Актинид

F-block chemical elements

Актиноиды в периодической таблице

Актиноиды ( / ˈ æ k t ɪ n aɪ d / ) или актиноидные ( / ˈ æ k t ɪ n ɔɪ d / ) ряды охватывают по крайней мере 14 металлических химических элементов в ряду 5f с атомными номерами от 89 до 102, актиний через нобелий . (Номер 103, лоуренсий , иногда также включается, несмотря на то, что он является частью ряда переходов 6d.) Ряд актиноидов получил свое название от первого элемента в ряду, актиния. Неофициальный химический символ An используется в общих обсуждениях химии актиноидов для обозначения любого актиноида. ^{[1] [2] [3]}

Красная книга ИЮПАК 1985 года рекомендует использовать термин актиноид вместо актинида , поскольку суффикс -ид обычно указывает на отрицательный ион . Однако из-за широкого использования в настоящее время актинид все еще разрешен. Поскольку актиноид буквально означает подобный актинию (ср. гуманоид или андроид ), по семантическим причинам утверждалось , что актиний логически не может быть актиноидом, но ИЮПАК признает его включение на основе общего использования. ^[4]

Актиний через нобелий являются элементами f-блока , в то время как лоуренсий является элементом d-блока ^{[5] [6]} и переходным металлом . ^[7] Ряд в основном соответствует заполнению электронной оболочки 5f , хотя как изолированные атомы в основном состоянии многие имеют аномальные конфигурации, включающие заполнение оболочки 6d из-за межэлектронного отталкивания. По сравнению с лантаноидами , также в основном элементами f-блока, актиноиды показывают гораздо более изменчивую валентность . Все они имеют очень большие атомные и ионные радиусы и демонстрируют необычно большой диапазон физических свойств. В то время как актиний и поздние актиноиды (начиная с кюрия ) ведут себя подобно лантаноидам, элементы торий , протактиний и уран гораздо больше похожи на переходные металлы по своей химии, а нептуний , плутоний и америций занимают промежуточное положение.

Все актиниды радиоактивны и выделяют энергию при радиоактивном распаде; встречающиеся в природе уран и торий, а также синтетически произведенный плутоний являются наиболее распространенными актинидами на Земле. Они использовались в ядерных реакторах , а уран и плутоний являются критически важными элементами ядерного оружия . Уран и торий также имеют различные текущие или исторические применения, а америций используется в ионизационных камерах большинства современных дымовых извещателей .

Из актинидов первичные торий и уран встречаются в природе в значительных количествах. Радиоактивный распад урана производит кратковременные количества актиния и протактиния, а атомы нептуния и плутония иногда производятся в реакциях трансмутации в урановых рудах . Другие актиниды являются чисто синтетическими элементами . ^{[1] [8]} Испытания ядерного оружия высвободили по крайней мере шесть актинидов, более тяжелых, чем плутоний, в окружающую среду ; анализ обломков от взрыва водородной бомбы 1952 года показал наличие америция, кюрия , берклия , калифорния , эйнштейния и фермия . ^[9]

В презентациях периодической таблицы элементы f-блока обычно показываются в виде двух дополнительных строк под основной частью таблицы. ^[1] Это соглашение является исключительно вопросом эстетики и практичности форматирования; редко используемая широкоформатная периодическая таблица вставляет ряды 4f и 5f на свои места, как части шестой и седьмой строк таблицы (периодов).

Актиниды

Изначальный  От распада  Синтетический Граница показывает естественное происхождение элемента.

Открытие, изоляция и синтез

Как и лантаноиды , актиноиды образуют семейство элементов со схожими свойствами. Внутри актиноидов есть две перекрывающиеся группы: трансурановые элементы , которые следуют за ураном в периодической таблице ; и трансплутониевые элементы, которые следуют за плутонием. По сравнению с лантаноидами, которые (за исключением прометия ) встречаются в природе в заметных количествах, большинство актиноидов редки. Большинство из них не встречаются в природе, а из тех, которые встречаются, только торий и уран делают это в количествах, превышающих следовые. Наиболее распространенными или легко синтезируемыми актиноидами являются уран и торий, за которыми следуют плутоний, америций, актиний, протактиний, нептуний и кюрий. ^[11]

Существование трансурановых элементов было предположено в 1934 году Энрико Ферми на основе его экспериментов. ^{[12] [13]} Однако, хотя к тому времени было известно четыре актиноида, еще не было понятно, что они образуют семейство, подобное лантаноидам. Преобладающее мнение, которое доминировало в ранних исследованиях трансурановых элементов, состояло в том, что они были обычными элементами в 7-м периоде, причем торий, протактиний и уран соответствовали гафнию , танталу и вольфраму 6-го периода соответственно. Синтез трансурановых элементов постепенно подорвал эту точку зрения. К 1944 году наблюдение, что кюрий не проявлял степени окисления выше 4 (тогда как его предполагаемый гомолог 6-го периода, платина , может достигать степени окисления 6), побудило Гленна Сиборга сформулировать « гипотезу актинидов ». Исследования известных актинидов и открытия других трансурановых элементов предоставили больше данных в поддержку этой позиции, но фраза «гипотеза актинидов» (подразумевающая, что «гипотеза» — это то, что не было окончательно доказано) продолжала активно использоваться учеными вплоть до конца 1950-х годов. ^{[14] [15]}

В настоящее время существует два основных метода получения изотопов трансплутониевых элементов: (1) облучение более легких элементов нейтронами ; (2) облучение ускоренными заряженными частицами. Первый метод более важен для приложений, так как только нейтронное облучение с использованием ядерных реакторов позволяет производить значительные количества синтетических актинидов; однако он ограничен относительно легкими элементами. Преимущество второго метода заключается в том, что можно получать элементы тяжелее плутония, а также нейтронодефицитные изотопы, которые не образуются при нейтронном облучении. ^[16]

В 1962–1966 годах в США были предприняты попытки получения трансплутониевых изотопов с помощью серии из шести подземных ядерных взрывов . Небольшие образцы породы были извлечены из зоны взрыва сразу после испытания для изучения продуктов взрыва, но изотопы с массовым числом больше 257 не были обнаружены, несмотря на предсказания, что такие изотопы будут иметь относительно долгие периоды полураспада α-распада . Это отсутствие наблюдения было приписано спонтанному делению из- за большой скорости продуктов и другим каналам распада, таким как испускание нейтронов и ядерное деление . ^[17]

От актиния до урана

В 1934 году Энрико Ферми предположил существование трансурановых элементов.

Уран и торий были первыми обнаруженными актинидами . Уран был идентифицирован в 1789 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом в руде урановой смолки . Он назвал его в честь планеты Уран , ^[8] которая была открыта восемью годами ранее. Клапрот смог осадить желтое соединение (вероятно, диуранат натрия ), растворив урановую смолку в азотной кислоте и нейтрализовав раствор гидроксидом натрия . Затем он восстановил полученный желтый порошок древесным углем и извлек черное вещество, которое он принял за металл. ^[18] Шестьдесят лет спустя французский ученый Эжен-Мельхиор Пелиго идентифицировал его как оксид урана. Он также выделил первый образец металлического урана, нагревая тетрахлорид урана с металлическим калием . ^[19] Затем атомная масса урана была рассчитана как 120, но Дмитрий Менделеев в 1872 году исправил ее до 240, используя свои законы периодичности. Это значение было экспериментально подтверждено в 1882 году К. Циммерманом. ^{[20] [21]}

Оксид тория был открыт Фридрихом Вёлером в минерале торианите , который был найден в Норвегии (1827). ^[22] Йенс Якоб Берцелиус более подробно охарактеризовал этот материал в 1828 году. Восстановив тетрахлорид тория калием, он выделил металл и назвал его торием в честь норвежского бога грома и молнии Тора . ^{[23] [24]} Тот же метод выделения позже был использован Пелиго для урана. ^[8]

Актиний был открыт в 1899 году Андре-Луи Дебьерном , помощником Марии Кюри , в отходах урановой смолы, оставшихся после удаления радия и полония. Он описал вещество (в 1899 году) как похожее на титан ^[25] и (в 1900 году) как похожее на торий. ^[26] Однако открытие актиния Дебьерном было подвергнуто сомнению в 1971 ^[27] и 2000 годах ^[28] , утверждая, что публикации Дебьерна в 1904 году противоречат его более ранней работе 1899–1900 годов. Эта точка зрения вместо этого приписывает работу 1902 года Фридриха Оскара Гизеля , который открыл радиоактивный элемент под названием эманий , который вел себя подобно лантану. Название актиний происходит от древнегреческого : ακτίς, ακτίνος (aktis, aktinos) , что означает луч или пучок. Этот металл был открыт не по его собственному излучению, а по излучению дочерних продуктов. ^{[29] [30]} Из-за близкого сходства актиния и лантана и низкой распространенности чистый актиний удалось получить только в 1950 году. Термин актинид, вероятно, был введен Виктором Гольдшмидтом в 1937 году. ^{[31] [32]}

Протактиний , возможно, был выделен в 1900 году Уильямом Круксом . ^[33] Впервые он был идентифицирован в 1913 году, когда Казимир Фаянс и Освальд Хельмут Геринг столкнулись с короткоживущим изотопом ^234m Pa (период полураспада 1,17 минуты) во время их исследований цепочки распада ²³⁸ U. Они назвали новый элемент brevium (от латинского brevis, что означает краткий); ^{[34] [35]} название было изменено на протактиний (от греческого πρῶτος + ἀκτίς, что означает «элемент первого луча») в 1918 году, когда две группы ученых под руководством австрийцев Лизы Мейтнер и Отто Гана из Германии и Фредерика Содди и Джона Арнольда Крэнстона из Великобритании независимо друг от друга открыли гораздо более долгоживущий ²³¹ Pa. Название было сокращено до протактиния в 1949 году. Этот элемент был мало изучен до 1960 года, когда Альфред Мэддок и его коллеги в Великобритании выделили 130 граммов протактиния из 60 тонн отходов, оставшихся после извлечения урана из его руды. ^[36]

Нептуний и выше

Нептуний (названный в честь планеты Нептун , следующей планеты от Урана, в честь которой был назван уран) был открыт Эдвином Макмилланом и Филиппом Х. Абельсоном в 1940 году в Беркли, Калифорния . ^[37] Они получили изотоп ²³⁹ Np (период полураспада 2,4 дня) путем бомбардировки урана медленными нейтронами . ^[36] Это был первый трансурановый элемент, полученный синтетическим путем. ^[38]

Гленн Т. Сиборг и его группа в Калифорнийском университете в Беркли синтезировали Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No и элемент 106, который позже был назван сиборгием в его честь, пока он был еще жив. Они также синтезировали более сотни изотопов актинидов.

Трансурановые элементы не встречаются в значительных количествах в природе и обычно синтезируются посредством ядерных реакций, проводимых в ядерных реакторах. Например, при облучении нейтронами реактора уран-238 частично превращается в плутоний-239 :

${\displaystyle {\ce {{^{238}_{92}U}+{}_{0}^{1}n->{}_{92}^{239}U->[\beta ^{-}][23.5\ {\ce {min}}]{}_{93}^{239}Np->[\beta ^{-}][2.3\ {\ce {days}}]{}_{94}^{239}Pu}}\left({\ce {->[\alpha ][2.4\cdot 10^{4}\ {\ce {years}}]}}\right){\ce {^{235}_{92}U}}}$

Эта реакция синтеза использовалась Ферми и его коллегами при проектировании реакторов, расположенных на объекте в Хэнфорде , которые производили значительные количества плутония-239 для ядерного оружия Манхэттенского проекта и послевоенного ядерного арсенала Соединенных Штатов. ^[39]

Актиниды с наибольшими массовыми числами синтезируются путем бомбардировки урана, плутония, кюрия и калифорния ионами азота, кислорода, углерода, неона или бора в ускорителе частиц . Так, нобелий был получен путем бомбардировки урана-238 неоном-22 в качестве

${\displaystyle {\ce {_{92}^{238}U + _{10}^{22}Ne -> _{102}^{256}No + 4_0^1n}}}$.

Первые изотопы трансплутониевых элементов, америций-241 и кюрий-242 , были синтезированы в 1944 году Гленном Т. Сиборгом , Ральфом А. Джеймсом и Альбертом Гиорсо . ^[40] Кюрий-242 был получен путем бомбардировки плутония-239 α-частицами с энергией 32 МэВ:

${\displaystyle {\ce {_{94}^{239}Pu + _2^4He -> _{96}^{242}Cm + _0^1n}}}$.

Изотопы америция-241 и кюрия-242 также были получены путем облучения плутония в ядерном реакторе. Последний элемент был назван в честь Марии Кюри и ее мужа Пьера , которые известны открытием радия и своей работой в области радиоактивности . ^[41]

Бомбардировка кюрия-242 α-частицами привела к получению изотопа калифорния ²⁴⁵ Cf в 1950 году, а аналогичная процедура дала берклий-243 из америция-241 в 1949 году. ^[42] Новые элементы были названы в честь Беркли, Калифорния , по аналогии с его гомологом лантаноида тербием , который был назван в честь деревни Иттербю в Швеции. ^[43]

В 1945 году Б. Б. Каннингем получил первое объемное химическое соединение трансплутониевого элемента, а именно гидроксид америция . ^[44] За несколько лет были накоплены миллиграммовые количества америция и микрограммовые количества кюрия, что позволило производить изотопы берклия ^{[45] [46]} и калифорния. ^{[47] [48] [49]} Значительные количества этих элементов были получены в 1958 году, ^[50] а первое соединение калифорния (0,3 мкг CfOCl) было получено в 1960 году Б. Б. Каннингемом и Дж. К. Уоллманном. ^[51]

Эйнштейний и фермий были идентифицированы в 1952–1953 годах в осадках от ядерного испытания « Айви Майк » (1 ноября 1952 года), первого успешного испытания водородной бомбы. Мгновенное воздействие большого потока нейтронов на уран-238 в результате взрыва привело к образованию тяжелых изотопов урана, включая уран-253 и уран-255, а их β-распад дал эйнштейний-253 и фермий-255 . Открытие новых элементов и новые данные о захвате нейтронов первоначально держались в секрете по приказу американских военных до 1955 года из-за напряженности холодной войны . ^{[9] [52]} Тем не менее, команда из Беркли смогла подготовить эйнштейний и фермий гражданскими средствами, путем нейтронной бомбардировки плутония-239, и опубликовала эту работу в 1954 году с оговоркой, что это не первые исследования, которые были проведены с этими элементами. ^{[53] [54]} Исследования «Айви Майк» были рассекречены и опубликованы в 1955 году. ^[52] Первые значительные (субмикрограммовые) количества эйнштейния были получены в 1961 году Каннингемом и его коллегами, но для фермия этого пока не было сделано. ^[55]

Первый изотоп менделевия, ²⁵⁶ Md (период полураспада 87 мин), был синтезирован Альбертом Гиорсо, Гленном Т. Сиборгом, Грегори Робертом Чоппиным , Бернардом Г. Харви и Стэнли Джеральдом Томпсоном , когда они бомбардировали мишень ²⁵³ Es альфа-частицами в 60-дюймовом циклотроне Радиационной лаборатории Беркли ; это был первый изотоп любого элемента, который был синтезирован по одному атому за раз. ^[56]

Было предпринято несколько попыток получить изотопы нобелия шведской (1957) и американской (1958) группами, но первым надежным результатом стал синтез ²⁵⁶ No русской группой Георгия Флерова в 1965 году, что было признано ИЮПАК в 1992 году. В своих экспериментах Флеров и др. бомбардировали уран-238 неоном-22. ^[10]

В 1961 году Гиорсо и др. получили первый изотоп лоуренсия, облучая калифорний (в основном калифорний-252 ) ионами бора-10 и бора-11 . ^[10] Массовое число этого изотопа в то время не было точно установлено (возможно, 258 или 259). В 1965 году ²⁵⁶ Lr был синтезирован Флёровым и др. из ²⁴³ Am и ¹⁸ O. Таким образом, ИЮПАК признал группы ядерных физиков в Дубне и Беркли соавторами открытия лоуренсия.

Изотопы

Актиниды имеют 89–103 протонов и обычно 117–159 нейтронов.

Известно 33 изотопа актиния и восемь возбужденных изомерных состояний некоторых его нуклидов , массовые числа которых варьируются от 204 до 236. ^[57] Три изотопа, ²²⁵ Ac , ²²⁷ Ac и ²²⁸ Ac , были обнаружены в природе, а остальные были получены в лаборатории; только три природных изотопа используются в приложениях. Актиний-225 является членом радиоактивного ряда нептуния ; ^[60] он был впервые обнаружен в 1947 году как продукт распада урана-233 и является α-излучателем с периодом полураспада 10 дней. Актиний-225 менее доступен, чем актиний-228, но более перспективен в радиоиндикаторных приложениях. ^[30] Актиний-227 (период полураспада 21,77 года) встречается во всех урановых рудах, но в небольших количествах. Один грамм урана (в радиоактивном равновесии) содержит всего 2 × 10⁻¹⁰ грамм ²²⁷ Ac. ^{[30] [57]} Актиний-228 является членом радиоактивного ряда тория , образующегося при распаде ²²⁸ Ra ; ^[60] это β ⁻ излучатель с периодом полураспада 6,15 часов. В одной тонне тория содержится 5 × 10⁻⁸ грамм ²²⁸ Ac. Был открыт Отто Ганом в 1906 году. ^[30]

Известно 32 изотопа тория с массовым числом от 207 до 238. ^[57] Из них самым долгоживущим является ^232Th , период полураспада которого составляет1,4 × 10 ¹⁰  лет означает, что он все еще существует в природе как первичный нуклид . Следующим по долгожительству является ²³⁰ Th, промежуточный продукт распада ²³⁸ U с периодом полураспада 75 400 лет. Несколько других изотопов тория имеют период полураспада более суток; все они также являются транзитными в цепочках распада ²³² Th, ²³⁵ U и ²³⁸ U.

Известно 28 изотопов протактиния с массовыми числами 212–239 ^[57], а также три возбужденных изомерных состояния . В природе обнаружены только ²³¹ Pa и ²³⁴ Pa . Все изотопы имеют короткое время жизни, за исключением протактиния-231 (период полураспада 32 760 лет). Наиболее важными изотопами являются ²³¹ Pa и ²³³ Pa , который является промежуточным продуктом при получении урана-233 и является самым доступным среди искусственных изотопов протактиния. ²³³ Pa имеет удобный период полураспада и энергию γ-излучения , и поэтому использовался в большинстве исследований химии протактиния. Протактиний-233 является β-излучателем с периодом полураспада 26,97 дня. ^{[57] [61]}

Известно 27 изотопов урана с массовыми числами 215–242 (кроме 220). ^[58] Три из них, ²³⁴ U , ²³⁵ U и ²³⁸ U, присутствуют в природе в заметных количествах. Среди прочих наиболее важным является ²³³ U, который является конечным продуктом превращения ²³² Th , облученного медленными нейтронами. ²³³ U имеет гораздо более высокую эффективность деления низкоэнергетическими (тепловыми) нейтронами по сравнению, например, с ²³⁵ U. Большинство исследований химии урана были проведены на уране-238 из-за его длительного периода полураспада 4,4 × 10⁹ лет. ^[62]

Существует 25 изотопов нептуния с массовыми числами 219–244 (кроме 221); ^[58] все они высокорадиоактивны. Наиболее популярны среди ученых долгоживущие ²³⁷ Np (t _1/2  = 2,20 × 10⁶ лет) и короткоживущие ²³⁹ Np, ²³⁸ Np (t _1/2  ~ 2 дня). ^[38]

Известно 20 изотопов плутония с массовыми числами 228–247. ^[58] Наиболее стабильным изотопом плутония является ²⁴⁴ Pu с периодом полураспада 8,13 × 10⁷ лет. ^[57]

Известно восемнадцать изотопов америция с массовыми числами от 229 до 247 (за исключением 231). ^[58] Наиболее важными являются ²⁴¹ Am и ²⁴³ Am, которые являются альфа-излучателями, а также испускают мягкие, но интенсивные γ-лучи; оба они могут быть получены в изотопно чистой форме. Химические свойства америция сначала изучались с ²⁴¹ Am, но позже перешли на ²⁴³ Am, который почти в 20 раз менее радиоактивен. Недостатком ²⁴³ Am является образование короткоживущего дочернего изотопа ²³⁹ Np, что необходимо учитывать при анализе данных. ^[63]

Среди 19 изотопов кюрия , массовые числа которых варьируются от 233 до 251, ^[58] наиболее доступными являются ²⁴² Cm и ²⁴⁴ Cm; они являются α-излучателями, но с гораздо более коротким временем жизни, чем изотопы америция. Эти изотопы почти не испускают γ-излучения, но подвергаются спонтанному делению с сопутствующим испусканием нейтронов. Более долгоживущие изотопы кюрия ( ^245–248 Cm, все α-излучатели) образуются в виде смеси при нейтронном облучении плутония или америция. При непродолжительном облучении в этой смеси преобладает ²⁴⁶ Cm, а затем начинает накапливаться ^{248 Cm. Оба этих изотопа, особенно 248} Cm, имеют более длительный период полураспада (3,48 × 10⁵ лет) и гораздо более удобны для проведения химических исследований, чем ²⁴² Cm и ²⁴⁴ Cm, но они также имеют довольно высокую скорость спонтанного деления. ²⁴⁷ Cm имеет самое большое время жизни среди изотопов кюрия (1,56 × 10⁷ лет), но не образуется в больших количествах из-за сильного деления, вызванного тепловыми нейтронами.

Было идентифицировано семнадцать изотопов берклия с массовыми числами 233, 234, 236, 238 и 240–252. ^[58] Только ²⁴⁹ Bk доступен в больших количествах; он имеет относительно короткий период полураспада 330 дней и испускает в основном мягкие β-частицы , которые неудобны для обнаружения. Его альфа-излучение довольно слабое (1,45 × 10⁻³ % по отношению к β-излучению), но иногда используется для обнаружения этого изотопа. ²⁴⁷ Bk является альфа-излучателем с длительным периодом полураспада 1380 лет, но его трудно получить в заметных количествах; он не образуется при нейтронном облучении плутония, поскольку β-распад изотопов кюрия с массовым числом ниже 248 неизвестен. ^[63] ( ²⁴⁷ Cm на самом деле выделял бы энергию путем β-распада до ²⁴⁷ Bk, но этого никогда не наблюдалось.)

20 изотопов калифорния с массовыми числами 237–256 образуются в ядерных реакторах; ^[58] калифорний-253 является β-излучателем, а остальные — α-излучателями. Изотопы с четными массовыми числами ( ²⁵⁰ Cf, ²⁵² Cf и ²⁵⁴ Cf) имеют высокую скорость спонтанного деления, особенно ²⁵⁴ Cf, из которого 99,7% распадается путем спонтанного деления. Калифорний-249 имеет относительно большой период полураспада (352 года), слабое спонтанное деление и сильную γ-эмиссию, что облегчает его идентификацию. ²⁴⁹ Cf не образуется в больших количествах в ядерном реакторе из-за медленного β-распада материнского изотопа ²⁴⁹ Bk и большого сечения взаимодействия с нейтронами, но может накапливаться в изотопно-чистом виде как продукт β-распада (предварительно выбранного) ²⁴⁹ Bk. Калифорний, полученный при реакторном облучении плутония, в основном состоит из ²⁵⁰ Cf и ²⁵² Cf, причем последний преобладает при больших флюенсах нейтронов, и его изучение затруднено сильным нейтронным излучением. ^[64]

Среди 18 известных изотопов эйнштейния с массовыми числами от 240 до 257 ^[58] наиболее доступным является ²⁵³ Es. Он является α-излучателем с периодом полураспада 20,47 суток, относительно слабой γ-эмиссией и малой скоростью спонтанного деления по сравнению с изотопами калифорния. Длительное нейтронное облучение также дает долгоживущий изотоп ²⁵⁴ Es (t _1/2  = 275,5 суток). ^[64]

Известно двадцать изотопов фермия с массовыми числами 241–260. ²⁵⁴ Fm, ²⁵⁵ Fm и ²⁵⁶ Fm являются α-излучателями с коротким периодом полураспада (часы), которые могут быть выделены в значительных количествах. ²⁵⁷ Fm (t _1/2 = 100 дней) может накапливаться при длительном и сильном облучении. Все эти изотопы характеризуются высокими скоростями спонтанного деления. ^{[64] [66]}

Среди 17 известных изотопов менделевия (массовые числа от 244 до 260) ^[58] наиболее изученным является ²⁵⁶ Md, который в основном распадается посредством электронного захвата (α-излучение составляет ≈10%) с периодом полураспада 77 минут. Другой альфа-излучатель, ²⁵⁸ Md, имеет период полураспада 53 дня. Оба эти изотопа производятся из редкого эйнштейния ( ²⁵³ Es и ²⁵⁵ Es соответственно), что, следовательно, ограничивает их доступность. ^[57]

Долгоживущие изотопы нобелия и изотопы лоуренсия (и более тяжелых элементов) имеют относительно короткие периоды полураспада. Для нобелия известно 13 изотопов с массовыми числами 249–260 и 262. Химические свойства нобелия и лоуренсия изучались с ²⁵⁵ No (t _1/2  = 3 мин) и ²⁵⁶ Lr (t _1/2  = 35 с). Самый долгоживущий изотоп нобелия, ²⁵⁹ No, имеет период полураспада приблизительно 1 час. ^[57] У лоуренсия известно 14 изотопов с массовыми числами 251–262, 264 и 266. Самым стабильным из них является ²⁶⁶ Lr с периодом полураспада 11 часов.

Среди всех этих изотопов, единственными, которые встречаются в природе в достаточных количествах, чтобы быть обнаруженными в чем-либо большем, чем следы, и вносят измеримый вклад в атомные веса актинидов, являются первичные ²³² Th, ²³⁵ U и ²³⁸ U, а также три долгоживущих продукта распада природного урана, ²³⁰ Th, ²³¹ Pa и ²³⁴ U. Природный торий состоит из 0,02(2)% ²³⁰ Th и 99,98(2)% ²³² Th; природный протактиний состоит из 100% ²³¹ Pa; а природный уран состоит из 0,0054(5)% ²³⁴ U, 0,7204(6)% ²³⁵ U и 99,2742(10)% ²³⁸ U. ^[67]

Образование в ядерных реакторах

Таблица нуклидов: Накопление актинидов в ядерном реакторе, включая радиоактивный распад

Рисунок построения актинидов представляет собой таблицу нуклидов с числом нейтронов на горизонтальной оси (изотопы) и числом протонов на вертикальной оси (элементы). Красная точка делит нуклиды на две группы, поэтому рисунок более компактен. Каждый нуклид представлен квадратом с массовым числом элемента и его периодом полураспада. ^[68] Существующие в природе изотопы актинидов (Th, U) отмечены жирной рамкой, альфа-излучатели имеют желтый цвет, а бета-излучатели — синий цвет. Розовый цвет обозначает захват электронов ( ²³⁶ Np), тогда как белый цвет обозначает длительное метастабильное состояние ( ²⁴² Am).

Образование актиноидных нуклидов в первую очередь характеризуется: ^[69]

• Реакции захвата нейтронов (n,γ), которые на рисунке представлены короткой правой стрелкой.
• Также учитываются реакции (n,2n) и менее часто встречающиеся реакции (γ,n), обе из которых отмечены короткой левой стрелкой.
• Еще реже и только под действием быстрых нейтронов происходит реакция (n,3n), которая представлена ​​на рисунке одним примером, отмеченным длинной левой стрелкой.

В дополнение к этим нейтронно- или гамма-индуцированным ядерным реакциям радиоактивное преобразование актиноидных нуклидов также влияет на запас нуклидов в реакторе. Эти типы распада отмечены на рисунке диагональными стрелками. Бета-минус-распад , отмеченный стрелкой, направленной вверх-влево, играет главную роль в балансе плотностей частиц нуклидов. Нуклиды, распадающиеся путем испускания позитронов (бета-плюс-распад) или захвата электронов (ϵ), не встречаются в ядерном реакторе, за исключением продуктов реакций выбивания; их распады отмечены стрелками, направленными вниз-вправо. Из-за длительных периодов полураспада данных нуклидов альфа-распад почти не играет роли в образовании и распаде актинидов в энергетическом реакторе, поскольку время пребывания ядерного топлива в активной зоне реактора довольно короткое (несколько лет). Исключениями являются два относительно короткоживущих нуклида ²⁴² Cm (T _1/2  = 163 дня) и ²³⁶ Pu (T _1/2  = 2,9 года). Только для этих двух случаев α-распад отмечен на карте нуклидов длинной стрелкой, направленной вниз-влево. Несколько долгоживущих изотопов актинидов, таких как ²⁴⁴ Pu и ²⁵⁰ Cm, не могут быть получены в реакторах, поскольку захват нейтронов не происходит достаточно быстро, чтобы обойти короткоживущие бета-распадные нуклиды ²⁴³ Pu и ²⁴⁹ Cm; однако они могут быть получены в ядерных взрывах, которые имеют гораздо более высокие потоки нейтронов.

Распространение в природе

Необработанная урановая руда

Торий и уран являются наиболее распространенными актинидами в природе с соответствующими массовыми концентрациями 16 ppm и 4 ppm. ^[70] Уран в основном встречается в земной коре в виде смеси его оксидов в минерале уранините , который также называют настураном из-за его черного цвета. Существует несколько десятков других урановых минералов, таких как карнотит ( _KUO2VO4 · _3H2O ) и аутунит ( _Ca (UO2 ₎ 2 ( PO4 ₎ 2 _· nH2O ₎ . Изотопный состав природного урана - 238U ( относительное содержание 99,2742%), 235U ( 0,7204%) и 234U (0,0054%) ; _из них ^238U имеет самый большой период полураспада 4,51 × 10⁹ лет. ^{[71] [72]} Мировое производство урана в 2009 году составило 50 572 тонн , из которых 27,3% было добыто в Казахстане . Другими важными странами-добытчиками урана являются Канада (20,1%), Австралия (15,7%), Намибия (9,1%), Россия (7,0%) и Нигер (6,4%). ^[73]

Наиболее распространенными минералами тория являются торианит ( ThO2 ₎ , торит ( ThSiO4 ₎ и монацит ( (Th,Ca,Ce)PO4 ₎ . Большинство минералов тория содержат уран и наоборот; и все они имеют значительную долю лантаноидов. Богатые месторождения минералов тория находятся в Соединенных Штатах (440 000 тонн), Австралии и Индии (~300 000 тонн каждая) и Канаде (~100 000 тонн). ^[75]

Содержание актиния в земной коре составляет всего около 5 × 10⁻¹⁵ %. ^[61] Актиний в основном присутствует в урансодержащих, но также и в других минералах, хотя и в гораздо меньших количествах. Содержание актиния в большинстве природных объектов соответствует изотопному равновесию родительского изотопа ^235U , и на него не влияет слабая миграция Ac. ^[30] Протактиний более распространен (10−12 ^% ) в земной коре, чем актиний. Он был обнаружен в урановой руде в 1913 году Фаянсом и Герингом. ^[34] Как и актиний, распределение протактиния следует распределению ^235U . ^[61]

Период полураспада самого долгоживущего изотопа нептуния, ²³⁷ Np , пренебрежимо мал по сравнению с возрастом Земли. Таким образом, нептуний присутствует в природе в пренебрежимо малых количествах, образующихся в качестве промежуточных продуктов распада других изотопов. ^[38] Следы плутония в урановых минералах были впервые обнаружены в 1942 году, и более систематические результаты по ²³⁹ Pu суммированы в таблице (никаких других изотопов плутония в этих образцах обнаружено не было). Верхний предел распространенности самого долгоживущего изотопа плутония, ²⁴⁴ Pu, составляет 3 × 10⁻²⁰ %. Плутоний не удалось обнаружить в образцах лунного грунта. Из-за его редкости в природе большая часть плутония производится синтетически. ^[74]

Извлечение

Монацит : основной минерал тория.

Из-за низкого содержания актинидов их извлечение является сложным, многоступенчатым процессом. Обычно используются фториды актинидов, поскольку они нерастворимы в воде и могут быть легко отделены окислительно-восстановительными реакциями. Фториды восстанавливаются кальцием , магнием или барием : ^[76]

${\displaystyle {\begin{array}{l}{}\\{\ce {2AmF3{}+3Ba->[{\ce {1150-1350^{\circ }C}}]3BaF2{}+2Am}}\\{\ce {PuF4{}+2Ba->[{\ce {1200^{\circ }C}}]2BaF2{}+Pu}}\\{\ce {UF4{}+2Mg->[{\ce {>500^{\circ }C}}]U{}+2MgF2}}\\{}\end{array}}}$

Среди актинидов легче всего выделить торий и уран. Торий извлекают в основном из монацита : пирофосфат тория (ThP ₂ O ₇ ) реагирует с азотной кислотой , а полученный нитрат тория обрабатывают трибутилфосфатом . Редкоземельные примеси отделяют путем повышения pH в сульфатном растворе. ^[76]

В другом методе экстракции монацит разлагается 45% водным раствором гидроксида натрия при 140 °C. Сначала извлекаются смешанные гидроксиды металлов, фильтруются при 80 °C, промываются водой и растворяются в концентрированной соляной кислоте . Затем кислый раствор нейтрализуется гидроксидами до pH = 5,8, что приводит к осаждению гидроксида тория (Th(OH) ₄ ), загрязненного ~3% гидроксидов редкоземельных элементов; остальные гидроксиды редкоземельных элементов остаются в растворе. Гидроксид тория растворяется в неорганической кислоте, а затем очищается от редкоземельных элементов . Эффективным методом является растворение гидроксида тория в азотной кислоте, поскольку полученный раствор можно очистить экстракцией органическими растворителями: ^[76]

Разделение урана и плутония из отработанного ядерного топлива с использованием процесса PUREX ^[77]

Th(OH) ₄ + 4HNO3 _{→ Th} ( _NO3 ) ₄ + 4H2O

Металлический торий отделяется от безводного оксида , хлорида или фторида путем его взаимодействия с кальцием в инертной атмосфере: ^[78]

ThO2 + 2Ca → 2CaO + _Th

Иногда торий извлекают электролизом фторида в смеси хлорида натрия и калия при 700–800 °C в графитовом тигле. Высокочистый торий может быть извлечен из его иодида с помощью процесса кристаллического стержня . ^[79]

Уран извлекается из руд различными способами. В одном из методов руда сжигается, а затем реагирует с азотной кислотой для перевода урана в растворенное состояние. Обработка раствора раствором трибутилфосфата (ТБФ) в керосине преобразует уран в органическую форму UO2 ( _NO3 ) ₂ ( _ТБФ ) ₂ . Нерастворимые примеси отфильтровываются, а уран извлекается реакцией с гидроксидами в виде ( NH4 ₎ 2U2O7 _или с перекисью водорода в виде UO4 · 2H2O _. [ 76 ^]

Когда урановая руда богата такими минералами, как доломит , магнезит и т. д., эти минералы потребляют много кислоты. В этом случае для извлечения урана используется карбонатный метод. Его основным компонентом является водный раствор карбоната натрия , который переводит уран в комплекс [UO ₂ (CO ₃ ) ₃ ] ⁴⁻ , который стабилен в водных растворах при низких концентрациях гидроксид-ионов. Преимущества метода карбоната натрия заключаются в том, что химикаты обладают низкой коррозионной активностью (по сравнению с нитратами) и что большинство неурановых металлов выпадают в осадок из раствора. Недостатком является то, что в осадок выпадают также соединения четырехвалентного урана. Поэтому урановую руду обрабатывают карбонатом натрия при повышенной температуре и под давлением кислорода:

2UO2 + _O2 + 6CO_​²⁻
₃→ 2 [ _UO2 ( _CO3 ) ₃ ] ⁴⁻

Это уравнение предполагает, что лучшим растворителем для обработки уранилкарбоната является смесь карбоната с бикарбонатом. При высоком pH это приводит к осаждению диураната , который обрабатывается водородом в присутствии никеля, давая нерастворимый тетракарбонат урана. ^[76]

Другой метод разделения использует полимерные смолы в качестве полиэлектролита . Ионообменные процессы в смолах приводят к отделению урана. Уран из смол промывают раствором _{нитрата} аммония или азотной кислоты, что дает уранилнитрат , UO2 ₍ NO3 ₎ 2 _· 6H2O _. При нагревании он превращается в UO3 , _{который} с помощью водорода преобразуется в UO2 :

UO3 + _H2 → _UO2 + _H2O​​

Реакция диоксида урана с плавиковой кислотой преобразует его в тетрафторид урана , который в результате реакции с металлическим магнием дает металлический уран: ^[78]

4HF + _UO2 → _UF4 + _2H2O

Для извлечения плутония нейтронно-облученный уран растворяют в азотной кислоте, а к полученному раствору добавляют восстановитель ( FeSO ₄ или H ₂ O _{2 ). Это добавление изменяет степень окисления плутония с +6 до +4, в то время как уран остается в форме уранилнитрата (UO 2} (NO ₃ ) ₂ ). Раствор обрабатывают восстановителем и нейтрализуют карбонатом аммония до pH = 8, что приводит к осаждению соединений Pu ⁴⁺ . ^[76]

В другом методе Pu ⁴⁺ и UO²⁺
₂сначала извлекаются трибутилфосфатом, затем реагируют с гидразином, вымывая извлеченный плутоний. ^[76]

Основная трудность в разделении актиния заключается в схожести его свойств со свойствами лантана. Таким образом, актиний либо синтезируется в ядерных реакциях из изотопов радия, либо разделяется с помощью ионообменных процедур. ^[30]

Характеристики

Актиноиды имеют схожие свойства с лантаноидами. Так же, как у лантаноидов заполнены электронные оболочки 4f, у актиноидов заполнены электронные оболочки 5f. Поскольку оболочки 5f, 6d, 7s и 7p близки по энергии, возникает много нерегулярных конфигураций; таким образом, в атомах газовой фазы, как первый электрон 4f появляется только в церии, так и первый электрон 5f появляется еще позже, в протактинии. Однако, как лантан является первым элементом, использующим оболочку 4f в соединениях, ^[80] так и актиний является первым элементом, использующим оболочку 5f в соединениях. ^[81] F-оболочки завершают свое заполнение вместе, в иттербии и нобелии. ^[82] Первые экспериментальные доказательства заполнения оболочки 5f в актинидах были получены Макмилланом и Абельсоном в 1940 году. ^[83] Как и в лантаноидах (см. сокращение лантаноидов ), ионный радиус актинидов монотонно уменьшается с атомным номером (см. также сокращение актиноидов ). ^[84]

Сдвиг электронных конфигураций в газовой фазе не всегда соответствует химическому поведению. Например, раннее переходное металлическое выдающееся положение наивысшей степени окисления, соответствующее удалению всех валентных электронов, распространяется вплоть до урана, хотя 5f-оболочки начинают заполняться раньше. С другой стороны, электронные конфигурации, напоминающие конгенеры лантаноидов, начинаются уже с плутония, хотя лантаноидоподобное поведение не становится доминирующим, пока вторая половина ряда не начинается с кюрия. Элементы между ураном и кюрием образуют переход между этими двумя типами поведения, где более высокие степени окисления продолжают существовать, но теряют устойчивость по отношению к состоянию +3. ^[82] Состояние +2 становится более важным ближе к концу ряда и является наиболее стабильной степенью окисления для нобелия, последнего 5f-элемента. ^[82] Степени окисления снова повышаются только после нобелия, показывая, что началась новая серия 6d-переходных металлов: лоуренсий показывает только степень окисления +3, а резерфордий только степень окисления +4, что делает их конгенерами лютеция и гафния в ряду 5d. ^[82]

Физические свойства

Таблетка ²³⁸ PuO ₂ для использования в радиоизотопном термоэлектрическом генераторе для миссии Cassini или Galileo . Таблетка производит 62 Вт тепла и светится из-за тепла, выделяемого радиоактивным распадом (в основном α). Фотография сделана после изоляции таблетки графитовым одеялом в течение нескольких минут и удаления одеяла.

калифорний

Актиноиды — типичные металлы. Все они мягкие и имеют серебристый цвет (но тускнеют на воздухе), ^[90] относительно высокую плотность и пластичность. Некоторые из них можно резать ножом. Их электрическое сопротивление варьируется от 15 до 150 мкОм·см. ^[85] Твёрдость тория близка к твёрдости мягкой стали, поэтому нагретый чистый торий можно раскатывать в листы и вытягивать в проволоку. Торий почти вдвое плотнее урана и плутония, но твёрже любого из них. Все актиноиды радиоактивны, парамагнитны и, за исключением актиния, имеют несколько кристаллических фаз: плутоний имеет семь, а уран, нептуний и калифорний — три. Кристаллические структуры протактиния, урана, нептуния и плутония не имеют чётких аналогов среди лантаноидов и больше похожи на структуры 3d - переходных металлов . ^[72]

Все актиниды являются пирофорными , особенно когда они мелко измельчены, то есть они самопроизвольно воспламеняются при реакции с воздухом при комнатной температуре. ^{[90] [91]} Температура плавления актинидов не имеет четкой зависимости от числа f -электронов. Необычно низкая температура плавления нептуния и плутония (~640 °C) объясняется гибридизацией 5 f и 6 d орбиталей и образованием направленных связей в этих металлах. ^[72]

Химические свойства

Как и лантаноиды, все актиноиды очень реакционноспособны с галогенами и халькогенами ; однако актиноиды реагируют легче. Актиноиды, особенно те, у которых мало 5f - электронов, склонны к гибридизации . Это объясняется сходством энергий электронов на 5f , 7s и 6d оболочках . Большинство актиноидов демонстрируют большее разнообразие валентных состояний, и наиболее стабильными являются +6 для урана, +5 для протактиния и нептуния, +4 для тория и плутония и +3 для актиния и других актиноидов. ^[93]

Актиний химически близок к лантану, что объясняется их схожими ионными радиусами и электронными структурами. Как и лантан, актиний в соединениях почти всегда имеет степень окисления +3, но он менее реакционноспособен и имеет более выраженные основные свойства. Среди других трехвалентных актинидов Ac ³⁺ наименее кислый, т.е. имеет самую слабую тенденцию к гидролизу в водных растворах. ^{[30] [72]}

Торий довольно активен химически. Из-за недостатка электронов на 6 d и 5 f орбиталях соединения четырехвалентного тория бесцветны. При pH < 3 в растворах солей тория преобладают катионы [Th(H ₂ O) ₈ ] ⁴⁺ . Ион Th ⁴⁺ относительно велик и в зависимости от координационного числа может иметь радиус от 0,95 до 1,14 Å. В результате соли тория имеют слабую тенденцию к гидролизу. Отличительной способностью солей тория является их высокая растворимость как в воде, так и в полярных органических растворителях. ^[72]

Протактиний проявляет два валентных состояния: +5 является стабильным, а состояние +4 легко окисляется до протактиния(V). Таким образом, четырехвалентный протактиний в растворах получается под действием сильных восстановителей в атмосфере водорода. Четырехвалентный протактиний химически похож на уран(IV) и торий(IV). Фториды , фосфаты , гипофосфаты , иодаты и фениларсонаты протактиния(IV) нерастворимы в воде и разбавленных кислотах. Протактиний образует растворимые карбонаты . Гидролитические свойства пятивалентного протактиния близки к свойствам тантала (V) и ниобия (V). Сложное химическое поведение протактиния является следствием начала заполнения оболочки 5f у этого элемента. ^[61]

Уран имеет валентность от 3 до 6, причем последняя является наиболее стабильной. В шестивалентном состоянии уран очень похож на элементы группы 6. Многие соединения урана(IV) и урана(VI) являются нестехиометрическими , т.е. имеют переменный состав. Например, фактическая химическая формула диоксида урана - UO2 _+x , где x изменяется от −0,4 до 0,32. Соединения урана(VI) являются слабыми окислителями . Большинство из них содержат линейную " ураниловую " группу, UO²⁺
₂. В экваториальной плоскости, перпендикулярной уранильной группе, может быть размещено от 4 до 6 лигандов. Уранильная группа действует как жесткая кислота и образует более прочные комплексы с лигандами-донорами кислорода, чем с лигандами-донорами азота. NpO²⁺
₂и PuO²⁺
₂также являются распространенной формой Np и Pu в степени окисления +6. Соединения урана(IV) проявляют восстановительные свойства, например, они легко окисляются кислородом воздуха. Уран(III) является очень сильным восстановителем. Благодаря наличию d-оболочки уран (как и многие другие актиниды) образует металлоорганические соединения , такие как U ^III (C ₅ H ₅ ) ₃ и U ^IV (C ₅ H ₅ ) ₄ . ^{[72] [94]}

Нептуний имеет валентные состояния от 3 до 7, которые можно одновременно наблюдать в растворах. Наиболее устойчивое состояние в растворе +5, но в твердых соединениях нептуния предпочтительна валентность +4. Металлический нептуний очень реакционноспособен. Ионы нептуния склонны к гидролизу и образованию координационных соединений . ^[38]

Плутоний также проявляет валентные состояния от 3 до 7 включительно и, таким образом, химически похож на нептуний и уран. Он очень реактивен и быстро образует оксидную пленку на воздухе. Плутоний реагирует с водородом даже при температурах 25–50 °C; он также легко образует галогениды и интерметаллические соединения . Реакции гидролиза ионов плутония с различными степенями окисления весьма разнообразны. Плутоний(V) может вступать в реакции полимеризации . ^{[95] [96]}

Наибольшее химическое разнообразие среди актинидов наблюдается у америция, который может иметь валентность от 2 до 6. Двухвалентный америций получается только в сухих соединениях и неводных растворах ( ацетонитрил ). Степени окисления +3, +5 и +6 типичны для водных растворов, но также и в твердом состоянии. Четырехвалентный америций образует устойчивые твердые соединения ( диоксид , фторид и гидроксид), а также комплексы в водных растворах. Сообщалось, что в щелочном растворе америций может окисляться до семивалентного состояния, но эти данные оказались ошибочными. Наиболее устойчивая валентность америция составляет 3 в водном растворе и 3 или 4 в твердых соединениях. ^[97]

Валентность 3 является доминирующей во всех последующих элементах вплоть до лоуренсия (за исключением нобелия). Кюрий может быть четырехвалентным в твердых телах ( фторид , диоксид ). Берклий, наряду с валентностью +3, также показывает валентность +4, более стабильную, чем у кюрия; валентность 4 наблюдается в твердых фториде и диоксиде . Стабильность Bk ⁴⁺ в водном растворе близка к стабильности Ce ⁴⁺ . ^[98] Только валентность 3 наблюдалась для калифорния, эйнштейния и фермия. Двухвалентное состояние доказано для менделевия и нобелия, а в нобелии оно более стабильно, чем трехвалентное состояние. Лоуренсий показывает валентность 3 как в растворах, так и в твердых телах. ^[97]

Окислительно-восстановительный потенциал увеличивается от −0,32 В в уране, через 0,34 В (Np) и 1,04 В (Pu) до 1,34 В в америции, что показывает возрастающую восстановительную способность иона An ⁴⁺ от америция до урана. Все актиниды образуют гидриды AnH ₃ черного цвета с солеподобными свойствами. Актиниды также производят карбиды с общей формулой AnC или AnC ₂ ( U 2 C 3 для урана), а также сульфиды An ₂ S ₃ и AnS ₂ . ^[93] ${\displaystyle {\ce {{\mathit {E}}_{\frac {M^{4}+}{AnO2^{2}+}}}}}$

• 
  Нитрат уранила ( _UO2 ( _NO3 ) ₂ )
• 
  Водные растворы солей урана III, IV, V, VI
• 
  Водные растворы солей нептуния III, IV, V, VI, VII
• 
  Водные растворы солей плутония III, IV, V, VI, VII
• 
  Тетрахлорид урана
• 
  Гексафторид урана
• 
  U ₃ O ₈ ( желтый кек )

Соединения

Оксиды и гидроксиды

Ан – актинид
**В зависимости от изотопов

Некоторые актиниды могут существовать в нескольких оксидных формах, таких как An ₂ O ₃ , AnO ₂ , An ₂ O ₅ и AnO ₃ . Для всех актинидов оксиды AnO ₃ являются амфотерными , а An ₂ O ₃ , AnO ₂ и An ₂ O ₅ являются основными, они легко реагируют с водой, образуя основания: ^[93]

An2O3 + 3H2O → _2An ( _{OH ) 3} .

Эти основания плохо растворимы в воде и по своей активности близки к гидроксидам редкоземельных металлов. ^[93] Np(OH) ₃ пока не синтезирован, Pu(OH) 3 имеет синий цвет, Am(OH) ₃ — розовый, а Cm(OH) ₃ — бесцветный. ^[105] Известны также Bk(OH) ₃ и Cf(OH) ₃ , а также четырехвалентные гидроксиды для Np, Pu и Am и пятивалентные для Np и Am. ^[105]

_{Наиболее сильным основанием является актиний. Все} соединения актиния бесцветны, за исключением черного сульфида актиния ( _Ac2S3 ). ^[93] Диоксиды четырехвалентных актинидов кристаллизуются в кубической системе , как и фторид кальция .

Торий, реагируя с кислородом, образует исключительно диоксид:

${\displaystyle {\ce {Th{}+O2->[{\ce {1000^{\circ }C}}]\overbrace {ThO2} ^{Thorium~dioxide}}}}$

Диоксид тория является тугоплавким материалом с самой высокой температурой плавления среди всех известных оксидов (3390 °C). ^[103] Добавление 0,8–1% ThO ₂ к вольфраму стабилизирует его структуру, поэтому легированные нити обладают лучшей механической устойчивостью к вибрациям. Чтобы растворить ThO ₂ в кислотах, его нагревают до 500–600 °C; нагревание выше 600 °C дает очень устойчивую к кислотам и другим реагентам форму ThO ₂ . Небольшая добавка ионов фтора катализирует растворение диоксида тория в кислотах.

Получены два оксида протактиния: PaO ₂ (черный) и Pa _​​2 O ₅ (белый); первый изоморфен ThO ₂ , а второй получить легче. Оба оксида являются основными, а Pa(OH) ₅ — слабое, плохо растворимое основание. ^[93]

Разложение некоторых солей урана, например UO ₂ (NO ₃ )·6H ₂ O, на воздухе при 400 °C дает оранжевый или желтый UO ₃ . ^[103] Этот оксид является амфотерным и образует несколько гидроксидов, наиболее стабильным из которых является гидроксид уранила UO ₂ (OH) ₂ . Реакция оксида урана (VI) с водородом приводит к диоксиду урана, который по своим свойствам похож на ThO ₂ . Этот оксид также является основным и соответствует гидроксиду урана U(OH) ₄ . ^[93]

Плутоний, нептуний и америций образуют два основных оксида: An ₂ O ₃ и AnO ₂ . Триоксид нептуния нестабилен; поэтому до сих пор удалось получить только Np ₃ O ₈ . Однако оксиды плутония и нептуния с химической формулой AnO ₂ и An ₂ O ₃ хорошо охарактеризованы. ^[93]

Соли

* Ан – актинид
**В зависимости от изотопов

Трииодид эйнштейния светится в темноте

Актиниды легко реагируют с галогенами, образуя соли с формулами MX ₃ и MX ₄ (X = галоген ). Так, первое соединение берклия, BkCl ₃ , было синтезировано в 1962 году в количестве 3 нанограмма. Как и галогены редкоземельных элементов, хлориды , бромиды и иодиды актинидов растворимы в воде, а фториды нерастворимы. Уран легко дает бесцветный гексафторид, который сублимируется при температуре 56,5 °C; из-за своей летучести он используется при разделении изотопов урана с помощью газовой центрифуги или газовой диффузии . Гексафториды актинидов имеют свойства, близкие к ангидридам . Они очень чувствительны к влаге и гидролизуются, образуя AnO ₂ F ₂ . ^[109] Были синтезированы пентахлорид и черный гексахлорид урана, но оба они нестабильны. ^[93]

При действии кислот на актиниды образуются соли, причем, если кислоты не являются окислителями, то актиноид в соли находится в низковалентном состоянии:

U ₊ 2H2SO4 → U _{( SO4} ) 2 + 2H2​

2 Pu + 6 HCl → 2 PuCl ₃ + 3 H ₂

Однако в этих реакциях регенерирующийся водород может реагировать с металлом, образуя соответствующий гидрид. Уран реагирует с кислотами и водой гораздо легче, чем торий. ^[93]

Соли актинидов можно получить также растворением соответствующих гидроксидов в кислотах. Нитраты, хлориды, сульфаты и перхлораты актинидов растворимы в воде. При кристаллизации из водных растворов эти соли образуют гидраты, такие как Th (NO3 ₎ 4 _· 6H2O _, Th(SO4)2·9H2O и Pu2(SO4)3·7H2O. Соли высоковалентных актинидов легко гидролизуются. Так, бесцветные сульфат, хлорид, перхлорат и нитрат тория переходят в основные соли с формулами Th(OH) 2SO4 _и Th(OH) _3NO3 . Растворимость и нерастворимость трехвалентных и четырехвалентных актинидов такая же, как у солей лантаноидов. Так, фосфаты, фториды , оксалаты , _иодаты и карбонаты актинидов слабо растворимы в воде _; они осаждаются в виде гидратов, таких как ThF 4 ·3H 2 O и Th(CrO4)2·3H2O. ^[93]

Актиноиды со степенью окисления +6, за исключением катионов типа AnO ₂ ²⁺ , образуют [AnO ₄ ] ²⁻ , [An ₂ O ₇ ] ²⁻ и другие комплексные анионы. Например, уран, нептуний и плутоний образуют соли типов Na ₂ UO ₄ ( уранат ) и (NH ₄ ) ₂ U ₂ O ₇ (диуранат). По сравнению с лантаноидами актиноиды легче образуют координационные соединения , и эта способность увеличивается с валентностью актиноида. Трехвалентные актиноиды не образуют фторидных координационных соединений, тогда как четырехвалентный торий образует комплексы K ₂ ThF ₆ , KThF ₅ и даже K ₅ ThF ₉ . Торий образует _также соответствующие сульфаты (например, _{Na2SO4 ·} Th(SO4 ₎ 2 _· 5H2O ₎ , нитраты и роданиды . Соли _с общей формулой An2Th ( NO3 ₎ 6 _· nH2O имеют координационную природу, при этом координационное число тория равно 12. Еще проще получить комплексные соли пятивалентных и шестивалентных актинидов. Наиболее устойчивые координационные соединения актинидов — четырехвалентного тория и урана — получаются в реакциях с дикетонами, например, с ацетилацетоном . ^[93]

Приложения

Внутренняя часть дымового извещателя, содержащего америций-241 .

Хотя актиниды имеют некоторые устоявшиеся применения в повседневной жизни, такие как детекторы дыма (америций) ^{[110] [111]} и газовые калильные сетки (торий) ^[78] , они в основном используются в ядерном оружии и в качестве топлива в ядерных реакторах. ^[78] Последние две области используют свойство актинидов выделять огромную энергию в ядерных реакциях, которые при определенных условиях могут стать самоподдерживающимися цепными реакциями .

Самосвечение ядерного реактора черенковским излучением .

Наиболее важным изотопом для ядерной энергетики является уран-235 . Он используется в тепловом реакторе , и его концентрация в природном уране не превышает 0,72%. Этот изотоп сильно поглощает тепловые нейтроны , выделяя много энергии. Один акт деления 1 грамма ²³⁵ U преобразуется примерно в 1 МВт·день. Важно то, что²³⁵
₉₂У
испускает больше нейтронов, чем поглощает; ^[112] при достижении критической массы ,²³⁵
₉₂У
вступает в самоподдерживающуюся цепную реакцию. ^[72] Обычно ядро ​​урана делится на два фрагмента с выделением 2–3 нейтронов, например:

²³⁵
₉₂У
+1 0н⟶¹¹⁵
₄₅резус-фактор
+¹¹⁸
₄₇Аг
+ 3¹
₀н

Другими перспективными изотопами актинидов для ядерной энергетики являются торий-232 и его продукт ториевого топливного цикла — уран-233 .

Выделение нейтронов при делении урана важно не только для поддержания цепной ядерной реакции, но и для синтеза более тяжелых актинидов. Уран-239 превращается посредством β-распада в плутоний-239, который, как и уран-235, способен к спонтанному делению. Первые в мире ядерные реакторы были построены не для получения энергии, а для производства плутония-239 для ядерного оружия.

Около половины производимого тория используется в качестве светоизлучающего материала газовых мантий. [ ^78] Торий также добавляется в многокомпонентные сплавы магния и цинка . Сплавы Mg-Th легкие и прочные, но также имеют высокую температуру плавления и пластичность и поэтому широко используются в авиационной промышленности и в производстве ракет . Торий также обладает хорошими свойствами электронной эмиссии , с длительным сроком службы и низким потенциальным барьером для эмиссии. ^[112] Относительное содержание изотопов тория и урана широко используется для оценки возраста различных объектов, включая звезды (см. радиометрическое датирование ). ^[115]

Основное применение плутония было в ядерном оружии , где изотоп плутоний-239 был ключевым компонентом из-за его легкости деления и доступности. Конструкции на основе плутония позволяют снизить критическую массу примерно до трети от урана-235. ^[116] Плутониевые бомбы типа « Толстяк », произведенные в ходе Манхэттенского проекта, использовали взрывное сжатие плутония для получения значительно более высоких плотностей, чем обычно, в сочетании с центральным источником нейтронов для начала реакции и повышения эффективности. Таким образом, для взрывной мощности, эквивалентной 20 килотоннам тротила , требовалось всего 6,2 кг плутония . ^[117] (См. также Проектирование ядерного оружия .) Гипотетически, всего 4 кг плутония — а может быть, даже меньше — можно было бы использовать для изготовления одной атомной бомбы с использованием очень сложных конструкций сборки. ^[118]

Плутоний-238 является потенциально более эффективным изотопом для ядерных реакторов, поскольку имеет меньшую критическую массу, чем уран-235, но он продолжает выделять много тепловой энергии (0,56 Вт/г) ^{[111] [119]} при распаде, даже когда цепная реакция деления остановлена ​​стержнями управления. Его применение ограничено его высокой ценой (около 1000 долларов США/г). Этот изотоп использовался в термобатареях и системах дистилляции воды некоторых космических спутников и станций. Космические корабли Галилео и Аполлон (например, Аполлон-14 ^[120] ) имели нагреватели, работающие на килограммовых количествах оксида плутония-238; это тепло также преобразуется в электричество с помощью термобатарей. Распад плутония-238 производит относительно безвредные альфа-частицы и не сопровождается гамма-излучением . Поэтому этот изотоп (~160 мг) используется в качестве источника энергии в кардиостимуляторах, где он работает примерно в 5 раз дольше, чем обычные батареи. ^[111]

Актиний-227 используется как источник нейтронов. Его высокая удельная энергия (14,5 Вт/г) и возможность получения значительных количеств термостабильных соединений привлекательны для использования в долговечных термоэлектрических генераторах для дистанционного применения. ^228Ac используется как индикатор радиоактивности в химических исследованиях, так как он испускает электроны высокой энергии (2,18 МэВ ) , которые легко обнаруживаются. Смеси ^228Ac - ^228Ra широко используются как интенсивный источник гамма-излучения в промышленности и медицине. ^[30]

Разработка самосветящихся актинидных легированных материалов с прочными кристаллическими матрицами является новой областью использования актинидов, поскольку добавление альфа-излучающих радионуклидов к некоторым стеклам и кристаллам может придать люминесценцию. ^[121]

Токсичность

Схематическое изображение проникновения радиации через листы бумаги, алюминия и свинцового кирпича.

Периодическая таблица с элементами, окрашенными в соответствии с периодом полураспада их наиболее стабильного изотопа.

  Элементы, содержащие по крайней мере один стабильный изотоп.

  Слаборадиоактивные элементы: самый стабильный изотоп очень долгоживущий, период полураспада составляет более двух миллионов лет.

  Радиоактивные элементы: самый стабильный изотоп имеет период полураспада от 800 до 34 000 лет.

  Значительно радиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада от одного дня до 130 лет.

  Высокорадиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада от нескольких минут до одних суток.

  Чрезвычайно радиоактивные элементы: самый стабильный из известных изотопов имеет период полураспада менее нескольких минут.

Радиоактивные вещества могут нанести вред здоровью человека через (i) местное загрязнение кожи, (ii) внутреннее облучение из-за приема радиоактивных изотопов и (iii) внешнее переоблучение β-активностью и γ-излучением . Вместе с радием и трансурановыми элементами актиний является одним из самых опасных радиоактивных ядов с высокой удельной α-активностью . Важнейшей особенностью актиния является его способность накапливаться и оставаться в поверхностном слое скелетов . На начальной стадии отравления актиний накапливается в печени . Другая опасность актиния заключается в том, что он подвергается радиоактивному распаду быстрее, чем выводится. Адсорбция из пищеварительного тракта у актиния намного меньше (~0,05%), чем у радия. ^[30]

Протактиний в организме имеет тенденцию накапливаться в почках и костях. Максимальная безопасная доза протактиния в организме человека составляет 0,03 мкКи , что соответствует 0,5 микрограммам ²³¹ Па. Этот изотоп, который может присутствовать в воздухе в виде аэрозоля , составляет 2,5 × 10^{В 8} раз токсичнее синильной кислоты . ^{[61] [ нужна страница ]}

Плутоний, попадая в организм через воздух, пищу или кровь (например, через рану), в основном оседает в легких, печени и костях, и только около 10% поступает в другие органы, и остается там в течение десятилетий. Длительное время пребывания плутония в организме отчасти объясняется его плохой растворимостью в воде. Некоторые изотопы плутония испускают ионизирующее α-излучение, которое повреждает окружающие клетки. Средняя смертельная доза (LD50 ₎ в течение 30 дней у собак после внутривенной инъекции плутония составляет 0,32 миллиграмма на кг массы тела, и, таким образом, смертельная доза для человека составляет приблизительно 22 мг для человека весом 70 кг; количество для респираторного воздействия должно быть приблизительно в четыре раза больше. Другая оценка предполагает, что плутоний в 50 раз менее токсичен, чем радий , и, таким образом, допустимое содержание плутония в организме должно составлять 5 мкг или 0,3 мкКи. Такое количество почти не видно под микроскопом. После испытаний на животных эта максимально допустимая доза была снижена до 0,65 мкг или 0,04 мкКи. Исследования на животных также показали, что наиболее опасным путем воздействия плутония является ингаляционный, после чего 5–25% вдыхаемых веществ задерживается в организме. В зависимости от размера частиц и растворимости соединений плутония, плутоний локализуется либо в легких, либо в лимфатической системе , либо всасывается в кровь и затем переносится в печень и кости. Загрязнение через пищу является наименее вероятным путем. В этом случае только около 0,05% растворимых и 0,01% нерастворимых соединений плутония всасывается в кровь, а остальное выводится. Воздействие плутония на поврежденную кожу задержит почти 100% его. ^[95]

Использование актинидов в ядерном топливе, закрытых радиоактивных источниках или современных материалах, таких как самосветящиеся кристаллы, имеет много потенциальных преимуществ. Однако серьезную озабоченность вызывает чрезвычайно высокая радиотоксичность актинидов и их миграция в окружающей среде. ^[122] Использование химически нестабильных форм актинидов в МОКС-топливе и закрытых радиоактивных источниках не соответствует современным стандартам безопасности. Существует проблема разработки стабильных и долговечных материалов, содержащих актиниды, которые обеспечивают безопасное хранение, использование и окончательную утилизацию. Ключевой потребностью является применение твердых растворов актинидов в долговечных кристаллических фазах-хозяевах. ^[121]

Ядерные свойства

See also

• Actinides in the environment
• Lanthanides
• Major actinides
• Minor actinides
• Transuranics

Notes

1. Nobelium and lawrencium were almost simultaneously discovered by Soviet and American scientists
2. Specific activity is calculated by given in the table half-lives and the probability of spontaneous fission

References

1. Theodore Gray (2009). The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe. New York: Black Dog & Leventhal Publishers. p. 240. ISBN 978-1-57912-814-2.
2. Morss, Lester; Asprey, Larned B. (1 August 2018). "Actinoid element". britannica.com. Encyclopædia Britannica. Retrieved 3 September 2020.
3. Neil G. Connelly; et al. (2005). "Elements". Nomenclature of Inorganic Chemistry. London: Royal Society of Chemistry. p. 52. ISBN 978-0-85404-438-2.
4. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. pp. 1230–1242. ISBN 978-0-08-037941-8.
5. Jensen, William B. (2015). "The positions of lanthanum (actinium) and lutetium (lawrencium) in the periodic table: an update". Foundations of Chemistry. 17: 23–31. doi:10.1007/s10698-015-9216-1. S2CID 98624395. Retrieved 28 January 2021.
6. Scerri, Eric (18 January 2021). "Provisional Report on Discussions on Group 3 of the Periodic Table". Chemistry International. 43 (1): 31–34. doi:10.1515/ci-2021-0115. S2CID 231694898.
7. Neve, Francesco (2022). "Chemistry of superheavy transition metals". Journal of Coordination Chemistry. 75 (17–18): 2287–2307. doi:10.1080/00958972.2022.2084394. S2CID 254097024.
8. Greenwood, p. 1250
9. Fields, P.; Studier, M.; Diamond, H.; Mech, J.; Inghram, M.; Pyle, G.; Stevens, C.; Fried, S.; Manning, W.; et al. (1956). "Transplutonium Elements in Thermonuclear Test Debris". Physical Review. 102 (1): 180–182. Bibcode:1956PhRv..102..180F. doi:10.1103/PhysRev.102.180.
10. Greenwood, p. 1252
11. Myasoedov, p. 7
12. E. Fermi (1934). "Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92". Nature. 133 (3372): 898–899. Bibcode:1934Natur.133..898F. doi:10.1038/133898a0.
13. Mehra, Jagdish; Rechenberg, Helmut (2001). The historical development of quantum theory. Springer. p. 966. ISBN 978-0-387-95086-0.
14. Seaborg, G. T. (1994). "118 – Origin of the actinide concept". In K.A. Gschneidner Jr., L; Eyring, G.R. Choppin; G.H. Landet (eds.). Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. Vol. 18 – Lanthanides/Actinides: Chemistry. Elsevier. pp. 4–6, 10–14.
15. Wallmann, J. C. (1959). "The first isolations of the transuranium elements: A historical survey". Journal of Chemical Education. 36 (7): 340. Bibcode:1959JChEd..36..340W. doi:10.1021/ed036p340.
16. Myasoedov, p. 9
17. Myasoedov, p. 14
18. Martin Heinrich Klaproth (1789). "Chemische Untersuchung des Uranits, einer neuentdeckten metallischen Substanz". Chemische Annalen. 2: 387–403.
19. E.-M. Péligot (1842). "Recherches Sur L'Uranium". Annales de chimie et de physique. 5 (5): 5–47.
20. Ingmar Grenthe (2006). "Uranium". The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. pp. 253–698. doi:10.1007/1-4020-3598-5_5. ISBN 978-1-4020-3555-5.
21. K. Zimmerman, Ann., 213, 290 (1882); 216, 1 (1883); Ber. 15 (1882) 849
22. Golub, p. 214
23. Berzelius, J. J. (1829). "Untersuchung eines neues Minerals und einer darin erhalten zuvor unbekannten Erde (Investigation of a new mineral and of a previously unknown earth contained therein)". Annalen der Physik und Chemie. 16 (7): 385–415. Bibcode:1829AnP....92..385B. doi:10.1002/andp.18290920702. (modern citation: Annalen der Physik, vol. 92, no. 7, pp. 385–415)
24. Berzelius, J. J. (1829). "Undersökning af ett nytt mineral (Thorit), som innehåller en förut obekant jord" (Investigation of a new mineral (thorite), as contained in a previously unknown earth)" (PDF). Kungliga Svenska Vetenskaps Akademiens Handlingar (Transactions of the Royal Swedish Science Academy): 1–30. Archived (PDF) from the original on 9 October 2022.
25. André-Louis Debierne (1899). "Sur un nouvelle matière radio-active". Comptes Rendus (in French). 129: 593–595.
26. André-Louis Debierne (1900–1901). "Sur un nouvelle matière radio-actif – l'actinium". Comptes Rendus (in French). 130: 906–908.
27. H. W. Kirby (1971). "The Discovery of Actinium". Isis. 62 (3): 290–308. doi:10.1086/350760. JSTOR 229943. S2CID 144651011.
28. J. P. Adloff (2000). "The centenary of a controversial discovery: actinium". Radiochim. Acta. 88 (3–4_2000): 123–128. doi:10.1524/ract.2000.88.3-4.123. S2CID 94016074.
29. Golub, p. 213
30. Z. K. Karalova; B. Myasoedov (1982). Actinium. Analytical chemistry items. Moscow: Nauka.
31. Hakala, Reino W. (1952). "Letters". Journal of Chemical Education. 29 (11): 581. Bibcode:1952JChEd..29..581H. doi:10.1021/ed029p581.2.
32. George B. Kauffman (1997). "Victor Moritz Goldschmidt (1888–1947): A Tribute to the Founder of Modern Geochemistry on the Fiftieth Anniversary of His Death". The Chemical Educator. 2 (5): 1–26. doi:10.1007/s00897970143a. S2CID 101664962.
33. John Emsley (2001). "Protactinium". Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England: Oxford University Press. pp. 347–349. ISBN 978-0-19-850340-8.
34. K. Fajans; O. Gohring (1913). "Über die komplexe Natur des Ur X". Naturwissenschaften. 1 (14): 339. Bibcode:1913NW......1..339F. doi:10.1007/BF01495360. S2CID 40667401.
35. K. Fajans; O. Gohring (1913). "Über das Uran X₂-das neue Element der Uranreihe". Physikalische Zeitschrift. 14: 877–84.
36. Greenwood, p. 1251
37. Edwin McMillan; Abelson, Philip (1940). "Radioactive Element 93". Physical Review. 57 (12): 1185–1186. Bibcode:1940PhRv...57.1185M. doi:10.1103/PhysRev.57.1185.2.
38. V.A. Mikhailov, ed. (1971). Analytical chemistry of neptunium. Moscow: Nauka.
39. Hanford Cultural Resources Program, US Department of Energy (2002). Hanford Site Historic District: History of the Plutonium Production Facilities, 1943–1990. Columbus OH: Battelle Press. pp. 1.22–1.27. doi:10.2172/807939. ISBN 978-1-57477-133-6.
40. Nina Hall (2000). The New Chemistry: A Showcase for Modern Chemistry and Its Applications. Cambridge University Press. pp. 8–9. ISBN 978-0-521-45224-3.
41. Myasoedov, p. 8
42. Thompson, S. G.; Ghiorso, A.; Seaborg, G. T. (1950). "Element 97". Phys. Rev. 77 (6): 838–839. Bibcode:1950PhRv...77..838T. doi:10.1103/PhysRev.77.838.2.
43. Thompson, S. G.; Ghiorso, A.; Seaborg, G. T. (1950). "The New Element Berkelium (Atomic Number 97)". Phys. Rev. 80 (5): 781–789. Bibcode:1950PhRv...80..781T. doi:10.1103/PhysRev.80.781.
44. Wallace W. Schulz (1976) The Chemistry of Americium, U.S. Department of Commerce, p. 1
45. Thompson, S.; Ghiorso, A.; Seaborg, G. (1950). "Element 97". Physical Review. 77 (6): 838–839. Bibcode:1950PhRv...77..838T. doi:10.1103/PhysRev.77.838.2.
46. Thompson, S.; Ghiorso, A.; Seaborg, G. (1950). "The New Element Berkelium (Atomic Number 97)". Physical Review. 80 (5): 781–789. Bibcode:1950PhRv...80..781T. doi:10.1103/PhysRev.80.781.
47. S. G. Thompson; K. Street Jr.; A. Ghiorso; G. T. Seaborg (1950). "Element 98". Physical Review. 78 (3): 298–299. Bibcode:1950PhRv...78..298T. doi:10.1103/PhysRev.78.298.2.
48. S. G. Thompson; K. Street Jr.; A. Ghiorso; G. T. Seaborg (1950). "The New Element Californium (Atomic Number 98)" (PDF). Physical Review. 80 (5): 790–796. Bibcode:1950PhRv...80..790T. doi:10.1103/PhysRev.80.790. Archived (PDF) from the original on 9 October 2022.
49. K. Street Jr.; S. G. Thompson; G. T. Seaborg (1950). "Chemical Properties of Californium". J. Am. Chem. Soc. 72 (10): 4832–4835. doi:10.1021/ja01166a528. hdl:2027/mdp.39015086449173. Archived from the original on 15 May 2016. Retrieved 23 October 2010.
50. S. G. Thompson and B. B. Cunningham (1958) "First Macroscopic Observations of the Chemical Properties of Berkelium and Californium", supplement to Paper P/825 presented at the Second Intl. Conf., Peaceful Uses Atomic Energy, Geneva
51. Darleane C. Hoffman, Albert Ghiorso, Glenn Theodore Seaborg (2000) The transuranium people: the inside story, Imperial College Press, ISBN 1-86094-087-0, pp. 141–142
52. A. Ghiorso; S. G. Thompson; G. H. Higgins; G. T. Seaborg; M. H. Studier; P. R. Fields; S. M. Fried; H. Diamond; J. F. Mech; G. L. Pyle; J. R. Huizenga; A. Hirsch; W. M. Manning; C. I. Browne; H. L. Smith; R. W. Spence (1955). "New Elements Einsteinium and Fermium, Atomic Numbers 99 and 100". Phys. Rev. 99 (3): 1048–1049. Bibcode:1955PhRv...99.1048G. doi:10.1103/PhysRev.99.1048.
53. S. Thompson; A. Ghiorso; B. G. Harvey; G. R. Choppin (1954). "Transcurium Isotopes Produced in the Neutron Irradiation of Plutonium". Physical Review. 93 (4): 908. Bibcode:1954PhRv...93..908T. doi:10.1103/PhysRev.93.908.
54. G. R. Choppin; S. G. Thompson; A. Ghiorso; B. G. Harvey (1954). "Nuclear Properties of Some Isotopes of Californium, Elements 99 and 100". Physical Review. 94 (4): 1080–1081. Bibcode:1954PhRv...94.1080C. doi:10.1103/PhysRev.94.1080.
55. Albert Ghiorso (2003). "Einsteinium and Fermium". Chemical and Engineering News. 81 (36).
56. A. Ghiorso; B. Harvey; G. Choppin; S. Thompson; G. Seaborg (1955). New Element Mendelevium, Atomic Number 101. Vol. 98. pp. 1518–1519. Bibcode:1955PhRv...98.1518G. doi:10.1103/PhysRev.98.1518. ISBN 978-981-02-1440-1. {{cite book}}: |journal= ignored (help)
57. Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "The NUBASE2020 evaluation of nuclear properties" (PDF). Chinese Physics C. 45 (3): 030001. doi:10.1088/1674-1137/abddae.
58. "Table of nuclides, IAEA". Retrieved 7 July 2010.
59. Myasoedov, pp. 19–21
60. Greenwood, p. 1254
61. E.S. Palshin (1968). Analytical chemistry of protactinium. Moscow: Nauka.
62. I.P. Alimarin (1962). A.P. Vinogradov (ed.). Analytical chemistry of uranium. Moscow: Publisher USSR Academy of Sciences.
63. Myasoedov, p. 18
64. Myasoedov, p. 22
65. Myasoedov, p. 25
66. "Table of elements, compounds, isotopes" (in Russian). Archived from the original on 12 July 2010. Retrieved 7 July 2010.
67. Standard Atomic Weights 2013. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights
68. Soppera, N.; Bossant, M.; Dupont, E. (2014). "JANIS 4: An Improved Version of the NEA Java-based Nuclear Data Information System". Nuclear Data Sheets. 120. Elsevier BV: 294–296. Bibcode:2014NDS...120..294S. doi:10.1016/j.nds.2014.07.071.
69. Matthew W. Francis et al. (2014). Reactor fuel isotopics and code validation for nuclear applications. ORNL/TM-2014/464, Oak Ridge, Tennessee, p. 11
70. Jay H. Lehr; Janet K. Lehr (2000). Standard handbook of environmental science, health, and technology. McGraw-Hill Professional. pp. 2–38. ISBN 978-0-07-038309-8.
71. Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
72. Yu.D. Tretyakov, ed. (2007). Non-organic chemistry in three volumes. Chemistry of transition elements. Vol. 3. Moscow: Academy. ISBN 978-5-7695-2533-9.
73. "World Uranium Mining". World Nuclear Association. Archived from the original on 26 June 2010. Retrieved 11 June 2010.
74. F. Weigel; J. Katz; G. Seaborg (1997). The Chemistry of the Actinide Elements. Vol. 2. Moscow: Mir. ISBN 978-5-03-001885-0.
75. Thorium, USGS Mineral Commodities
76. Golub, pp. 215–217
77. Greenwood, pp. 1255, 1261
78. Greenwood, p. 1255
79. A. E. van Arkel; de Boer, J. H. (1925). "Darstellung von reinem Titanium-, Zirkonium-, Hafnium- und Thoriummetall". Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie (in German). 148 (1): 345–350. doi:10.1002/zaac.19251480133.
80. Hamilton, David C. (1965). "Position of Lanthanum in the Periodic Table". American Journal of Physics. 33 (8): 637–640. Bibcode:1965AmJPh..33..637H. doi:10.1119/1.1972042.
81. Tomeček, Josef; Li, Cen; Schreckenbach, Georg (2023). "Actinium coordination chemistry: A density functional theory study with monodentate and bidentate ligands". Journal of Computational Chemistry. 44 (3): 334–345. doi:10.1002/jcc.26929. PMID 35668552. S2CID 249433367.
82. Johnson, David (1984). The Periodic Law (PDF). The Royal Society of Chemistry. ISBN 0-85186-428-7.
83. I.L. Knunyants (1961). Short Chemical Encyclopedia. Vol. 1. Moscow: Soviet Encyclopedia.
84. Golub, pp. 218–219
85. Greenwood, p. 1263
86. John Emsley (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements (New ed.). New York, NY: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960563-7.
87. Peterson, Ivars (7 December 1991). "Uranium displays rare type of radioactivity". Science News. Archived from the original on 18 January 2012.
88. Greenwood, p. 1265
89. Domanov, V. P.; Lobanov, Yu. V. (October 2011). "Formation of volatile curium(VI) trioxide CmO3". Radiochemistry. 53 (5): 453–456. doi:10.1134/S1066362211050018. ISSN 1066-3622. S2CID 98052484.
90. Greenwood, p. 1264
91. General Properties and Reactions of the Actinides. LibreTexts. 22 May 2015. Many actinide metals, hydrides, carbides, alloys and other compounds may ignite at room temperature in a finely divided state.
92. Myasoedov, pp. 30–31
93. Golub, pp. 222–227
94. Greenwood, p. 1278
95. B.A. Nadykto; L.F.Timofeeva, eds. (2003). Plutonium. Fundamental Problems. Vol. 1. Sarov: VNIIEF. ISBN 978-5-9515-0024-3.
96. M. S. Milyukova (1965). Analytical chemistry of plutonium. Moscow: Nauka. ISBN 978-0-250-39918-5.
97. Myasoedov, pp. 25–29
98. Deblonde, Gauthier J.-P.; Sturzbecher-Hoehne, Manuel; Jong, Wibe A. de; Brabec, Jiri; Corie Y. Ralston; Illy, Marie-Claire; An, Dahlia D.; Rupert, Peter B.; Strong, Roland K. (September 2017). "Chelation and stabilization of berkelium in oxidation state +IV". Nature Chemistry. 9 (9): 843–849. Bibcode:2017NatCh...9..843D. doi:10.1038/nchem.2759. ISSN 1755-4349. OSTI 1436161. PMID 28837177.
99. Myasoedov, p. 88
100. "Таблица Inorganic and Coordination compounds" (in Russian). Retrieved 11 July 2010.
101. According to other sources, cubic sesquioxide of curium is olive-green. See "Соединения curium site XuMuK.ru" (in Russian). Archived from the original on 18 August 2010. Retrieved 11 July 2010.
102. The atmosphere during the synthesis affects the lattice parameters, which might be due to non-stoichiometry as a result of oxidation or reduction of the trivalent californium. Main form is the cubic oxide of californium(III).
103. Greenwood, p. 1268
104. L.R. Morss; Norman M. Edelstein; Jean Fuger (2011). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (Set Vol.1–6). Springer. p. 2139. ISBN 978-94-007-0210-3.
105. Krivovichev, Sergei; Burns, Peter; Tananaev, Ivan (2006). "Chapter 3". Structural Chemistry of Inorganic Actinide Compounds. Elsevier. pp. 67–78. ISBN 978-0-08-046791-7.
106. Greenwood, p. 1270
107. Myasoedov, pp. 96–99
108. Nave, S.; Haire, R.; Huray, Paul (1983). "Magnetic properties of actinide elements having the 5f⁶ and 5f⁷ electronic configurations". Physical Review B. 28 (5): 2317–2327. Bibcode:1983PhRvB..28.2317N. doi:10.1103/PhysRevB.28.2317.
109. Greenwood, p.1269
110. Smoke Detectors and Americium, Nuclear Issues Briefing Paper 35, May 2002
111. Greenwood, p. 1262
112. Golub, pp. 220–221
113. G. G. Bartolomei; V. D. Baybakov; M. S. Alkhutov; G. A. Bach (1982). Basic theories and methods of calculation of nuclear reactors. Moscow: Energoatomizdat.
114. Greenwood, pp. 1256–1261
115. Sergey Popov; Alexander Sergeev (2008). "Universal Alchemy". Vokrug Sveta (in Russian). 2811 (4).
116. David L. Heiserman (1992). "Element 94: Plutonium". Exploring Chemical Elements and their Compounds. New York: TAB Books. p. 338. ISBN 978-0-8306-3018-9.
117. John Malik (September 1985). The Yields of the Hiroshima and Nagasaki Explosions (PDF). Los Alamos. p. Table VI. LA-8819. Archived (PDF) from the original on 24 February 2009. Retrieved 15 February 2009.
118. "Nuclear Weapon Design". Federation of American Scientists. 1998. Archived from the original on 26 December 2008. Retrieved 7 December 2008.
119. John Holdren and Matthew Bunn Nuclear Weapons Design & Materials. Project on Managing the Atom (MTA) for NTI. 25 November 2002
120. Apollo 14 Press Kit – 01/11/71 Archived 21 July 2019 at the Wayback Machine, NASA, pp. 38–39
121. B.E. Burakov; M.I Ojovan; W.E. Lee (2010). Crystalline Materials for Actinide Immobilisation. World Scientific. ISBN 978-1-84816-418-5.
122. M. I. Ojovan; W.E. Lee (2005). An Introduction to Nuclear Waste Immobilisation. Amsterdam: Elsevier. ISBN 978-0-08-044462-8.
123. "Half-lives and branching fractions for actinides and natural decay products". www-nds.iaea.org. IAEA. Retrieved 29 September 2018.

Bibliography

• Golub, A. M. (1971). Общая и неорганическая химия (General and Inorganic Chemistry). Vol. 2.
• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
• Myasoedov, B. (1972). Analytical chemistry of transplutonium elements. Moscow: Nauka. ISBN 978-0-470-62715-0.

External links

• Lawrence Berkeley Laboratory image of historic periodic table by Seaborg showing actinide series for the first time
• Lawrence Livermore National Laboratory, Uncovering the Secrets of the Actinides
• Los Alamos National Laboratory, Actinide Research Quarterly