetil grupo) y tiene el número atómico 89, que fue descubierto en 1899. Fue la primera elemento radiactivo no primordial para aislarse. polonio , radio y radón se observaron antes de actinio, pero no se aislaron hasta 1902. actinio dio el nombre a la actínidos serie, un grupo de 15 elementos similares entre actinio y lawrencium en la tabla periódica .

A, de color blanco plateado suave metal radiactivo, actinio reacciona rápidamente con el oxígeno y la humedad en el aire formando una capa blanca de óxido de actinio que impide la oxidación adicional. Al igual que con la mayoría de los lantánidos y actínidos, actinio asume estado de oxidación +3 en casi todos sus compuestos químicos. Actinio se encuentra solamente en trazas en uranio minerales como el isótopo ²²⁷ Ac, que se desintegra con una vida media de 21,772 años, predominantemente emisor partículas beta. Uno tonelada de uranio mineral contiene alrededor de 0,2 miligramos de actinio. La similitud de las propiedades físicas y químicas de actinio y lantano hace separación de actinio del mineral poco práctico. En lugar de ello, el elemento está dispuesto, en cantidades de miligramos, por la irradiación de neutrones de ²²⁶ Ra en una reactor nuclear. Debido a su escasez, alto precio y la radiactividad, actinio no tiene uso industrial significativo. Sus aplicaciones actuales incluyen una fuente de neutrones y un agente para terapia de radiación atacar a las células cancerosas en el cuerpo.

Historia

André-Louis Debierne, un químico francés, anunció el descubrimiento de un nuevo elemento en 1899. Él separaba de residuos de pechblenda dejados por Marie y Pierre Curie después de haber extraído el radio . En 1899, Debierne describe la sustancia como similar al titanio y (en 1900) como similar al torio . Friedrich Giesel descubierta independientemente actinio en 1902 como una sustancia similar a lantano y lo llamó "emanium" en 1904. Después de una comparación de las sustancias vidas medias determinadas por Debierne, Hariett Brooks en 1904, y Otto Hahn y Otto Sackur en 1905, el nombre escogido por Debierne para el nuevo elemento fue retenido porque tenía la antigüedad.

Los artículos publicados en la década de 1970 y más tarde sugieren que los resultados de Debierne publicaron en 1904 un conflicto con los reportados en 1899 y 1900. Esto ha llevado a algunos autores a defender que Giesel solo debe ser acreditado con el descubrimiento. Una visión menos confrontacional del descubrimiento científico es propuesto por Adloff Sugiere que la retrospectiva crítica de las primeras publicaciones debe ser mitigado por el estado naciente de radioquímica, destaca la prudencia de las afirmaciones de Debierne en los documentos originales, y señala que nadie puede sostener que la sustancia de Debierne no contenía actinio. Debierne, que ahora es considerado por la gran mayoría de los historiadores como el descubridor, perdió interés en el elemento y dejó el tema. Giesel, por otro lado, puede legítimamente ser acreditado con la primera preparación de actinio radioquímicamente puro y con la identificación de su número atómico 89.

El nombre actinium origina del griego antiguo aktis, aktinos (ακτίς, ακτίνος), lo que significa haz o rayo. Su símbolo Ac también se utiliza en las abreviaturas de otros compuestos que no tienen nada que ver con el actinio, como acetilo, de etilo y, a veces acetaldehído.

Propiedades

Actinio es una, de color blanco plateado suave, , elemento metálico radiactivo. Su estimado módulo de corte es similar a la de plomo . Debido a su fuerte radiactividad, actinio brilla en la oscuridad con una luz de color azul pálido, que se origina en el aire circundante ionizado por las partículas energéticas emitidas. Actinio tiene propiedades químicas similares a las de lantano y otros lantánidos, y por lo tanto estos elementos son difíciles de separar en la extracción de minerales de uranio. La extracción por solvente y cromatografía de iones se utilizan comúnmente para la separación.

El primer elemento de los actínidos , actinio dio su nombre al grupo, tanto como lantano había hecho por los lantánidos . El grupo de elementos es más diversa que los lantánidos y por tanto, no fue hasta 1945 que Glenn T. Seaborg propuso el cambio más significativo de Mendeleev 's tabla periódica , mediante la introducción de los actínidos.

Actinio reacciona rápidamente con el oxígeno y la humedad en el aire formando una capa blanca de óxido actinio que previene la oxidación adicional. Como con la mayoría de los lantánidos y actínidos, existe actinio en el estado de oxidación +3, y los iones Ac ³⁺ son incoloro en soluciones. El estado de oxidación +3 se origina en el 6d ¹ 7s ² configuración electrónica de actinio, es decir que dona electrones fácilmente 3 suponiendo una estructura de carcasa cerrada estable del gas noble radón . El estado de oxidación +2 es sólo conocida por actinium dihidruro (ACH _2).

Los compuestos químicos

Sólo un número limitado de compuestos actinium son conocidos incluyendo AcF _3, AcCl _3, ACBR _3, ACOF, AcOCl, AcOBr, Hech ₂ S _3, Ac ₂ O ₃ y ₄ ACPO. A excepción de ACPO _4, todos ellos son similares a los compuestos de lantano correspondientes y contienen actinio en el estado de oxidación +3. En particular, las constantes de red de los compuestos de lantano y actinio análogos difieren sólo en un pequeño porcentaje.

Aquí a, b y c son constantes de red, n es el número de grupo de espacio y Z es el número de por unidades de fórmula celda unidad. Densidad no se midió directamente pero calcula a partir de los parámetros de red.

Óxidos

Óxido de actinio (Ac ₂ O ₃₎ se puede obtener calentando el hidróxido de a 500 ° C o de la oxalato a 1100 ° C, en vacío. Red cristalina Es isotípico con los óxidos de la mayoría de los metales de las tierras raras trivalentes.

Haluros

Trifluoruro de actinio se puede producir ya sea en solución o en reacción sólido. La primera reacción se lleva a cabo a temperatura ambiente, añadiendo ácido fluorhídrico a una solución que contiene iones de actinio. En el último método, actinio de metal se trata con vapores de fluoruro de hidrógeno a 700 ° C en una configuración todo-platino. El tratamiento de trifluoruro actinio con hidróxido de amonio a 900-1000 ° C rendimientos oxifluoruro ACOF. Mientras oxifluoruro lantano se puede obtener fácilmente por la quema de trifluoruro de lantano en aire a 800 ° C durante una hora, un tratamiento similar de actinio rendimientos trifluoruro no ACOF y sólo resulta en fusión del producto inicial.

AcF ₃ + 2 _NH3 + _H2O → ACOF + 2 _NH4F

Tricloruro de actinio se obtiene por reacción de hidróxido de actinio o oxalato con tetracloruro de carbono vapores a temperaturas superiores a 960 ° C. Similar a oxifluoruro, actinio oxicloruro se pueden preparar por hidrólisis de tricloruro de actinio con hidróxido de amonio a 1000 ° C. Sin embargo, en contraste con el oxifluoruro, el oxicloruro bien podría ser sintetizado mediante la ignición de una solución de tricloruro de actinio en ácido clorhídrico con amoniaco .

La reacción de bromuro de aluminio y óxido de actinio rinde tribromuro actinium:

Ac ₂ O ₃ + 2 AlBr ₃ → 2 ACBR ₃ + Al ₂ O ₃

y el tratamiento con hidróxido de amonio a 500 ° C resultados en la AcOBr oxibromuro.

Otros compuestos

Hidruro de actinio se obtuvo por reducción de tricloruro de actinio con potásico a 300 ° C, y su estructura se dedujo por analogía con el correspondiente LaH ₂ hidruro. La fuente de hidrógeno en la reacción era incierto.

Mezcla fosfato monosódico (NaH ₂ PO ₄₎ con una solución de actinio en los rendimientos de ácido clorhídrico de color blanco hemihidrato fosfato actinio (ACPO ₄ · 0,5 H ₂ O), y oxalato calefacción actinio con vapores de sulfuro de hidrógeno en 1400 ° C durante unos minutos se traduce en un actinium sulfuro negro Hech ₂ S _3. Puede ser producido posiblemente actuando con una mezcla de sulfuro de hidrógeno y disulfuro de carbono en óxido actinium a 1000 ° C.

Isótopos

Naturalmente actinium ocurra se compone de uno radiactivo isótopo ; ²²⁷ Ac. Treinta seis radioisótopos han sido identificados, los más estables el ²²⁷ Ac con una vida media de 21,772 años, ²²⁵ Ac, con una vida media de 10,0 días y ²²⁶ Ac, con una vida media de 29,37 horas. Todo restante isótopos radiactivos tienen vidas medias que son menos de 10 horas y la mayoría de ellos tienen una vida media más corta de un minuto. El isótopo más corto vivido conocido de actinio es ²¹⁷ Ac (vida media de 69 nanosegundos) que decae a través desintegración alfa y captura de electrones. Actinio también tiene dos estados de la meta.

Purificada ²²⁷ Ac entra en equilibrio con sus productos de desintegración al final de 185 días. Se desintegra según su vida media de 21.773 años-emisor beta mayoría (98,8%) y algunas partículas alfa (1,2%); los productos de desintegración sucesivas son parte de la serie del actinio. Debido a las cantidades disponibles, baja energía de sus partículas beta (46 keV) y baja intensidad de la radiación alfa, ²²⁷ Ac es difícil de detectar directamente por su emisión y por lo tanto se traza a través de sus productos de desintegración. Los isótopos del actinio varían en peso atómico de 206 u ⁽²⁰⁶ Ac) a 236 u ⁽²³⁶ Ac).

Ocurrencia y síntesis

Minerales uraninita han elevado las concentraciones de actinio.

Actinio se encuentra sólo en los rastros de uranio minerales como el ²²⁷ Ac - una tonelada de mineral contiene alrededor de 0,2 miligramos de actinio. El actinio isótopo ²²⁷ Ac es un miembro transitorio del serie actinium cadena de desintegración, que comienza con el isótopo padre ²³⁵ U (o ²³⁹ Pu) y termina con el isótopo estable plomo ²⁰⁷ Pb. Otro isótopo actinio ⁽²²⁵ Ac) es transitoriamente presentes en el serie neptunio cadena de desintegración, a partir de ²³⁷ Np (o ²³³ U) y terminando con talio (Tl ²⁰⁵⁾ y cerca-estable de bismuto (Bi ^209).

La concentración natural de baja, y la estrecha similitud de las propiedades físicas y químicas a los de lantano y otros lantánidos, que siempre son abundantes en minerales actinio-cojinete, hacen que la separación del actinio del mineral poco práctico, y la separación completa nunca se logró. En su lugar, se prepara actinio, en cantidades de miligramos, por la irradiación de neutrones de ²²⁶ Ra en una reactor nuclear.

El rendimiento de la reacción es de aproximadamente 2% del peso radio. ²²⁷ Ac puede capturar más neutrones resultantes en pequeñas cantidades de ²²⁸ Ac. Después de la síntesis, actinio se separa de radio y de los productos de la descomposición y la fusión nuclear, como el torio, polonio, plomo y bismuto. La extracción se puede realizar con thenoyltrifluoroacetone- benceno solución a partir de una solución acuosa de los productos de la radiación, y la selectividad para un cierto elemento se consigue ajustando la pH (a aproximadamente 6,0 por actinio). Un procedimiento alternativo es el intercambio de aniones con un apropiado resina en ácido nítrico , que puede resultar en un factor de separación de 1.000.000 para el radio y el actinio vs. torio en un proceso de dos etapas. Actinio puede entonces ser separado de radio, con una relación de alrededor de 100, usando una resina de intercambio catiónico de reticulación bajo y ácido nítrico como eluyente.

²²⁵ Ac primero fue producido artificialmente en el Instituto de Elementos Transuránicos (ITU) en Alemania utilizando un ciclotrón y al Hospital de St George en Sydney utilizando un acelerador lineal en el año 2000. Este raro isótopo tiene aplicaciones potenciales en la terapia de radiación y se produce más eficientemente bombardeando un blanco de radio-226 con 20 a 30 MeV iones de deuterio. Esta reacción también produce ²²⁶ Ac que sin embargo se desintegra con una vida media de 29 horas y por lo tanto no contamina ²²⁵ Ac.

Actinio metal ha sido preparado por la reducción de fluoruro actinio con litio vapor en vacío a una temperatura de entre 1100 y 1300 ° C. Las temperaturas más altas dieron como resultado la evaporación del producto y los inferiores conducen a una transformación incompleta. El litio fue elegido entre otros metales alcalinos, ya que su fluoruro es más volátil.

Aplicaciones

Debido a su escasez, alto precio y la radiactividad, actinio actualmente no tiene ningún uso industrial significativo.

²²⁷ Ac es altamente radiactivo y por lo tanto se estudió para su uso como un elemento activo de generadores termoeléctricos de radioisótopos, por ejemplo en las naves espaciales. El óxido de ²²⁷ Ac presionado con berilio también es un eficiente fuente de neutrones con la actividad superior a la de los pares de americio-berilio y el radio-berilio estándar. En todas estas aplicaciones, ²²⁷ Ac (una fuente beta) es simplemente un progenitor que genera isótopos emisores alfa a partir de su descomposición. Berilio captura partículas alfa y emite neutrones debido a su gran sección transversal para la reacción nuclear (α, n):

Las fuentes de neutrones ²²⁷ EBCA se pueden aplicar en una sonda de neutrones - un dispositivo estándar para medir la cantidad de agua presente en el suelo, así como la humedad / densidad para control de calidad en la construcción de carreteras. Tales sondas también se utilizan en aplicaciones de registro así, en radiografía de neutrones, tomografía y otras investigaciones radioquímica.

Estructura química de la Portador de DOTA para ²²⁵ Ac en radioterapia.

²²⁵ Ac se aplica en medicina para producir ²¹³ Bi en un generador reutilizables o puede ser utilizado solo como un agente para radioterapia, en particular la terapia alfa específica (TAT). Este isótopo tiene una vida media de 10 días que lo hace mucho más adecuado para la terapia de radiación de ²¹³ Bi (vida media 46 minutos). No sólo ²²⁵ Ac sí, sino también sus productos de desintegración emiten partículas alfa que matan las células cancerosas en el cuerpo. La principal dificultad con la aplicación de ²²⁵ Ac era que la inyección intravenosa de complejos de actinio simples resultó en su acumulación en los huesos y el hígado durante un período de decenas de años. Como resultado, después de que las células cancerosas murieron rápidamente por las partículas alfa del ²²⁵ Ac, la radiación del actinio y sus productos de desintegración pueden inducir nuevas mutaciones. Para resolver este problema, ²²⁵ Ac fue atado a un agente quelante, tal como citrato, ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) o dietilentriamina ácido pentaacético (DTPA). Esto reduce la acumulación actinio en los huesos, pero la excreción del cuerpo permaneció lento. Mucho mejores resultados se obtuvieron con agentes quelantes tales como HEHA o DOTA (ácido 1,4,7,10-tetraazaciclododecano-1,4,7,10-tetraacético) acoplado a trastuzumab, una anticuerpo monoclonal que interfiere con la HER2 / neu receptor. La combinación de entrega esta última fue probado en ratones y demostró ser eficaz contra leucemia, linfoma, de mama, de ovario, neuroblastoma y cánceres de próstata.

La vida media de medio de ²²⁷ Ac (21,77 años) hace que sea muy conveniente isótopo radiactivo en el modelado de la mezcla vertical lento de las aguas oceánicas. Los procesos asociados no pueden ser estudiados con la precisión requerida por mediciones directas de la velocidad de la corriente (del orden de 50 metros por año). Sin embargo, la evaluación de la concentración de profundidad perfiles para distintos isótopos permite estimar las tasas de mezcla. La física detrás de este método es el siguiente: las aguas oceánicas contienen dispersan homogéneamente ²³⁵ U. Su producto de desintegración, ²³¹ Pa, precipita gradualmente a la parte inferior, de modo que su concentración aumenta primero con la profundidad y luego se mantiene casi constante ²³¹ Pa decae a ²²⁷ Ac.; sin embargo, la concentración de este último isótopo no sigue el perfil de profundidad ²³¹ Pa, sino que aumenta hacia el fondo del mar. Esto ocurre debido a los procesos de mezcla que plantean algunos adicionales ²²⁷ Ac desde el fondo del mar. Así, el análisis tanto de ²³¹ Pa y ²²⁷ perfiles de profundidad de AC permite modelar el comportamiento de mezcla.

Precauciones

²²⁷ Ac es altamente radiactivo y experimenta con ella se llevan a cabo en un laboratorio especialmente diseñado equipado con una caja de guantes y protección contra la radiación. Cuando tricloruro de actinio se administra por vía intravenosa a ratas, aproximadamente el 33% de actinio se deposita en los huesos y el 50% en el hígado. Su toxicidad es comparable a, pero ligeramente menor que la de americio y el plutonio.