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10^7 лет	^248Bk	314 суток
^232Th	1,3910^10 лет	^241Am	458 лет	^251Cf	660 лет
^231Pa	34300 лет	^241Am	433 года	^254Es	280 суток
^233U	1,6210^5 лет	^243Am	7600 лет	^253Es	20,47 сут
^235U	7,1310^8 лет	^242Cm	162,5 суток
^238U	4,510^9 лет	^244Cm	19 лет
^235Np	410 сут	^247Cm	410^7 лет
^237Np	2,210^6 лет	^248Cm	4,710^5 лет
^238Pu	86,4 года	^250Cm	210^4 лет
^239Pu	24360 лет	^247Bk	1300 лет
^242Pu	3,7910^5 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.