악티늄족 원소(악티늄에서 로렌슘까지)
악티늄족은 악티늄(89)부터 로렌슘(103)까지의 15개 방사성 금속입니다. 이들은 7주기에 속하지만 주기율표 본체 아래의 두 번째 별도 행에 표시됩니다. 자연에 많은 양이 존재하는 것은 토륨과 우라늄뿐이며, 나머지 대부분은 처음에 인공적으로 만들어졌습니다.
5f 계열
란타넘족이 4f를 채우듯이 악티늄족에서는 전자가 5f 부껍질에 채워집니다. 5f와 6d 오비탈의 에너지가 가깝기 때문에 규칙성은 더 낮습니다. 악티늄은 [Rn] 6d¹ 7s², 토륨은 [Rn] 6d² 7s², 우라늄은 [Rn] 5f³ 6d¹ 7s², 플루토늄은 [Rn] 5f⁶ 7s²입니다. 5f 부껍질은 노벨륨과 로렌슘에 이르러 가득 찹니다.
1944년 글렌 시보그가 악티늄족을 별도의 행으로 두자고 제안했습니다. 그 전에는 토륨, 프로트악티늄, 우라늄이 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐 아래에 놓여 있었습니다.
방사능과 핵분열
악티늄족 원소는 모두 방사성이며 안정한 동위 원소가 하나도 없습니다. 토륨-232와 우라늄-238의 반감기는 각각 약 140억 년과 45억 년이어서 지구가 생긴 이후로 살아남았지만, 더 무거운 악티늄족 원소는 훨씬 빨리 붕괴합니다. 아인슈타이늄과 페르뮴은 1952년 최초의 수소 폭탄 실험 잔해에서 처음 발견되었으며, 페르뮴 다음의 원소들은 입자 가속기에서 한 번에 몇 개의 원자만 만들 수 있습니다.
악티늄족의 핵심 반응은 핵분열입니다. 중성자를 흡수한 우라늄-235 원자핵은 더 작은 두 원자핵으로 쪼개지면서 더 많은 중성자와 막대한 에너지를 내놓습니다. 예를 들면 우라늄-235 + 중성자 → 바륨-141 + 크립톤-92 + 중성자 3개입니다. 이 중성자들이 다른 원자핵을 또 쪼개는 연쇄 반응이 원자로를 움직입니다.
화학적 성질과 경향
악티늄족은 밀도가 높고 은백색이며 공기 중에서 광택을 잃는 금속입니다. 초기 악티늄족 원소는 5f 전자를 떼어 내기 쉬워서 산화 상태가 다양합니다. 우라늄과 플루토늄은 모두 +3에서 +6까지의 산화 상태를 가집니다. 우라늄은 플루오린과 반응하여 육플루오린화 우라늄(U + 3F₂ → UF₆)을 만드는데, 이는 우라늄 농축에 쓰이는 휘발성 화합물입니다. 아메리슘부터는 악티늄족이 란타넘족과 더 비슷하게 행동하며, +3이 주된 산화 상태입니다.
악티늄족 원소의 쓰임
우라늄-235를 농축한 우라늄은 원자력 발전소의 연료이고, 플루토늄-239는 핵무기와 일부 원자로 연료에 쓰입니다. 플루토늄-238은 붕괴하면서 일정한 열을 내므로 보이저 탐사선, 큐리오시티와 퍼서비어런스 화성 탐사 로버 같은 우주선의 동력원이 됩니다. 아메리슘-241은 많은 가정용 연기 감지기의 방사선 원천입니다.
캘리포늄-252는 원자로를 시동하는 중성자 공급원이고, 악티늄-225는 일부 암에 대한 효과를 시험 중입니다. 악티늄족 원소는 모두 방사성이며 독성이 있으므로 매우 조심해서 다루어야 합니다.
이 족의 원소
| 89 | 악티늄 | Ac | 227 | [Rn] 6d1 7s2 | +3 | 고체 |
| 90 | 토륨 | Th | 232.04 | [Rn] 6d2 7s2 | +4 | 고체 |
| 91 | 프로트악티늄 | Pa | 231.04 | [Rn] 5f2 6d1 7s2 | +4, +5 | 고체 |
| 92 | 우라늄 | U | 238.03 | [Rn] 5f3 6d1 7s2 | +3, +4, +5, +6 | 고체 |
| 93 | 넵투늄 | Np | 237 | [Rn] 5f4 6d1 7s2 | +3, +4, +5, +6 | 고체 |
| 94 | 플루토늄 | Pu | 244 | [Rn] 5f6 7s2 | +3, +4, +5, +6 | 고체 |
| 95 | 아메리슘 | Am | 243 | [Rn] 5f7 7s2 | +3, +4, +5, +6 | 고체 |
| 96 | 퀴륨 | Cm | 247 | [Rn] 5f7 6d1 7s2 | +3 | 고체 |
| 97 | 버클륨 | Bk | 247 | [Rn] 5f9 7s2 | +3, +4 | 고체 |
| 98 | 캘리포늄 | Cf | 251 | [Rn] 5f10 7s2 | +3 | 고체 |
| 99 | 아인슈타이늄 | Es | 252 | [Rn] 5f11 7s2 | +3 | 고체 |
| 100 | 페르뮴 | Fm | 257 | [Rn] 5f12 7s2 | +3 | 고체 |
| 101 | 멘델레븀 | Md | 258 | [Rn] 5f13 7s2 | +2, +3 | 고체 |
| 102 | 노벨륨 | No | 259 | [Rn] 5f14 7s2 | +2, +3 | 고체 |
| 103 | 로런슘 | Lr | 266 | [Rn] 5f14 7s2 7p1 | +3 | 고체 |