แอกทิไนด์ (แอกทิเนียมถึงลอว์เรนเซียม)

อนุกรม 5f

ในแอกทิไนด์ อิเล็กตรอนจะถูกเติมลงในหมวดย่อย 5f เช่นเดียวกับที่แลนทาไนด์เติมใน 4f แต่รูปแบบนี้สม่ำเสมอน้อยกว่า เพราะออร์บิทัล 5f และ 6d มีพลังงานใกล้เคียงกัน: แอกทิเนียมเป็น [Rn] 6d¹ 7s² ทอเรียมเป็น [Rn] 6d² 7s² ยูเรเนียมเป็น [Rn] 5f³ 6d¹ 7s² และพลูโทเนียมเป็น [Rn] 5f⁶ 7s² หมวดย่อย 5f เต็มเมื่อถึงโนเบเลียมและลอว์เรนเซียม

เกลนน์ ซีบอร์ก เสนอให้แยกแถวแอกทิไนด์ออกมาในปี 1944 ก่อนหน้านั้น ทอเรียม โพรแทกทิเนียม และยูเรเนียมถูกจัดไว้ใต้ฮาฟเนียม แทนทาลัม และทังสเตน

กัมมันตภาพรังสีและฟิชชัน

แอกทิไนด์ทุกชนิดเป็นกัมมันตรังสี ไม่มีธาตุใดมีไอโซโทปเสถียร ทอเรียม-232 และยูเรเนียม-238 มีครึ่งชีวิตประมาณ 14 พันล้านปีและ 4.5 พันล้านปี จึงคงอยู่มาตั้งแต่โลกก่อตัวขึ้น แต่แอกทิไนด์ที่หนักกว่าสลายตัวเร็วกว่ามาก ไอน์สไตเนียมและเฟอร์เมียมถูกค้นพบครั้งแรกในเศษซากจากการทดสอบระเบิดไฮโดรเจนครั้งแรกในปี 1952 และธาตุที่อยู่หลังเฟอร์เมียมสร้างได้เพียงครั้งละไม่กี่อะตอมในเครื่องเร่งอนุภาค

ปฏิกิริยาสำคัญของแอกทิไนด์คือฟิชชันนิวเคลียร์ นิวเคลียสของยูเรเนียม-235 ที่ดูดกลืนนิวตรอนจะแยกออกเป็นนิวเคลียสที่เล็กลงสองนิวเคลียส พร้อมปลดปล่อยนิวตรอนเพิ่มและพลังงานจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น ยูเรเนียม-235 + นิวตรอน → แบเรียม-141 + คริปทอน-92 + นิวตรอน 3 ตัว นิวตรอนเหล่านั้นทำให้นิวเคลียสอื่นแตกตัวต่อไปในปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ขับเคลื่อนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

สมบัติทางเคมีและแนวโน้ม

แอกทิไนด์เป็นโลหะหนาแน่นสีเงินที่หมองเมื่อสัมผัสอากาศ แอกทิไนด์ช่วงต้นมีเลขออกซิเดชันหลายค่า เพราะอิเล็กตรอน 5f ของมันดึงออกได้ง่าย: ยูเรเนียมและพลูโทเนียมมีเลขออกซิเดชันตั้งแต่ +3 ถึง +6 ยูเรเนียมทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนได้ยูเรเนียมเฮกซะฟลูออไรด์ (U + 3F₂ → UF₆) ซึ่งเป็นสารประกอบระเหยง่ายที่ใช้ในการเสริมสมรรถนะยูเรเนียม ตั้งแต่อะเมริเซียมเป็นต้นไป แอกทิไนด์มีพฤติกรรมคล้ายแลนทาไนด์มากขึ้น โดยมี +3 เป็นเลขออกซิเดชันหลัก

ประโยชน์ของแอกทิไนด์

ยูเรเนียมที่เสริมสมรรถนะด้วยยูเรเนียม-235 เป็นเชื้อเพลิงของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ส่วนพลูโทเนียม-239 ใช้ในอาวุธนิวเคลียร์และเชื้อเพลิงเครื่องปฏิกรณ์บางชนิด พลูโทเนียม-238 ปล่อยความร้อนสม่ำเสมอขณะสลายตัว และเป็นแหล่งพลังงานของยานอวกาศ เช่น ยานวอยเอจเจอร์ และรถสำรวจดาวอังคารคิวริออซิตีและเพอร์เซเวียแรนซ์ อะเมริเซียม-241 เป็นแหล่งกำเนิดรังสีในเครื่องตรวจจับควันตามบ้านเรือนจำนวนมาก

แคลิฟอร์เนียม-252 เป็นแหล่งนิวตรอนสำหรับเริ่มเดินเครื่องปฏิกรณ์ และแอกทิเนียม-225 อยู่ระหว่างการทดสอบเพื่อรักษามะเร็งบางชนิด เนื่องจากเป็นกัมมันตรังสีและเป็นพิษ แอกทิไนด์ทุกชนิดจึงต้องจัดการด้วยความระมัดระวังอย่างยิ่ง