アクチニドとは？

アクチニドは、トリウム、プロタクチニウム、ウラン、ネプツニウム、プルトニウム、アメリシウム、キュリウム、ベルケリウム、カリホルニウム、アインシュタイン、フェルミウム、メンデレビウム、ノベリウムおよびローレンシウムを含む、周期表の元素90-103に付けられた総称です。 原子番号89の元素アクチニウムは、グループの名前が付けられ、厳密に言えばそれ自体はアクチニドの1つではありませんが、多くの場合それらに含まれています。 鉛より重いすべての元素と同様に、アクチニド系列のいずれも安定同位体を持たないため、すべてが放射性であり、一般に他の元素へのアルファ崩壊を受けます。 ウランとトリウムは、アクチニウム、プロタクチニウム、プルトニウム、ネプツニウムの痕跡とともに自然に発生します。 残りの元素は、自然界で観察されたことはありませんが、粒子加速器で非常に少量製造されています。

ウランとトリウムは半減期が長く、その形成以来、地球にかなりの量で存在しています。 プレートテクトニクスと火山活動を促進する地球のコアの熱の多くは、これらの元素の放射性崩壊によるものと考えられています。 同位体プルトニウム-244の半減期は比較的長く、地球の元のプルトニウムの痕跡はまだ残っています。 しかし、環境中のほとんどのプルトニウムは、原子炉と核兵器試験から来ています。 天然に存在するアクチニウム、プロタクチニウム、ネプツニウムは半減期がはるかに短いため、地球が形成されたときに存在していたこれらの元素の量は、ずっと前に他の元素に崩壊していたでしょう。 アクチニウム、プロタクチニウム、およびネプツニウムは、ウランの同位体の崩壊に関連する核プロセスを通じて形成されます。

ランタニド元素と同様に、アクチニドは、その電子配置のため、通常描かれているように、主周期表とは別のブロックを占有します。 これらのブロックの両方で、最も外側の電子サブシェルは前のサブシェルの前に占有されています。これは後者がより高いエネルギーレベルを持っているためです。 ランタニドの場合、重要なのは4fサブシェルであり、アクチニドの場合、5fサブシェルです。 これらの要素はfブロック要素とも呼ばれます。 最も外側のサブシェルは、各ブロック内のすべての要素で同じです。ただし、ローレンシウムは、5fサブシェルではなく、1つの電子を含む追加の7pサブシェルを持つ前の要素とは異なります。

アクチニド化学は、他の原子と結合できる原子価電子が最も外側のサブシェルに限定されないという事実によって支配されており、これらの元素間でさまざまな数の酸化状態を与えます。 たとえば、プルトニウムの酸化状態は+3〜+7です。 すべての元素は化学的に反応し、空気中で急速に酸化し、酸化物の層で覆われます。 反応性は、グループ内の原子量とともに増加します。 しかし、より重いメンバーの一部の化学的性質の調査は、それらの激しい放射能と非常に短い半減期のために困難です。

長寿命のアクチニド同位体には、さまざまな用途があります。 トリウムは、19世紀後半からガスマントルの生産に使用されてきました。 ウランとプルトニウムのいくつかの同位体の核分裂を受ける能力は、原子炉と核兵器での使用につながり、プルトニウムは宇宙探査機の長寿命電源としても使用されています。 アメリシウムは煙探知機で使用されます。