Aktinoidák

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Jump to navigation Jump to search

Az aktinoidák (vagy régebbi, a IUPAC által nem támogatott néven aktinidák) sorozata tizennégy, 90 és 103 közti rendszámúkémiai elemet foglal magában, a tóriumtól a laurenciumig.[1][2][3] Az aktinoidák elemi sorozata a nevét a 3. csoportba tartozó aktíniumról kapta, amely összehasonlítás céljából szerepelhet a sorozatban. Csak a tórium és az urán fordul elő a természetben felhasználható mennyiségben. A többi aktinoida mesterségesen előállított elem. Az aktinoidákat általában az f mező elemeinek tekintik. A vegyértékük sokkal inkább változó, mint a lantanoidáké. Az összes aktinoida radioaktív.

Történet[szerkesztés]

1945 előtt az volt az általános vélekedés Mengyelejev után, hogy a tórium és az urán rendre a 4. és a 6. csoportba tartozó átmenetifémek. A felfogás az volt, hogy a transzurán elemek az átmenetifémek tulajdonságaival rendelkeznek. Azonban Charles Janet 1928-ban azt javasolta, hogy az aktíniummal 14, a lantanoidáknak megfelelő elem kezdődik. A transzurán elemeket elsőként a Manhattan terv részeként szintetizálták 1944 körül. Glenn T. Seaborg, a kutatás vezetője megállapította, hogy az amerícium és a kűrium nem rendelkezik az átmenetifémektől elvárt tulajdonságokkal.[4] 1945-ben a kollégái tanácsaival szembefordulva, nem tudva Janet-ről, elfogadtatta a javaslatát, amely a periódusos rendszer legjelentősebb módosítása volt, amelyet a tudományos közösség elfogadott: az aktinoida elemek egy új elemi sorozatba tartoznak, amely abban hasonlít a lantanoidákéra, hogy a vegyértékelektronok f alhéjakon helyezkednek el. Ez megfelel az elektronhéjak feltöltődésére vonatkozó alapelvnek, amely azt jósolja, hogy az 5f pályák a 6d pályák előtt töltődnek fel.

Kémia[szerkesztés]

Rendszám 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103
Név Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Atomok 7s²6d1 7s²6d² 7s²5f²6d1 7s²5f³6d1 7s²5f46d1 7s²5f6 7s²5f7 7s²5f76d1 7s²5f9 7s²5f10 7s²5f11 7s²5f12 7s²5f13 7s²5f14 7s²5f147p1

Néhány aktinoida-atomnak vannak elektronjai a 6d alhéjon, de a vegyületekben az összes 6s és d elektron hiányzik, így [Rn]5fn elektronszerkezetű ionok maradnak vissza. Ebből a szempontból az aktinoidák a lantanoidákra hasonlítanak, amelyek vegyületeiben szintén csak f-elektronok találhatóak a vegyértékhéjon. Szintén hasonlóság, hogy a nagyobb rendszámú aktinoidák maximális oxidációs állapota +3. Azonban a kisebb rendszámúak, a tórium (Th) és az urán (U) elveszíthetik az összes vegyértékelektronjukat, így rendre 4-es és 6-os oxidációs állapotot érve el. Ez korábban vitákhoz vezetett arról, hogy a tóriumot és az uránt a d-mező elemeinek kell-e tekinteni és a tóriumot a 4. csoportba (a hafnium alá) az uránt pedig a 6. csoportba (a volfrám alá) kell-e helyezni. Ezeknek az elemeknek a kémiája valójában a rendszám növekedésével az elvárt tendenciákat követi, figyelembe véve a lantanoidakontrakció hatásait is. A neptúnium is elveszítheti az összes vegyértékelektronját, mint például a [NpO5]3- ionban.

Az U, a Np, és a Pu a legnagyobb oxidációs számmal kovalens, főként oxo- és fluorvegyületekben található. Például az UF6 (olvadáspontja 64 °C) elég illékony ahhoz, hogy gázdiffúziós vagy gázcentrifugás izotópszétválasztó berendezésekben alkalmazzák. A fluorokomplexek kivételével minden urán(VI) vegyület lineáris UO22+ csoportot tartalmaz. 4-6 ligandum helyezkedhet el ekvatoriális síkban, az uranilcsoportra merőlegesen. Az uranilcsoport kemény savként viselkedik és stabilabb komplexeket képez oxigéndonor ligandumokkal mint nitrogéndonor ligandumokkal. A NpO22+ és a PuO22+ a 6-os oxidációs számú Np és Pu szintén elterjedt formái.

A +5-ös és +4-es oxidációs számú vegyületek túlnyomórészt kovalensek. A +4-es oxidációs számú aktinoidák komplexeinek különleges tulajdonsága, hogy a koordinációs szám bennük akár 11 is lehet. A +3-as oxidációs számú vegyületek félig kovalensek. A trikloridok például ionos rácstípusokban kristályosodnak, de egyértelmű bizonyíték van kovalens kötésekre. A Th(III)- és az U(III)-vegyületek erős redukálószerek, de a redukálóerő egyre csökken az aktinoidák elemi sorozatában balról jobbra haladva, a méret csökkenésével párhuzamosan.

Az aktinoidakontrakció[szerkesztés]

A 6-os koordinációs számú aktinoidaionok sugara különböző oxidációs állapotokban[5]

Az aktinoidák mérete a rendszám növekedésével csökken. Ez egy normális tendencia, ami a lantanoidakontrakcióra emlékeztet. A grafikon ezt ábrázolja a +3, a +4 és a +5-ös oxidációs állapotokra egyaránt.


Szín[szerkesztés]

Az aktinoidaionk színe közelítően vizes oldatban[6][7]
Oxidációs szám 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99
+3 Ac3+ Th3+ Pa3+ U3+ Np3+ Pu3+ Am3+ Cm3+ Bk3+ Cf3+ Es3+
+4 Th4+ Pa4+ U4+ Np4+ Pu4+ Am4+ Cm4+ Bk4+ Cf4+
+5 PaO2+ UO2+ NpO2+ PuO2+ AmO2+
+6 UO22+ NpO22+ PuO22+ AmO22+
+7 NpO23+ PuO23+ [AmO6]5-

Fémorganikus kémia[szerkesztés]

Az aktinoidák fémorganikus vegyületeit aktinoidaorganikus vegyületeknek nevezzük. Az aktinoidák fémorganikus kémiája nem túl terjedelmes. Az uranocén U(C8H8)2 különösen érdekes, ugyanis planáris, a Hückel-szabálynak megfelelően aromás, a ferrocénben található ciklopentadienil ionnal analóg ciklooktatrenil aniont tartalmaz. Ennek a vegyületnek a képződését az U4+ ion viszonylag nagy mérete segíti.

A radioaktivitás kémiai szempontból[szerkesztés]

Az összes aktinoida radioaktív. A protaktínium és az uránt követő elemek összes izotópja (a transzurán elemek) mesterséges elemek és a felezési idejük jóval rövidebb, mint a Föld kora, a természetben nem találhatóak meg felhasználható mennyiségben. Az urán és a tórium nagyon hosszú felezési idejű, alfa-sugárzó elemek, amelyek a minimum sugárvédelmi eljárásokkal kezelhetők.

Az einsteiniumot követő elemeket még nem állították elő elegendően nagy mennyiségben ahhoz, hogy a kémiai tulajdonságaikat részletesen tanulmányozni lehessen.

A radioaktív sugárzás jelentős hőforrás, így a hőmérséklet szabályozása gyakori probléma a transzurán elemeknél. Emellett a kibocsátott alfa-részecskék oxidálószerként viselkedhetnek. Például:

He2+ + H2O → 2H+ + 1/2 O2 + He

Előfordulás[szerkesztés]

Csak a tórium és az urán találhatóak meg jelentős mennyiségben a földkéregben, a többi elem legfeljebb csak nyomokban fordul elő. A további aktinoidák közül csak az aktíniumot és a protaktíniumot találták meg a természetben azelőtt, mielőtt szintetizálták volna, ezek az urán bomlástermékei. A neptúnium és a plutónium is megtalálhatóak nyomokban uránércekben sugárzás vagy bombázás eredményeként, de ezt csak a mesterséges előállításuk után fedezték fel. A további aktinoidákat részecskeütköztetőkben vagy atomreaktorokban állították elő és egyiket sem sikerült megtalálni a természetben. A kalifornium utáni aktinoidáknak rendkívül rövid a felezési ideje.

Az összes transzurán elem izotópjai a fermiumig (a fermiumot is beleértve) könnyebb nuklidok gyors neutronokkal való bombázásakor keletkezhetnek. A létrehozott atommagok neutrontöbblettel rendelkeznek. β-bomlás történik, amikor is egy neutron egy protonra és egy elektronra bomlik, a folyamat során a rendszám nő. A transzurán elemek szintéziséhez alkalmas körülmények a szupernóvákban találhatók. Ezeket az elemeket speciális atomreaktorokban is elő lehet állítani. Atomrobbantásokkor is keletkezhetnek és radioaktív csapadék formájában lejuthatnak a földre a légkörben végrehajtott kísérleti robbantások esetén. A nehezebb elemek nehezebb részecskékkel, például α-részecskékkel vagy nehezebb atommagokkal való bombázással állíthatók elő.

1961-ben Antoni Przybylski felfedezett egy csillagot, a HD 101065-öt, amelyet gyakran Przybylski-csillagnak neveznek. Ez a csillag szokatlanul nagy mennyiségben tartalmaz aktinoidákat.

Források[szerkesztés]

Ez a szócikk részben vagy egészben az Actinide című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

  1. IUPAC Periodic Table
  2. IUPAC Periodic Table 2007 .pdf
  3. Connelly, Neil G., et al.. Elements, Nomenclature of Inorganic Chemistry. London: Royal Society of Chemistry, 52. o. (2005. június 16.) 
  4. Seaborg, Glenn T. (1946). „The Transuranium Elements”. Science 104 (2704), 379–386. o. DOI:10.1126/science.104.2704.379.  
  5. Greenwood, N.N.. Az elemek kémiája, 1., Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó, 1730. o. (1999). ISBN 963-18-9144-5 
  6. Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, S. 1956; ISBN 978-3-11-017770-1.
  7. dtv-Atlas zur Chemie 1981, Teil 1, S. 224.

Lásd még[szerkesztés]