Aktynowce (od aktynu do lorensu)

Szereg 5f

W aktynowcach elektrony zapełniają podpowłokę 5f, tak jak lantanowce zapełniają 4f. Schemat jest mniej regularny, ponieważ orbitale 5f i 6d mają zbliżoną energię: aktyn to [Rn] 6d¹ 7s², tor [Rn] 6d² 7s², uran [Rn] 5f³ 6d¹ 7s², a pluton [Rn] 5f⁶ 7s². Podpowłoka 5f jest zapełniona w nobelu i lorensie.

Glenn Seaborg zaproponował osobny wiersz aktynowców w 1944 roku. Wcześniej tor, protaktyn i uran umieszczano pod hafnem, tantalem i wolframem.

Promieniotwórczość i rozszczepienie

Każdy aktynowiec jest promieniotwórczy; żaden nie ma trwałego izotopu. Tor-232 i uran-238 mają okresy półtrwania około 14 miliardów i 4,5 miliarda lat, więc przetrwały od powstania Ziemi, ale cięższe aktynowce rozpadają się znacznie szybciej. Einstein i ferm odkryto po raz pierwszy w szczątkach po pierwszej próbie bomby wodorowej w 1952 roku, a pierwiastki po fermie można otrzymywać tylko po kilka atomów naraz w akceleratorach cząstek.

Kluczową reakcją aktynowców jest rozszczepienie jądra. Jądro uranu-235, które pochłonie neutron, rozpada się na dwa mniejsze jądra, uwalniając kolejne neutrony i dużo energii, na przykład uran-235 + neutron → bar-141 + krypton-92 + 3 neutrony. Te neutrony rozszczepiają kolejne jądra w reakcji łańcuchowej, która napędza reaktor jądrowy.

Właściwości chemiczne i tendencje

Aktynowce to gęste, srebrzyste metale, które matowieją na powietrzu. Wczesne aktynowce mają wiele stopni utlenienia, ponieważ ich elektrony 5f łatwo usunąć: uran i pluton mają stopnie od +3 do +6. Uran reaguje z fluorem, tworząc sześciofluorek uranu (U + 3F₂ → UF₆), lotny związek używany do wzbogacania uranu. Od ameryku wzwyż aktynowce zachowują się bardziej jak lantanowce, z +3 jako głównym stopniem utlenienia.

Zastosowania aktynowców

Uran wzbogacony w uran-235 zasila elektrownie jądrowe, a pluton-239 jest używany w broni jądrowej i w niektórych paliwach reaktorowych. Pluton-238 podczas rozpadu wydziela stałe ciepło i zasila statki kosmiczne, takie jak sondy Voyager oraz łaziki marsjańskie Curiosity i Perseverance. Ameryk-241 jest źródłem promieniowania w wielu domowych czujnikach dymu.

Kaliforn-252 jest źródłem neutronów do uruchamiania reaktorów, a aktyn-225 jest testowany w leczeniu niektórych nowotworów. Ponieważ aktynowce są promieniotwórcze i toksyczne, trzeba się z nimi obchodzić bardzo ostrożnie.