Aktinium
Aktinium on radioaktiivinen metallinen alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Ac () ja järjestysluku on 89. Aktinium on jaksollisen järjestelmän aktinoidien sarjan ensimmäinen jäsen. Kemiallisilta ominaisuuksiltaan se muistuttaa suuresti lantaania. Radioaktiivisuutensa takia aktinium hohtaa pimeässä aavemaista sinistä valoa, joka johtuu voimakkaan radioaktiivisuuden ilmaan aiheuttamasta Tšerenkovin säteilystä. Luonnossa aktiniumia löytyy vähäisiä määriä uraanimalmista Ac isotooppina, joka on myös alkuaineen tärkein isotooppi. Ac on pääasiassa β-säteilijä jonka puoliintumisaika on 21,772 vuotta. Tonnissa pikivälkettä on noin 0,15 grammaa aktiniumia.
Aktinium on pehmeä, hopeanvalkoinen metalli, jolla on vain vähäinen rooli luonnossa tai yhteiskunnassa. Alkuainetta tuotetaan vain hyvin pieniä määriä lähinnä tutkimuskäyttöön.
Aktiniumin löysi ranskalainen kemisti André-Louis Debierne erottaessaan pikivälkkeestä uraania Pariisissa vuonna 1899. Myös Friedrich Oskar Giesel riippumattomasti havaitsi aktiniumin 1902, ja totesi sen olevan lantaanin kaltaista ainetta. Hän nimesi löytönsä "emaniumiksi", koska se lähettää "emanaatioita" (säteilyä). Aktiniumin moderni nimi, kuten myös aktinoidien sarjan nimikin, on peräisin kreikan kielen sädettä tai säteilyä tarkoittavasta sanasta "aktinos" (ακτινος).
Aktinium on pehmeä, hopeanvalkoinen metalli. Sen tiheys on 10,07 g/cm. Sulamispiste on 1 227 °C ja arvioitu kiehumispiste 3 200±300 °C.
Vain rajoitettu määrä aktiniumin yhdisteitä tunnetaan, kuten AcF, AcCl, AcBr, AcOF, AcOCl, AcOBr, AcS, AcO, AcH, Ac(CO) ja AcPO. Paitsi AcPO, nämä kaikki ovat samankaltaisia kuin vastaavat lantaanin yhdisteet. Aktinium esiintyy näissä aina hapetusluvulla +3.
Taulukossa on esitetty aktiniumin ja sen eräiden yhdisteiden ominaisuuksia ja kiderakenne. Hilavakiot poikkeavat vastaavista lantaanin yhdisteistä vain muutamalla prosentilla.
Aktinium(III)oksidia (AcO) voidaan valmistaa kuumentamalla aktiniumhydroksidia Ac(OH) 500 °C:een tai aktinium(III)oksalaattia Ac(CO) 1 100 °C:n lämpötilaan (tyhjiössä):
Aktiniumoksidin kiderakenne on samanlainen kuin lantaanioksidilla ja muilla +3 hapetusluvun harvinaisten maametallien oksideilla.
Actiniumin halidit kolmen ensimmäisen halogeenin kanssa tunnetaan, samoin vastaavat oksyhalidit AcOF, AcOCl, AcOBr. Aktiniumfluoridia AcF voidaan valmistaa reaktiolla (700 °C lämpötilassa):
Aktiniumkloridia AcCl valmistetaan reaktiolla:
ja aktiniumbromidia AcBr reaktiolla (800 °C lämpötilassa):
Aktiniumille tunnetaan ainakin hydridi AcH. On ennustettu että aktiniumin hydridit AcH, AcH, AcH suuren paineen alaisina olisivat huoneenlämpötilan suprajohteita, koska niiden T on paljon suurempi kuin H3S-suprajohteen, mahdollisesti noin 250 K.
Yhteensä aktiniumin isotooppeja tunnetaan 32. Niiden massaluvut ovat välillä 205–236. Useimmat ovat hyvin lyhytikäisiä. Isotoopeista tärkeimpiä ovat Ac, Ac, ja Ac. Pysyvimmät isotoopit ovat Ac puoliintumisajalla 21,772 vuotta, Ac puoliintumisajalla 9,920 päivää ja Ac 29,37 tuntia. Kaikkien muiden isotooppien puoliintumisajat ovat alle 10 tuntia, useimpien alle minuutin. Nopeimmin hajoaa isotooppi Ac jonka puoliintumisaika on vain 69 ns. Aktiniumilla on myös ainakin yhdeksän ydinisomeeria.
Pysyvin isotooppi Ac, joka on uraani-235 isotoopin hajoamistuote, hajoaa lähes kokonaan torium-227 isotoopiksi, mutta noin 1 % hajoaa frankium-223:ksi. Tämä hajoamisketju haaroineen on aktiniumsarja.
Luonnossa aktiniumia löytyy vähäisiä määriä uraanimalmista Ac isotooppina. Sen pitoisuuden arvioidaan olevan maankuoressa 5,7·10 ppm, josta on laskettu teoreettiseksi isotoopin kokonaisvarastoksi maankuoressa 1,4·10 tonnia. Isotooppia Ac on löydetty vielä tätäkin pienempiä määriä brasilialaisesta monatsiitista, jossa se esiintyy yhdessä toriumin isotoopin Th kanssa.
Merivedessä aktiniumia on äärimmäisen vähän. Sen aiheuttama radioaktiivisuus maailman merissä on eri arvioiden mukaan 0,83–90 mBq/m välillä. Isotooppia Ac on käytetty geokemiallisena merkkiaineena tutkittaessa syvänmeren veden virtauksia ja sekoittumista.
Aktinium on 150 kertaa radioaktiivisempi kuin radium, mikä tekee siitä arvokkaan neutronilähteen, muutoin sillä ei ole merkittävää teollista käyttöä.
Ac isotooppia on käytetty avaruusluotainten radioisotooppisissa termosähkögeneraattoreissa.
Ac-isotooppia käytetään lääketieteessä tuottamaan vismutti-213-isotooppia tai sitä voidaan käyttää yksin radioimmunoterapiassa.
Vaikka Ac on itsessään lähinnä heikko beetasäteilijä, sen hajoamissarjassa on viisi nopeasti hajoavaa α-säteilijää, mikä tekee isotoopista merkittävästi radioaktiivisen. Potentiaalisilta terveysvaikutuksiltaan aktinium-227:n säteily on suunnilleen yhtä vaarallinen kuin plutoniumin. Pienikin määrä, etenkin elimistöön joutuessaan, muodostaa vakavan terveysriskin aktiniumin suuren säteilyn vuoksi. Aktiniumilla ei ole mitään osaa elävien organismien kannalta. Luonnossa esiintyvien erittäin vähäisten määrien lisäksi aktiniumia voi olla ydinvoimaloiden säteilevissä osissa ja tutkimuslaboratorioissa tai muissa poikkeuksellisissa oloissa. Vaaralliselle määrälle aktiniumia luonnossa ei voi altistua.