Cosa sono gli attinidi?
Gli attinidi sono il nome collettivo dato agli elementi 90-103 nella tavola periodica, che comprende torio, protattinio, uranio, nettunio, plutonio, americio, curio, berkelio, californium, einsteinio, fermio, mendelevio, nobelio e legrenio. L'elemento attinio, numero atomico 89, da cui prende il nome il gruppo, non è - a rigor di termini - esso stesso uno degli attinidi, ma è spesso incluso con essi. Come per tutti gli elementi più pesanti del piombo, nessuna delle serie di attinidi ha isotopi stabili e tutti sono quindi radioattivi, generalmente sottoposti a decadimento alfa in altri elementi. L'uranio e il torio sono presenti in natura, insieme a tracce di attinio, protattinio, plutonio e nettunio. Gli elementi rimanenti non sono mai stati osservati in natura, ma sono stati prodotti in quantità estremamente ridotte in acceleratori di particelle.
L'uranio e il torio hanno lunghe emivite e sono presenti sulla Terra in quantità significative sin dalla sua formazione. Si pensa che gran parte del calore nel nucleo terrestre, che guida la tettonica delle placche e il vulcanismo, sia dovuto al decadimento radioattivo di questi elementi. L'isotopo plutonio-244 ha un'emivita relativamente lunga e sopravvivono ancora le tracce del plutonio originale della Terra; tuttavia, la maggior parte del plutonio nell'ambiente proviene da reattori nucleari e test sulle armi nucleari. Attinio, protattinio e nettunio presenti in natura hanno emivite molto più brevi, quindi qualsiasi quantità di questi elementi che erano presenti quando si è formata la Terra sarebbe decaduta da tempo in altri elementi. Attinio, protattinio e nettunio si formano attraverso processi nucleari associati al decadimento degli isotopi dell'uranio.
Come gli elementi lantanidici, gli attinidi occupano un blocco separato dalla tavola periodica principale, come è solitamente rappresentato, a causa delle loro configurazioni di elettroni. In entrambi questi blocchi, la subshell di elettroni più esterna è stata occupata prima di una subshell precedente, poiché quest'ultima ha un livello di energia più elevato, ed è il numero di elettroni in questa subshell che differenzia gli elementi l'uno dall'altro. Per i lantanidi, è la subshell 4f ad essere importante, e per gli attinidi, la subshell 5f. Questi elementi sono anche noti come elementi del blocco f. La subshell più esterna è la stessa per tutti gli elementi all'interno di ciascun blocco, ad eccezione del lawrencium, che differisce dall'elemento precedente non nella subshell 5f, ma avendo una subshell 7p aggiuntiva contenente un elettrone.
La chimica degli attinidi è governata dal fatto che gli elettroni di valenza, che possono legarsi con altri atomi, non sono confinati alla sottostruttura più esterna, dando un numero variabile di stati di ossidazione tra questi elementi. Ad esempio, il plutonio può avere stati di ossidazione da +3 a +7. Tutti gli elementi sono chimicamente reattivi e si ossidano rapidamente in aria, diventando ricoperti da uno strato di ossido. La reattività aumenta con il peso atomico all'interno del gruppo; tuttavia, lo studio delle proprietà chimiche di alcuni dei membri più pesanti è difficile a causa della loro intensa radioattività e delle emivite molto brevi.
Gli isotopi di attinidi di lunga durata hanno trovato una varietà di usi. Il torio è stato utilizzato dalla fine del 19 ° secolo nella produzione di mantelli a gas. La capacità di alcuni isotopi di uranio e plutonio di sottoporsi a fissione nucleare ha portato al loro uso nei reattori nucleari e nelle armi nucleari e il plutonio è stato anche usato come fonte di energia di lunga durata per le sonde spaziali. L'americio è utilizzato nei rilevatori di fumo.