Họ Actini

Các actinide / æ k t ɪ n aɪ d / hoặc actinoid / æ k t ɪ n ɔɪ d / (IUPAC danh pháp) loạt bao gồm 15 kim nguyên tố hóa học với số nguyên tử 89-103, actini qua lawrenci.
Nói một cách chính xác, cả Actinium và lawrencium đều được dán nhãn là các yếu tố nhóm 3, nhưng cả hai yếu tố này thường được đưa vào bất kỳ cuộc thảo luận chung nào về hóa học của các yếu tố Actinide. Actinium thường bị bỏ qua hơn cả hai, bởi vì vị trí của nó như là một yếu tố nhóm 3 có phần phổ biến hơn trong các văn bản và vì lý do ngữ nghĩa: vì "Actinide" có nghĩa là "giống như Actinium", người ta đã lập luận rằng Actinium không thể là một loại Actinide, nhưng IUPAC thừa nhận sự bao gồm của nó dựa trên việc sử dụng phổ biến. 
Sê-ri Actinide lấy tên từ yếu tố đầu tiên trong sê-ri, Actinium. Ký hiệu hóa học không chính thức An được sử dụng trong các cuộc thảo luận chung về hóa học Actinide để chỉ bất kỳ loại Actinide nào. Tất cả, ngoại trừ một trong những loại thuốc tím là các nguyên tố khối f, ngoại trừ là Actinium hoặc lawrencium. Sê-ri chủ yếu tương ứng với việc lấp đầy lớp vỏ điện tử 5f, mặc dù Actinium và thorium không có bất kỳ electron 5f nào, và curium và lawrencium có cùng số với nguyên tố trước. So với các lanthanide, cũng chủ yếu là các nguyên tố khối f, các actinide cho thấy hóa trị thay đổi nhiều hơn nhiều. Chúng đều có nguyên tử rất lớn vàbán kính ion và thể hiện một loạt các tính chất vật lý lớn bất thường. Trong khi Actinium và Actinide muộn (từ Mỹ trở đi) hoạt động tương tự như lanthanide, các nguyên tố thorium, protactinium và uranium giống với các kim loại chuyển tiếp trong hóa học của chúng, với neptunium và plutonium chiếm vị trí trung gian.
Tất cả các loại thuốc tím đều là chất phóng xạ và giải phóng năng lượng khi phân rã phóng xạ; uranium và thorium xuất hiện tự nhiên, và plutonium được sản xuất tổng hợp là những Actinide có nhiều nhất trên Trái đất. Chúng được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân và vũ khí hạt nhân. Uranium và thorium cũng có cách sử dụng hiện tại hoặc lịch sử đa dạng, và American được sử dụng trong các buồng ion hóa của hầu hết các máy dò khói hiện đại.
Trong số các Actinide, thorium nguyên thủy và uranium xảy ra tự nhiên với số lượng đáng kể. Sự phân rã phóng xạ của urani tạo ra một lượng Actinium và protactin thoáng qua, và các nguyên tử của neptunium và plutonium đôi khi được tạo ra từ các phản ứng chuyển hóa trong quặng urani. Các Actinide khác là các yếu tố hoàn toàn tổng hợp.  Các thử nghiệm vũ khí hạt nhân đã phóng thích ít nhất sáu loại actinide nặng hơn plutoni vào môi trường; phân tích các mảnh vỡ từ một quả bom hydro năm 1952vụ nổ cho thấy sự hiện diện của mỹ, curium, berkelium, californiaium, einsteinium và fermium. 
Trong các bài thuyết trình của bảng tuần hoàn, lanthanides và actinide thường được hiển thị dưới dạng hai hàng bổ sung bên dưới thân chính của bảng,  với các phần giữ chỗ hoặc một phần tử được chọn khác của mỗi chuỗi (lanthanum hoặc lutetium, và cả Actinium hoặc lawrencium, tương ứng) được hiển thị trong một ô duy nhất của bảng chính, giữa barium và hafnium, và radium và rutherfordium, tương ứng. Quy ước này hoàn toàn là vấn đề thẩm mỹvà định dạng thực tiễn; một bảng tuần hoàn có định dạng rộng hiếm khi được sử dụng sẽ chèn chuỗi lanthanide và actinide vào vị trí thích hợp của chúng, như là một phần của hàng thứ sáu và thứ bảy của bảng.

Từ actinium đến uranium

Uranium và thorium là những Actinide đầu tiên được phát hiện. Uranium được xác định vào năm 1789 bởi nhà hóa học người Đức Martin Heinrich Klaproth trong quặng pitchblende. Ông đặt tên nó theo hành tinh Thiên vương tinh,  đã được phát hiện chỉ tám năm trước đó. Klaproth đã có thể kết tủa một hợp chất màu vàng (có khả năng là natri diururat) bằng cách hòa tan pitchblende trong axit nitric và trung hòa dung dịch bằng natri hydroxit. Sau đó, anh ta giảm bột màu vàng thu được bằng than củi và chiết xuất một chất màu đen mà anh ta nhầm với kim loại.  Chỉ 60 năm sau, nhà khoa học người PhápEugène-Melchior Péligot xác định nó là oxit urani. Ông cũng đã phân lập mẫu kim loại urani đầu tiên bằng cách đun nóng urani tetraclorua bằng kali kim loại.  Các khối lượng nguyên tử uranium sau đó đã được tính như 120, nhưng Dmitri Mendeleev năm 1872 điều chỉnh nó để 240 sử dụng luật tuần hoàn của mình. Giá trị này đã được xác nhận bằng thực nghiệm vào năm 1882 bởi K. Zimmerman. 
Ôxít Thorium được phát hiện bởi Friedrich Wöhler trong khoáng vật Thorianite, được tìm thấy ở Na Uy (1827).  Jöns Jacob Berzelius đã mô tả vật liệu này chi tiết hơn vào năm 1828. Bằng cách khử thorium tetrachloride bằng kali, ông đã phân lập kim loại và đặt tên nó là thorium theo thần sấm sét và sét Thor.  Phương pháp cách ly tương tự sau đó được Péligot sử dụng cho uranium. 
Actinium được phát hiện vào năm 1899 bởi André-Louis Debierne, một trợ lý của Marie Curie, trong chất thải pitchblende còn lại sau khi loại bỏ radium và polonium. Ông mô tả chất này (vào năm 1899) tương tự như titan  và (năm 1900) tương tự như thorium.  Tuy nhiên, việc phát hiện ra Actinium của Debierne đã bị nghi ngờ vào năm 1971  và 2000,  cho rằng các ấn phẩm của Debierne năm 1904 đã mâu thuẫn với tác phẩm trước đó của ông vào năm 1899. Quan điểm này thay vào đó ghi nhận công trình năm 1902 của Friedrich Oskar G Diesel, người đã phát hiện ra một nguyên tố phóng xạ có tên là emaniumhành vi tương tự như lanthanum. Tên Actinium xuất phát từ tiếng Hy Lạp aktis, aktinos (ακτίς, aκτίκτίςς), có nghĩa là chùm hoặc tia. Kim loại này được phát hiện không phải bởi bức xạ của chính nó mà bởi bức xạ của các sản phẩm con gái.  Do sự tương đồng gần gũi của Actinium và lanthanum và độ phong phú thấp, Actinium tinh khiết chỉ có thể được sản xuất vào năm 1950. Thuật ngữ Actinide có thể được Victor Goldschmidt giới thiệu vào năm 1937. 
Protactinium có thể được phân lập vào năm 1900 bởi William Crookes.  Nó được xác định lần đầu tiên vào năm 1913, khi Kasimir Fajans và Oswald Helmuth Göhring gặp phải đồng vị tồn tại ngắn ²³⁴ᵐ Pa (thời gian bán hủy 1,17 phút) trong quá trình nghiên cứu về sự phân rã ²³⁸ U. Họ đặt tên cho nguyên tố mới là brevium (từ tiếng Latin brevis có nghĩa ngắn gọn);  tên được đổi thành protoactinium (từ tiếng Hy Lạp πρῶτotta + có nghĩa là "nguyên tố chùm tia đầu tiên") vào năm 1918 khi hai nhóm các nhà khoa học, dẫn đầu là người Áo Lise Meitner và Otto Hahncủa Đức và Frederick Soddy và John Cranston của Vương quốc Anh, đã phát hiện ra một cách độc lập ²³¹ Pa. Cuộc sống được rút ngắn thành protactinium vào năm 1949. Yếu tố này ít được đặc trưng cho đến năm 1960, khi AG Maddock và đồng nghiệp ở Anh cô lập 130 gram protactinium từ 60 tấn chất thải còn lại sau khi khai thác uranium từ quặng của nó.

Độc tính

Các chất phóng xạ có thể gây hại cho sức khỏe con người thông qua (i) ô nhiễm da cục bộ, (ii) phơi nhiễm bên trong do nuốt phải các đồng vị phóng xạ và (iii) tiếp xúc quá mức bên ngoài bởi hoạt động và phóng xạ. Cùng với các nguyên tố radium và transuranium, Actinium là một trong những chất độc phóng xạ nguy hiểm nhất với hoạt tính α đặc hiệu cao. Tính năng quan trọng nhất của Actinium là khả năng tích lũy và tồn tại trong lớp bề mặt của bộ xương. Ở giai đoạn đầu của ngộ độc, Actinium tích lũy trong gan. Một mối nguy hiểm khác của Actinium là nó trải qua quá trình phân rã phóng xạ nhanh hơn là được bài tiết. Hấp phụtừ đường tiêu hóa nhỏ hơn nhiều (~ 0,05%) đối với Actinium so với radium. 
Protactinium trong cơ thể có xu hướng tích lũy trong thận và xương. Liều an toàn tối đa protactini trong cơ thể con người là 0,03 μCi tương ứng với 0,5 microgram ²³¹Pa. Đồng vị này, mà có thể có mặt trong không khí như bình xịt, là 2,5 × 10 ⁸ độc hại hơn lần axit hydrocyanic. 
Plutonium, khi đi vào cơ thể qua không khí, thức ăn hoặc máu (ví dụ như vết thương), chủ yếu lắng đọng trong phổi, gan và xương với chỉ khoảng 10% đi đến các cơ quan khác, và tồn tại ở đó trong nhiều thập kỷ. Thời gian cư trú dài của plutonium trong cơ thể được giải thích một phần bởi khả năng hòa tan kém trong nước. Một số đồng vị của plutoni phát ra bức xạ ion hóa, làm hỏng các tế bào xung quanh. Các liều gây chết trung bình (LD ₅₀) trong 30 ngày ở chó sau khi tiêm tĩnh mạch plutonium là 0,32 miligam mỗi kg trọng lượng cơ thể, và do đó liều gây tử vong đối với con người là khoảng 22 mg cho một người nặng 70 kg; số lượng tiếp xúc hô hấp nên lớn hơn khoảng bốn lần. Một ước tính khác cho rằng plutonium ít độc hơn 50 lần so với radiumvà do đó, hàm lượng plutoni trong cơ thể được cho phép là 5 5g hoặc 0,3CCi. Số lượng như vậy là gần như vô hình trong dưới kính hiển vi. Sau các thử nghiệm trên động vật, liều lượng tối đa cho phép này đã giảm xuống còn 0,65 Giảmg hoặc 0,04 GiảmCi. Các nghiên cứu trên động vật cũng tiết lộ rằng con đường tiếp xúc với plutonium nguy hiểm nhất là qua đường hô hấp, sau đó 5 525% các chất hít vào được giữ lại trong cơ thể. Tùy thuộc vào kích thước hạt và độ hòa tan của các hợp chất plutoni, plutoni được định vị trong phổi hoặc trong hệ bạch huyếthoặc được hấp thụ vào máu và sau đó được vận chuyển đến gan và xương. Ô nhiễm qua thực phẩm là cách ít khả năng nhất. Trong trường hợp này, chỉ có khoảng 0,05% hợp chất hòa tan 0,01% hòa tan của plutoni hấp thụ vào máu, và phần còn lại được bài tiết. Việc tiếp xúc với da bị tổn thương với plutonium sẽ giữ lại gần 100%. 
Sử dụng Actinide trong nhiên liệu hạt nhân, nguồn phóng xạ kín hoặc vật liệu tiên tiến như tinh thể tự phát sáng có nhiều lợi ích tiềm năng. Tuy nhiên, một mối quan tâm nghiêm trọng là độc tính phóng xạ cực cao của các loại thuốc tím và sự di cư của chúng trong môi trường.  Việc sử dụng các dạng actinide không ổn định về mặt hóa học trong MOX và các nguồn phóng xạ kín không phù hợp với các tiêu chuẩn an toàn hiện đại. Có một thách thức để phát triển các vật liệu mang Actinide ổn định và bền, cung cấp lưu trữ an toàn, sử dụng và thải bỏ cuối cùng. Một nhu cầu quan trọng là ứng dụng các dung dịch rắn Actinide trong các pha vật chủ tinh thể bền.