Wat zijn actiniden?
De actiniden is de collectieve naam gegeven aan elementen 90-103 in het periodiek systeem, bestaande uit thorium, protactinium, uranium, neptunium, plutonium, americium, curium, berkelium, californium, einsteinium, fermium, mendelevium, nobelium en lawrencium. Het element actinium, atoomnummer 89, waarnaar de groep wordt genoemd, is - strikt genomen - zelf geen van de actiniden, maar wordt er vaak bij betrokken. Zoals met alle elementen zwaarder dan lood, heeft geen van de actinideseries stabiele isotopen en zijn ze daarom allemaal radioactief en ondergaan in het algemeen alfa-verval in andere elementen. Uranium en thorium komen van nature voor, samen met sporen van actinium, protactinium, plutonium en neptunium. De resterende elementen zijn nooit in de natuur waargenomen, maar zijn in uiterst kleine hoeveelheden in deeltjesversnellers vervaardigd.
Uranium en thorium hebben een lange halfwaardetijd en zijn sinds de vorming in aanzienlijke hoeveelheden in de aarde aanwezig. Er wordt gedacht dat veel van de hitte in de kern van de aarde, die tektoniek en vulkanisme veroorzaakt, te wijten is aan het radioactieve verval van deze elementen. De isotoop plutonium-244 heeft een relatief lange halfwaardetijd en sporen van het oorspronkelijke plutonium van de aarde overleven nog steeds; het meeste plutonium in het milieu is echter afkomstig van kernreactoren en kernwapentests. Natuurlijk voorkomend actinium, protactinium en neptunium hebben veel kortere halfwaardetijden, dus alle hoeveelheden van deze elementen die aanwezig waren toen de aarde werd gevormd, zouden al lang geleden in andere elementen zijn vervallen. Actinium, protactinium en neptunium worden gevormd door nucleaire processen geassocieerd met het verval van isotopen van uranium.
Net als de lanthanide-elementen bezetten de actiniden een apart blok van het periodieke hoofdtabel, zoals het meestal wordt weergegeven, vanwege hun elektronenconfiguraties. In beide blokken is de buitenste elektronsubschaal bezet vóór een eerdere subschaal, omdat deze een hoger energieniveau heeft, en het is het aantal elektronen in deze subschaal dat de elementen van elkaar onderscheidt. Voor de lanthaniden is het de 4f-subschaal die belangrijk is, en voor de actiniden, de 5f-subschaal. Deze elementen worden ook wel de f-block-elementen genoemd. De buitenste subshell is hetzelfde voor alle elementen binnen elk blok, behalve lawrencium, dat verschilt van het voorgaande element, niet in de 5f-subshell, maar in het hebben van een extra 7p-subshell die één elektron bevat.
Actinide-chemie wordt bepaald door het feit dat de valentie-elektronen, die kunnen binden met andere atomen, niet beperkt zijn tot de buitenste subschaal, waardoor een variabel aantal oxidatietoestanden onder deze elementen ontstaat. Plutonium kan bijvoorbeeld oxidatietoestanden hebben van +3 tot +7. Alle elementen zijn chemisch reactief en oxideren snel in lucht en worden bedekt met een laagje oxide. Reactiviteit neemt toe met atoomgewicht binnen de groep; onderzoek naar de chemische eigenschappen van sommige van de zwaardere leden is echter moeilijk vanwege hun intense radioactiviteit en zeer korte halfwaardetijden.
De langer levende actinide-isotopen hebben een verscheidenheid aan toepassingen gevonden. Thorium wordt sinds het einde van de 19e eeuw gebruikt bij de productie van gasmantels. Het vermogen van sommige isotopen van uranium en plutonium om kernsplijting te ondergaan heeft geleid tot hun gebruik in kernreactoren en kernwapens, en plutonium is ook gebruikt als een langdurige energiebron voor ruimtesondes. Americium wordt gebruikt in rookmelders.