Актиноиды

Актиноиды

(актиниды), семейство из 14 радиоактивных элементов III гр. 7-го периода периодич. системы (ат. н. 90-103), следующих за актинием: торий Th, протактиний Ра, уран U, нептуний Np, плутоний Ри, америций Am, кюрии Cm, берклий Bk, калифорний Cf, эйнштейний Es, фермий Fm, менделевий Md, нобелий No и лоуренсий Lr (для последних двух элементов название не общепринято). Актиноиды объединяются, подобно лантаноидам, в особую группу благодаря сходству конфигураций внеш. электронных оболочек их атомов (см. табл.), чем обусловлена близость мн. хим. св-в. Гипотеза о существовании в 7-м периоде семейства актиноидов была выдвинута Г. Сиборгом в начале 1940-х гг.

При последоват. переходе от Ас к Lr новые электроны заполняют, как и у лантаноидов, места не на внеш. оболочках-шестой и седьмой, а более близкую к ядру оболочку 5f Вследствие этого строение двух внеш. оболочек оказывается одинаковым. У первых актиноидов (до Am) энергии связи 5f-и 6d-электронов с ядром атома мало различаются, причем иногда энергия связи 5f-электронов больше энергии связи 6d-электронов. Поэтому у атомов и ионов элементов, непосредственно следующих за Ас, могут заполняться 5f-и(или) 6Л-оболочки.

Степени окисления актиноидов чрезвычайно разнообразны; первые члены семейства, в отличие от лантаноидов, имеют неск. степеней окисления. Так, Th, Ра и U образуют Наиб. устойчивые соед. в степенях окисления соотв. + 4, + 5 и + 6. Начиная с Am Наиб. устойчива степень окисления 4- 3; Cm и Bk в водных р-рах, кроме степени окисления + 3, могут иметь относительно устойчивую степень окисления + 4, a Cf, Es, Fm, Md и No-также + 2.

ХАРАКТЕРИСТИКИ АКТИНОИДОВ И АКТИНИЯ

 

Ат. н.

Символ

Электронная конфигурация

Степень окисления

Атомный радиус, нм

Ионный радиус, нм











М3+ М4 +

89

Ас

6s26p66d17s2

+ 3

0, 188

0, 1071 —

90

Th

5f76s26p66d27s2

+ 3, +4

0, 180

0, 1051 0, 0984

91

Ра

5f26s26p66dl7s2(или 5f'6s26p66d27s2

+ 3, +4, +5

0, 163

0, 1034 0, 0944

92

U

5f36s26p66d17s2

от +3 до +6

0, 156

0, 1005 0, 0929

93

Np

5f56s26p67s2

от +3 до +7

0, 155

0, 0986 0, 0913

94

Ри

5f66s26p67s2

от +3 до +7

0, 160

0, 0974 0, 0896

95

Am

5f76s26p67s2

от +2 до +7

0, 174

0, 0962 0, 0888

96

Cm

5f4s26p66d17s2

от +3 до +6

0, 175

0, 0946 0, 0886

97

Bk

5f86s26p66d17s2 (или 5f96s26p67s2)

+ 3, +4

—

0, 0935 0, 0870

98

Cf

5fio6s26p67s2

+ 2, + 3, +4

0, 169

0, 0962 —

99

Es

5f116s26p67s2

+ 2, +3

—

0, 0953 —

100

Fm

5f126s26p67s2

+ 2, +3

_

0, 0943 -

101

Md

5f136s26p67s2

+ 1, - 1-2, +3

_

0, 0934 —

102

(No)

5f'146s26p67s2

+ 2, +3

_

0, 0928 —

103

(Lr)

Sf146s26p66d17S2

+ 3

—

0, 0921 —

Родственные соед. актиноидов и самого Ас часто изоструктурны, причем с ростом атомного номера параметры кристаллич. решеток монотонно уменьшаются. По мере увеличения заряда ядра снижаются значения ионных радиусов, т.е. наблюдается "актиноидное сжатие" (аналогичное "лантаноид-ному сжатию"), обусловленное последоват. заполнением электронами 5f-оболочки (для лантаноидов-4f-оболочки). Разница в энергиях ионизации отд. актиноидов невелика, что также является одной из причин близости их хим. св-в.

Из актиноидов в природе распространены только U и Th; в малых кол-вах встречаются изотопы Ра-дочерние продукты распада U и Th, а также следовые кол-ва Np и Рu, образующиеся при ядерных р-циях изотопов U с нейтронами спонтанного деления. Периоды полураспада даже Наиб. устойчивых нуклидов других актиноидов столь коротки, что в земной коре они отсутствуют.

Актиноиды-серебристо-белые металлы, темнеющие на воздухе; в мелкораздробленном состоянии пирофорны. Реакцион-носпособны. Плотность большинства актиноидов близка к 20 г/см3. Наиб. легкоплавки Np и Ри (т. пл. ок. 640 °С), остальные плавятся выше 1000°С. Т-ры кипения актиноидов превышают 3000°С.

Актиноиды легко реагируют с Н2, О2, N2, S, галогенами и др. неметаллами. По хим. поведению Наиб. близки между собой U, Np, Ри и Am. Элементы Bk, Fm, Md, No и Lr по хим. св-вам подобны лантаноидам. Актиноиды склонны к образованию комплексных соед. (особенно с кислородсодержащими лигандами), при этом, как и в случае лантаноидов, для них характерны высокие координационные числа, вплоть до 12.

Важное практич. значение в связи с проблемами переработки облученного ядерного топлива и разделения актиноидов имеет химия водных р-ров актиноидов. В кислых водных р-рах существуют 4 вида катионов - М3+ , М4+ , MO+2 и МО22+. Для Np открыт и пятый тип, вероятно, NpO+3. Ионы типа МO+2 и МО22+ обладают весьма прочной связью М—О. Энергии Гиббса образования ионов актиноидов в разных степенях окисления близки между собой, поэтому в р-ре могут одновременно присутствовать разл. ионы (как в случае Pu - в степенях окисления от +3 до +6, а в щелочных р-рах и + 7). Легкость перехода актиноидов из одной степени окисления в другие при окислит.-восстановит. р-циях используют для их разделения. Для соед. актиноидов в водных р-рах характерны гидролиз, полимеризация, комплексообразование, диспропорционирование, а также р-ции, вызываемые интенсивным самооблучением.

Все актиноиды, кроме Th, Pa и U, получают искусственно - облучением U и др. элементов нейтронами. Так, Np и Ри выделяют из отработанного ядерного топлива (они образуются при захвате ядрами 238U нейтронов, возникающих при делении 235U). Изотопы элементов, следующих за Ри, получают при последоват. захвате нейтронов ядрами 239Рu в ядерных реакторах, элементы с ат. н. 100-103-бомбардировкой Pu, Am и Cm ядрами В, С или N, ускоренными на циклотроне. Выделение и очистка актиноидов-сложный многостадийный процесс, осуществляемый преим. с использованием методов ионного обмена и экстракции.

Наиб, практич. значение имеют U, Pu, Th и Np. Нуклиды 235U и Pu-топливо в ядерной энергетике, источники энергии в ядерном оружии; 238Рu и 244Сm используют в произ-ве ядерных источников электрич. тока в бортовых космич. системах. Торий - перспективное ядерное топливо в уран-ториевых реакторах; Np применяют при произ-ве 238рu Нек-рые нуклиды актиноидов используют в медицине, дефектоскопии, активац. анализе и др.

Все актиноиды и их соед. чрезвычайно токсичны, что обусловлено их радиоактивностью.

Список литературы

Вдовенко В. М., Современная радиохимия, М., 1969;

Москвин А. И., Координационная химия актиноидов, М.. 1975;

Лантаиоилы и актиноиды, под ред. К. У. Бэгналла, пер. с англ., М., 1977;

Борин Л.Л., Карелин А.И., Термодинамика окислительно-восстановительных процессов в технологии актиноидов, М., I977;

Симакин Г. А. [и др.], "Радиохимия", I977, т. 19, в. 4, с. 560-64;

Лебедев И. А., Мясоедов Б. Ф., там же, 1982, т. 24, в. 6, с. 700-28. Б. В. Громов.