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 nimi, 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.Kirby ym., s. 34 Sulamispiste on 1 227 °C ja arvioitu kiehumispiste 3 200 ± 300 °C.Facta 2001, s. 243

 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.
 Yhdiste Väri Symmetria Ryhmä a (pm) b (pm) c (pm) Z Tiheys g/cm3 Ac hopeanvalkoinen pintakeskinen kuutiollinen (fcc) Fmm 531,1 4 10,07 AcH2 tuntematon kuutiollinen Fmm 567 4 8,35 Ac2O3 valkoinen trigonaalinen Pm1 408 408 630 1 9,18 Ac2S3 musta kuutiollinen I3d 778,56 4 6,71 AcF3 valkoinen heksagonaalinen Pc1 741 741 755 6 7,88 AcCl3 valkoinen heksagonaalinen P63/m 764 764 456 2 4,8 AcBr3 valkoinen heksagonaalinen P63/m 764 764 456 2 5,85 AcOF valkoinen kuutiollinen Fmm 593,1 8,28 AcOCl valkoinen tetragonaalinen 424 424 707 7,23 AcOBr valkoinen tetragonaalinen 427 427 740 7,89 AcPO4 · 0,5H2O tuntematon heksagonaalinen 721 721 664 5,48 Ac2(C2O4)3 · 10H2O väritön monokliininen 1 126 997 1 065 2,68

 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 harvinaisten maametallien +3 hapetusluvun oksideilla.

 Halidit 
Aktiniumin halidit kolmen ensimmäisen halogeenin kanssa tunnetaan, samoin vastaavat oksyhalidit AcOF, AcOCl, AcOBr. Aktiniumfluoridia (AcF3) voidaan valmistaa reaktiolla (700 °C lämpötilassa):Kirby ym., s. 36

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.Kirby ym., s. 22–23

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.
 Isotooppi  Puoliintumisaika  Hajoamistyyppi 205Ac  80 ± 60 ms  α 206Ac  25 ms  α 206mAc  41 ± 16 ms  α 207Ac  31 ms  α 208Ac  97 ms  α 208mAc  2 ms  ? 209Ac  94 ms  α 210Ac  350 ms  α 211Ac  213 ms  α 212Ac  895 ms  α 213Ac  738 ms  α 214Ac  8,2 s  α (> 89 ± 3 %), β+ (< 11 ± 3 %) 215Ac  170 ms  α 215mAc  185 ns  IT 215nAc  335 ns  IT 216Ac  440 µs  α 216mAc  441 µs  α 217Ac  69 ns  α 217mAc  740 ns  α (4,3 %) IT (95,7 %) 218Ac  1,00 µs  α 218mAc  32 ns   218nAc  103 ns  IT  Isotooppi  Puoliintumisaika  Hajoamistyyppi 219Ac  11,8 µs  α 220Ac  26,36 ms  α 221Ac  52 ms  α 222Ac  5,0 s  α (99 %), β+ (1 %) 222mAc  1,05 min  α (? %), IT (< 10 %), β+ (1,4 ± 0,4 %) 223Ac  2,10 min  α 224Ac  2,78 tuntia  α 225Ac  9,920 päivää  α 226Ac  29,37 tuntia  α (0,006 %), β− (83 %), EC (17 %) 227Ac  21,772 v  α (1,38 %), β− (98,62 %) 228Ac  6,15 tuntia  β− 229Ac  62,7 min  β− 230Ac  122 s  β− 231Ac  7,5 min  β− 232Ac  1,98 min  β− 233Ac  145 s  β− 234Ac  45 s  β− 235Ac  62 s  β− 236Ac  4,5 ± 3,6 min  β−
Lähde:

 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 eli 14 kg. Isotooppia 225Ac on löydetty vielä tätäkin pienempiä määriä brasilialaisesta monatsiitista, jossa se esiintyy yhdessä toriumin isotoopin 232Th kanssa.Kirby ym., s. 26–27

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.Kirby ym., s. 43–44

 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.Kirby ym., s. 18–19

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

 Terveysvaikutukset 
Vaikka isotooppi 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 vaarallista 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 

 The Royal Society of Chemistry (RSC): Actinium 
 PeriodicTable: Actinium (Ac) 
 PubChem: Actinium 

Luokka:Alkuaineet