11.8 Актиний ( 89Ас) и актиноиды

1899 году сотрудник Кюри Дебьерн в отходах от переработки урановых руд обнаружил новое радиоактивное вещество. При химико-аналитическом разделении это радиоактивное вещество осаждалось аммиаком вместе с редкоземельными элементами и торием. Радиоактивность была приписана новому радиоактивному элементу, который был назван актинием( излучающий). В настоящее время известно 24 изотопа актиния, три из них встречаются в природе( Ac , Ac Ac). Остальные изотопы получены искусственным путем.

Таблица Радиоактивные свойства некоторых изотопов актиния:

Изотоп актиния	Реакция получения	Тип распада	Период полураспада
221Ac	232Th(d,9n)225Pa(б)→221Ac	б	<1 сек.
222Ac	232Th(d,8n)226Pa(б)→222Ac	б	4,2 сек.
223Ac	232Th(d,7n)227Pa(б)→223Ac	б	2,2 мин.
224Ac	232Th(d,6n)228Pa(б)→224Ac	б	2,9 час.
225Ac	232Th(n,г)233Th(в-)→233Pa(в-) → 233U(б)→229Th(б)→225Ra(в-)225Ac	б	10 сут.
226Ac	226Ra(d,2n)226Ac	б или в- или электронный захват	29 час.
227Ac	235U(б)→231Th(в-)→231Pa(б)→227Ac Ra ( n,) Ra → Ac	б или в- в-, б	21,7 лет 22 года
228Ac	232Th(б)→228Ra(в-)→228Ac	в-	6,13 час.
229Ac	228Ra(n,г)229Ra(в-)→229Ac	в-	66 мин.
230Ac	232Th(d,б)230Ac	в-	80 сек.
231Ac	232Th(г,p)231Ac	в-	7,5 мин.
232Ac	232Th(n,p)232Ac	в-	35 сек.

Есть одна причина, по которой элемент № 89 – актиний – особенно интересует сегодня многих. Этот элемент, подобно лантану, оказался родоначальником большого семейства элементов, в которое входят все три кита ядерной энергетики – уран, плутоний и торий.

Главный и долгоживущий изотоп актиния - Ac (период полураспада 22 года) является дочерним продуктом ²³⁵U. В урановых рудах актиний содержится в микроконцентрациях.В равновесии с 1 природного урана находится ~ 10^-10 г Ac. Актиний может быть выделен из урановых и ториевых руд путем осуществления кислотного разложения руды с последующим разделением и выделением продуктов распада урана и тория и отделения актиния от примесей с лантаноидами. От лантана актиний может быть отделен хроматографически на катионите в аммонийной форме. Актиний хорошо отделяется от лантана методом электрофореза. Количество получающегося актиния настолько мало, что этот элемент входит в десятку редчайших элементов.

Из – за очень малого содержания актиния в рудах его предпочитают получать искусственным путем, Изотоп ²²⁷Ac получают облучением радия мощным потоком нейтронов в реакторе:

Ra ( n,) Ra → Ac

Именно этим путем получены чистые препараты актиния, на которых и были определены его основные свойства. Выход, как правило, не превышает 2.15% от исходного количества радия. Количество актиния при данном способе синтеза исчисляется в граммах. От радия и дочерних продуктов распада актиний отделяют после растворения мишени в НСl довольно просто – экстракцией в раствор тиофенилкарбонила - трифторацетона в хлороформе при рН~3,6. Далее актиний осаждают в виде Ac₂(С₂О₄)_3, растворяют в соляной кислоте и плавиковой кислотой переводят в AcF₃. Затем в вакууме при 1200⁰ С полученную соль восстанавливают металлическим литием до металла. 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

Элементарный актиний довольно тяжелый серебристо-белый металл, который легко окисляется на воздухе с образованием пленки оксида, предохраняющей металл от дальнейшей коррозии. Актиний- элемент третьей группы периодической системы. Его ближайшим химическим аналогом является лантан. У него, как и у лантана такая же валентность (+ 3), близкиие атомные радиусы (1,87 нм у лантана и 2,03 нм у актиния), почти идентичное строение большинства соединений. Актиний подобно лантану химически активный элемент, быстро окисляющийся на воздухе. В то же время он имеет более основные свойства, чем лантан. В кислых растворах актиний присутствует в виде ионов. При рН>3 образуются коллоидные растворы. В микроконцентрациях актиний соосаждается гидроокисями иттрия, алюминия, железа.

Применение 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 радио-иммунотерапии.

²²⁷Ac может использоваться в радиоизотопных источниках энергии.

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

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

Актиний относится к числу опасных радиоактивных ядов с высокой удельной б-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 много 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.

Актиний сыграл огромную роль в знаменитой актиноидной теории Г. Сиборга, предложенной в 1944 г. В соответствии с этой теории элементы с порядковыми номерами 90-103 образуют 5f –семейство и по аналогии с лантаноидами размещаются в периодической системе в виде отдельной группы. По своему химическому поведению актиноиды занимают промежуточное положение между элементами f - и d- серий. Сюда входят - торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, энштейний, фермий, менделеевий, нобелий, лоуренсий.

Таблица Наиболее важные изотопы актиноидов

Изотоп	Период полураспада	Изотоп	Период полураспада	Изотоп	Период полураспада
227Ac	22 года	244Pu	7,6107 лет	248Bk	314 суток
232Th	1,391010 лет	241Am	458 лет	251Cf	660 лет
231 Pa	34300 лет	241Am	433 года	254Es	280 суток
233U	1,62105 лет	243Am	7600 лет	253Es	20,47 сут
235U	7,13108 лет	242Cm	162,5 суток
238U	4,5109 лет	244Cm	19 лет
235Np	410 сут	247Cm	4107 лет
237Np	2,2106 лет	248Cm	4,7105 лет
238Pu	86,4 года	250Cm	2104 лет
239Pu	24360 лет	247Bk	1300 лет
242Pu	3,79105 лет

Согласно теории всего в слое 5f может находиться 14 электронов. Следовательно,103-й элемент должен быть последним актиноидом, так как у него будут полностью застроены уровни 5f, 6s и 6p. С другой стороны, следует ожидать, что 104-й элемент будет находиться в состоянии 6d² 7s², т.е. относиться к четвертой группе системы Менделеева, следовательно, по своим свойствам он должен быть похож на торий.