Actinium: Chemisches, radioaktives Element

Im Periodensystem der Elemente steht es in der 3. IUPAC-Gruppe, der Scandiumgruppe. Das Element ist ein Metall und gehört zur 7. Periode, d-Block. Es ist der Namensgeber der Gruppe der Actinoide, der ihm folgenden 14 Elemente.

Eigenschaften
[Rn] 6d1 7s2 Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Actinium, Ac, 89
Elementkategorie	Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block	3, 7, d
Aussehen	silbrig
CAS-Nummer	7440-34-8
Massenanteil an der Erdhülle	6 · 10−14 ppm
Atomar
Atommasse	227,0278 u
Atomradius	195 pm
Kovalenter Radius	215 pm
Elektronenkonfiguration	[Rn] 6d1 7s2
1. Ionisierungsenergie	5.380226(24) eV ≈ 519.11 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	11.75(3) eV ≈ 1134 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	17.431(20) eV ≈ 1682 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie	44.8(1,4) eV ≈ 4320 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie	55.0(1,9) eV ≈ 5310 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	kubisch flächenzentriert
Dichte	10,07 g/cm3
Schmelzpunkt	1323 K (1050 °C)
Siedepunkt	3573 (3300 °C)
Molares Volumen	22,55 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie	400 kJ/mol
Schmelzenthalpie	14 kJ·mol−1
Wärmeleitfähigkeit	12 W·m−1·K−1
Chemisch
Oxidationszustände	3
Normalpotential	−2,13 V (Ac3+ + 3 e− → Ac)
Elektronegativität	1,1 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 224Ac {syn.} 2,9 h ε 1,403 224Ra α 9,100 220Fr β− 0,232 224Th 225Ac {syn.} 10 d α 5,935 221Fr 226Ac {syn.} 29,4 h β− 0,640 226Th ε 1,116 226Ra α 5,536 222Fr 227Ac 100 % 21,773 a β− 0,045 227Th α 5,536 223Fr 228Ac in Spuren 6,15 h β− 2,127 228Th
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Gefahren- und Sicherheitshinweise
Radioaktiv
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine Einstufung verfügbar
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

 

Das Actinium wurde im Jahr 1899 von dem französischen Chemiker André-Louis Debierne entdeckt, der es aus Pechblende isolierte und ihm zunächst Ähnlichkeiten mit dem Titan oder dem Thorium zuschrieb; seine Bezeichnung leitete er wegen der Radioaktivität von griechisch ἀκτίς aktís ‚Strahl‘ ab. Friedrich Giesel entdeckte das Element unabhängig davon im Jahr 1902 und beschrieb eine Ähnlichkeit zum Lanthan; er gab ihm den Namen Emanium, eine Bildung zu lateinisch emano ‚ausfließen‘, ebenfalls mit Bezug zur abgegebenen Strahlung. Nachdem Actinium und Emanium im Jahre 1904 als identisch erkannt worden waren, wurde Debiernes Namensgebung der Vorzug gegeben, da er es zuerst entdeckt hatte.

Die Geschichte der Entdeckung wurde in Publikationen von 1971 und später im Jahr 2000 immer noch als fraglich beschrieben. Sie zeigen, dass die Publikationen von 1904 einerseits und die von 1899 und 1900 andererseits Widersprüche aufweisen.

Da in Uranerzen nur wenig Actinium vorhanden ist, spielt diese Quelle keine Rolle für die Gewinnung. Technisch wird das Isotop ²²⁷Ac durch Bestrahlung von ²²⁶Ra mit Neutronen in Kernreaktoren hergestellt.

${\displaystyle \mathrm {^{226}_{\ 88}Ra\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 88}^{227}Ra\ {\xrightarrow[{42,2\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 89}^{227}Ac} }$ 

Die Zeitangaben sind Halbwertszeiten.

Durch den schnellen Zerfall des Actiniums waren stets nur geringe Mengen verfügbar. Die erste künstliche Herstellung von Actinium wurde im Argonne National Laboratory in Chicago durchgeführt.

Physikalische Eigenschaften

Das Metall ist silberweiß glänzend und relativ weich. Aufgrund seiner starken Radioaktivität leuchtet Actinium im Dunkeln in einem hellblauen Licht.

Actinium ist das namensgebende Element der Actinoiden, ähnlich wie Lanthan für die Lanthanoiden. Die Gruppe der Elemente zeigt deutlichere Unterschiede als die Lanthanoide; daher dauerte es bis 1945, bis Glenn T. Seaborg die wichtigsten Änderungen zum Periodensystem von Mendelejew vorschlagen konnte: die Einführung der Actinoide.

Chemische Eigenschaften

Es ist sehr reaktionsfähig und wird von Luft und Wasser angegriffen, überzieht sich aber mit einer Schicht von Actiniumoxid, wodurch es vor weiterer Oxidation geschützt ist. Das Ac³⁺-Ion ist farblos. Das chemische Verhalten von Actinium ähnelt sehr dem Lanthan. Actinium ist in allen zehn bekannten Verbindungen dreiwertig.

Bekannt sind 26 Isotope, wovon nur zwei natürlich vorkommen. Das langlebigste Isotop ²²⁷Ac (Halbwertszeit 21,8 Jahre) hat zwei Zerfallskanäle: es ist ein Alpha- und Betastrahler. ²²⁷Ac ist ein Zerfallsprodukt des Uranisotops ²³⁵U und kommt zu einem kleinen Teil in Uranerzen vor. Daraus lassen sich wägbare Mengen ²²⁷Ac gewinnen, die somit ein verhältnismäßig einfaches Studium dieses Elementes ermöglichen. Da sich unter den radioaktiven Zerfallsprodukten einige Gammastrahler befinden, sind aber aufwändige Strahlenschutzvorkehrungen nötig.

Actinium wird zur Erzeugung von Neutronen eingesetzt, die bei Aktivierungsanalysen eine Rolle spielen. Außerdem wird es für die thermoionische Energieumwandlung genutzt.

Beim dualen Zerfall des ²²⁷Ac geht der größte Teil unter Emission von Beta-Teilchen in das Thoriumisotop ²²⁷Th, aber ca. 1 % zerfällt durch Alpha-Emission zu Francium ²²³Fr. Eine Lösung von ²²⁷Ac ist daher als Quelle für das kurzlebige ²²³Fr verwendbar. Letzteres kann dann regelmäßig abgetrennt und untersucht werden.

Einstufungen nach der CLP-Verordnung liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen und eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf der Radioaktivität beruhenden Gefahren spielen. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.

Nur eine geringe Anzahl von Actiniumverbindungen ist bekannt. Mit Ausnahme von AcPO₄ sind sie alle den entsprechenden Lanthanverbindungen ähnlich und enthalten Actinium in der Oxidationsstufe +3. Insbesondere unterscheiden sich die Gitterkonstanten der jeweiligen Lanthan- und Actinium-Verbindungen nur in wenigen Prozent.

Oxide

Actinium(III)-oxid (Ac₂O₃) kann durch Erhitzen des Hydroxids bei 500 °C oder des Oxalats bei 1100 °C im Vakuum erhalten werden. Das Kristallgitter ist isotyp mit den Oxiden der meisten dreiwertigen Seltenerdmetalle.

Halogenide

Actinium(III)-fluorid (AcF₃) kann entweder in Lösung oder durch Feststoffreaktion dargestellt werden. Im ersten Fall gibt man bei Raumtemperatur Flusssäure zu einer Ac³⁺-Lösung und fällt das Produkt aus. im anderen Fall wird Actinium-Metall mit Fluorwasserstoff bei 700 °C in einer Platinapparatur behandelt.

Actinium(III)-chlorid (AcCl₃) wird durch Umsetzung von Actiniumhydroxid oder -oxalat mit Tetrachlormethan bei Temperaturen oberhalb von 960 °C erhalten.

Die Reaktion von Aluminiumbromid und Actinium(III)-oxid führt zum Actinium(III)-bromid (AcBr₃) und Behandlung mit feuchtem Ammoniak bei 500 °C führt zum Oxibromid AcOBr.

Weitere Verbindungen

Gibt man Natriumdihydrogenphosphat (NaH₂PO₄) zu einer Lösung von Actinium in Salzsäure, erhält man weiß gefärbtes Actiniumphosphat (AcPO₄ · 0,5 H₂O); ein Erhitzen von Actinium(III)-oxalat mit Schwefelwasserstoff bei 1400 °C für ein paar Minuten führt zu schwarzem Actinium(III)-sulfid (Ac₂S₃).

• Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Joseph J. Katz, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, S. 18–51 (doi:10.1007/1-4020-3598-5_2).

 Wiktionary: Actinium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 

Commons: Actinium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Eintrag zu Actinium. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.