7.2: Актиноїди

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20101

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

П'ятнадцять елементів від актинію, Ac, до lawrencium, Lr, називаються актиноїдами (табл.\(\PageIndex{2}\)). Загальним символом цих елементів є Ан. Всі актиноїдні елементи радіоактивні і дуже отруйні. Актиноїди, які існують у природі в значній кількості, є торій, Th, протактиній, Pa, і уран, U, а торій і уран насправді виділяються з руд і знаходять застосування. Металевий плутоній, Pu, виробляється у великих кількостях в ядерних реакторах і досліджується його економічна ефективність як паливо для звичайних ядерних реакторів і реакторів швидкого селекціонера, а також його безпеку. Оскільки ізольовані кількості елементів після америція, Am, невеликі, а їх радіоактивність дуже висока, вивчення їх хімічних властивостей дуже обмежене.

Таблиця\(\PageIndex{2}\) Властивості актиноїдів
Атомний номер	Ім'я	Символ	Конфігурація електронів	М ³⁺ радіус (пм)	Основний ізотоп
89	Актиніум	Ac	6д ¹ 7с ²	126	²²⁷ змінного струму
90	Торій	Чт	6д ² 7с ²		²²⁷ змінного струму
91	Протактиній	Па	5ф ² 6д ¹ 7с ²	118	^{232 Чт}
92	Уран	У	5ф ³ 6д ¹ 7с ²	117	²³⁵ УД., ²³⁸ УП
93	Нептуній	Нп	5ф ⁵ 7с ²	115	²³⁷ Нп
94	Плутоній	Пу	5ф ⁶ 7с ²	114	²³⁸ Пу, ²³⁹ Пу
95	америцій	Ам	577 ²	112	²⁴¹ ранку, ²⁴³ ранку
96	Куріум	См	5ф ⁷ 6д ¹ 7с ²	111	²⁴² см, ²⁴⁴ см
97	Беркелій	Бк	5ф ⁹ 7с ²	110	²⁴⁹ Кб
98	Каліфорнія	Cf	5ф ¹⁰ 7с ²	109	²⁵² Кф
99	Ейнштейніум	Es	5ф ¹¹ 7с ²
100	Фермій	Fm	5ф ¹² 7с ²
101	Менделевіум	Мд	5ф ¹³ 7с ²
102	Нобеліум	Ні	5ф ¹⁴ 7с ²
103	Лоуренціум	Lr	5ф ¹⁴ 6д ¹ 7с ²

Процес радіоактивного розпаду радіоактивних елементів на стійкі ізотопи має принципове значення в ядерній хімії. Якщо кількість радіонукліду, що існує в певний час, дорівнює N, величина розпаду за одиницю часу пропорційна N. Отже, радіоактивність дорівнює

\[- \frac{dN}{dt} = \lambda N \qquad (\lambda\; \text{is disintegration constant})\]

інтеграція рівняння призводить до

\[N = n_{0} e^{- \lambda t}\]

де N ₀ - кількість атомів в нульовий час, а час, протягом якого радіоактивність стає половиною N ₀ - період напіврозпаду.

\[T = \frac{\ln 2}{\lambda} = \frac{0.69315}{\lambda}\]

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Як змінюється нуклід при α розпаді і\(\beta^{−}\) розпаді?

Відповідь: Оскільки атомне ядро атома гелію, ⁴ He, випромінюється при\(\alpha\) розпаді нукліду, його атомний номер Z стає (Z-2), а його масове число A змінюється на (A-4). При\(\beta^{−}\) розпаді випромінюється електрон і Z стає нуклідом (Z + 1).

виділення тулію

Тулій - рідкісноземельний елемент з найменшим достатком, крім прометию, і виникли неабиякі труднощі при виділенні його як чистого металу. П.Т. Клев відкрив елемент в 1879 році, але це був лише 1911 рік, коли повідомлялося про виділення металу майже задовольняє чистоти.

Джеймс Сполучених Штатів спробував багато мінералів і виявив, що три руди, іттершпар, евзеніт і колумбіт, вироблені з острова на півночі Норвегії, були найкращим джерелом. Для отримання більш чистого металу тулію хромати змішаних рідкоземельних металів, отримані при обробці великої кількості руд гідроксидом натрію, соляною кислотою, щавлевою кислотою, хроматом барію багаторазово перекристалізували з води та водно-спирту. У ті часи ідентифікація елемента методом спектроскопії вже була можлива, і рекристалізації повторювалися 15 000 разів протягом декількох місяців, доводячи, що отримати більш чистий метал неможливо.

Хіміків просять повторити монотонні операції і зараз, але малоймовірно, що терпіння такого роду все ще існує. Це може перешкодити прогресу нашого розуміння хімії рідкоземельних елементів.

Хоча актиноїди схожі на лантаноїди тим, що їх електрони заповнюють орбіталі 5f по порядку, їх хімічні властивості неоднорідні і кожен елемент має характерні властивості. Просування електронів 5f - 6d не вимагає великої кількості енергії і відомі приклади сполук з\(\pi\) -кислотними лігандами, в яких беруть участь всі орбіталі 5f, 6d, 7s і 7p. Тривалентні сполуки є найбільш поширеними, але інші ступені окислення не рідкість. Особливо торій, протактиній, уран та нептуній, як правило, припускають +4 або вище ступінь окислення. Оскільки рівень їх радіоактивності низький, торій та уран, які містяться як мінерали, можна легально обробляти в звичайній лабораторії. Такі сполуки, як ThO ₂, ThCl ₄, UO ₂, UCl ₃, UCl ₄, UCl ₆, UF ₆ тощо, знаходять часте використання. Особливо гексафторид урану, UF ₆, піддається сублімації і підходить для дифузії газу і проходить процес центрифуги газу для поділу ²³⁵ U. торій є оксофільним елементом, подібним до лантаноїдів.

проблеми

7.1

У чому причина відносно легкого поділу церію і європію серед лантаноїдів, які було важко виділити?

7.2

Обчисліть радіоактивність через період в 10 разів довше, ніж період напіврозпаду даного матеріалу.