الأكتينيدات (من الأكتينيوم إلى اللورنسيوم)

السلسلة 5f

في الأكتينيدات تُضاف الإلكترونات إلى المستوى الفرعي 5f، تمامًا كما تملأ اللانثانيدات المستوى 4f. والنمط أقل انتظامًا لأن المدارين 5f و6d متقاربان في الطاقة: فالأكتينيوم [Rn] 6d¹ 7s²، والثوريوم [Rn] 6d² 7s²، واليورانيوم [Rn] 5f³ 6d¹ 7s²، والبلوتونيوم [Rn] 5f⁶ 7s². ويكون المستوى الفرعي 5f ممتلئًا عند النوبليوم واللورنسيوم.

اقترح غلين سيبورغ صف الأكتينيدات المنفصل عام 1944. وقبل ذلك كان الثوريوم والبروتاكتينيوم واليورانيوم توضع تحت الهافنيوم والتنتالوم والتنغستن.

النشاط الإشعاعي والانشطار

كل الأكتينيدات مشعة؛ ولا يوجد لأي منها نظير مستقر. عمرا النصف للثوريوم-232 واليورانيوم-238 نحو 14 مليار سنة و4.5 مليار سنة، لذلك بقيا منذ تكوّن الأرض، أما الأكتينيدات الأثقل فتتحلل أسرع بكثير. وقد اكتُشف الأينشتاينيوم والفيرميوم أول مرة في حطام أول تجربة للقنبلة الهيدروجينية عام 1952، ولا يمكن تصنيع العناصر التي تلي الفيرميوم إلا بضع ذرات في كل مرة في معجلات الجسيمات.

التفاعل الأهم للأكتينيدات هو الانشطار النووي. فنواة اليورانيوم-235 التي تمتص نيوترونًا تنقسم إلى نواتين أصغر، مطلقة مزيدًا من النيوترونات وكمية كبيرة من الطاقة، مثل: يورانيوم-235 + نيوترون → باريوم-141 + كريبتون-92 + 3 نيوترونات. وتشطر هذه النيوترونات أنوية أخرى في التفاعل المتسلسل الذي يشغّل المفاعل النووي.

الخصائص الكيميائية والاتجاهات

الأكتينيدات فلزات كثيفة فضية اللون يخبو بريقها في الهواء. وللأكتينيدات الأولى حالات تأكسد كثيرة لأن إلكترونات 5f فيها سهلة الإزالة: فاليورانيوم والبلوتونيوم تتراوح حالات تأكسدهما من +3 إلى +6. يتفاعل اليورانيوم مع الفلور مكوّنًا سداسي فلوريد اليورانيوم (U + 3F₂ → UF₆)، وهو مركب متطاير يُستخدم في إغناء اليورانيوم. ومن الأمريسيوم فصاعدًا تسلك الأكتينيدات سلوكًا أقرب إلى اللانثانيدات، وتكون +3 حالة التأكسد الرئيسية.

استخدامات الأكتينيدات

اليورانيوم المخصّب باليورانيوم-235 يغذي محطات الطاقة النووية، ويُستخدم البلوتونيوم-239 في الأسلحة النووية وفي بعض وقود المفاعلات. ويطلق البلوتونيوم-238 حرارة ثابتة أثناء تحلله ويشغّل المركبات الفضائية مثل مسبارَي فوياجر ومركبتَي المريخ كيوريوسيتي وبيرسيفيرانس. والأمريسيوم-241 هو مصدر الإشعاع في كثير من كواشف الدخان المنزلية.

الكاليفورنيوم-252 مصدر للنيوترونات لبدء تشغيل المفاعلات، ويجري اختبار الأكتينيوم-225 ضد بعض أنواع السرطان. ولأن جميع الأكتينيدات مشعة وسامة، يجب التعامل معها بحذر شديد.