Was sind Actiniden?
Die Actiniden sind die Sammelbezeichnungen für die Elemente 90-103 im Periodensystem, die Thorium, Protactinium, Uran, Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Californium, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium und Lawrencium umfassen. Das Element Aktinium, Ordnungszahl 89, nach dem die Gruppe benannt ist, gehört streng genommen nicht zu den Aktiniden, sondern ist häufig in ihnen enthalten. Wie bei allen Elementen, die schwerer als Blei sind, weist keines der Aktiniden-Reihen stabile Isotope auf, und daher sind alle radioaktiv und zerfallen im Allgemeinen in andere Elemente. Uran und Thorium kommen auf natürliche Weise zusammen mit Spuren von Actinium, Protactinium, Plutonium und Neptunium vor. Die übrigen Elemente sind in der Natur noch nie beobachtet worden, wurden jedoch in extrem geringen Mengen in Teilchenbeschleunigern hergestellt.
Uran und Thorium haben lange Halbwertszeiten und sind seit ihrer Entstehung in erheblichen Mengen auf der Erde vorhanden. Es wird vermutet, dass ein Großteil der Wärme im Erdkern, die die Plattentektonik und den Vulkanismus antreibt, auf den radioaktiven Zerfall dieser Elemente zurückzuführen ist. Das Isotop Plutonium-244 hat eine relativ lange Halbwertszeit und Spuren des ursprünglichen Plutoniums der Erde sind noch vorhanden. Das meiste Plutonium in der Umwelt stammt jedoch aus Kernreaktoren und Atomwaffentests. Natürlich vorkommendes Actinium, Protactinium und Neptunium haben viel kürzere Halbwertszeiten, so dass jegliche Menge dieser Elemente, die vorhanden war, als die Erde gebildet wurde, längst in andere Elemente zerfallen wäre. Actinium, Protactinium und Neptunium bilden sich durch Kernprozesse, die mit dem Zerfall von Isotopen des Urans verbunden sind.
Wie die Lanthanidenelemente nehmen die Actiniden aufgrund ihrer Elektronenkonfigurationen einen vom Hauptperiodensystem getrennten Block ein, wie dies normalerweise dargestellt wird. In beiden Blöcken wurde die äußerste Elektronenteilschale vor einer vorherigen Teilschale besetzt, da diese ein höheres Energieniveau aufweist, und es ist die Anzahl der Elektronen in dieser Teilschale, die die Elemente voneinander unterscheidet. Bei den Lanthanoiden ist die 4f-Unterschale wichtig, bei den Actinoiden die 5f-Unterschale. Diese Elemente werden auch als F-Block-Elemente bezeichnet. Die äußerste Unterschale ist für alle Elemente in jedem Block gleich, mit Ausnahme von Lawrencium, das sich von dem vorhergehenden Element nicht in der 5f-Unterschale unterscheidet, sondern eine zusätzliche 7p-Unterschale enthält, die ein Elektron enthält.
Die Actinidenchemie wird von der Tatsache bestimmt, dass die Valenzelektronen, die sich mit anderen Atomen verbinden können, nicht auf die äußerste Unterschale beschränkt sind, was zu einer variablen Anzahl von Oxidationsstufen unter diesen Elementen führt. Beispielsweise kann Plutonium Oxidationsstufen von +3 bis +7 aufweisen. Alle Elemente sind chemisch reaktiv, oxidieren an der Luft schnell und werden mit einer Oxidschicht überzogen. Die Reaktivität nimmt mit dem Atomgewicht innerhalb der Gruppe zu; Die Untersuchung der chemischen Eigenschaften einiger der schwereren Elemente ist jedoch aufgrund ihrer starken Radioaktivität und sehr kurzen Halbwertszeiten schwierig.
Die längerlebigen Actiniden-Isotope haben eine Vielzahl von Anwendungen gefunden. Thorium wird seit dem späten 19. Jahrhundert zur Herstellung von Gasmänteln verwendet. Die Fähigkeit einiger Isotope von Uran und Plutonium zur Kernspaltung hat zu ihrer Verwendung in Kernreaktoren und Kernwaffen geführt, und Plutonium wurde auch als langlebige Energiequelle für Raumsonden verwendet. Americium wird in Rauchmeldern eingesetzt.