Que sont les actinides?
Les actinides sont le nom collectif donné aux éléments 90-103 du tableau périodique, comprenant thorium, protactinium, uranium, neptunium, plutonium, américium, curium, berkelium, californium, einsteinium, fermium, mendelevium, nobelium et lawrencium. L'élément actinium, numéro atomique 89, qui a donné son nom au groupe, n'est pas - à proprement parler - l'un des actinides, mais est souvent inclus dans ceux-ci. Comme pour tous les éléments plus lourds que le plomb, aucune des séries d'actinides ne contient d'isotopes stables et est donc radioactive, subissant généralement une désintégration alpha en d'autres éléments. L'uranium et le thorium sont présents naturellement, ainsi que des traces d'actinium, de protactinium, de plutonium et de neptunium. Les éléments restants n'ont jamais été observés dans la nature, mais ont été fabriqués en très petites quantités dans des accélérateurs de particules.
L'uranium et le thorium ont de longues demi-vies et sont présents sur la Terre en quantités considérables depuis sa formation. On pense qu'une grande partie de la chaleur dans le noyau terrestre, à l'origine de la tectonique des plaques et du volcanisme, est due à la désintégration radioactive de ces éléments. L'isotope plutonium 244 a une demi-vie relativement longue et les traces du plutonium d'origine de la Terre subsistent encore; Cependant, la plupart du plutonium dans l'environnement provient de réacteurs nucléaires et d'essais d'armes nucléaires. L'actinium, le protactinium et le neptunium, qui existent à l'état naturel, ont une demi-vie beaucoup plus courte. Par conséquent, toute quantité de ces éléments présente lors de la formation de la Terre se serait, depuis longtemps, décomposée en d'autres éléments. L'actinium, le protactinium et le neptunium se forment par le biais de processus nucléaires associés à la désintégration des isotopes de l'uranium.
Comme les éléments lanthanides, les actinides occupent un bloc distinct du tableau périodique principal, comme il est généralement représenté, en raison de leurs configurations électroniques. Dans les deux blocs, le sous-shell à électrons le plus externe a été occupé avant un sous-shell précédent, du fait que ce dernier a un niveau d'énergie supérieur, et c'est le nombre d'électrons de ce sous-shell qui différencie les éléments les uns des autres. Pour les lanthanides, c'est la sous-coque 4f qui importe, et pour les actinides, la sous-coque 5f. Ces éléments sont également appelés éléments de bloc f. Le sous-shell le plus à l'extérieur est le même pour tous les éléments de chaque bloc, à l'exception de lawrencium, qui diffère de l'élément précédent non pas dans le sous-shell 5f, mais en ce qu'il comporte un sous-shell supplémentaire de 7p contenant un électron.
La chimie des actinides est régie par le fait que les électrons de valence, qui peuvent se lier à d'autres atomes, ne se limitent pas à la sous-coque la plus externe, ce qui donne un nombre variable d'états d'oxydation parmi ces éléments. Par exemple, le plutonium peut avoir des états d’oxydation de +3 à +7. Tous les éléments sont chimiquement réactifs et s’oxydent rapidement à l’air en se recouvrant d’une couche d’oxyde. La réactivité augmente avec le poids atomique dans le groupe; Cependant, il est difficile d'étudier les propriétés chimiques de certains des membres les plus lourds en raison de leur radioactivité intense et de leur très courte demi-vie.
Les isotopes d’actinides à vie longue ont trouvé diverses utilisations. Le thorium est utilisé depuis la fin du 19ème siècle dans la production de manteaux à gaz. La capacité de certains isotopes d’uranium et de plutonium à subir la fission nucléaire a conduit à leur utilisation dans les réacteurs nucléaires et les armes nucléaires, et le plutonium a également été utilisé comme source d’énergie durable pour les sondes spatiales. L'américium est utilisé dans les détecteurs de fumée.