Vad är aktinider?

Aktiniderna är det samlingsnamn som ges till grundämnena 90-103 i det periodiska systemet, bestående av torium, protactinium, uran, neptunium, plutonium, americium, curium, berkelium, californium, einsteinium, fermium, mendelevium, nobelium och lawrencium. Grundämnet aktinium, atomnummer 89, som gruppen är uppkallad efter, är inte — strängt taget — i sig en av aktiniderna, utan ingår ofta i dem. Som med alla grundämnen som är tyngre än bly, har ingen av aktinidserierna några stabila isotoper och alla är därför radioaktiva och genomgår i allmänhet alfasönderfall till andra grundämnen. Uran och torium förekommer naturligt, tillsammans med spår av aktinium, protactinium, plutonium och neptunium. De återstående grundämnena har aldrig observerats i naturen, utan har tillverkats i extremt små mängder i partikelacceleratorer.

Uran och torium har långa halveringstider och har funnits i jorden i betydande mängder sedan de bildades. Man tror att mycket av värmen i jordens kärna, som driver plattektonik och vulkanism, beror på det radioaktiva sönderfallet av dessa grundämnen. Isotopen plutonium-244 har en relativt lång halveringstid och spår av jordens ursprungliga plutonium finns fortfarande kvar; Men det mesta av plutonium i miljön kommer från kärnreaktorer och kärnvapenprov. Naturligt förekommande aktinium, protactinium och neptunium har mycket kortare halveringstider, så alla kvantiteter av dessa grundämnen som fanns när jorden bildades skulle för länge sedan ha sönderfallit till andra grundämnen. Aktinium, protactinium och neptunium bildas genom kärnprocesser associerade med sönderfallet av isotoper av uran.

Liksom lantanidelementen upptar aktiniderna ett separat block från det periodiska systemet, som det vanligtvis avbildas, på grund av deras elektronkonfigurationer. I båda dessa block har det yttersta elektronunderskalet varit upptaget 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 inom varje block, förutom lawrencium, som skiljer sig från det föregående elementet inte i 5f-underskalet, utan genom att ha ytterligare ett 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 grundämnen är kemiskt reaktiva och oxiderar snabbt i luft och blir belagda med ett lager av oxid. Reaktiviteten ökar med atomvikten inom gruppen; dock är det svårt att undersöka de kemiska egenskaperna hos några av de tyngre delarna på grund av deras intensiva radioaktivitet och mycket korta halveringstider.

Aktinidisotoperna med längre livslängd har funnit en mängd olika användningsområden. Torium har använts sedan slutet av 19-talet vid tillverkning 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 rymdsonder. Americium används i rökdetektorer.