Aktinoider (aktinium till lawrencium)

5f-serien

I aktinoiderna fylls elektroner på i 5f-underskalet, precis som lantanoiderna fyller 4f. Mönstret är mindre regelbundet eftersom 5f- och 6d-orbitalerna ligger nära varandra i energi: aktinium är [Rn] 6d¹ 7s², torium [Rn] 6d² 7s², uran [Rn] 5f³ 6d¹ 7s² och plutonium [Rn] 5f⁶ 7s². 5f-underskalet är fullt vid nobelium och lawrencium.

Glenn Seaborg föreslog den separata aktinoidraden 1944. Före dess placerades torium, protaktinium och uran under hafnium, tantal och volfram.

Radioaktivitet och fission

Varje aktinoid är radioaktiv; ingen har någon stabil isotop. Torium-232 och uran-238 har halveringstider på cirka 14 miljarder respektive 4,5 miljarder år, så de har funnits kvar sedan jorden bildades, men de tyngre aktinoiderna sönderfaller mycket snabbare. Einsteinium och fermium påträffades först i nedfall från det första vätebombstestet 1952, och grundämnena efter fermium kan bara framställas några få atomer åt gången i partikelacceleratorer.

Aktinoidernas viktigaste reaktion är kärnklyvning. En uran-235-kärna som absorberar en neutron klyvs i två mindre kärnor och frigör fler neutroner och en stor mängd energi, till exempel uran-235 + neutron → barium-141 + krypton-92 + 3 neutroner. Dessa neutroner klyver ytterligare kärnor i den kedjereaktion som driver en kärnreaktor.

Kemiska egenskaper och trender

Aktinoiderna är täta, silverglänsande metaller som anlöper i luft. De tidiga aktinoiderna har många oxidationstal eftersom deras 5f-elektroner är lätta att avlägsna: uran och plutonium har båda oxidationstal från +3 till +6. Uran reagerar med fluor och bildar uranhexafluorid (U + 3F₂ → UF₆), en flyktig förening som används för att anrika uran. Från americium och framåt beter sig aktinoiderna mer som lantanoiderna, med +3 som det vanligaste oxidationstalet.

Användningar av aktinoiderna

Uran som anrikats på uran-235 driver kärnkraftverk, och plutonium-239 används i kärnvapen och i en del reaktorbränsle. Plutonium-238 avger jämn värme när det sönderfaller och driver rymdfarkoster som Voyagersonderna och Mars-rovrarna Curiosity och Perseverance. Americium-241 är strålkällan i många brandvarnare för hemmet.

Kalifornium-252 är en neutronkälla för att starta reaktorer, och aktinium-225 prövas mot vissa cancerformer. Eftersom de är radioaktiva och giftiga måste alla aktinoider hanteras med stor försiktighet.