Ce sunt actinidele?

Actinidele este denumirea colectivă dată elementelor 90-103 din tabelul periodic, cuprinzând toriu, protactiniu, uraniu, neptunium, plutoniu, americiu, curiu, berkeliu, californiu, einsteiniu, fermiu, mendeleviu, nobeliu și lawrencium. Elementul actiniu, numărul atomic 89, după care este numit grupul, nu este, strict vorbind, în sine una dintre actinide, dar este adesea inclus cu ele. Ca și în cazul tuturor elementelor mai grele decât plumbul, niciuna dintre seriile de actinide nu are izotopi stabili și, prin urmare, toate sunt radioactive, în general fiind supuse descompunerii alfa în alte elemente. Uraniul și toriu se găsesc în mod natural, alături de urme de actiniu, protactiniu, plutoniu și neptunium. Elementele rămase nu au fost niciodată observate în natură, dar au fost fabricate în cantități extrem de mici în acceleratori de particule.

Uraniul și toriul au perioade lungi de înjumătățire și au fost prezente pe Pământ în cantități semnificative de la formarea sa. Se crede că o mare parte din căldura din nucleul Pământului, care conduce la tectonica plăcilor și la vulcanismul, se datorează dezintegrarii radioactive a acestor elemente. Izotopul plutoniu-244 are un timp de înjumătățire relativ lung și încă supraviețuiesc urme ale plutoniului original al Pământului; cu toate acestea, cea mai mare parte a plutoniului din mediu provine din reactoare nucleare și teste de arme nucleare. Actiniul, protactiniul și neptuniul care apar în mod natural au timpi de înjumătățire mult mai scurt, astfel încât orice cantități din aceste elemente care erau prezente atunci când s-a format Pământul s-ar fi degradat cu mult timp în alte elemente. Actiniul, protactiniul și neptuniul se formează prin procese nucleare asociate cu descompunerea izotopilor uraniului.

La fel ca elementele lantanide, actinidele ocupă un bloc separat de tabelul periodic principal, așa cum este de obicei descris, din cauza configurațiilor lor electronice. În ambele blocuri, subînvelișul de electroni cel mai exterior a fost ocupat înaintea unui subînveliș anterior, deoarece acesta din urmă are un nivel de energie mai mare și numărul de electroni din acest subînveliș este cel care diferențiază elementele unul de celălalt. Pentru lantanide, este importantă subînvelișul 4f, iar pentru actinide, subînvelișul 5f. Aceste elemente sunt cunoscute și sub numele de elemente f-block. Învelișul cel mai exterior este același pentru toate elementele din fiecare bloc, cu excepția lawrencium, care diferă de elementul precedent nu în subînvelișul 5f, ci prin faptul că are un subînveliș suplimentar 7p care conține un electron.

Chimia actinidelor este guvernată de faptul că electronii de valență, care se pot lega de alți atomi, nu sunt limitați la subînvelișul cel mai exterior, dând un număr variabil de stări de oxidare între aceste elemente. De exemplu, plutoniul poate avea stări de oxidare de la +3 la +7. Toate elementele sunt reactive chimic și se oxidează rapid în aer, devenind acoperite cu un strat de oxid. Reactivitatea crește cu greutatea atomică în cadrul grupului; cu toate acestea, investigarea proprietăților chimice ale unora dintre membrii mai grei este dificilă din cauza radioactivității intense și a timpilor de înjumătățire foarte scurt.

Izotopii de actinidă cu viață mai lungă au găsit o varietate de utilizări. Toriul a fost folosit încă de la sfârșitul secolului al XIX-lea în producția de mantale de gaz. Capacitatea unor izotopi de uraniu și plutoniu de a suferi fisiune nucleară a condus la utilizarea lor în reactoare nucleare și în arme nucleare, iar plutoniul a fost, de asemenea, folosit ca sursă de energie de lungă durată pentru sondele spațiale. Americiul este utilizat în detectoarele de fum.