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. [2008. május 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. február 23.)
  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. augusztus 17.) 
  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]