Actiniul este un element chimic radioactiv, notat cu simbolul Ac, descoperit n anul 1899 de catre chimistul Andr-Louis Debierne avnd numarul atomic 89, iar masa atomica este de 227,0278 uam.[1][2][3] A fost primul element radioactiv care a fost izolat, de?i poloniul, radiul ?i radonul erau observate nainte, nsa neizolate pna n anul 1902.[3][4] Este ntlnit sub forma a 36 de izotopi, cei mai stabili fiind 225Ac, 226Ac ?i 227Ac. A dat denumirea seriei actinidelor, un grup de 15 elemente asemanatoare ntre actiniu ?i lawrenciu n tabelul periodic.[1][5][6]ActiniuConfigura?ia electronica a atomului de actiniuActiniul este un metal foarte rar, fiind prezent n scoar?a Pamntului ca urme reziduale n minereurile de uraniu, cantita?ile de actiniu din minereu fiind de ordinul miligramelor la o tona de minereu brut. Raspndirea actiniului n scoar?a terestra este de 5 10-14 %.[3][6][7]Datorita intensita?ii radioactivita?ii sale, are pu?ine domenii de utilizare, precum radioimunoterapia sau folosirea neutronilor emi?i ca sursa energetica. n tehnologia chimica sau metalurgia clasica nu se cunosc aplica?ii industriale ale actiniului.[3][8]Cuprins [ascunde] 1 Descoperire2 Structura atomica3 Raspndire pe Pamnt4 Proprieta?i fizice4.1 Difuzia emisiilor actiniului4.2 Fosforescen?a5 Proprieta?i chimice6 Compu?ii chimici ai actiniului6.1 Hidruri6.2 Halogenuri6.3 Al?i compu?i7 Actinidele8 Izotopii9 Utilizari10 Aspecte de securitate ?i sanatate11 Vezi ?i12 Bibliografie12.1 n limba romna12.2 n alte limbi13 Note14 Legaturi externeDescoperire[modifica | modifica sursa]Dupa extrac?ia poloniului ?i al radiului, n reziduurile de pechblenda se observa un material activ, care putea fi ndepartat cu ajutorul pamnturilor rare. Colaboratorul so?ilor Curie, Andr-Louis Debierne, a descoperit ca materialul activ consta n toriu ?i cantita?i minuscule a unei noi substan?e radioactive. Acest preparat era de 100.000 de ori mai activ ca uraniul,[9] ceea ce-l facuse sa creada ca descoperise un nou element radioactiv. Acesta a observat ca structura lui era similara titanului (1899).[10] sau toriului (1900).[11] De?i nu a reu?it separarea lui din toriu, Debierne l-a numit actiniu. Acest lucru a fost complicat de tentativa lui de enun?are a unei teorii de radioactivitate, conform careia aceasta este prezenta datorita actiniului.[9][12]n 1902, Friedrich Otto Giesel publica un raport despre o substan?a activa, ob?inuta din pechblenda. Acesta aratase ca substan?a era caracterizata de o emisie de scurta durata. Datorita intensita?ii probelor ce le emitea, el a denumit substan?a substan?a emananta[9] ?i mai trziu emaniu.[13] El considera ca emisia din substan?a sa era foarte diferita de cea a radiului. El a gasit urmatoarele diferen?e: Emisia se transforma (aproximativ) ntr-o radia?ie...Noile raze o sa le numesc pe scurt Raze-E.[9][14][15] Deoarece emaniul nu a fost separat de toriu, Giesel concluzioneaza ca substan?a descoperita de el nu putea fi identica cu actiniul. Ulterior, Debierne afirma ca proprieta?ile sale chimice aveau o emisie similara cu cea a emaniului.[16] Dupa multe controverse s-a ajuns la un acord n privin?a denumirii substan?ei ca actiniu.[17]Opinia lui Ernest Rutherford despre actiniul lui Debierne ?i emaniul lui Giesel, exprimata n 1903, concluziona: Niciuna din aceste substan?e nu a fost studiata la fel de detaliat ca ?i uraniul, thoriul sau radiul, fiind nevoie de mai multe date comparative pentru natura radia?iilor ?i emisiilor, nainte ca orice concluzie sa fie stabilita.[9][18]Dupa aproape trei decenii de la descoperirea lui Debierne, Kohlrausch a men?ionat despre actiniu, n lucrarea sa Radioactivitatea, ca determinarea directa a unei greuta?i atomice nu poate fi nca facuta deoarece greutatea disponibila nu era suficienta.[9][19]Istoria acestei descoperiri a ramas discutabila, iar publica?ii din 1971, au aratat ca cererile lui Andr-Louis Debierne din 1904 erau n contradic?ie cu cele din publica?iile anilor 1899 ?i 1900.[20] ?i mai trziu, n anul 2000[21]Termenul de actiniu provine din cuvntul grecesc a?t??, a?t??o?, nsemnnd raza sau fascicul.Structura atomica[modifica | modifica sursa]Structura atomului de Actiniu este determinat de numarul nucleonilor din nucleul atomic, astfel pentru izotopul sau natural, 227Ac, el are 89 de protoni ?i 138 neutroni.[1][8] Numarul neutronilor poate varia de la 117 pna la 147 n func?ie de izotop. Raza atomica medie este de 1,88, volumul molar al actiniului chimic pur n condi?ii fizice normale este de 22,54 cm3/mol.[1][2]nveli?ul electronic este format din 89 electroni care ocupa succesiv orbitalii paturilor cu ncepere de la patura (stratul) K ?i terminnd cu patura Q. O particularitate a modului de completare a orbitalilor este aceea ca se completeaza mai nti subpatura interioara 5f,[22] aceeasta cracteristica fiind proprie tuturor elementelor din seria actinidelor ?i este cauza proprieta?ilor chimice asemanatoare pe care le au aceste elemente. Numarul maxim de electroni care se pot afla n stare f este, potrivit principiului excluziunii al lui Pauli, egal cu 2(2l+1)=2(23+1)=14 (unde pentru numarul cuantic cinetic s-a luat valoarea l=3), de aceea trebuie sa fie 14 actinide cu proprieta?i analoage actiniului.[3][23] n nota?ie spectroscopica, configura?ia electronica pentru starea fundamentala al atomului neutru de actiniu este prezentat mai jos, figura alaturata prezinta ntr-o maniera simplificata ocuparea nivelelor energetice de catre cei 89 electroni lega?i[1][8]configura?ie electronicastratul electronic K: 1s2stratul electronic L: 2s2p6stratul electronic M: 3s2p6d10stratul electronic N: 4s2p6d10f14stratul electronic O: 5s2p6d10stratul electronic P: 6s2p6d1stratul electronic Q: 7s2Electronii de pe stratul Q, care completeaza orbitalul 7s, respectiv unicul electron din substratul d al paturii P reprezinta electronii de valen?a ai actiniului. Necompletarea substratului d interior al paturii P este o consecin?a a diferen?ei energetice a orbitalilor din straturile superioare n acord cu legile mecanicii cuantice.[1][2][3] Substratul d incomplet este o caracteristica comuna tuturor elementelor din seria actinidelor.[8][22] Structura proprie a nveli?ului electronic al atomului Ac determina n mare parte proprieta?ile fizico-chimice ale speciei atomice.[22] Asemanarea din punct de vedere al arajarii electronilor n paturile electronice cu a elementelor din seria lantanidelor explica n mare parte similitudinile fizice ale celor 28 de elemente din cele doua serii numite generic pamnturi rare.[1][22] Electronii 6d1 ?i 7s2 aranja?i n structura caracteristica actiniului sunt responsabili de majoritatea proprieta?ilor chimice ale speciei atomice.Raspndire pe Pamnt[modifica | modifica sursa]Actiniul este gasit n cantita?i mici n minereurile de uraniu, nsa de obicei este fabricat, n cantita?i de ordinul miligramelor, prin iradierea izotopului 226Ra cu neutroni modera?i (termaliza?i sau ncetini?i) ntr-un reactor nuclear, reac?ia nucleara avnd loc dupa schema[24]:\mathrm{^{226}_{\ 88}Ra\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow \ ^{227}_{\ 88}Ra\ \xrightarrow[42,2 \ min]{\beta^-} \ ^{227}_{\ 89}Ac} \, Actiniul metalic a fost preparat prin reducerea fluorurii de actiniu cu vapori de litiu la temperaturi de 1100-1300 C.[25]Actiniul n natura este gasit doar ca urme ale izotopului sau natural 227Ac, care este un emi?ator de radia?ii alfa ?i beta cu un timp de njumata?ire de 21,773 ani, prezent n minereurile de uraniu. O tona de uraniu con?ine n medie o zecime de gram de actiniu.[26] Izotopul 227Ac este un membru de tranzit n seria dezintegrarii actinidelor, care ncepe cu izotopul originar 235U (sau 239Pu), terminndu-se cu izotopul stabil de plumb, 207Pb. Un alt izotop (225Ac) este un tranzitor prezent n seria neptuniului, care ncepe cu 237Np (sau 233U) ?i se ncheie cu elementul, aproape stabil, bismut (209Bi).Proprieta?i fizice[modifica | modifica sursa]Structura cristalina a actiniuluiActiniul este un element radioactiv metalic, de culoare argintie. Datorita radioactivita?ii sale intense, acesta emite radia?ii percepute ca o lumina albastra.Actiniul metalic este ob?inut prin reducerea AcF3 cu vapori de litiu. Structura sa cristalina are celula elementara cubica cu fe?e centrate ?i este asemanator cu lantanul ca raza ionica, culoare, etc.[25] Densitatea actiniului este de 10,07 gcm-3, fiind al 71-lea element ca densitate.[27][28]Punctul de topire al actiniului este de 1050C (sau in celelalte scari de temperatura 1922F, respectiv 1323 K). Punctul de fierbere al acestui metal este de 3300 C (sau 3471 K, respectiv 5788F).Difuzia emisiilor actiniului[modifica | modifica sursa]Instalatia folosita n procesul de difuzie a emisiilor actiniuluiDatorita timpului de njumata?ire a emisiilor actiniului ?i al toriului, n general nu este posibila determinarea constantei de difuzie prin metodele folosite pentru emisiile radiului. Totu?i, valoarea lui D poate fi masurata prin urmatorul procedeu care permite ob?inerea unor rezultate optime.[29]O placa C acoperita cu hidroxid de toriu este plasata orizontal lnga baza unui cilindru de alama P. Emisia toriului difuzeaza ascendent n cilindru. O stare de echilibru este atinsa atunci cnd rata cre?terii numarului atomilor din emisie raportat la unitatea de volum al difuziei ascendente este egalata de rata scaderii datorita transformarii emisiei.Daca N este numarul de atomi ai emisiei raportat la unitatea de volum, presupusa a fi uniforma, de-a lungul sec?iunii transversale, la o distan?a x fa?a de toriu, avem rela?ia: D \frac{d^2 N}{dx^2}= \lambda Nunde: ? este constanta emisiei radioactiveDifuzia emisiilor actiniului n aer au fost masurate de Debierne, Russ ?i Bruhat.[30][31][32]. Montajul experimental folosit de catre Debierne masura emisia provenita din preparatul actinic prin doua placi paralele, a?ezate vertical ?i apropiate. Pentru a asigura o temperatura constanta n interiorul cilindrului, aparatul era imersat ntr-o baie de apa, aceasta avnd rol de termostat.[33]Russ examinase difuzia emisiei actinice cu aerul, hidrogenul[34], dioxidul de carbon ?i dioxidul de sulf, gasind valori relative n acord cu legea lui Graham.[35]Fosforescen?a[modifica | modifica sursa]Proprietatea emisiei actiniului a fost ilustrata de Giesel printr-un experiment.[36] Un preparat actinic foarte activ, ata?at de o coala sub?ire de hrtie, este plasat pe un ecran fosforescent de sulfurat de zinc. ntr-o camera ntunecoasa, preparatul activ elibereaza pe o anumita distan?a emisii fosforescente, marcate de scintila?iile caracteristice. Direc?ionarea unui curent de aer asupra ecranului face ca fosforescen?a sa fie deplasata n direc?ia curentului, devenind mai slaba. O mare parte a fosforescen?ei observate ini?ial era datorata emisiei actiniului care difuzase prin coala sub?ire plasata peste suprafa?a ecranului. Oprirea curentului de aer are ca efect reapari?ia fosforescen?ei intense a ecranului.Proprieta?i chimice[modifica | modifica sursa]Actiniul are un caracter chimic similar lantanului.[37] Datorita acestei similitudini, separarea actiniului de lantan ?i celelalte elemente din categoria pamnturilor rare, care sunt prezente ?i n minereurile de uraniu, este dificila. Extrac?ia prin solven?i ?i cromatografia schimbului electronic au fost metodele folosite la separare. Actiniul formeaza fluoruri, hidroxizi, oxala?i ?i fosfa?i insolubili n apa.[38].Compu?ii chimici ai actiniului[modifica | modifica sursa]Doar un numar limitat de compu?i ai actiniului sunt cunoscu?i, cum ar fi: AcF3, AcCl3, AcBr3, AcOF, AcOCl, AcOBr, Ac2S3, Ac2O3 ?i AcPO4. To?i compu?ii men?iona?i sunt similari cu cei ai lantanului, aratnd ca, n general, compu?ii actiniului prezinta starea de oxidare +3.[39]Hidruri[modifica | modifica sursa]Actiniul reac?ioneaza cu hidrogenul la temperatura de 200 C, formnd hidruri[40] non-stoechiometrice, casante, de culoare nchisa, care sunt bune conducatoare de electricitate.[40][41] AcH2 poate sa reac?ioneze cu hidrogenul pentru a forma AcH3, avnd ca rezultat pierderea conductivita?ii electrice. AcH3 este o substan?a neagra n care atomii de hidrogen ocupa noduri ale unui sistem tetraedric sau octogonal ntr-un aranjament cubic sau hexagonal de Ac3+.Halogenuri[modifica | modifica sursa]AcF3 folosit la ob?inerea actiniului se prepara la 700 C prin ac?iunea HF asupra Ac2O3 sau prin precipitarea n solu?ie cu o fluorura. Trifluorura de actiniu este o substan?a stabila la ncalzire, iar procesul de pirohidroliza are loc doar la temperaturi de 1000 C, n prezen?a amoniacului ?i a vaporilor de apa, avnd loc trecerea n AcOF.[42] Totodata trifluorura este o sursa[43] de neutroni pe baza reac?iei 19F()22Na, la o cantitate de 1 Ci actiniu corespunznd 1,21*106n/s.AcCl3 se prepara din Ac(OH)3 cu CCl4 la 950 C, cnd se ob?ine un produs cu simetrie hexagonala similar cu a UCl3, n care actiniul este nconjurat de 9 atomi de clor. Produsul ob?inut este higroscopic ?i prin hidroliza par?iala trece n AcOCl.[42] AcBr3 se prepara la 750 C din Ac2O3 ?i AlBr3. Tribromura este higroscopica ?i cu solubilitate mare n apa.[42] AcI3 este preparat la temperatura de 550 C din reac?ia Ac2O3 ?i NH4I.[42] Este o substan?a cu solubilitate mare n apa.Dintre oxihalogenuri se amintesc AcOF, AcOCl, AcOBr.[42]Al?i compu?i[modifica | modifica sursa]Se cunoa?te oxidul Ac2O3, care este ob?inut prin descompunerea oxalatului Ac2(OX)3. Totodata, este ob?inut ?i ca rezultat al reactivita?ii mari cu aerul, iar oxidul format protejeaza metalul de oxidarea completa. Oxidul prezinta o structura cu simetrie hexagonala.Sulfura de actiniu se prepara n urma reac?iei dintre oxidul de actiniu cu acidul sulfhidric ?i sulfura de carbon, la temperatura de 1100 C.Oxalatul de actiniu, Ac2(OX)3*H2O, este preparat din solu?ie de Ac3+ n H-COOH la 90 C, introducnd dimetiloxalat care va produce ionul oxalat necesar prin procesul de hidroliza.Compu?ii respectivi sunt ob?inu?i conform reac?iilor:[42]Ac2O3 + 6HF?2AcF3 + 3H2O4Ac(OH)3 + 3CCl4 ?4AcCl3 + 3CO2 + 6H2O4Ac + 3O2?2Ac2O3Ac2O3 + 2AlBr3?2AcBr3 + Al2O3Ac2O3 + 2Al + 3I2 ?2AcI3 + Al2O3Actinidele[modifica | modifica sursa]Actinidele reprezinta seria chimica, constituita din 15 elemente chimice, care ncepe cu actiniul (Z=89) ?i se termina cu lawrenciul (Z=103). Primele 4 actinide sunt ntlnite n natura (actiniul, toriul, protactiniul ?i uraniul), fiind u?or detectabile n sol. Neptuniul ?i restul actinidelor sunt considerate a fi sintetizabile pe cale artificiala, datorita concentra?iei foarte mici ale acestora n scoar?a Pamntului.Actiniul este primul element din seria actinidelor, denumind gruparea dupa numele sau, la fel ca lantanul, ce denume?te seria lantanidelor. Grupul de elemente este mult mai complex dect cel al lantanidelor. Abia n anul 1945, tabelul lui Mendeleev a fost modificat de Glenn T. Seaborg, prin propunerea introducerii actinidelor n sistemul periodic al elementelor. Seria actinidelor este constituita din urmatoarele metale:Actiniu - 1899, descoperit de francezul Andr-Louis DebierneToriu 1828, descoperit de suedezul Jns Jakob BerzeliusProtactiniu 1918, descoperit de doua grupuri de cercetatori, unul englez (Frederick Soddy, John Cranston) ?i unul german (Otto Hahn, Lise Meitner)[44]Uraniu 1789, descoperit de germanul Martin Heinrich KlaprothNeptuniu 1941, descoperit de americanii Edwin McMillan ?i Philip H. Abelson[45]Plutoniul (1940), americiul (1945), curiul (1944), berkeliul (1949), californiul (1949), mendeleeviul (1955), nobeliul (1957) ?i lawrenciul (1961) au fost elementele chimice descoperite de catre Glenn T. SeaborgEinsteiniul (1953) ?i fermiul (1952) au fost descoperite de Albert Ghiorso.La actinide se manifesta fenomenul de paramagnetism.[46]Izotopii[modifica | modifica sursa]n mod normal, actiniul prezinta un singur izotop natural radioactiv, 227Ac ?i niciun izotop stabil. 36 de radioizotopi au fost sintetiza?i artificial, cei mai stabili fiind 227Ac cu un timp de njumata?ire de T1/2=21,772 ani, 225Ac cu T1/2=10 zile ?i 226Ac, care se dezintegreaza cu T1/2=29,37 ore. To?i ceilal?i izotopi radioactivi au timpi de njumata?ire mai mici de 10 ore, iar majoritatea acestora au timpi de njumata?ire mai mici de un minut. Izotopul actiniului care exista pentru cel mai scurt timp este 217Ac, care se transforma prin dezintegrare alfa ?i captura de electroni.[47] Are un timp de njumata?ire de 69 nanosecunde. Actiniul are ?i 2 izomeri nucleari.[48]227Ac chimic pur intra n stare de echilibru cu produ?ii sai rezulta?i din procesul de dezintegrare la sfr?itul a 185 de zile, iar apoi se descompune n perioada de 21,773 ani. Izotopii actiniului sunt cuprin?i n intervalul de mase atomice de la 206 unita?i atomice de masa (206Ac) la 236 u.a.m.[48]Izotopii actiniului sunt prezenta?i n tabelul de mai jos:[49][50]Simbolulizotopului Z(p) N(n) Masa izotopului(u) Timp de njumata?ireenergia de excitarea izotopului206Ac 89 117 206,01450(8) 25(7) ms206m1Ac 80(50) keV 15(6) ms206m2Ac 290(110) keV 41(16) ms207Ac 89 118 207,01195(6) 31(8) ms [27(+11-6) ms]208Ac 89 119 208,01155(6) 97(16) ms [95(+24-16) ms]208mAc 506(26) keV 28(7) ms [25(+9-5) ms]209Ac 89 120 209,00949(5) 92(11) ms210Ac 89 121 210,00944(6) 350(40) ms211Ac 89 122 211,00773(8) 213(25) ms212Ac 89 123 212,00781(7) 920(50) ms213Ac 89 124 213,00661(6) 731(17) ms214Ac 89 125 214,006902(24) 8,2(2) s215Ac 89 126 215,006454(23) 0,17(1) s216Ac 89 127 216,008720(29) 0,440(16) ms216mAc 44(7) keV 443(7) s217Ac 89 128 217,009347(14) 69(4) ns217mAc 2012(20) keV 740(40) ns218Ac 89 129 218,01164(5) 1,08(9) s218mAc 584(50)keV 103(11) ns219Ac 89 130 219,01242(5) 11,8(15) s220Ac 89 131 220,014763(16) 26,36(19) ms221Ac 89 132 221,01559(5) 52(2) ms222Ac 89 133 222,017844(6) 5,0(5) s222mAc 200(150)keV 1,05(7) min223Ac 89 134 223,019137(8) 2,10(5) min224Ac 89 135 224,021723(4) 2,78(17) h225Ac 89 136 225,023230(5) 10,0(1) zile226Ac 89 137 226,026098(4) 29,37(12) h227Ac 89 138 227,0277521(26) 21,772(3) a228Ac 89 139 228,0310211(27) 6,15(2) h229Ac 89 140 229,03302(4) 62,7(5) min230Ac 89 141 230,03629(32) 122(3) s231Ac 89 142 231,03856(11) 7,5(1) min232Ac 89 143 232,04203(11) 119(5) s233Ac 89 144 233,04455(32) 145(10) s234Ac 89 145 234,04842(43) 44(7) s235Ac 89 146 235,05123(38) 40s236Ac 89 147 236,05530(54) 2 minUtilizari[modifica | modifica sursa]Este de aproximativ 150 de ori mai radioactiv ca radiul, facndu-l valoros ca sursa energetica datorita neutronilor. n combina?ie cu beriliul, este utilizat n generarea neutronilor pentru activarea analizelor minereurilor sau aliajelor.[51] Altfel, acesta nu are nici o aplica?ie industriala semnificativa.[52]225Ac este utilizat n medicina pentru a produce 213Bi ntr-un generator reutilizabil sau poate fi folosit individual ca un agent pentru radio-imonoterapia pentru Targeted Alpha Therapy (TAT, Terapia Alfa Orientata).[53] 225Ac a fost produs artificial pentru prima oara de Institutul pentru Elementele Transuraniene (Institute for Transuranium Elements-ITU) n Germania, folosindu-se un ciclotron ?i de catre doctorul Graeme Melville la Spitalul Saint George n Sydney, folosind un accelerator liniar de particule n 2000.[54]Aspecte de securitate ?i sanatate[modifica | modifica sursa]227Ac este extrem de radioactiv, iar poten?ialul de radia?ie induce efecte nocive asupra sanata?ii.[55] 227Ac este chiar mai periculos dect plutoniul. Este extrem de toxic,[56][57] ingerarea sa avnd o ac?iune toxicologica mult mai pronun?ata dect n cazul acidului cianhidric. Actiniul ajuns n organism se depoziteaza n straturile superficiale ale oaselor,[58][59] avnd o ac?iune distrugatoare asupra lor prin emisiile radioactive ale acestuia.Efectele actiniului asupra organismului datorate radia?ilor emise de acesta sunt apari?ia cancerului[60], distrugerea sistemului imunitar, leucemia, pierderile de sarcina, apari?ia malforma?ilor ?i afectarea fertilita?ii.