Актиний

Актиний
Актиний
	← Радий \| Торий →
Внешний вид простого вещества
	Образец актиния
Свойства атома
Название, символ, номер	Актиний / Actinium (Ac), 89
Группа, период, блок	3 (устар. 3), 7, ; f-элемент
Атомная масса ; (молярная масса)	227,0278 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Rn] 6d17s2
Радиус атома	188 пм
Химические свойства
Радиус иона	(+3e) 118 пм
Электроотрицательность	1,1 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	Ac←Ac3+ -2,13В Ac←Ac2+ -0,7В
Степени окисления	+3
Энергия ионизации ; (первый электрон)	665.5(6.90) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	10,07 г/см³
Температура плавления	1320 К (1046,85 °С)
Температура кипения	3470 К (3196,85 °С)
Мол. теплота плавления	(10,5) кДж/моль
Мол. теплота испарения	(292,9) кДж/моль
Молярная теплоёмкость	27,2 Дж/(K·моль)
Молярный объём	22,54 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	Кубическая; гранецентрированая
Параметры решётки	5,67
Номер CAS	7440-34-8

89	Актиний
Ac (227)
6d¹7s²

Акти́ний (химический символ — Ac, от лат. Actinium) — химический элемент 3-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы третьей группы, IIIB) седьмого периода Периодической системы элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 89.

Возглавляет семейство актиноидов.

Простое вещество актиний (при нормальных условиях) — это тяжёлый радиоактивный металл серебристо-белого цвета.

История

Актиний был открыт в 1899 году А. Дебьерном в отходах от переработки урановой смолки, из которой удалили полоний и радий. Новый элемент был назван актинием. Вскоре после открытия Дебьерна независимо от него немецкий радиофизик Ф. Гизель из такой же фракции урановой смолки, содержащей редкоземельные элементы, получил сильно радиоактивный элемент и предложил ему название «эманий».

Дальнейшее исследование показало идентичность препаратов, полученных Дебьерном и Гизелем, хотя они наблюдали радиоактивное излучение не самого актиния, а продуктов его распада — ²²⁷Th (радиоактиний) и ²³⁰Th (ионий).

Происхождение названия

От др.-греч. ἀκτίς — «луч».

Нахождение в природе

Актиний является одним из самых малораспространённых в природе радиоактивных элементов. Общее его содержание в земной коре не превышает 2600 т., тогда как, например, количество радия — более 40 млн т.

В природе найдено 3 изотопа актиния: ²²⁵Ac, ²²⁷Ac, ²²⁸Ac.

Актиний сопутствует урановым рудам. Его содержание в природных рудах соответствует равновесному. Повышенные количества актиния находят в молибденитах, халькопирите, касситерите, кварце, пиролюзите. Актиний характеризуется невысокой миграционной способностью в природных объектах и перемещается значительно медленнее, чем уран или химически активный радий.

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома актиния: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶6d¹7s²

Актиний — это металл серебристо-белого цвета, тяжелый, мягкий, по внешнему виду напоминает лантан. Радиоактивен. Вследствие радиоактивности в темноте светится характерным голубым цветом.

Химические свойства

Во влажном воздухе актиний покрывается оксидной плёнкой. Сильный восстановитель, реагирует с водой:

{\mathsf {2Ac+6H_{2}O=2Ac(OH)_{3}\downarrow +3H_{2}\uparrow }}

Разбавленными кислотами:

{\mathsf {2Ac+6HCl=2AcCl_{3}+3H_{2}\uparrow }}

Подобно лантану, может существовать в двух кристаллических формах, но получена только одна форма — β-Ac, имеющая кубическую гранецентрированную структуру. Низкотемпературную α-форму получить не удалось.

Атомный радиус актиния ненамного превышает атомный радиус лантана и составляет 1,88 Å.

По химическим свойствам актиний также сильно похож на лантан, в соединениях принимает степень окисления +3 (Ac₂O₃, AcBr₃, Ac(OH)₃), но отличается высокой реакционноспособностью и более основными свойствами.

Получение

Получение актиния из урановых руд нецелесообразно ввиду малого его в них содержания, а также большого сходства с присутствующими там редкоземельными элементами.

В основном, изотопы актиния получают искусственным путём. Изотоп ²²⁷Ac получают облучением радия нейтронами в реакторе. Выход, как правило, не превышает 2,15 % от исходного количества радия. Количество актиния при данном способе синтеза исчисляется в граммах. Изотоп ²²⁸Ac получают облучением изотопа ²²⁷Ac нейтронами.

Выделение и очистка актиния от радия, тория и дочерних продуктов распада проводятся методами экстракции и ионного обмена.

Металлический актиний получают восстановлением трифторида актиния парами лития:

{\mathsf {AcF_{3}+3Li\rightarrow 3LiF+Ac}}

(1300-1350 °C, в атмосфере Ar)

Изотопы

Природный актиний состоит из одного радиоактивного изотопа, ²²⁷Ac. Известно тридцать семь радиоизотопов, наиболее стабильные — ²²⁷Ac с периодом полураспада в 21,772 лет, ²²⁵Ac с периодом полураспада 10,0 дней и ²²⁶Ac с периодом полураспада 29,37 часа. Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют периоды полураспада менее 10 часов, а большинство из них и вовсе менее 1 минуты. Самый короткоживущий изотоп актиния — ²¹⁷Ac с периодом полураспада 69 наносекунд, который распадается через альфа-распад и электронный захват.

Очищенный ²²⁷Ac приходит в равновесие с продуктами распада через 185 дней. Он распадается в основном с излучением β-(98,8 %) и небольшого количества α-частиц (1,2 %), последующие продукты распада также относятся к ряду актиния. Изотопы актиния имеют атомный вес в диапазоне от 204^[3]^[4] до 236 а.е.м.

Радиоактивные свойства некоторых изотопов актиния:

Изотоп актиния	Реакция получения	Тип распада	Период полураспада
²²¹Ac	²³²Th(d,9n)²²⁵Pa(α)→²²¹Ac	α	<1 сек.
²²²Ac	²³²Th(d,8n)²²⁶Pa(α)→²²²Ac	α	4,2 сек.
²²³Ac	²³²Th(d,7n)²²⁷Pa(α)→²²³Ac	α	2,2 мин.
²²⁴Ac	²³²Th(d,6n)²²⁸Pa(α)→²²⁴Ac	α	2,9 час.
²²⁵Ac	²³²Th(n,γ)²³³Th(β⁻)→²³³Pa(β⁻)→²³³U(α)→²²⁹Th(α)→²²⁵Ra(β⁻)²²⁵Ac	α	10 сут.
²²⁶Ac	²²⁶Ra(d,2n)²²⁶Ac	α или β⁻ или электронный захват	29 час.
²²⁷Ac	²³⁵U(α)→²³¹Th(β⁻)→²³¹Pa(α)→²²⁷Ac	α или β⁻	21,7 лет
²²⁸Ac	²³²Th(α)→²²⁸Ra(β⁻)→²²⁸Ac	β⁻	6,13 час.
²²⁹Ac	²²⁸Ra(n,γ)²²⁹Ra(β⁻)→²²⁹Ac	β⁻	66 мин.
²³⁰Ac	²³²Th(d,α)²³⁰Ac	β⁻	80 сек.
²³¹Ac	²³²Th(γ,p)²³¹Ac	β⁻	7,5 мин.
²³²Ac	²³²Th(n,p)²³²Ac	β⁻	35 сек.

Применение

²²⁷Ac в смеси с бериллием является источником нейтронов. Ac-Be-источники характеризуются малым выходом гамма-квантов, применяются в активационном анализе при определении Mn, Si, Al в рудах.

²²⁵Ac применяется для получения ²¹³Bi, а также для использования в радиоиммунотерапии.

²²⁷Ac может использоваться в радиоизотопных источниках энергии.

²²⁸Ac применяют в качестве радиоактивного индикатора в химических исследованиях из-за его высокоэнергетического β-излучения.

Смесь изотопов ²²⁸Ac-²²⁸Ra используют в медицине как интенсивный источник γ-излучения.

Физиологическое действие

Актиний относится к числу опасных радиоактивных ядов с высокой удельной α-активностью. Хотя абсорбция актиния из пищеварительного тракта по сравнению с радием сравнительно невелика, но наиболее важной особенностью актиния является его способность прочно удерживаться в организме в поверхностных слоях костной ткани. Первоначально актиний в значительной степени накапливается в печени, причём скорость его удаления из организма намного больше скорости его радиоактивного распада. Кроме того, одним из дочерних продуктов его распада является очень опасный радон, защита от которого при работе с актинием является отдельной серьёзной задачей.

В литературе

В фантастическом рассказе Э. Гамильтона «Мои бедные железные нервы» описана добыча актиния в промышленных масштабах на вымышленном четвёртом спутнике Плутона, Дис (что невозможно, так как единственный природный и самый долгоживущий изотоп актиния имеет период полураспада меньше 22 лет). Судя по содержанию, актиний во вселенной рассказа применяется для энергетики. Добычу осуществляют автономные роботы, причём автор даёт описание в шуточном ключе: на роботов-добытчиков радиоактивное топливо действует примерно так же, как на человека — алкоголь.

Примечания

↑ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 78. — 623 с. — 100 000 экз.
↑ WebElements Periodic Table of the Elements | Actinium | crystal structures (неопр.). Дата обращения: 10 августа 2010. Архивировано 4 ноября 2010 года.
↑ M.H.Huang, Z.G.Gan…A.N.Polyakovj. α decay of the new isotope 204Ac (англ.) // Physics Letters B. — 2022. — Vol. 834, no. 10. — P. 137484. — doi:10.1016/j.physletb.2022.137484. Архивировано 28 октября 2022 года.
↑ Liu Jia. Physicists discover new isotope actinium-204 (англ.). https://phys.org (20 октября 2022). Дата обращения: 28 октября 2022. Архивировано 29 октября 2022 года.