Что такое актиниды?

Актиниды - это собирательное название элементов 90-103 в периодической таблице, включающее торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий и лоуренций. Элемент актиния, атомный номер 89, в честь которого названа группа, сам по себе, строго говоря, не является одним из актинидов, но часто входит в их состав. Как и со всеми элементами, более тяжелыми, чем свинец, ни один из рядов актинидов не имеет каких-либо стабильных изотопов, и поэтому все они радиоактивны, обычно претерпевая альфа-распад на другие элементы. Уран и торий встречаются в природе вместе со следами актиния, протактиния, плутония и нептуния. Остальные элементы никогда не наблюдались в природе, но были изготовлены в очень небольших количествах в ускорителях частиц.

Уран и торий имеют длительный период полураспада и присутствуют на Земле в значительных количествах с момента его образования. Считается, что большая часть тепла в ядре Земли, которое управляет тектоникой плит и вулканизмом, происходит из-за радиоактивного распада этих элементов. Изотоп плутоний-244 имеет относительно длительный период полураспада, и следы исходного плутония Земли все еще выживают; однако большая часть плутония в окружающей среде поступает из ядерных реакторов и испытаний ядерного оружия. Встречающиеся в природе актиний, протактиний и нептуний имеют гораздо более короткие периоды полураспада, поэтому любые количества этих элементов, которые присутствовали при образовании Земли, давно бы распались на другие элементы. Актиний, протактиний и нептуний образуются в результате ядерных процессов, связанных с распадом изотопов урана.

Как и элементы лантаноидов, актиниды занимают отдельный блок из основной периодической таблицы, как это обычно изображается, из-за их электронных конфигураций. В обоих из этих блоков внешняя электронная подоболочка была занята до предшествующей подоболочки, поскольку последний имеет более высокий энергетический уровень, и именно число электронов в этой подоболочке отличает элементы друг от друга. Для лантаноидов важна 4-футовая оболочка, а для актинидов - 5-футовая оболочка. Эти элементы также известны как элементы f-блока. Самая внешняя подоболочка одинакова для всех элементов в каждом блоке, за исключением лоуренсия, который отличается от предыдущего элемента не в 5f подоболочке, а в том, что имеет дополнительную 7p подоболочку, содержащую один электрон.

Химия актинидов определяется тем фактом, что валентные электроны, которые могут связываться с другими атомами, не ограничиваются внешней оболочкой, что дает переменное число состояний окисления среди этих элементов. Например, плутоний может иметь степень окисления от +3 до +7. Все элементы являются химически активными и быстро окисляются на воздухе, покрываясь слоем оксида. Реактивность увеличивается с атомным весом в группе; однако исследование химических свойств некоторых из более тяжелых элементов затруднено из-за их высокой радиоактивности и очень коротких периодов полураспада.

Более долгоживущие изотопы актинидов нашли множество применений. Торий используется с конца 19-го века в производстве газовых оболочек. Способность некоторых изотопов урана и плутония подвергаться ядерному делению привела к их использованию в ядерных реакторах и ядерном оружии, а плутоний также использовался в качестве долговременного источника энергии для космических зондов. Америций используется в детекторах дыма.