Актиний - Actinium

Актиний,  89 Ас
Образец актиния (31481701837) .png
Актиний
Произношение / Æ к т ɪ п I ə м / ( Ак - ТИН -ее-əm )
Появление серебристо-белый, светящийся жутким синим светом; иногда с золотым отливом
Массовое число [227]
Актиний в периодической таблице
Водород Гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец 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 Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Беркелиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Нихоний Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон
La

Ac

(Uqt)
радийактинийторий
Атомный номер ( Z ) 89
Группа группа н / д
Период период 7
Блокировать   f-блок
Электронная конфигурация [ Rn ] 6d 1 7s 2
Электронов на оболочку 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
Физические свойства
Фаза на  СТП твердый
Температура плавления 1500  К (1227 ° C, 2240 ° F) (оценка)
Точка кипения 3500 ± 300 К (3200 ± 300 ° C, 5800 ± 500 ° F) (экстраполировано)
Плотность (около  rt ) 10 г / см 3
Теплота плавления 14  кДж / моль
Теплота испарения 400 кДж / моль
Молярная теплоемкость 27,2 Дж / (моль · К)
Атомные свойства
Состояния окисления +3 (сильно основной оксид)
Электроотрицательность Шкала Полинга: 1,1
Энергии ионизации
Ковалентный радиус 215  вечера
Цветные линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии актиния
Прочие свойства
Естественное явление от разложения
Кристальная структура гранецентрированной кубической (ГЦК)
Гранецентрированная кубическая кристаллическая структура актиния
Теплопроводность 12 Вт / (м⋅K)
Количество CAS 7440-34-8
История
Открытие и первая изоляция Фридрих Оскар Гизель (1902, 1903)
Названный Андре-Луи Дебьерн (1899)
Основные изотопы актиния
Изотоп Избыток Период полураспада ( t 1/2 ) Режим распада Продукт
225 АС след 10 дней α 221 пт
226 Ас син 29,37 ч β - 226 Чт
ε 226 Ra
α 222 пт
227 Ас след 21,772 года β - 227 Чт
α 223 пт
Категория Категория: Актиниум
| использованная литература

Актиний - это химический элемент с символом  Ac и атомным номером  89. Впервые он был выделен Фридрихом Оскаром Гизелем в 1902 году, который дал ему название эманий ; элемент получил свое название, ошибочно отождествляя себя с веществом, которое Андре-Луи Дебьерн обнаружил в 1899 году и назвал актинием. Актиний дал название серии актинидов , группе из 15 подобных элементов между актинием и лоуренсием в периодической таблице . Вместе с полонием , радием и радоном актиний был одним из первых выделенных не-первобытных радиоактивных элементов .

Мягкий серебристо-белый радиоактивный металл, актиний быстро реагирует с кислородом и влагой воздуха, образуя белый слой оксида актиния, который предотвращает дальнейшее окисление. Как и большинство лантаноидов и многих актинидов , актиний принимает степень окисления +3 почти во всех своих химических соединениях. Актиний содержится только в следовых количествах в урановых и ториевых рудах в виде изотопа 227 Ac, который распадается с периодом полураспада 21,772 года, преимущественно испуская бета- частицы , а иногда и альфа-частицы , и 228 Ac, который является бета-активным с периодом полураспада 6,15 часов. Одна тонна природного урана в руде содержит около 0,2 миллиграмма актиния-227, а одна тонна тория содержит около 5 нанограммов актиния-228. Близкое сходство физико-химических свойств актиния и лантана делает невозможным отделение актиния от руды. Вместо этого элемент получают в миллиграммах путем нейтронного облучения 226 Ra в ядерном реакторе . Актиний из-за его редкости, высокой цены и радиоактивности не имеет значительного промышленного использования. Его текущие применения включают источник нейтронов и агент лучевой терапии .

История

Андре-Луи Дебьерн , французский химик, объявил об открытии нового элемента в 1899 году. Он отделил его от остатков урановой обманки, оставленных Мари и Пьером Кюри после того, как они извлекли радий . В 1899 году Дебьерн описал это вещество как похожее на титан и (в 1900 году) как на торий . Фридрих Оскар Гизель обнаружил в 1902 году вещество, похожее на лантан, и назвал его «эманием» в 1904 году. После сравнения периодов полураспада веществ, определенных Дебьерном, Гарриет Брукс в 1904 году и Отто Ханом и Отто Сакуром в 1905 году, Дебьерн выбрал название нового элемента было сохранено, потому что он имел старшинство, несмотря на противоречивые химические свойства, которые он заявлял для элемента в разное время.

Статьи, опубликованные в 1970-х и позже, предполагают, что результаты Дебьерна, опубликованные в 1904 году, противоречат результатам, опубликованным в 1899 и 1900 годах. Более того, теперь известный химический состав актиния исключает его присутствие в качестве чего-либо другого, кроме второстепенного компонента результатов Дебьерна 1899 и 1900 годов; Фактически, химические свойства, о которых он сообщил, позволяют предположить, что вместо этого он случайно идентифицировал протактиний , который не будет обнаружен в течение следующих четырнадцати лет, только для того, чтобы он исчез из-за его гидролиза и адсорбции на его лабораторном оборудовании . Это побудило некоторых авторов выступить за то, чтобы приписать открытие только Гизелю. Менее конфронтационный взгляд на научные открытия предлагает Адлофф. Он предполагает, что критика ранних публикаций задним числом должна быть смягчена зарождающимся состоянием радиохимии: подчеркивая благоразумие заявлений Дебьерна в оригинальных статьях, он отмечает, что никто не может утверждать, что вещество Дебьерна не содержало актиний. Дебьерн, которого сейчас подавляющее большинство историков считают первооткрывателем, потерял интерес к элементу и оставил тему. С другой стороны, Гизелю можно по праву приписать первый препарат радиохимически чистого актиния и определение его атомного номера 89.

Название актиний происходит от древнегреческого актис, актинос (ακτίς, ακτίνος), что означает луч или луч. Его символ Ac также используется в сокращениях других соединений, которые не имеют ничего общего с актинием, таких как ацетил , ацетат и иногда ацетальдегид .

Характеристики

Актиний - мягкий серебристо-белый радиоактивный металлический элемент. Его расчетный модуль сдвига аналогичен таковому у свинца . Из-за своей высокой радиоактивности актиний светится в темноте бледно-голубым светом, который исходит из окружающего воздуха, ионизированного испускаемыми энергичными частицами. Актиний имеет такие же химические свойства, что и лантан и другие лантаноиды, поэтому эти элементы трудно отделить при извлечении из урановых руд. Для разделения обычно используются экстракция растворителем и ионная хроматография .

Первый элемент актинидов , актиний, дал группе свое название, так же как лантан дал лантаноидам . Группа элементов более разнообразна, чем лантаноиды, и поэтому только в 1945 г. произошло самое значительное изменение в периодической таблице Дмитрия Менделеева с тех пор, как признание лантаноидов, введение актинидов , было общепринятым после Гленна Т. Сиборга. исследование трансурановых элементов (хотя это было предложено еще в 1892 году британским химиком Генри Бассеттом).

Актиний быстро реагирует с кислородом и влагой воздуха, образуя белый налет из оксида актиния, который препятствует дальнейшему окислению. Как и большинство лантаноидов и актинидов, актиний находится в степени окисления +3, а ионы Ас 3+ в растворах бесцветны. Степень окисления +3 возникает из электронной конфигурации актиния [Rn] 6d 1 7s 2 , с тремя валентными электронами, которые легко отдаются, давая стабильную структуру с замкнутой оболочкой благородного газа радона . Редкая степень окисления +2 известна только для дигидрида актиния (AcH 2 ); даже это может в действительности быть соединением электрида, подобным его более легкому родственнику LaH 2, и, таким образом, иметь актиний (III). Ac 3+ является самым большим из всех известных триположительных ионов, а его первая координационная сфера содержит примерно 10,9 ± 0,5 молекул воды.

Химические соединения

Из-за высокой радиоактивности актиния известно лишь ограниченное количество его соединений. К ним относятся: AcF 3 , AcCl 3 , AcBr 3 , AcOF, AcOCl, AcOBr, Ac 2 S 3 , Ac 2 O 3 и AcPO 4 . За исключением AcPO 4 , все они похожи на соответствующие соединения лантана. Все они содержат актиний в степени окисления +3. В частности, постоянные решетки аналогичных соединений лантана и актиния различаются всего на несколько процентов.

Здесь a , b и c - постоянные решетки, No - номер пространственной группы, а Z - количество формульных единиц на элементарную ячейку . Плотность не измеряли напрямую, а рассчитывали по параметрам решетки.

Оксиды

Оксид актиния (Ac 2 O 3 ) может быть получен путем нагревания гидроксида при 500 ° C или оксалата до 1100 ° C в вакууме. Его кристаллическая решетка изотипна оксидам большинства трехвалентных редкоземельных металлов.

Галогениды

Трифторид актиния может быть получен либо в растворе, либо в твердой реакции. Первая реакция проводится при комнатной температуре путем добавления плавиковой кислоты к раствору, содержащему ионы актиния. В последнем методе металлический актиний обрабатывают парами фтороводорода при 700 ° C на полностью платиновой установке. Обработка трифторида актиния гидроксидом аммония при 900–1000 ° C дает оксифторид AcOF. В то время как оксифторид лантана может быть легко получен путем сжигания трифторида лантана на воздухе при 800 ° C в течение часа, аналогичная обработка трифторида актиния не дает AcOF и приводит только к плавлению исходного продукта.

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

Трихлорид актиния получают реакцией гидроксида или оксалата актиния с парами четыреххлористого углерода при температурах выше 960 ° C. Подобно оксифториду, оксихлорид актиния можно получить путем гидролиза трихлорида актиния гидроксидом аммония при 1000 ° C. Однако, в отличие от оксифторида, оксихлорид вполне может быть синтезирован путем воспламенения раствора трихлорида актиния в соляной кислоте с аммиаком .

Реакция бромида алюминия и оксида актиния дает трибромид актиния:

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

и обработка его гидроксидом аммония при 500 ° C приводит к оксибромиду AcOBr.

Другие соединения

Гидрид актиния был получен восстановлением трихлорида актиния калием при 300 ° C, и его структура была выведена по аналогии с соответствующим гидридом LaH 2 . Источник водорода в реакции был неизвестен.

Смешивание мононатрийфосфата (NaH 2 PO 4 ) с раствором актиния в соляной кислоте дает полугидрат актиния фосфата белого цвета (AcPO 4 · 0,5H 2 O) и нагревание оксалата актиния с парами сероводорода при 1400 ° C в течение нескольких минут. приводит к черному сульфиду актиния Ac 2 S 3 . Его можно получить, воздействуя смесью сероводорода и сероуглерода на оксид актиния при 1000 ° C.

Изотопы

Встречающийся в природе актиний состоит из двух радиоактивных изотопов ;227
Ас
(из радиоактивного семейства235
U
) и228
Ас
(внучка232
Th
).227
Ас
распадается в основном как бета-излучатель с очень малой энергией, но в 1,38% случаев он испускает альфа-частицу , поэтому его можно легко идентифицировать с помощью альфа-спектрометрии . Идентифицировано 36 радиоизотопов , самый стабильный из которых227
Ас
с периодом полураспада 21,772 года,225
Ас
с периодом полураспада 10,0 суток и226
Ас
с периодом полураспада 29,37 часа. Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 10 часов, а у большинства из них период полураспада менее одной минуты. Самый короткоживущий изотоп актиния - это217
Ac
(период полураспада 69 наносекунд), который распадается через альфа-распад . Актиний также имеет два известных мета состояния . Наиболее важными изотопами для химии являются 225 Ас, 227 Ас и 228 Ас.

Очищенный 227
Ас
приходит в равновесие с продуктами распада примерно через полгода. Он распадается в соответствии со своим периодом полураспада 21,772 года, выделяя в основном бета-частицы (98,62%) и некоторые альфа-частицы (1,38%); последовательные продукты распада являются частью актиниевого ряда . Из-за малых доступных количеств, низкой энергии его бета-частиц (максимум 44,8 кэВ) и низкой интенсивности альфа-излучения,227
Ac
трудно обнаружить непосредственно по его излучению, и поэтому он отслеживается по продуктам его распада. Изотопы актиния имеют атомный вес от 205  u (205
Ас
) до 236 u (236
Ас
).

Изотоп Производство Разлагаться Период полураспада
221 Ас 232 Th (d, 9n) → 225 Па (α) → 221 Ас α 52 мс
222 Ас 232 Th (d, 8n) → 226 Па (α) → 222 Ac α 5.0 с
223 Ас 232 Th (d, 7n) → 227 Па (α) → 223 Ac α 2,1 мин
224 Ас 232 Th (d, 6n) → 228 Па (α) → 224 Ac α 2,78 часов
225 АС 232 Th (n, γ) → 233 Th (β - ) → 233 Па (β - ) → 233 U (α) → 229 Th (α) → 225 Ra (β - ) → 225 Ac α 10 дней
226 Ас 226 Ra (d, 2n) → 226 Ас α, β -
захват электрона
29,37 часов
227 Ас 235 U (α) → 231 Th (β - ) → 231 Па (α) → 227 Ас α, β - 21,77 года
228 Ас 232 Th (α) → 228 Ra (β - ) → 228 Ас β - 6,15 часов
229 Ас 228 Ra (n, γ) → 229 Ra (β - ) → 229 Ас β - 62,7 мин
230 В переменного тока 232 Th (d, α) → 230 Ас β - 122 с
231 Ас 232 Th (γ, p) → 231 Ac β - 7,5 мин
232 перем. 232 Th (n, p) → 232 Ас β - 119 с

Возникновение и синтез

Уранинитовые руды содержат повышенное содержание актиния.

Актиний содержится только в следовых количествах в урановых рудах (одна тонна урана в руде содержит около 0,2 миллиграмма 227 Ac) и в ториевых рудах, которые содержат около 5 нанограммов 228 Ac на одну тонну тория. Изотоп актиния 227 Ac является переходным звеном в цепочке распада уран-актиниевого ряда , которая начинается с родительского изотопа 235 U (или 239 Pu ) и заканчивается стабильным изотопом свинца 207 Pb . Изотоп 228 Ac является переходным звеном в цепочке распада ряда тория , которая начинается с родительского изотопа 232 Th и заканчивается стабильным изотопом свинца 208 Pb . Другой изотоп актиния ( 225 Ас) временно присутствует в цепочке распада нептуниевого ряда , начиная с 237 Np (или 233 U ) и заканчивая таллием ( 205 Tl ) и почти стабильным висмутом ( 209 Bi ); Несмотря на то, что весь первичный 237 Np распался, он непрерывно вырабатывается нейтронными реакциями выбивания природного 238 U.

Низкая естественная концентрация и близкое сходство физических и химических свойств со свойствами лантана и других лантаноидов, которые всегда в изобилии в актинийсодержащих рудах, делают отделение актиния от руды непрактичным, и полное разделение так и не было достигнуто. Вместо этого актиний получают в миллиграммах путем нейтронного облучения 226 Ra в ядерном реакторе .

Выход реакции составляет около 2% от веса радия. 227 Ac может дополнительно захватывать нейтроны, что приводит к небольшому количеству 228 Ac. После синтеза актиний отделяется от радия и продуктов распада и ядерного синтеза, таких как торий, полоний, свинец и висмут. Экстракцию можно проводить с помощью раствора теноилтрифторацетон- бензол из водного раствора продуктов облучения, а селективность по определенному элементу достигается путем регулирования pH (примерно до 6,0 для актиния). Альтернативной процедурой является анионный обмен с подходящей смолой в азотной кислоте , что может привести к коэффициенту разделения радия и актиния по сравнению с торием в 1000000 в двухстадийном процессе. Затем актиний можно отделить от радия в соотношении около 100, используя катионообменную смолу с низкой степенью сшивки и азотную кислоту в качестве элюента .

225 Ac был впервые произведен искусственно в Институте трансурановых элементов (ITU) в Германии с использованием циклотрона и в больнице Святого Георгия в Сиднее с использованием линейного ускорителя в 2000 году. Этот редкий изотоп имеет потенциальное применение в лучевой терапии и наиболее эффективно производится путем бомбардировки мишень из радия-226 с ионами дейтерия 20–30 МэВ . Эта реакция также дает 226 Ас, который, однако, распадается с периодом полураспада 29 часов и, таким образом, не загрязняет 225 Ас.

Металлический актиний был получен восстановлением фторида актиния парами лития в вакууме при температуре от 1100 до 1300 ° C. Более высокие температуры приводят к испарению продукта, а более низкие - к неполному превращению. Литий был выбран среди других щелочных металлов, потому что его фторид наиболее летуч.

Приложения

Из-за своей редкости, высокой цены и радиоактивности 227 Ас в настоящее время не имеет значительного промышленного использования, но 225 Ас в настоящее время изучается для использования в лечении рака, например, при целевой альфа-терапии. 227 Ac очень радиоактивен и поэтому изучался для использования в качестве активного элемента радиоизотопных термоэлектрических генераторов , например, в космических кораблях. Оксид 227 Ac, спрессованный с бериллием , также является эффективным источником нейтронов с активностью, превышающей активность стандартных пар америций-бериллий и радий-бериллий. Во всех этих приложениях 227 Ac (бета-источник) является просто предшественником, который при распаде генерирует альфа-излучающие изотопы. Бериллий захватывает альфа-частицы и испускает нейтроны из-за своего большого сечения для (α, n) ядерной реакции:

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 при каротажных исследованиях, в нейтронной радиографии , томографии и других радиохимических исследованиях.

Химическая структура носителя ДОТА для 225 Ас в лучевой терапии.

225 Ас применяется в медицине для производства 213 Bi в многоразовом генераторе или может использоваться отдельно в качестве агента для лучевой терапии , в частности, для таргетной альфа-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 Ac распадается до нетоксичного 209 Bi, а не до стабильного, но токсичного свинца , который является конечным продуктом в цепочках распада нескольких других изотопов-кандидатов, а именно 227 Th, 228 Th и 230 U. Не только 225 Ac, но и его дочери испускают альфа-частицы, которые убивают раковые клетки в организме. Основная трудность с применением 225 Ас состояла в том, что внутривенное введение простых комплексов актиния приводило к их накоплению в костях и печени в течение десятков лет. В результате, после того, как раковые клетки были быстро убиты альфа-частицами из 225 Ac, излучение актиния и его дочерей могло вызвать новые мутации. Чтобы решить эту проблему, 225 Ас был связан с хелатирующим агентом, таким как цитрат , этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) или диэтилентриаминпентауксусная кислота ( ДТПА ). Это уменьшило накопление актиния в костях, но выведение из организма оставалось медленным. Намного лучшие результаты были получены с такими хелатирующими агентами, как HEHA ( 1,4,7,10,13,16-гексаазациклогексадекан-N, N ', N ″, N ‴, N ′, N ‴ ″ - гексауксусная кислота ) или DOTA. ( 1,4,7,10-тетраазациклододекан-1,4,7,10-тетрауксусная кислота ) в сочетании с трастузумаб , А моноклональное антитело , которое препятствует с HER -2 / NEU рецептором . Последняя комбинация доставки была протестирована на мышах и доказала свою эффективность против лейкемии , лимфомы , рака груди , яичников , нейробластомы и простаты .

Средний период полураспада 227 Ас (21,77 года) делает его очень удобным радиоактивным изотопом для моделирования медленного вертикального перемешивания океанических вод. Связанные с этим процессы не могут быть изучены с необходимой точностью прямыми измерениями скоростей течений (порядка 50 метров в год). Однако оценка профилей концентрации по глубине для различных изотопов позволяет оценить скорости перемешивания. Физика, лежащая в основе этого метода, такова: океанические воды содержат однородно диспергированный 235 U. Продукт его распада, 231 Па, постепенно осаждается на дно, так что его концентрация сначала увеличивается с глубиной, а затем остается почти постоянной. 231 Па распадается до 227 Ас; однако концентрация последнего изотопа не следует профилю глубины 231 Па, а вместо этого увеличивается по направлению к морскому дну. Это происходит из-за процессов смешения, которые поднимают дополнительные 227 Ас со дна моря. Таким образом, анализ профилей глубины 231 Па и 227 Ac позволяет исследователям смоделировать поведение перемешивания.

Существуют теоретические предсказания, согласно которым гидриды AcH x (в данном случае с очень высоким давлением) являются кандидатом на роль сверхпроводника при температуре, близкой к комнатной, поскольку у них T c значительно выше, чем у H3S, возможно, около 250 К.

Меры предосторожности

227 Ac очень радиоактивен, и эксперименты с ним проводятся в специально созданной лаборатории, оснащенной герметичным перчаточным ящиком . При внутривенном введении трихлорида актиния крысам около 33% актиния откладывается в костях и 50% - в печени. Его токсичность сопоставима с америцием и плутонием, но несколько ниже. Для следовых количеств достаточно вытяжных шкафов с хорошей аэрацией; для граммовых количеств необходимы горячие камеры с защитой от интенсивного гамма-излучения, испускаемого 227 Ac.

Смотрите также

Примечания

использованная литература

Библиография

внешние ссылки