Τι είναι οι ακτινίδες;

Οι ακτινίδες είναι η συλλογική ονομασία που δίνεται στα στοιχεία 90-103 στον περιοδικό πίνακα, που περιλαμβάνει θόριο, πρωτακτίνιο, ουράνιο, ποσειδώνιο, πλουτώνιο, αμερίκιο, κούριο, βερκέλιο, καλιφόρνιο, αϊνστάινιο, φέρμιο, μεντέλειο, νομπέλιο και λαυρένιο. Το στοιχείο ακτίνιο, ατομικός αριθμός 89, από το οποίο ονομάστηκε η ομάδα, δεν είναι — αυστηρά μιλώντας — ένα από τα ακτινίδια, αλλά συχνά περιλαμβάνεται σε αυτές. Όπως συμβαίνει με όλα τα στοιχεία βαρύτερα από τον μόλυβδο, καμία από τις σειρές ακτινιδών δεν έχει σταθερά ισότοπα και επομένως όλα είναι ραδιενεργά και γενικά υφίστανται διάσπαση άλφα σε άλλα στοιχεία. Το ουράνιο και το θόριο υπάρχουν φυσικά, μαζί με ίχνη ακτινίου, πρωτακτινίου, πλουτωνίου και ποσειδώνιου. Τα υπόλοιπα στοιχεία δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ στη φύση, αλλά έχουν κατασκευαστεί σε εξαιρετικά μικρές ποσότητες σε επιταχυντές σωματιδίων.

Το ουράνιο και το θόριο έχουν μεγάλη ημιζωή και υπάρχουν στη Γη σε σημαντικές ποσότητες από τον σχηματισμό του. Θεωρείται ότι μεγάλο μέρος της θερμότητας στον πυρήνα της Γης, που οδηγεί την τεκτονική πλάκα και τον ηφαιστειακό, οφείλεται στη ραδιενεργή διάσπαση αυτών των στοιχείων. Το ισότοπο πλουτώνιο-244 έχει σχετικά μεγάλο χρόνο ημιζωής και τα ίχνη του αρχικού πλουτωνίου της Γης εξακολουθούν να επιβιώνουν. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος του πλουτωνίου στο περιβάλλον προέρχεται από πυρηνικούς αντιδραστήρες και δοκιμές πυρηνικών όπλων. Το ακτίνιο, το πρωτακτίνιο και το ποσειδώνιο που απαντώνται στη φύση έχουν πολύ μικρότερο χρόνο ημιζωής, επομένως οποιεσδήποτε ποσότητες αυτών των στοιχείων που υπήρχαν όταν σχηματίστηκε η Γη θα είχαν διασπαστεί εδώ και πολύ καιρό σε άλλα στοιχεία. Το ακτίνιο, το πρωτακτίνιο και το νεπτούνιο σχηματίζονται μέσω πυρηνικών διεργασιών που σχετίζονται με τη διάσπαση των ισοτόπων του ουρανίου.

Όπως τα στοιχεία λανθανιδών, οι ακτινίδες καταλαμβάνουν ένα ξεχωριστό τμήμα από τον κύριο περιοδικό πίνακα, όπως συνήθως απεικονίζεται, λόγω των διαμορφώσεων ηλεκτρονίων τους. Και στα δύο αυτά μπλοκ, το εξώτατο υποκέλυφος ηλεκτρονίων έχει καταληφθεί πριν από ένα προηγούμενο υποκέλυφος, επειδή το τελευταίο έχει υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο και είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε αυτό το υποκέλυφος που διαφοροποιεί τα στοιχεία το ένα από το άλλο. Για τις λανθανίδες, είναι το υποκέλυφος 4f που είναι σημαντικό και για τις ακτινίδες το υποκέλυφος 5f. Αυτά τα στοιχεία είναι επίσης γνωστά ως στοιχεία f-block. Το πιο εξωτερικό υποκέλυφος είναι το ίδιο για όλα τα στοιχεία μέσα σε κάθε μπλοκ, εκτός από το λαουρένιο, το οποίο διαφέρει από το προηγούμενο στοιχείο όχι στο υποκέλυφος 5f, αλλά στο ότι έχει ένα επιπλέον υποκέλυφος 7p που περιέχει ένα ηλεκτρόνιο.

Η χημεία των ακτινιδών διέπεται από το γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια σθένους, τα οποία μπορούν να συνδεθούν με άλλα άτομα, δεν περιορίζονται στο εξώτατο υποκέλυφος, δίνοντας έναν μεταβλητό αριθμό καταστάσεων οξείδωσης μεταξύ αυτών των στοιχείων. Για παράδειγμα, το πλουτώνιο μπορεί να έχει καταστάσεις οξείδωσης από +3 έως +7. Όλα τα στοιχεία είναι χημικά αντιδραστικά και οξειδώνονται γρήγορα στον αέρα και επικαλύπτονται με ένα στρώμα οξειδίου. Η αντιδραστικότητα αυξάνεται με το ατομικό βάρος εντός της ομάδας. Ωστόσο, η διερεύνηση των χημικών ιδιοτήτων ορισμένων από τα βαρύτερα μέλη είναι δύσκολη λόγω της έντονης ραδιενέργειας και των πολύ σύντομων χρόνων ημιζωής τους.

Τα μακρόβια ισότοπα ακτινιδών έχουν βρει μια ποικιλία χρήσεων. Το θόριο χρησιμοποιείται από τα τέλη του 19ου αιώνα για την παραγωγή μανδύων αερίου. Η ικανότητα ορισμένων ισοτόπων ουρανίου και πλουτωνίου να υποστούν πυρηνική σχάση έχει οδηγήσει στη χρήση τους σε πυρηνικούς αντιδραστήρες και πυρηνικά όπλα, και το πλουτώνιο έχει επίσης χρησιμοποιηθεί ως πηγή ενέργειας μακράς διαρκείας για διαστημικούς ανιχνευτές. Το Americium χρησιμοποιείται σε ανιχνευτές καπνού.