Актиноиды (от актиния до лоуренсия)

5f-ряд

У актиноидов электроны добавляются на 5f-подуровень, подобно тому как лантаноиды заполняют 4f. Закономерность менее правильная, потому что 5f- и 6d-орбитали близки по энергии: у актиния [Rn] 6d¹ 7s², у тория [Rn] 6d² 7s², у урана [Rn] 5f³ 6d¹ 7s², у плутония [Rn] 5f⁶ 7s². К нобелию и лоуренсию 5f-подуровень заполнен.

Гленн Сиборг предложил выделить актиноиды в отдельную строку в 1944 году. До этого торий, протактиний и уран помещали под гафнием, танталом и вольфрамом.

Радиоактивность и деление

Все актиноиды радиоактивны; ни у одного нет стабильного изотопа. Периоды полураспада тория-232 и урана-238 составляют около 14 миллиардов и 4,5 миллиарда лет, поэтому они сохранились со времени образования Земли, а более тяжёлые актиноиды распадаются намного быстрее. Эйнштейний и фермий были впервые обнаружены в обломках после первого испытания водородной бомбы в 1952 году, а элементы после фермия можно получать только по нескольку атомов за раз на ускорителях частиц.

Главная реакция актиноидов — деление ядер. Ядро урана-235, поглотившее нейтрон, распадается на два более лёгких ядра, высвобождая ещё нейтроны и большое количество энергии, например: уран-235 + нейтрон → барий-141 + криптон-92 + 3 нейтрона. Эти нейтроны расщепляют новые ядра в цепной реакции, на которой работает ядерный реактор.

Химические свойства и закономерности

Актиноиды — плотные серебристые металлы, тускнеющие на воздухе. Ранние актиноиды имеют много степеней окисления, потому что их 5f-электроны легко удалить: у урана и плутония они лежат в диапазоне от +3 до +6. Уран реагирует с фтором, образуя гексафторид урана (U + 3F₂ → UF₆) — летучее соединение, используемое для обогащения урана. Начиная с америция актиноиды ведут себя больше как лантаноиды, с основной степенью окисления +3.

Применение актиноидов

Уран, обогащённый ураном-235, служит топливом для атомных электростанций, а плутоний-239 применяют в ядерном оружии и в некоторых видах реакторного топлива. Плутоний-238 при распаде выделяет постоянное тепло и питает космические аппараты, такие как зонды «Вояджер» и марсоходы «Кьюриосити» и «Персеверанс». Америций-241 — источник излучения во многих бытовых дымовых датчиках.

Калифорний-252 — источник нейтронов для запуска реакторов, а актиний-225 испытывают в борьбе с некоторыми видами рака. Поскольку все актиноиды радиоактивны и токсичны, обращаться с ними нужно с большой осторожностью.