актиний - Actinium


Из Википедии, свободной энциклопедии

Актиний,   89 Ac
Actinium.jpg
актиний
Произношение / Æ к т ɪ п я ə м / ( Ак - TIN -еЕ-əm )
Внешность серебристо-белый, светящийся с жутким синим светом; иногда с золотым броском
Массовое число 227 (наиболее стабильный изотоп)
Актиний в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
Ла

Ас

( Уба )
радийактинийторий
Атомный номер ( Z ) 89
группа группа 3
период период 7
блок d-блок
категория Элемент   актинидов , иногда рассматривается как переходный металл
Электронная конфигурация [ Rn ] 6d 1 7s 2
Электроны в оболочке
2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
Физические свойства
Фаза на  STP твердый
Температура плавления 1500  К (1227 ° С, 2240 ° F) , (оценка)
Точка кипения 3500 ± 300 К (3200 ± 300 ° C, 5800 ± 500 ° F) (экстраполировать)
Плотность (около  к.т. ) 10 г / см 3
Теплота плавления 14  кДж / моль
Теплота парообразования 400 кДж / моль
Молярная теплоемкость 27,2 Дж / (моль · К)
Атомные свойства
Окислительные состояния +2, +3 (сильно основной оксид)
Электроотрицательность Полинга шкала: 1.1
энергия ионизации
  • Первый: 499 кДж / моль
  • 2-й: 1170 кДж / моль
  • Третий: 1900 кДж / моль
  • ( Более )
радиус Ковалентного 215  часов
Цвет линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии актиния
Другие свойства
Естественное явление от распада
Кристальная структура гранецентрированной кубической (ГЦК)
Гранецентрированная структура кубического кристалла для актиний
Теплопроводность 12 Вт / (м · К)
Количество CAS 7440-34-8
история
Открытие и первый изоляции Фридрих Оскар Гисел (1902)
Названный Дебьерн (1899)
Основные изотопы актиния
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
225 Ac след 10 г α 221 ПТ
226 Ac син 29.37 ч β - 226 Th
ε 226 Ra
α 222 ПТ
227 Ac след 21,772 г β - 227 Th
α 223 Fr
| Рекомендации

Актиний является химическим элементом с символом  Ac и атомным номером  89. Он был впервые выделен французским химик Дебьерн в 1899 году Фридриха Оскара Гисел позже независимо изолировав его в 1902 году и, не зная , что это было уже известно, дал ему имя emanium , Актиний дал название к актиноидам серии, группа из 15 аналогичных элементов между актиний и лоуренсием в периодической таблице . Он также иногда считается первым из 7-го периода переходных металлов , хотя лоуренсий менее обычно дают эту позицию. Вместе с полоний , радий , и радон , актиний был одним из первых не-примордиальных радиоактивных элементов , которые будут изолированы.

Мягкий, серебристо-белый радиоактивный металл, актиний быстро реагирует с кислородом и влагой в воздухе , образуя белое покрытие из оксида актиниевого , который предотвращает дальнейшее окисление. Как и с большинством лантанидов и многих актинидов , актиний принимает степень окисления +3 практически во всех его химических соединений. Актиний встречается только в виде следов в урановых и ториевых руд в качестве изотопа 227 Ac, который распадается с периодом полураспада от 21.772 лет, преимущественно излучающего бета , а иногда и альфа - частицы , и 228 В переменного тока, который является бета - активным с периодом полураспада 6.15 часов. Одна тонна природного урана в руде содержится около 0,2 миллиграмма актиния-227, а одна тонна тория содержит около 5 нанограмм актиний-228. Близкое сходство физических и химических свойств актиния и лантана делает разделение актиния от руды непрактичным. Вместо этого элемент получают в миллиграмм количествах, с помощью нейтронного облучения 226 Ra в ядерном реакторе . Из - за своей редкости, высокой цены и радиоактивности, актиний не имеет значительного промышленного использования. В настоящее время его применения включают в себя источник нейтронов и средство для лучевой терапии нацеливание на раковые клетки в организме и убивает их.

история

Дебьерн , французский химик, объявил об открытии нового элемента в 1899. Он отделил его от настурановых остатков , оставленных Мари и Пьер Кюри , после добыли радий . В 1899 году Debierne описал вещество как аналог титана и (в 1900) , как похож на торий . Фридрих Оскар Гисел независимо друг от друга обнаружил актиний в 1902 году в качестве вещества , являющегося похож на лантан и назвал его «emanium» в 1904. После сравнения веществ полураспада определенных Debierne, Харриет Брукс в 1904 году, и Отто Хан и Отто Сакер в 1905 году , выбранное имя Debierne для нового элемента было сохранено , поскольку он имел старшинство, несмотря на противоречащих химических свойства он утверждал , для элемента в разное время.

Статьи , опубликованные в 1970 - х годах , а затем показывают , что результаты Debierne, опубликованные в 1904 г. конфликта с теми , сообщили в 1899 и 1900. Кроме того, в настоящее время известные химий актиния исключающих его присутствие , как и все, кроме незначительного компонента Debierne в 1899 и 1900 результатов; на самом деле, химические свойства которых он сообщил о вероятности того, что у него, вместо того, чтобы , случайно идентифицированный протактиний , который не был бы обнаружен еще четырнадцать лет, только чтобы он исчезает в результате его гидролиза и адсорбции на его лабораторном оборудование . Это привело некоторых авторов выступать за то , Giesel само по себе должно быть приписывают открытие. Менее конфронтационное видение научного открытия предложено Adloff. Он предполагает , что заднее число критика ранних публикаций должна быть смягчена тогда зарождающейся состояние радиохимии: выделение благоразумия претензий Debierne в оригинале работ, он отмечает , что никто не может утверждать , что вещество Debierne не содержало актиний. Debierne, который в настоящее время рассматривается подавляющим большинством историков как первооткрывателя, потерял интерес к элементу и оставил эту тему. Giesel, с другой стороны, может быть по праву приписывают первой подготовке радиохимически чистого актиний и с идентификацией его атомным номером 89.

Название актиний происходит от древнегреческого Aktis, aktinos (ακτίς, ακτίνος), что означает луч или луч. Его символ Ас также используется в аббревиатур других соединений , которые не имеют ничего общего с актиний, такие как ацетил , ацетат и иногда ацетальдегид .

свойства

Актиний мягкий, серебристо-белый, радиоактивный металлический элемент. Его предполагаемая модуль сдвига аналогичен из свинца . Благодаря своей сильной радиоактивности, актиний светится в темноте с бледно - голубым светом, который берет свое начало из окружающего воздуха , ионизованного излучаемых частиц высокой энергии. Актиний имеет сходные химические свойства лантана и другие лантаниды, и , следовательно , эти элементы трудно отделить при извлечении из урановых руд. Экстракция растворителем и ионной хроматографии обычно используются для разделения.

Первый элемент из актинидов , актиний дал группе свое имя, сколько лантан был сделан для лантанидов . Группа элементов более разнообразна , чем лантаноиды , и поэтому он не был до 1928 , что Чарльз Джанет предложившего наиболее значительных изменений в Дмитрий Менделеев «с периодической таблицей с признания лантаноидов, путем введения актиноидов, шаг снова предложил в 1945 году от Сиборга .

Актиний быстро реагирует с кислородом и влажностью в воздухе образуя белое покрытие из окиси актиния , которая препятствует дальнейшему окислению. Как и в большинстве лантанидов и актинидов, актиний существует в окислительном состоянии +3, а Ас 3 + ионы являются бесцветными в растворах. Состояние окисления +3 , берет свое начало от [Rn] 6d 1 7s 2 Электронная конфигурация актиний, с тремя валентными электронами, которые легко пожертвованы , чтобы дать стабильной замкнутой оболочкой структуру благородного газа радона . Состояние окисления +2 , редкое известно только для актиниевого дигидрида (ACH 2 ); даже это может в действительности быть электридами соединение , как и его более легких конгенеры LAH 2 и , следовательно , имеет актиний (III). Ас 3 + является самым большим из всех известного tripositive ионов и его первая координационная сфера содержит приблизительно 10,9 ± 0,5 молекулы воды.

Химические соединения

Лишь ограниченное количество актиния соединений известны в том числе ACF 3 , AcCl 3 , AcBr 3 , AcOF, AcOCl, AcOBr, Ас 2 S 3 , Ac 2 O 3 и ACPO 4 , из - за интенсивной радиоактивности актиний в. За исключением ACPO 4 , все они аналогичны соответствующим лантана. Все они содержат актиний в степени окисления +3. В частности, постоянные решетки аналогичных лантана и актиния соединений отличаются всего на несколько процентов.

Здесь , Ь и с являются постоянными решетками, Нет это число пространственной группы и Z является числом формульных единиц в элементарной ячейке . Плотность не была измерена непосредственно , а вычисляется из параметров решетки.

Оксиды

Оксид актиний (Ac 2 O 3 ) может быть получено путем нагревания гидроксида при 500 ° C или оксалат при 1100 ° С в вакууме. Его кристаллическая решетка изотипичен с оксидами большинства трехвалентных редкоземельных металлов.

Галогениды

Актиний трифторид может быть получен либо в растворе или в твердой реакции. Первая реакция проводится при комнатной температуре, добавлением фтористоводородной кислоты к раствору , содержащему ионы актиния. В последнем способе, актиний металл обрабатывают пары фтористого водорода при 700 ° С в установке всего платина. Лечение актиния трифторида с гидроксидом аммония при 900-1000 ° C выходов оксифторид AcOF. В то время как лантан оксифторид может быть легко получен путем сжигания лантана трифторида в воздухе при 800 ° С в течение часа, подобная обработка актиния трифторид урожайности не AcOF и только приводит к плавлению исходного продукта.

ACF 3 + 2 NH 3 + H 2 O → AcOF + 2 NH 4 F

Актиний трихлорид получает взаимодействие гидроксида актиния или оксалата с тетрахлорметаном парами при температурах выше 960 ° C. Подобно оксифторид, актиний хлорокись может быть получена гидролизом актиния трихлорида с гидроксидом аммония при температуре 1000 ° С. Однако, в отличие от оксифторида, то хлорокись вполне может быть синтезирован, зажигая раствор актиния трихлорида в соляной кислоте с аммиаком .

Реакция бромида алюминия и оксид актиниевого дает актиний трибромид:

Ас 2 O 3 + 2 AlBr 3 → 2 AcBr 3 + Al 2 O 3

и обрабатывать его с помощью гидроксида аммония при 500 ° С приводит к оксибромид AcOBr.

Другие соединения

Гидрид актиний был получен восстановлением трихлорида актиниевого с калием при 300 ° С, а его структура была выведена по аналогии с соответствующим LAH 2 гидрида. Источник водорода в реакции был неопределенным.

Смешивание фосфат мононатрии (NaH 2 PO 4 ) с раствором актиния урожайности соляной кислоты белого цвет актиний фосфат полугидрат (ACPO 4 · 0,5Н 2 О), и нагреванием актинего оксалат с сероводородными парами при температуре 1400 ° С в течение нескольких минут результаты в черном актинии сульфидного Аса 2 S 3 . Это может возможно быть получено путем воздействия со смесью сероводорода и сероуглерода на окиси актиния при 1000 ° С.

Изотопы

Встречающиеся в природе актиний состоит из двух радиоактивных изотопов ; 227
Ac
(от радиоактивного семейства 235
U
) и 228
Ас
(внучка 232
Th
). 227
Ас
распадается в основном в виде бета - излучателем с очень малой энергии, но в 1,38% случаев испускает альфа - частицу , поэтому он может быть легко идентифицированы с помощью альфа - спектрометрии . Тридцать шесть радиоизотопов были идентифицированы, наиболее стабильным является 227
Ac
с периодом полураспада от 21.772 лет, 225
Ac
с периодом полураспада 10,0 дней и 226
Ac
с периодом полураспада 29.37 часов. Все остальные радиоактивные изотопы имеют периоды полураспада, которые менее чем за 10 часов , и большинство из них имеют периоды полураспада меньше чем за одну минуту. Кратчайшего жил известный изотоп актиний 217
Ac
(период полураспада 69 наносекунд) , который распадается через альфа - распада и электронного захвата . Актиний также имеет два известных мета - состояний . Наиболее значимые изотопы для химии являются 225 Ас, 227 Ас и 228 Ас.

Очищенная 227
Ac
приходит в равновесие с продуктами его распада после того, как около полугода. Он распадается в соответствии с его 21,772-летнего периода полураспада , излучающего в основном бета (98,62%) и некоторых альфа - частиц (1,38%); последовательные продукты распада являются частью серии актиний . Из - за низких доступных количествах, низкой энергии его бета - частиц (максимум 44,8 кэВ) и низкой интенсивности альфа - излучения, 227
Ac
трудно обнаружить непосредственно ее эмиссией и поэтому прослеживается через его продуктов распада. Изотопы диапазона актиниевого в атомном весе от 206  U ( 206
Ас
) до 236 и ( 236
Ac
).

Изотоп производство распадаться Период полураспада
221 Ас 232 Th (д, 9п) → 225 Па (& alpha ; ) → 221 Ас α 52 мс
222 Ас 232 Th (д, 8n) → 226 Па (& alpha ; ) → 222 Ас α 5.0 лет
223 Ac 232 Th (д, 7n) → 227 Па (& alpha ; ) → 223 Ас α 2,1 мин
224 Ac 232 Th (д, 6n) → 228 Па (& alpha ; ) → 224 Ac α 2,78 часов
225 Ac 232 Th (п, γ) → 233 Th (& beta ; - ) → 233 Па (& beta ; - ) → 233 U (& alpha ; ) → 229 Th (& alpha ; ) → 225 Ra (& beta ; - ) → 225 Ас α 10 дней
226 Ac 226 Ра (д, 2n) → 226 Ас α, β -
электронный захват
29.37 часов
227 Ac 235 U (α) → 231 Th (& beta ; - ) → 231 Па (& alpha ; ) → 227 Ас α, β - 21,77 лет
228 Ac 232 Th (α) → 228 Ra (& beta ; - ) → 228 Ас β - 6.15 часов
229 Ac 228 Ра (п, γ) → 229 Ra (& beta ; - ) → 229 Ас β - 62.7 мин
230 Ac 232 Th (д, α) → 230 Ас β - 122 лет
231 Ac 232 Th (γ, р) → 231 Ac β - 7,5 мин
232 Ac 232 Th (п, р) → 232 Ас β - 119 лет

Возникновение и синтез

Уранинита руды имеют повышенные концентрации актиний.

Актиний встречаются только в виде следов в урановых рудах - одна тонны урана в руде содержится около 0,2 миллиграмма 227 Аса - и ториевых руд, которые содержат около 5 нанограмм 228 Ac за одну тонны тория. Актиний изотоп 227 Ас является переходным членом урана-актиния серии цепи распада , который начинается с родительского изотопа 235 U (или 239 Pu ) и заканчивается стабильным изотопом свинца 207 Pb . Изотоп 228 Ас является переходным членом ториевых рядов цепи распада, который начинается с материнским изотопом 232 Th и заканчивается стабильным изотопом свинца 208 Pb . Другой актиний изотоп ( 225 Аса) является транзиторно присутствует в нептунии серии цепи распада , начиная с 237 Np (или 233 U ) и заканчивая таллием ( 205 Tl) и почти стабильный висмутом ( 209 Bi); хотя все изначальные 237 Np заглохло прочь, он непрерывно продуцируются нейтронной нокаутированных реакцией на природном 238 U.

Низкая естественная концентрация и близкое сходство физических и химических свойств к таковым из лантана и других лантанидов, которые всегда в изобилии в актиний руд, оказывают разделение актиния от руды непрактичным, и полное разделение никогда не было достигнуто. Вместо этого, актиний получают в миллиграмм количествах, с помощью нейтронного облучения 226 Ra в ядерном реакторе .

Выход реакции составляет около 2% от массы радия. 227 Ас дополнительно может захватывать нейтроны в результате в небольших количествах 228 Аса. После синтеза актиний отделен от радия и от продуктов распада и ядерного синтеза, таких как торий, полоний, свинец и висмут. Экстракции может быть выполнена с thenoyltrifluoroacetone- бензольного раствора из водного раствора продуктов излучения, а селективность по отношению к определенному элементу достигается путем регулирования рН (примерно до 6,0 для актиний). Альтернативная процедура анионообменная с соответствующей смолой в азотной кислоте , которая может привести к фактору разделения 1,000,000 для радия и актиния против тория в двухстадийном процессе. Актиний затем может быть отделен от радия, с соотношением около 100, с использованием низки сшивающей катионообменной смолы и азотной кислоты в качестве элюента .

225 Ас впервые был искусственно в Институте трансурановых элементов (МСЭ) в Германии , используя циклотрон и в George Hospital St в Сидней с использованием линейного ускорителя в 2000 г. Этот редкий изотоп имеет потенциальное применение в лучевой терапии и наиболее эффективно получают путем бомбардировки мишень радий-226 с 20-30 МэВ дейтерия ионов. Эта реакция также дает 226 Ac которые , однако , распадается с периодом полураспада 29 часов и , таким образом не загрязняет 225 Ас.

Актиний металл был получен восстановлением фторида актиниевого с литиевым паром в вакууме при температуре в диапазоне от 1100 до 1300 ° С. Более высокие температуры привели к испарению продукта и нижние привести к неполному трансформации. Литий был выбран среди других щелочных металлов , поскольку его фторид наиболее нестабильный.

Приложения

Из - за своей редкости, высокой цены и радиоактивности, 227 Ac в настоящее время не имеет значительного промышленного использования, но 225 Ac в настоящее время изучается для использования в лечении рака , таких как целевые альфа - терапии. 227 Ас высокой радиоактивностью и , следовательно , был изучен для использования в качестве активного элемента радиоизотопных термоэлектрических генераторов , например , в космических аппаратах. Оксид 227 Ac прессованное бериллий также является эффективным источником нейтронов с активностью , превышающей стандартного америций-бериллий и радий-бериллиевого пар. Во всех этих приложениях, 227 Ас (бета источник) является просто прародителем , который генерирует альфа-излучающих изотопов при его распаде. Бериллий захватывает альфа - частицы и испускает нейтроны вследствие его большого поперечного сечения для ядерной реакции (α, N):

В 227 AcBe источники нейтронов могут быть применены в нейтронном зонде - стандартное устройство для измерения количества воды , присутствующие в почве, а также влажности / плотности для контроля качества дорожного строительства. Такие зонды также используются в приложениях также лесозаготовок, в нейтронной радиографии , томографии и других радиохимических исследований.

Химическая структура DOTA носителя для 225 Ac в лучевой терапии.

225 Ас применяется в медицине для получения 213 Bi в многоразовой генератора или может быть использован отдельно в качестве средства для лучевой терапии , в частности , альфа - целевой терапии (ТАТ). Этот изотоп имеет период полураспада 10 дней, что делает его гораздо более подходящим для лучевой терапии , чем 213 Bi (период полураспада 46 минут). Кроме того, 225 Аса распадается на нетоксичный 209 Bi , а не стабильный , но токсичный свинец , который является конечным продуктом в цепи распада ряда других изотопов - кандидатов, а именно 227 Th, 228 Th и 230 U. не только 225 самих переменного тока, но также его дочери, излучают альфа - частицы , которые убивают раковые клетки в организме. Основная трудность с применением 225 Ac, что внутривенное введение простых актиния комплексов привело к их накоплению в костях и печени в течение десятков лет. В результате, после того, как раковые клетки быстро убиты альфа - частиц от 225 Лс, излучение от актиний и его дочери могли бы вызвать новые мутации. Чтобы решить эту проблему, 225 Ас был связан с хелатирующим агентом, таким как цитрат , этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) или диэтилентриамин pentaacetic кислоты (ДТПК). Это привело к снижению накопления актиния в костях, но выведение из организма остается медленным. Значительно лучшие результаты были получены с такими хелатирующими агентами , как HEHA ( 1,4,7,10,13,16-hexaazacyclohexadecane-N, N ', N ", N' '', N '' '', N '' '" - hexaacetic кислота ) или DOTA ( 1,4,7,10-тетраазациклододекан-1,4,7,10-тетрауксусной кислоты ) в сочетании с трастузумабом , с моноклональным антителом , которое препятствует с / NEU HER2 рецептора . Последняя комбинация поставки была проверена на мышах и оказались эффективными против лейкемии , лимфомы , молочной железы , яичников , нейробластомы и рака простаты .

Средний период полураспада 227 Ac (21,77 лет) делает его очень удобным радиоактивным изотопом в моделировании медленного вертикального перемешивания океанических вод. Соответствующие процессы не могут быть изучены с необходимой точностью прямыми измерениями текущих скоростей (порядка 50 метров в год). Тем не менее, оценка концентрации глубинных профилей для различных изотопов позволяет оценить скорости перемешивания. Физика позади этого метода состоит в следующем: океанические воды содержат гомогенно диспергированные 235 U. Ее продукт распада, 231 Па, постепенно выпадает в осадок на дно, так что его концентрация сначала растет с глубиной , а затем остается почти постоянным. 231 Па затухают до 227 вольт переменного тока; однако, концентрация последнего изотопа не следует за 231 Па профиля глубины, но вместо этого увеличивается к морскому дну. Это происходит из-за смешивания процессов , которые поднимают некоторые дополнительные 227 Ac от морского дна. Таким образом , анализ обоих 231 Па и 227 профилей глубины Ac позволяет исследователям моделировать поведение смешивания.

Существуют теоретические предсказания , что ACH х гидриды (в данном случае с очень высоким давлением) являются кандидатом на вблизи комнатной температуры сверхпроводника , поскольку они имеют Т ˚C значительно выше , чем H3S, возможно , вблизи 250 K.

Меры предосторожности

227 Ac сильно радиоактивен и эксперименты с ним проводятся в специально разработанной лаборатории , оборудованной с плотно перчаточным ящиком . Когда трихлорид актиний вводят внутривенно крысам, около 33% от актиний осаждается в кости и 50% в печень. Его токсичность сравнима, но немного ниже , чем у америция и плутония. Для следовых количеств, вытяжные шкафы с хорошей аэрацией хватает; для грамотрицательных количеств, горячие клетки с экранированием от интенсивных гамма - излучения , испускаемого 227 Ac являются необходимыми.

Смотрите также

Рекомендации

Список используемой литературы

внешняя ссылка