Актиний — химический элемент с атомным номером 89, обозначается в периодической системе элементов символом Ac. Не имеет стабильных изотопов. При нормальных условиях представляет собой тяжёлый серебристо-белый металл.
| Актиний | ||||
|---|---|---|---|---|
| ← Радий | Торий → | ||||
|
||||
| Внешний вид простого вещества | ||||
| тяжёлый радиоактивный металл серебристо-белого цвета | ||||
| Свойства атома | ||||
| Название, символ, номер | Актиний / Actinium (Ac), 89 | |||
| Атомная масса (молярная масса) |
227,0278 а. е. м. (г/моль) | |||
| Электронная конфигурация | [Rn] 6d1 7s2 | |||
| 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 K | |||
| Температура кипения | 3470 K | |||
| Уд. теплота плавления | (10,5) кДж/моль | |||
| Уд. 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
|
|
| 6d17s2 | |
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.
Свойства
Актиний — металл серебристо-белого цвета, тяжелый, мягкий, по внешнему виду напоминает лантан. Вследствие радиоактивности в темноте светится характерным голубым цветом. Во влажном воздухе покрывается оксидной плёнкой. Сильный восстановитель, реагирует с водой:
Разбавленными кислотами:
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:
-
- (1300-1350 °C, в атмосфере Ar)
Изотопы
Природный актиний состоит из одного радиоактивного изотопа, 227Ac. Известно тридцать шесть 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, и большинство из них имеет период полураспада 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 206 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 | ||
| 222Ac | 232Th(d,8n)226Pa(α)→222Ac | ||
| 223Ac | 232Th(d,7n)227Pa(α)→223Ac | ||
| 224Ac | 232Th(d,6n)228Pa(α)→224Ac | ||
| 225Ac | 232Th(n,γ)233Th(β−)→233Pa(β−)→233U(α)→229Th(α)→225Ra(β−)225Ac | ||
| 226Ac | 226Ra(d,2n)226Ac | ||
| 227Ac | 235U(α)→231Th(β−)→231Pa(α)→227Ac | ||
| 228Ac | 232Th(α)→228Ra(β−)→228Ac | ||
| 229Ac | 228Ra(n,γ)229Ra(β−)→229Ac | ||
| 230Ac | 232Th(d,α)230Ac | ||
| 231Ac | 232Th(γ,p)231Ac | ||
| 232Ac | 232Th(n,p)232Ac |
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.
