Actinit (từ actini đến lawrenci)

Dãy 5f

Ở các actinit, electron được thêm vào phân lớp 5f, giống như lantanit điền vào 4f. Quy luật kém đều đặn hơn vì các obitan 5f và 6d có năng lượng gần nhau: actini là [Rn] 6d¹ 7s², thori [Rn] 6d² 7s², urani [Rn] 5f³ 6d¹ 7s² và plutoni [Rn] 5f⁶ 7s². Phân lớp 5f đầy ở nobeli và lawrenci.

Glenn Seaborg đề xuất hàng actinit riêng vào năm 1944. Trước đó, thori, protactini và urani được xếp dưới hafni, tantan và vonfram.

Phóng xạ và phân hạch

Mọi actinit đều phóng xạ; không nguyên tố nào có đồng vị bền. Thori-232 và urani-238 có chu kỳ bán rã khoảng 14 tỉ và 4,5 tỉ năm, nên chúng đã tồn tại từ khi Trái Đất hình thành, nhưng các actinit nặng hơn phân rã nhanh hơn nhiều. Einsteini và fermi lần đầu được tìm thấy trong mảnh vụn của vụ thử bom hiđro đầu tiên năm 1952, còn các nguyên tố sau fermi chỉ có thể được tạo ra từng vài nguyên tử một trong các máy gia tốc hạt.

Phản ứng then chốt của actinit là phân hạch hạt nhân. Một hạt nhân urani-235 hấp thụ một neutron sẽ tách thành hai hạt nhân nhỏ hơn, giải phóng thêm neutron và một lượng năng lượng lớn, ví dụ urani-235 + neutron → bari-141 + krypton-92 + 3 neutron. Những neutron này tiếp tục phân hạch các hạt nhân khác trong phản ứng dây chuyền vận hành lò phản ứng hạt nhân.

Tính chất hóa học và xu hướng

Actinit là những kim loại đặc, màu trắng bạc, bị xỉn màu trong không khí. Các actinit đầu dãy có nhiều số oxi hóa vì electron 5f của chúng dễ bị tách ra: urani và plutoni đều có số oxi hóa từ +3 đến +6. Urani phản ứng với flo tạo thành urani hexaflorua (U + 3F₂ → UF₆), một hợp chất dễ bay hơi dùng để làm giàu urani. Từ ameri trở đi, các actinit có tính chất giống lantanit hơn, với +3 là số oxi hóa chính.

Ứng dụng của actinit

Urani được làm giàu urani-235 là nhiên liệu cho các nhà máy điện hạt nhân, còn plutoni-239 được dùng trong vũ khí hạt nhân và một số loại nhiên liệu lò phản ứng. Plutoni-238 tỏa nhiệt đều đặn khi phân rã và cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ như tàu thăm dò Voyager và các xe tự hành sao Hỏa Curiosity và Perseverance. Ameri-241 là nguồn bức xạ trong nhiều máy báo khói gia dụng.

Californi-252 là nguồn neutron để khởi động lò phản ứng, và actini-225 đang được thử nghiệm để điều trị một số bệnh ung thư. Vì có tính phóng xạ và độc, mọi actinit đều phải được xử lý hết sức cẩn thận.