Kas yra aktinidai?

Aktinidai yra bendras pavadinimas, suteiktas periodinės lentelės 90–103 elementams, kuriuos sudaro toris, protaktinas, uranas, neptulis, plutonis, americis, kuriis, berkelis, kalifornija, einšteinas, fermis, mendeleviumas, nobelis ir Lawrencium. Elementas aktinis, atominis numeris 89, pagal kurį grupė pavadinta, pats, griežtai tariant, nėra vienas iš aktinidų, bet dažnai yra kartu su jais. Kaip ir visi elementai, sunkesni už šviną, nė viena aktinidų serija neturi stabilių izotopų, todėl visi jie yra radioaktyvūs, paprastai alfa skilimo į kitus elementus. Uranas ir toris yra natūraliai, kartu su aktinio, protaktino, plutonio ir neptūnio pėdsakais. Likę elementai niekada nebuvo pastebėti gamtoje, tačiau buvo gaminami itin mažais kiekiais dalelių greitintuvuose.

Urano ir torio pusinės eliminacijos laikas yra ilgas ir jų Žemėje buvo dideli kiekiai nuo pat susiformavimo. Manoma, kad didžioji dalis šilumos Žemės šerdyje, kuri lemia plokščių tektoniką ir vulkanizmą, atsiranda dėl šių elementų radioaktyvaus skilimo. Izotopas plutonis-244 turi gana ilgą pusėjimo trukmę ir vis dar išlikę pirminio Žemės plutonio pėdsakų; tačiau didžioji dalis plutonio aplinkoje patenka iš branduolinių reaktorių ir branduolinio ginklo bandymų. Gamtoje esantis aktinis, protaktinas ir neptūnas turi daug trumpesnį pusinės eliminacijos periodą, todėl bet koks šių elementų kiekis, buvęs susiformuojant Žemei, jau seniai būtų suiręs į kitus elementus. Aktinas, protaktinas ir neptūnas susidaro per branduolinius procesus, susijusius su urano izotopų skilimu.

Kaip ir lantanido elementai, aktinidai užima atskirą bloką nuo pagrindinės periodinės lentelės, kaip paprastai vaizduojama, dėl savo elektronų konfigūracijos. Abiejuose šiuose blokuose atokiausias elektronų poapvalkalas buvo užimtas prieš ankstesnį posluoksnį, nes pastarasis turi aukštesnį energijos lygį, ir būtent elektronų skaičius šiame posluoksnyje skiria elementus vienas nuo kito. Lantanidams svarbus yra 4f posluoksnis, o aktinidams – 5f subapvalkalas. Šie elementai taip pat žinomi kaip f bloko elementai. Išorinis posluoksnis yra vienodas visiems elementams kiekviename bloke, išskyrus Lawrencium, kuris nuo ankstesnio elemento skiriasi ne 5f subapvalumu, o tuo, kad turi papildomą 7p subapvalką, kuriame yra vienas elektronas.

Aktinidų chemiją lemia tai, kad valentiniai elektronai, galintys jungtis su kitais atomais, neapsiriboja atokiausiu subapvaliu, todėl tarp šių elementų susidaro įvairus oksidacijos būsenų skaičius. Pavyzdžiui, plutonis gali turėti oksidacijos būsenas nuo +3 iki +7. Visi elementai yra chemiškai reaktyvūs ir greitai oksiduojasi ore, pasidengdami oksido sluoksniu. Reaktyvumas didėja didėjant atominiam svoriui grupėje; tačiau kai kurių sunkesnių elementų chemines savybes sunku ištirti dėl jų intensyvaus radioaktyvumo ir labai trumpo pusėjimo.

Ilgesnio gyvenimo aktinidų izotopai buvo naudojami įvairiai. Toris buvo naudojamas nuo XIX amžiaus pabaigos dujų mantijų gamyboje. Kai kurių urano ir plutonio izotopų gebėjimas dalintis branduoliais paskatino juos naudoti branduoliniuose reaktoriuose ir branduoliniuose ginkluose, o plutonis taip pat buvo naudojamas kaip ilgalaikis energijos šaltinis kosminiams zondams. Americis naudojamas dūmų detektoriuose.