Актиний

И. Менделеева, с атомным номером 89.

Актиний
← Радий | Торий →
89 La ↑ Ac ↓ Ubu 89Ac
Внешний вид простого вещества
Образец актиния
Свойства атома
Название, символ, номер	Актиний / Actinium (Ac), 89
Группа, период, блок	3 (устар. 3), 7, f-элемент
Атомная масса (молярная масса)	227,0278 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Rn] 6d17s2
Радиус атома	188 пм
Химические свойства
Радиус иона	(+3e) 118 пм
Электроотрицательность	1,1 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	Ac←Ac3+ -2,13В Ac←Ac2+ -0,7В
Степени окисления	+3
Энергия ионизации (первый электрон)	665.5(6.90) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	10,07 г/см³
Температура плавления	1320 К (1046,85 °С)
Температура кипения	3470 К (3196,85 °С)
Мол. теплота плавления	(10,5) кДж/моль
Мол. теплота испарения	(292,9) кДж/моль
Молярная теплоёмкость	27,2 Дж/(K·моль)
Молярный объём	22,54 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	Кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	5,67
Номер CAS	7440-34-8

Возглавляет семейство актиноидов.

Простое вещество актиний (при нормальных условиях) — это тяжёлый радиоактивный металл серебристо-белого цвета.

Актиний был открыт в 1899 году А. Дебьерном в отходах от переработки урановой смолки, из которой удалили полоний и радий. Новый элемент был назван актинием. Вскоре после открытия Дебьерна независимо от него немецкий радиофизик Ф. Гизель из такой же фракции урановой смолки, содержащей редкоземельные элементы, получил сильно радиоактивный элемент и предложил ему название «эманий».

Дальнейшее исследование показало идентичность препаратов, полученных Дебьерном и Гизелем, хотя они наблюдали радиоактивное излучение не самого актиния, а продуктов его распада — ²²⁷Th (радиоактиний) и ²³⁰Th (ионий).

От др.-греч. ἀκτίς — «луч».

Актиний является одним из самых малораспространённых в природе радиоактивных элементов. Общее его содержание в земной коре не превышает 2600 т., тогда как, например, количество радия — более 40 млн т.

В природе найдено 3 изотопа актиния: ²²⁵Ac, ²²⁷Ac, ²²⁸Ac.

Актиний сопутствует урановым рудам. Его содержание в природных рудах соответствует равновесному. Повышенные количества актиния находят в молибденитах, халькопирите, касситерите, кварце, пиролюзите. Актиний характеризуется невысокой миграционной способностью в природных объектах и перемещается значительно медленнее, чем уран или химически активный радий.

Полная электронная конфигурация атома актиния: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶6d¹7s²

Актиний — это металл серебристо-белого цвета, тяжелый, мягкий, по внешнему виду напоминает лантан. Радиоактивен. Вследствие радиоактивности в темноте светится характерным голубым цветом.

Во влажном воздухе актиний покрывается оксидной плёнкой. Сильный восстановитель, реагирует с водой:

${\displaystyle {\mathsf {2Ac+6H_{2}O=2Ac(OH)_{3}\downarrow +3H_{2}\uparrow }}}$ 

Разбавленными кислотами:

${\displaystyle {\mathsf {2Ac+6HCl=2AcCl_{3}+3H_{2}\uparrow }}}$ 

Подобно лантану, может существовать в двух кристаллических формах, но получена только одна форма — β-Ac, имеющая кубическую гранецентрированную структуру. Низкотемпературную α-форму получить не удалось.

Атомный радиус актиния ненамного превышает атомный радиус лантана и составляет 1,88 Å.

По химическим свойствам актиний также сильно похож на лантан, в соединениях принимает степень окисления +3 (Ac₂O₃, AcBr₃, Ac(OH)₃), но отличается высокой реакционноспособностью и более основными свойствами.

Получение актиния из урановых руд нецелесообразно ввиду малого его в них содержания, а также большого сходства с присутствующими там редкоземельными элементами.

В основном, изотопы актиния получают искусственным путём. Изотоп ²²⁷Ac получают облучением радия нейтронами в реакторе. Выход, как правило, не превышает 2,15 % от исходного количества радия. Количество актиния при данном способе синтеза исчисляется в граммах. Изотоп ²²⁸Ac получают облучением изотопа ²²⁷Ac нейтронами.

Выделение и очистка актиния от радия, тория и дочерних продуктов распада проводятся методами экстракции и ионного обмена.

Металлический актиний получают восстановлением трифторида актиния парами лития:

${\displaystyle {\mathsf {AcF_{3}+3Li\rightarrow 3LiF+Ac}}}$  (1300-1350 °C, в атмосфере Ar)

Природный актиний состоит из одного радиоактивного изотопа, ²²⁷Ac. Известно тридцать семь радиоизотопов, наиболее стабильные — ²²⁷Ac с периодом полураспада в 21,772 лет, ²²⁵Ac с периодом полураспада 10,0 дней и ²²⁶Ac с периодом полураспада 29,37 часа. Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют периоды полураспада менее 10 часов, а большинство из них и вовсе менее 1 минуты. Самый короткоживущий изотоп актиния — ²¹⁷Ac с периодом полураспада 69 наносекунд, который распадается через альфа-распад и электронный захват.

Очищенный ²²⁷Ac приходит в равновесие с продуктами распада через 185 дней. Он распадается в основном с излучением β-(98,8 %) и небольшого количества α-частиц (1,2 %), последующие продукты распада также относятся к ряду актиния. Изотопы актиния имеют атомный вес в диапазоне от 204 до 236 а.е.м.

Радиоактивные свойства некоторых изотопов актиния:

²²⁷Ac в смеси с бериллием является источником нейтронов. Ac-Be-источники характеризуются малым выходом гамма-квантов, применяются в активационном анализе при определении Mn, Si, Al в рудах.

²²⁵Ac применяется для получения ²¹³Bi, а также для использования в радиоиммунотерапии.

²²⁷Ac может использоваться в радиоизотопных источниках энергии.

²²⁸Ac применяют в качестве радиоактивного индикатора в химических исследованиях из-за его высокоэнергетического β-излучения.

Смесь изотопов ²²⁸Ac-²²⁸Ra используют в медицине как интенсивный источник γ-излучения.

 

Актиний относится к числу опасных радиоактивных ядов с высокой удельной α-активностью. Хотя абсорбция актиния из пищеварительного тракта по сравнению с радием сравнительно невелика, но наиболее важной особенностью актиния является его способность прочно удерживаться в организме в поверхностных слоях костной ткани. Первоначально актиний в значительной степени накапливается в печени, причём скорость его удаления из организма намного больше скорости его радиоактивного распада. Кроме того, одним из дочерних продуктов его распада является очень опасный радон, защита от которого при работе с актинием является отдельной серьёзной задачей.

В фантастическом рассказе Э. Гамильтона «Мои бедные железные нервы» описана добыча актиния в промышленных масштабах на вымышленном четвёртом спутнике Плутона, Дис (что невозможно, так как единственный природный и самый долгоживущий изотоп актиния имеет период полураспада меньше 22 лет). Судя по содержанию, актиний во вселенной рассказа применяется для энергетики. Добычу осуществляют автономные роботы, причём автор даёт описание в шуточном ключе: на роботов-добытчиков радиоактивное топливо действует примерно так же, как на человека — алкоголь.