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 227Ac isotooppina, joka on myös alkuaineen tärkein isotooppi. 227Ac 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.

Historia 
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).

Fysikaaliset ominaisuudet 
Aktinium on pehmeä, hopeanvalkoinen metalli. Sen tiheys on 10,07 g/cm3. Sulamispiste on 1 227 °C ja arvioitu kiehumispiste 3 200 ± 300 °C.

Kemialliset ominaisuudet ja yhdisteet  
Vain rajoitettu määrä aktiniumin yhdisteitä tunnetaan, kuten AcF3, AcCl3, AcBr3, AcOF, AcOCl, AcOBr, Ac2S3, Ac2O3, AcH2, Ac2(C2O4)3 ja AcPO4. Paitsi AcPO4, 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.

Oksidi 
Aktinium(III)oksidia (Ac2O3) voidaan valmistaa kuumentamalla aktiniumhydroksidia Ac(OH)3 500 °C:een tai aktinium(III)oksalaattia Ac2(C2O4)3 1 100 °C:n lämpötilaan (tyhjiössä):

2 Ac(OH)3 → Ac2O3 + 3H2O
Ac2(C2O4)3 → Ac2O3 + 3CO2 + 3CO

Aktiniumoksidin kiderakenne on samanlainen kuin lantaanioksidilla ja muilla +3 hapetusluvun harvinaisten maametallien oksideilla.

Halidit 
Actiniumin halidit kolmen ensimmäisen halogeenin kanssa tunnetaan, samoin vastaavat oksyhalidit AcOF, AcOCl, AcOBr. Aktiniumfluoridia AcF3 voidaan valmistaa reaktiolla (700 °C lämpötilassa):

Ac(OH3)3 + 3HF → AcF3 + 3H2O

Aktiniumkloridia AcCl3 valmistetaan reaktiolla:

2Ac(OH)3 + 3CCl4 → 2AcCl3 + 3CO2 + 6HCl

ja aktiniumbromidia AcBr3 reaktiolla (800 °C lämpötilassa):

Ac2O3 + 2AlBr3 → 2AcBr3 + Al2O3

Hydridit 
Aktiniumille tunnetaan ainakin hydridi AcH2. On ennustettu että aktiniumin hydridit AcH10, AcH12, AcH16 suuren paineen alaisina olisivat huoneenlämpötilan suprajohteita, koska niiden Tc on paljon suurempi kuin H3S-suprajohteen, mahdollisesti noin 250 K.

Isotoopit 
Yhteensä aktiniumin isotooppeja tunnetaan 32. Niiden massaluvut ovat välillä 205–236. Useimmat ovat hyvin lyhytikäisiä. Isotoopeista tärkeimpiä ovat 225Ac, 227Ac, ja 228Ac. Pysyvimmät isotoopit ovat 227Ac puoliintumisajalla 21,772 vuotta, 225Ac puoliintumisajalla 9,920 päivää ja 226Ac 29,37 tuntia. Kaikkien muiden isotooppien puoliintumisajat ovat alle 10 tuntia, useimpien alle minuutin. Nopeimmin hajoaa isotooppi 217Ac jonka puoliintumisaika on vain 69 ns. Aktiniumilla on myös ainakin yhdeksän ydinisomeeria.

Pysyvin isotooppi 227Ac, joka on uraani-235 isotoopin hajoamistuote, hajoaa lähes kokonaan torium-227 isotoopiksi, mutta noin 1 % hajoaa frankium-223:ksi. Tämä hajoamisketju haaroineen on aktiniumsarja.

Esiintyminen luonnossa 
Luonnossa aktiniumia löytyy vähäisiä määriä uraanimalmista 227Ac isotooppina. Sen pitoisuuden arvioidaan olevan maankuoressa 5,7·10-10 ppm, josta on laskettu teoreettiseksi isotoopin kokonaisvarastoksi maankuoressa 1,4·104 tonnia. Isotooppia 225Ac on löydetty vielä tätäkin pienempiä määriä  brasilialaisesta monatsiitista, jossa se esiintyy yhdessä toriumin isotoopin 232Th kanssa.

Merivedessä aktiniumia on äärimmäisen vähän. Sen aiheuttama radioaktiivisuus maailman merissä on eri arvioiden mukaan 0,83–90 mBq/m3 välillä. Isotooppia 227Ac on käytetty geokemiallisena merkkiaineena tutkittaessa syvänmeren veden virtauksia ja sekoittumista.

Käyttö 
Aktinium on 150 kertaa radioaktiivisempi kuin radium, mikä tekee siitä arvokkaan neutronilähteen, muutoin sillä ei ole merkittävää teollista käyttöä.

227Ac isotooppia on käytetty avaruusluotainten radioisotooppisissa termosähkögeneraattoreissa.

225Ac-isotooppia käytetään lääketieteessä tuottamaan vismutti-213-isotooppia tai sitä voidaan käyttää yksin radioimmunoterapiassa.

Terveysvaikutus 
Vaikka 227Ac 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 eliöiden 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.

Lähteet

Huomautukset

Viitteet

Aiheesta muualla 

Periodictable: Technical data for Actinium 
Webmineral: Actinium (Ac) 
Mindat: The Mineralogy of Actinium 
Americanelements: Actinium Technical and Safety Data  
Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Actinium-227 

Alkuaineet