Aktinoidi

Wikipediasta
(Ohjattu sivulta Aktinidit)
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Järjestysluku Alkuaine Merkki
89 Aktinium Ac
90 Torium Th
91 Protaktinium Pa
92 Uraani U
93 Neptunium Np
94 Plutonium Pu
95 Amerikium Am
96 Curium Cm
97 Berkelium Bk
98 Kalifornium Cf
99 Einsteinium Es
100 Fermium Fm
101 Mendelevium Md
102 Nobelium No
103 Lawrencium Lr

Aktinoidit ovat alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä joukko peräkkäisiä jakson 7 alkuaineita, joiden järjestysluku on 89–103, aktiniumista lawrenciumiin. Lawrenciumia lukuun ottamatta ne kaikki kuuluvat jaksollisen järjestelmän f-lohkoon. Aktinoidit ovat kaikki radioaktiivisia metalleja, mutta kemiallisesti ne ovat samankaltaisia skandiumin, yttriumin ja lantanoidien kanssa.[1]

Korkean järjestysluvun aktinoidit amerikiumista lähtien ovat synteettisiä eli niitä ei ole maapallolla luonnonvaraisina. Sarjan alkupäänkin alkuaineista luonnossa esiintyy runsaasti vain uraania ja toriumia. Aktinoideja voidaan valmistaa keinotekoisesti pommittamalla raskaita alkuaineita neutroneilla ydinreaktoreissa tai muilla hiukkasilla hiukkaskiihdyttimissä. Uraania ja plutoniumia käytetään paitsi voimaloissa myös ydinaseissa, ja ydinräjähdys voi tuottaa myös muita sarjan alkuaineita. Aktinoidien isotoopeista suurimman osan puoliintumisaika on lyhyt.[1][2]

Aktinoidit, samoin kuin lantanoidit, merkitään usein jaksollisen järjestelmän alle omille riveilleen. Aktinoidista käytetään myös nimitystä aktinidi, mutta IUPAC pitää muotoa aktinoidit suositeltavampana, koska idi-päätteellä merkitään tavallisesti anioneja eli negatiivisia ioneita.[3]

Ominaisuudet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aktinoidien elektroniverhon rakenne

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lantanoidien tavoin aktinoidit ovat sisäsiirtymäaineita. Jokaisella on 86 elektronia järjestäytyneenä samoin kuin viimeisellä niitä edeltävällä jalokaasulla, radonilla, ja näiden lisäksi kolme elektronia, jotka sijoittuvat eri tavoin uloimmille 6d ja 7s -atomiorbitaaleille. Nämä toimivat pääasiallisina valenssielektroneita, jotka osallistuvat kemiallisten sidosten muodostumiseen. Alkuaineen järjestysluvun kasvaessa uusi elektroni sijoittuu aktinoideilla atomin kolmanneksi uloimman eli 5. kuoren f-orbitaalille. Nämä sisemmät 5f-elektronit pääasiassa erottavat eri aktinoidit toisistaan. Ne eivät juurikaan vaikuta alkuaineen kemiallisiin ominaisuuksiin tai osallistu sidosten muodostumiseen.[4][5]

Hapetusluvut

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Uraanisuolojen vesiliuoksia hapetusluvuilla +III–+VI
Neptuniumsuolojen vesiliuoksia hapetusluvuilla +III–+VII

Monessa suhteessa aktinoidit muistuttavatkin lantanoideja. Ne kaikki ovat metalleja. Kaikki aktinoidit voivat lantanoidien tapaan esiintyä yhdisteissään hapetusluvulla +III. Aktiniumilla tämä onkin ainoa hapetusaste. Myös sarjan loppupään alkuaineilla kaliforniumista eteenpäin +III on pääasiallisin hapetusluku; tosin ainakin fermiumille, mendeleviumille ja nobeliumille tunnetaan +II hapetusluvun yhdisteitä, ja nobeliumin liuoksille nämä ovatkin poikkeuksellisesti vakaampia kuin +III.[6]

Sarjan alkupään alkuaineista muutamilla ovat kuitenkin korkeammat hapetusluvut pysyvämpiä, esimerkiksi toriumilla +IV, protaktiniumilla +V, uraanilla +IV ja jopa +VI. Tämä antaa niille jossakin määrin myös ryhmien 4, 5 ja 6 alkuaineita muistuttavia ominaisuuksia. Esimerkiksi uraani muistuttaa eräiltä ominaisuuksiltaan ryhmään 6 kuuluvia kromia, molybdeenia ja volframia.[7] Tämän vuoksi, ja koska uraania raskaampia alkuaineita eli transuraaneja ei 1900-luvun alkuvuosina tunnettu, aktinoidit tunnistettiinkin vasta 1940-luvulta alkaen lantanoideja vastaavaksi erityiseksi alkuaineryhmäkseen.[8] Ensimmäinen löydetty transuraani oli neptunium (1940), jota valmistettiin pommittamalla metallista uraania neutroneilla. Aikaisemmin torium, protaktinium ja uraani olivatkin jaksollisessa järjestelmässä sijoitettu ryhmiin 4–6, hafniumin, tantaalin ja volframin alapuolelle. Aktinoidien käsitteen esitti Glenn Seaborg 1944 ja se on nykyään yleisesti hyväksytty tapa järjestellä nämä alkuaineet jaksolliseen järjestelmään.[9]

Kemialliset ominaisuudet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aktinoidien ionisäde on hyvin suuri.[10] Lantanoidien tavoin aktinoideillekin on tyypillistä ionien värillisyys, ionisäteen pieneneminen järjestysluvun kasvaessa ja kaksoissuolat.[7]

Fysikaaliset ominaisuudet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Puhtaassa muodossaan aktinoidit ovat tyypillisiä metalleja. Ne ovat yleensä väriltään hopeisia tai valkoisia ja tummuvat ilmassa.[1] Ne ovat pehmeitä ja niitä voidaan muotoilla, venyttää, takoa sekä seostaa muihin metalleihin. Toriumin kovuus on samaa luokkaa kuin pehmeän teräksen, joten siitä voidaan muotoilla levyjä tai vetää sitä langaksi. Joitain aktinoideja taas voi leikata veitsellä. Sarjan loppupään alkuaineita fermiumista alkaen ei ole koskaan pystytty valmistamaan makroskooppisia määriä, joten niiden tarkkoja fysikaalisia ominaisuuksia ei tunneta.

Aktinoidien tiheys on yleensä suuri. Torium on puoliksi niin tiheää kuin uraani tai plutonium, mutta on näitä kovempaa. Kaikki aktinoidit ovat radioaktiivisia sekä paramagneettisia ja johtavat sähköä ainakin jonkin verran. Aktinoidit ovat pyroforisia hienoksi jauhettuina. Kaikilla paitsi aktiniumilla on useita allotrooppisia muotoja: plutoniumilla peräti kuusi,[10] kun taas uraanilla, neptuniumilla ja kaliforniumilla kolme.

Yhdisteet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Oksidit

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Monet aktinoidit voivat muodostaa useita oksideja, kuten An2O3, AnO2, An2O5 ja AnO3. Aktiniumille tunnetaan kuitenkin vain yksi oksidi: aktinium(III)oksidi (Ac2O3).

Toriumdioksidi (ThO2) on valkoinen heijastava materiaali, jonka sulamispiste on kaikista oksideista korkein (3390 °C).[11]

Protaktiniumille tunnetaan protaktinium(IV)oksidi (PaO2), joka on mustaa, ja protaktinium(V)oksidi (Pa2O5), joka on valkoista.

Uraanin oksideja ovat muun muassa uraanidioksidi (UO2), uraanitrioksidi (UO3) ja triuraanioktaoksidi (U3O8).

Plutonium, neptunium ja amerikium muodostavat kaksi oksidia: An2O3 ja AnO2. Neptuniumtrioksidi ei ole stabiili yhdiste, vaan ainoastaan Np3O8 on kyetty syntetisoimaan. Plutoniumdioksidia voidaan käyttää ydinpolttoaineena MOX-polttoaineissa yhdessä uraanidioksidin kanssa. Sitä käytetään myös radioisotooppisissa termosähkögeneraattoreissa esimerkiksi avaruusluotainten voimanlähteenä.[12][13]

Hydroksidit

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Uraanitrioksidi (UO3) on amfoteerinen ja muodostaa useita hydroksideja, joista pysyvin on uranyylihydroksidi (UO2(OH)2).

Neptuniumhydroksidia (Np(OH)3) ei ole onnistuttu syntetisoimaan. Plutoniumhydroksidi (Pu(OH)3) on väriltään sinistä, amerikiumhydroksidi (Am(OH)3) pinkkiä ja curiumhydroksidi (Cm(OH)3) on kellertävää[14] tai väritöntä.[15] Myös Bk(OH)3 ja Cf(OH)3 tunnetaan, kuten myös hapetusluvun +IV hydroksidit neptuniumille, plutoniumille ja amerikiumille sekä +V hydroksidit neptuniumille ja amerikiumille. Aktinoidien hydroksideilla ei ole kovin paljon käyttöä, mutta niitä on tutkittu etsittäessä ydinjätteen käsittelymenetelmiä.[15]

Halidit

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
 Tämä artikkeli tai osio on keskeneräinen.
Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla sivua. Lisää tietoa saattaa olla keskustelusivulla.

Esiintyminen luonnossa

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aktinoidit ovat siitä erikoisia, että ne muodostavat 15 alkuaineen sarjan, joista yhdelläkään ei ole pysyviä isotooppeja, vaan kaikki aktinoidien isotoopit ovat radioaktiivisia. Tämän vuoksi vain muutamaa sarjan alkupään kevyttä alkuainetta, kuten toriumia ja uraania, löytyy luonnosta. Kolmella maapallolta löytyvällä aktinoidien isotoopilla (232Th, 235U ja 238U) on hyvin pitkät, miljardien vuosien puoliintumisajat. Näiden uskotaan olleen olemassa maapallon syntyessä. Myös joitakin näiden hajoamistuotteita esiintyy luonnollisesti, mutta niiden puoliintumisajat ovat paljon lyhyempiä.[5]

Aktinium, torium, protaktinium ja uraani ovat ainoat aktinoidit, joita esiintyy luonnollisesti mainittavia määriä. Loput aktinoidit, joita usein kutsutaan transuraaneiksi, ovat ihmisen valmistamia joko pommittamalla luonnosta löytyviä aktinoideja neutroneilla reaktoreissa tai raskailla ioneilla (varautuneilla hiukkasilla) hiukkaskiihdyttimissä, kuten syklotroneissa.[5]

Uraanin jälkeiset aktinoidit eivät esiinny luonnossa (muuta kuin joissain tapauksissa hivenmäärissä), koska niiden isotooppien pysyvyys vähenee järjestysluvun kasvaessa ja mahdollisesti ydinreaktioiden tuottamat määrät häviävät ennen kuin niitä ehtii kerääntyä ympäristöön.[5] Plutoniumin isotooppia 244Pu saattaa olla hivenmääriä luonnossa.[16]

Tuotanto ja eristäminen

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Mineraaleista luonnossa esiintyvät aktinoidit erotetaan liuotinuutolla ja ioninvaihdolla.[17]

Uraani-238 on uraanin pysyvin isotooppi, jonka puoliintumisaika on 4,5×109 vuotta. Uraania louhitaan yleisesti kallioperästä ydinvoimaloita varten. Plutonium-239:n puoliintumisaika on 24 400 vuotta ja sitä tuotetaan reaktoreissa tonneittain, mutta raskaampia aktinoideja, kuten nobeliumia ja lawrenciumia, tuotetaan vain muutamia atomeja kerrallaan.

Käyttökohteita

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Amerikium-241 käytetään palovaroittimissa. Tumma sisempi rengas on amerikiumia, jota ympäröi alumiini.

Plutoniumia raskaammilla aktinoideilla ei ole juurikaan käyttöä puhtaan tutkimuksen ulkopuolella. Joitain niistä on käytetty sähkön ja lämmön tuottamiseen avaruusluotaimissa ja neutronilähteinä. Joillain aktinoidien isotoopeilla, kuten 252Cf, on käyttöä syövän sädehoidossa.[5]

Amerikiumdioksidia isotooppina 241Am on käytetty palovaroittimissa. Tällainen aktinoidien käyttö kotitalouden tavaroissa on hyvin poikkeuksellista.[18]

Katso myös

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Viitteet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
  1. ↑ a b c Spectrum tietokeskus: 16-osainen tietosanakirja. 1. osa, A–Bak, s. 163–164. Helsinki: WSOY, 1976. ISBN 951-0-07240-0
  2. ↑ Morss et al., s. 1–10
  3. ↑ Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005, s. 52. IUPAC, 2005. ISBN 0-85404-438-8 Teoksen verkkoversio (pdf) (viitattu 03.04.2013). (englanniksi)
  4. ↑ Mäkitie & Kivinen, s. 282
  5. ↑ a b c d e Asprey, Larned B. & Morss, Lester: Actinoid Encyclopædia Britannica Online. Viitattu 22.1.2019. (englanniksi)
  6. ↑ Morss ym., s. 1621
  7. ↑ a b Mäkitie & Kivinen, s. 414–418
  8. ↑ Morss ym., s. 10
  9. ↑ Morss ym., s. 10, 1754
  10. ↑ a b Morss ym., s. 1
  11. ↑ Greenwood & Earnshaw, s. 1268
  12. ↑ Greenwood & Earnshaw, s. 1269
  13. ↑ plutonium dioxide chemyq.com. Arkistoitu 1.2.2019. Viitattu 31.1.2019. (englanniksi)
  14. ↑ Günter Koch: Transurane Teil C: Die Verbindungen, s. 35. (Gmelins Handbuch) Springer-Verlag, 1972. ISBN 978-3-662-11547-3 Kirja Googlen teoshaussa. (saksaksi)
  15. ↑ a b Sergey Krivovichev, Peter Burns & Ivan Tananaev: Structural Chemistry of Inorganic Actinide Compounds, s. 67–78. Elsevier, 2006. ISBN 978-0-08-046791-7 Kirja Googlen teoshaussa. (englanniksi)
  16. ↑ Greenwood & Earnshaw, s. 1253
  17. ↑ Ian McGill: Rare Earth Elements, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 2000. Viitattu 29.1.2018
  18. ↑ Americium Chemistry Explained. Viitattu 4.10.2014. (englanniksi)

Huomautukset

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aiheesta muualla

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Aktinoidi.
Wikisanakirjassa on tähän liittyvä sananselitys: aktinoidi.
Noudettu kohteesta ”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Aktinoidi&oldid=22845150”