Vad är aktinider?
Aktiniderna är det samlade namnet som ges till elementen 90-103 i det periodiska systemet, innefattande thorium, protactinium, uran, neptunium, plutonium, americium, curium, berkelium, californium, einsteinium, fermium, mendelevium, nobelium och lawrencium. Elementet actinium, atomnummer 89, varefter gruppen heter, är inte - strikt sett - i sig en av aktiniderna, men ingår ofta i dem. Liksom med alla element som är tyngre än bly, har ingen av aktinidserierna några stabila isotoper och alla är därför radioaktiva, genomgår i allmänhet alfa-förfall till andra element. Uran och thorium förekommer naturligt, tillsammans med spår av aktinium, protaktinium, plutonium och neptunium. De återstående elementen har aldrig observerats i naturen, men har tillverkats i extremt små mängder i partikelacceleratorer.
Uran och thorium har långa halveringstider och har funnits i jorden i betydande mängder sedan dess bildning. Man tror att mycket av värmen i jordens kärna, som driver plattaktonik och vulkanism, beror på det radioaktiva förfallet av dessa element. Isotopen plutonium-244 har en relativt lång halveringstid och spår av jordens ursprungliga plutonium fortfarande överlever; emellertid kommer mest plutonium i miljön från kärnreaktorer och tester med kärnvapen. Naturligt förekommande aktinium, protaktinium och neptunium har mycket kortare halveringstider, så alla kvantiteter av dessa element som fanns när jorden bildades skulle för länge sedan ha förfallit till andra element. Aktinium, protaktinium och neptunium bildas genom kärnkraftsprocesser förknippade med sönderfallet av isotoper av uran.
Liksom lanthanidelementen upptar aktinidema ett separat block från den periodiska huvudtabellen, som det vanligtvis visas, på grund av deras elektronkonfigurationer. I båda dessa block har det yttersta elektronunderskalet upptagits före ett tidigare underskal, på grund av att det senare har en högre energinivå, och det är antalet elektroner i detta underskal som skiljer elementen från varandra. För lantaniderna är det 4f-underskalet som är viktigt, och för aktiniderna, 5f-underskalet. Dessa element är också kända som f-blockelementen. Det yttersta underskalet är detsamma för alla element i varje block, med undantag för lawrencium, som skiljer sig från det föregående elementet inte i 5f-underskalet, utan att ha ett ytterligare 7p-underskal som innehåller en elektron.
Aktinidkemi styrs av det faktum att valenselektronerna, som kan binda till andra atomer, inte är begränsade till det yttersta underskalet, vilket ger ett varierande antal oxidationstillstånd bland dessa element. Till exempel kan plutonium ha oxidationstillstånd från +3 till +7. Alla elementen är kemiskt reaktiva och oxiderar snabbt i luft och blir belagda med ett lager av oxid. Reaktiviteten ökar med atomvikten i gruppen; emellertid är det svårt att undersöka de kemiska egenskaperna hos några av de tyngre medlemmarna på grund av deras intensiva radioaktivitet och mycket korta halveringstider.
De längre levande aktinidisotoperna har funnit en mängd olika användningsområden. Thorium har använts sedan slutet av 1800-talet för produktion av gasmantlar. Förmågan hos vissa isotoper av uran och plutonium att genomgå kärnklyvning har lett till att de används i kärnreaktorer och kärnvapen, och plutonium har också använts som en långvarig kraftkälla för rymdprober. Americium används i rökdetektorer.