アクチノイド(アクチニウムからローレンシウムまで)

アクチノイドは、アクチニウム(89)からローレンシウム(103)までの15種類の放射性金属です。第7周期に属しますが、周期表の本体の下の2番目の別の行に示されています。自然界に多く存在するのはトリウムとウランだけで、他のほとんどは最初に人工的に作られました。

周期表での位置

この族の元素

アクチニウム トリウム プロトアクチニウム ウラン ネプツニウム プルトニウム アメリシウム キュリウム バークリウム カリホルニウム アインスタイニウム フェルミウム メンデレビウム ノーベリウム ローレンシウム

5f系列

アクチノイドでは、ランタノイドが4fを満たすのと同じように、5f副殻に電子が加わります。5fと6dの軌道のエネルギーが近いため、規則性はやや乱れます。アクチニウムは [Rn] 6d¹ 7s²、トリウムは [Rn] 6d² 7s²、ウランは [Rn] 5f³ 6d¹ 7s²、プルトニウムは [Rn] 5f⁶ 7s² です。5f副殻はノーベリウムとローレンシウムで満たされます。

アクチノイドを別の行にすることは、1944年にグレン・シーボーグが提案しました。それ以前は、トリウム、プロトアクチニウム、ウランはハフニウム、タンタル、タングステンの下に置かれていました。

放射能と核分裂

アクチノイドはすべて放射性で、安定な同位体はありません。トリウム232とウラン238の半減期はそれぞれ約140億年と45億年で、地球が誕生してから今まで残ってきましたが、より重いアクチノイドははるかに速く崩壊します。アインスタイニウムとフェルミウムは、1952年の最初の水素爆弾実験の残骸から初めて発見されました。フェルミウムより後の元素は、粒子加速器で一度にわずか数個の原子しか作れません。

アクチノイドの最も重要な反応は核分裂です。ウラン235の原子核が中性子を吸収すると、2つの小さな原子核に分裂し、さらに中性子と大量のエネルギーを放出します。たとえば、ウラン235 + 中性子 → バリウム141 + クリプトン92 + 中性子3個です。この中性子がさらに別の原子核を分裂させる連鎖反応が、原子炉を動かしています。

化学的性質と傾向

アクチノイドは、空気中で変色する密度の高い銀白色の金属です。初期のアクチノイドは5f電子を取り去りやすいため、多くの酸化数をとります。ウランとプルトニウムはどちらも+3から+6までの範囲をとります。ウランはフッ素と反応して六フッ化ウラン(U + 3F₂ → UF₆)をつくります。これはウランの濃縮に使われる揮発性の化合物です。アメリシウム以降のアクチノイドは、+3を主な酸化数とし、ランタノイドにより近い振る舞いをします。

アクチノイドの用途

ウラン235を濃縮したウランは原子力発電所の燃料になり、プルトニウム239は核兵器や一部の原子炉燃料に使われます。プルトニウム238は崩壊する際に安定した熱を出し、ボイジャー探査機や火星探査車キュリオシティ、パーシビアランスなどの宇宙機の動力源になっています。アメリシウム241は、多くの家庭用煙感知器の放射線源です。

カリホルニウム252は原子炉を起動するための中性子源で、アクチニウム225は一部のがんに対する治療法として試験されています。放射性で毒性があるため、すべてのアクチノイドは細心の注意をもって扱わなければなりません。

この族の元素

アクチノイド
89 アクチニウム Ac 227 [Rn] 6d1 7s2 +3 固体
90 トリウム Th 232.04 [Rn] 6d2 7s2 +4 固体
91 プロトアクチニウム Pa 231.04 [Rn] 5f2 6d1 7s2 +4, +5 固体
92 ウラン U 238.03 [Rn] 5f3 6d1 7s2 +3, +4, +5, +6 固体
93 ネプツニウム Np 237 [Rn] 5f4 6d1 7s2 +3, +4, +5, +6 固体
94 プルトニウム Pu 244 [Rn] 5f6 7s2 +3, +4, +5, +6 固体
95 アメリシウム Am 243 [Rn] 5f7 7s2 +3, +4, +5, +6 固体
96 キュリウム Cm 247 [Rn] 5f7 6d1 7s2 +3 固体
97 バークリウム Bk 247 [Rn] 5f9 7s2 +3, +4 固体
98 カリホルニウム Cf 251 [Rn] 5f10 7s2 +3 固体
99 アインスタイニウム Es 252 [Rn] 5f11 7s2 +3 固体
100 フェルミウム Fm 257 [Rn] 5f12 7s2 +3 固体
101 メンデレビウム Md 258 [Rn] 5f13 7s2 +2, +3 固体
102 ノーベリウム No 259 [Rn] 5f14 7s2 +2, +3 固体
103 ローレンシウム Lr 266 [Rn] 5f14 7s2 7p1 +3 固体

全18族

その他の元素の族

希ガス アルカリ金属 アルカリ土類金属 遷移金属 貧金属 半金属 非金属 ハロゲン ランタノイド