Kas ir aktinīdi?

Aktinīdi ir kopējais nosaukums, kas dots periodiskās tabulas elementiem 90-103, kas ietver toriju, protaktīniju, urānu, neptūniju, plutoniju, amerīciju, kūriju, berkeliju, kaliforniju, einšteiniju, fermiju, mendeleviju, nobēliumu un lorenciju. Elements aktīnijs, atomskaitlis 89, pēc kura grupa ir nosaukta, pats par sevi nav viens no aktinīdiem, bet bieži tiek iekļauts kopā ar tiem. Tāpat kā visiem elementiem, kas ir smagāki par svinu, nevienai no aktinīdu sērijām nav stabilu izotopu, un tāpēc visi ir radioaktīvi, parasti tiek pakļauti alfa sadalīšanai citos elementos. Urāns un torijs sastopami dabā, kā arī aktīnija, protaktīnija, plutonija un neptūnija pēdas. Atlikušie elementi dabā nekad nav novēroti, bet ir ražoti ārkārtīgi mazos daudzumos daļiņu paātrinātājos.

Urānam un torijam ir garš pussabrukšanas periods, un tie ir bijuši uz Zemes ievērojamā daudzumā kopš tā veidošanās. Tiek uzskatīts, ka liela daļa siltuma Zemes kodolā, kas virza plākšņu tektoniku un vulkānismu, rodas šo elementu radioaktīvās sabrukšanas dēļ. Izotopa plutonija-244 pussabrukšanas periods ir salīdzinoši ilgs, un Zemes sākotnējā plutonija pēdas joprojām ir saglabājušās; tomēr lielākā daļa plutonija vidē nāk no kodolreaktoriem un kodolieroču izmēģinājumiem. Dabā sastopamajam aktīnijam, protaktīnijam un neptūnija pussabrukšanas periods ir daudz īsāks, tāpēc jebkurš šo elementu daudzums, kas bija Zemes veidošanās laikā, jau sen būtu sadalījies citos elementos. Aktīnijs, protaktīnijs un neptūnijs veidojas kodolprocesos, kas saistīti ar urāna izotopu sabrukšanu.

Tāpat kā lantanīda elementi, aktinīdi aizņem atsevišķu bloku no galvenās periodiskās tabulas, kā tas parasti tiek attēlots, ņemot vērā to elektronu konfigurāciju. Abos šajos blokos visattālākais elektronu apakšapvalks ir aizņemts pirms iepriekšējās apakšshēmas, jo pēdējam ir augstāks enerģijas līmenis, un tieši elektronu skaits šajā apakšshēmā atšķir elementus vienu no otra. Lantanīdiem svarīgs ir 4f apakšapvalks, bet aktinīdiem – 5f apakščaula. Šie elementi ir pazīstami arī kā f-bloka elementi. Ārējais apakšapvalks ir vienāds visiem elementiem katrā blokā, izņemot Lawrencium, kas no iepriekšējā elementa atšķiras nevis ar 5f apakšapvalku, bet gan ar to, ka tam ir papildu 7p apakščaula, kurā ir viens elektrons.

Aktinīdu ķīmiju nosaka fakts, ka valences elektroni, kas var saistīties ar citiem atomiem, neaprobežojas tikai ar visattālāko apakšapvalku, nodrošinot mainīgu skaitu oksidācijas stāvokļu starp šiem elementiem. Piemēram, plutonija oksidācijas pakāpe var būt no +3 līdz +7. Visi elementi ir ķīmiski reaģējoši un ātri oksidējas gaisā, kļūstot pārklāti ar oksīda slāni. Reaktivitāte palielinās līdz ar atommasu grupā; tomēr dažu smagāko elementu ķīmisko īpašību izpēte ir sarežģīta to intensīvās radioaktivitātes un ļoti īsa pussabrukšanas perioda dēļ.

Ilgāk dzīvojošie aktinīdu izotopi ir izmantoti dažādi. Torijs ir izmantots kopš 19. gadsimta beigām gāzes apvalku ražošanā. Dažu urāna un plutonija izotopu spēja veikt kodola skaldīšanu ir izraisījusi to izmantošanu kodolreaktoros un kodolieročos, un plutonijs ir izmantots arī kā ilgstošs enerģijas avots kosmosa zondēm. Americium tiek izmantots dūmu detektoros.