Actinium - Actinium

Actinium,  89 Ac
Vzorek aktinia (31481701837) .png
Actinium
Výslovnost / Æ k t ɪ n Jsem ə m / ( ak- TIN -EE-əm )
Vzhled stříbřitě bílá, zářící děsivým modrým světlem; někdy se zlatým obsazením
Hromadné číslo [227]
Actinium v periodické tabulce
Vodík Hélium
Lithium Beryllium Boron Uhlík Dusík Kyslík Fluor Neon
Sodík Hořčík Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór Argon
Draslík Vápník Skandium Titan Vanadium Chrom Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek Gallium Germanium Arsen Selen Bróm Krypton
Rubidium Stroncium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Technecium Ruthenium Rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín Antimon Tellurium Jód Xenon
Cesium Baryum Lanthan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Zlato Merkur (prvek) Thallium Vést Vizmut Polonium Astat Radon
Francium Rádium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Kalifornie Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Draslík Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
La

Ac

(Uqt)
radiumaktiniumthorium
Atomové číslo ( Z ) 89
Skupina skupina n/a
Doba období 7
Blok   f-blok
Konfigurace elektronů [ Rn ] 6d 1 7s 2
Elektrony na skořápku 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
Fyzikální vlastnosti
Fáze na  STP pevný
Bod tání 1500  K (1227 ° C, 2240 ° F) (odhad)
Bod varu 3500 ± 300 K (3200 ± 300 ° C, 5800 ± 500 ° F) (extrapolováno)
Hustota (blízko  rt ) 10 g / cm 3
Teplo fúze 14  kJ/mol
Teplo odpařování 400 kJ/mol
Molární tepelná kapacita 27,2 J/(mol · K)
Atomové vlastnosti
Oxidační stavy +3 (silně zásaditý oxid)
Elektronegativita Pauling scale: 1.1
Ionizační energie
Kovalentní poloměr 215  hod
Barevné čáry ve spektrálním rozsahu
Spektrální linie aktinia
Další vlastnosti
Přirozený výskyt z rozkladu
Krystalická struktura plošně centrované krychlové (FCC)
Struktura krychlových krystalů zaměřená na obličej pro aktinium
Tepelná vodivost 12 W/(m⋅K)
Číslo CAS 7440-34-8
Dějiny
Objev a první izolace Friedrich Oskar Giesel (1902, 1903)
Pojmenoval André-Louis Debierne (1899)
Hlavní izotopy aktinia
Izotop Hojnost Poločas rozpadu ( t 1/2 ) Režim rozpadu Produkt
225 Ac stopa 10 d α 221 Fr
226 Ac syn 29,37 hod β - 226 tis
ε 226 Ra
α 222 Fr
227 Ac stopa 21,772 r β - 227 tis
α 223 Fr
Kategorie Kategorie: Actinium
| Reference

Actinium je chemický prvek se symbolem  Ac a atomovým číslem  89. Poprvé jej izoloval Friedrich Oskar Giesel v roce 1902, který mu dal jméno emanium ; prvek dostal své jméno tím, že byl nesprávně identifikován s látkou André-Louis Debierne nalezenou v roce 1899 a nazývanou aktinium. Actinium pojmenovalo sérii aktinidů , skupinu 15 podobných prvků mezi aktiniem a lawrencium v periodické tabulce . Spolu s poloniem , radiem a radonem bylo aktinium jedním z prvních izolovaných nepůvodních radioaktivních prvků .

Měkký, stříbřitě bílý radioaktivní kov, aktinium, rychle reaguje s kyslíkem a vlhkostí ve vzduchu a vytváří bílý povlak oxidu aktinia, který brání další oxidaci. Jako u většiny lanthanoidů a mnoha aktinidů , aktinium předpokládá oxidační stav +3 téměř ve všech svých chemických sloučeninách. Actinium se nachází pouze ve stopách v uranových a thoriových rudách jako izotop 227 Ac, který se rozpadá s poločasem 21,772 let, přičemž převážně emituje částice beta a někdy alfa , a 228 Ac, který je beta aktivní s poločasem rozpadu 6,15 hodiny. Jedna tuna přírodního uranu v rudě obsahuje asi 0,2 miligramu aktinia-227 a jedna tuna thoria asi 5 nanogramů aktinia-228. Blízká podobnost fyzikálních a chemických vlastností aktinia a lanthanu činí separaci aktinia z rudy nepraktickou. Místo toho je prvek připraven, v miligramových množstvích, ozařováním neutronů 226 Ra v jaderném reaktoru . Vzhledem ke svému nedostatku, vysoké ceně a radioaktivitě nemá aktinium žádné významné průmyslové využití. Mezi jeho současné aplikace patří zdroj neutronů a prostředek pro radiační terapii .

Dějiny

André-Louis Debierne , francouzský chemik, oznámil objev nového prvku v roce 1899. Oddělil ho od zbytků smoly, které zanechali Marie a Pierre Curie poté, co vytěžili radium . V roce 1899 Debierne popsal látku jako podobnou titanu a (v roce 1900) jako podobnou thoriu . Friedrich Oskar Giesel našel v roce 1902 látku podobnou lanthanu a v roce 1904 ji nazval „emanem“. Po srovnání poločasů látek, které určili Debierne, Harriet Brooks v roce 1904 a Otto Hahn a Otto Sackur v roce 1905, byl zvolen Debiernem. název pro nový prvek byl zachován, protože měl nadřazenost, a to navzdory protichůdným chemickým vlastnostem, které pro prvek v různých dobách tvrdil.

Články publikované v 70. letech minulého století a později naznačují, že Debierneovy výsledky publikované v roce 1904 jsou v rozporu s těmi, které byly uvedeny v letech 1899 a 1900. Kromě toho nyní známá chemie aktinia vylučuje jeho přítomnost jako cokoli jiného než menší součást Debiernových výsledků z let 1899 a 1900; ve skutečnosti, podle chemických vlastností, které hlásil, je pravděpodobné, že místo toho omylem identifikoval protactinium , které by nebylo objeveno dalších čtrnáct let, jen aby zmizelo kvůli jeho hydrolýze a adsorpci na jeho laboratorní vybavení . To vedlo některé autory k obhajobě, že za objev by měl být připisován pouze Giesel. Méně konfrontační vizi vědeckého objevu navrhuje Adloff. Navrhuje, aby zpětná kritika raných publikací byla zmírněna tehdejším rodícím se stavem radiochemie: zdůrazněním obezřetnosti Debierneových tvrzení v původních dokumentech poznamenává, že nikdo nemůže tvrdit, že Debierneova látka neobsahovala aktinium. Debierne, kterého nyní drtivá většina historiků považuje za objevitele, ztratil o živel zájem a téma opustil. Na druhé straně Gieselu lze právem připsat první přípravu radiochemicky čistého aktinia a identifikaci jeho atomového čísla 89.

Název aktinium pochází ze starořeckého aktis, aktinos (ακτίς, ακτίνος), což znamená paprsek nebo paprsek. Jeho symbol Ac se používá také ve zkratkách jiných sloučenin, které nemají nic společného s aktiniem, jako je acetyl , acetát a někdy acetaldehyd .

Vlastnosti

Actinium je měkký, stříbřitě bílý, radioaktivní , kovový prvek. Jeho odhadovaný smykový modul je podobný modulu olova . Aktinium díky své silné radioaktivitě ve tmě září bledě modrým světlem, které pochází z okolního vzduchu ionizovaného emitovanými energetickými částicemi. Actinium má podobné chemické vlastnosti jako lanthan a jiné lanthanoidy, a proto je obtížné tyto prvky oddělit při těžbě z uranových rud. K separaci se běžně používá extrakce rozpouštědlem a iontová chromatografie .

První prvek aktinidů , aktinium, dal skupině jméno, podobně jako lanthan pro lanthanoidy . Skupina prvků je různorodější než lanthanidů, a proto nebylo až do roku 1945, že nejvýznamnější změnou Dmitrij Mendělejev je periodické tabulce od uznání lanthanidů, na zavedení aktinidů , bylo všeobecně přijímané po Glenn Seaborg výzkum transuranových prvků (i když to navrhl již v roce 1892 britský chemik Henry Bassett).

Actinium rychle reaguje s kyslíkem a vlhkostí ve vzduchu a vytváří bílý povlak oxidu aktinia, který brání další oxidaci. Jako většina lanthanoidů a aktinidů existuje aktinium v oxidačním stavu +3 a ionty Ac 3+ jsou v roztocích bezbarvé. Oxidační stav +3 pochází z [Rn] 6d 1 7s 2 elektronické konfigurace aktinia, se třemi valenčními elektrony, které lze snadno darovat za vzniku stabilní uzavřené struktury radonu vzácného plynu . Vzácný oxidační stav +2 je znám pouze pro aktinium dihydrid (AcH 2 ); i to může být ve skutečnosti elektridová sloučenina, jako je její lehčí kongener LaH 2, a tedy mít aktinium (III). Ac 3+ je největší ze všech známých tripozitivních iontů a jeho první koordinační sféra obsahuje přibližně 10,9 ± 0,5 molekul vody.

Chemické sloučeniny

Vzhledem k intenzivní radioaktivitě aktinia je znám pouze omezený počet aktiniových sloučenin. Patří sem: AcF 3 , AcCl 3 , AcBr 3 , AcOF, AcOCl, AcOBr, Ac 2 S 3 , Ac 2 O 3 a AcPO 4 . Kromě AcPO 4 jsou všechny podobné odpovídajícím sloučeninám lanthanu. Všechny obsahují aktinium v ​​oxidačním stavu +3. Zejména mřížkové konstanty analogických sloučenin lanthanu a aktinia se liší jen o několik procent.

Zde a , b a c jsou mřížkové konstanty, No je číslo skupiny prostorů a Z je počet jednotek vzorců na jednotku buňky . Hustota nebyla měřena přímo, ale vypočtena z parametrů mřížky.

Oxidy

Oxid actinium (Ac 2 O 3 ) mohou být získány zahříváním hydroxidu při teplotě 500 ° C nebo oxalátu při 1100 ° C, ve vakuu. Jeho krystalová mřížka je izotypická s oxidy většiny trojmocných kovů vzácných zemin.

Halogenidy

Fluorid aktinia lze vyrábět buď v roztoku, nebo v pevné reakci. První reakce se provádí při teplotě místnosti přidáním kyseliny fluorovodíkové do roztoku obsahujícího aktiniové ionty. V posledně uvedeném způsobu se kov aktinia zpracovává parami fluorovodíku při 700 ° C v celoplatinové úpravě. Ošetřením trifluoridu aktinia hydroxidem amonným při 900–1 000 ° C se získá oxyfluorid AcOF. Zatímco oxyfluorid lanthanitý lze snadno získat spalováním fluoridu lanthanitého na vzduchu při 800 ° C po dobu jedné hodiny, podobné zpracování fluoridu aktinitého neposkytuje žádný AcOF a vede pouze k tavení původního produktu.

AcF 3 + 2 NH 3 + H 2 O → AcOF + 2 NH 4 F

Chlorid aktinia se získává reakcí hydroxidu nebo oxalátu aktinia s výpary tetrachlormethanu při teplotách nad 960 ° C. Podobně jako oxyfluorid lze oxychlorid aktinia připravit hydrolýzou trichloridu aktinia hydroxidem amonným při 1000 ° C. Nicméně, na rozdíl od oxyfluorid je oxychlorid mohly také být syntetizovány zapálení roztok aktiniové chloridu v kyselině chlorovodíkové s amoniakem .

Reakcí bromidu hlinitého a oxidu aktinia se získá trichromid aktinia:

Ac 2 O 3 + 2 AlBr 3 → 2 AcBr 3 + Al 2 O 3

a jeho zpracování hydroxidem amonným při 500 ° C vede k oxybromidu AcOBr.

Jiné sloučeniny

Actinium hydrid byl získán redukcí chloridu aktinia s draslíkem při 300 ° C, a jeho struktura byla odvozena analogicky s odpovídající LAH 2 hydridu. Zdroj vodíku v reakci byl nejistý.

Smícháním fosforečnanu sodného (NaH 2 PO 4 ) s roztokem aktinia v kyselině chlorovodíkové se získá bíle zbarvený hemihydrát aktiniumfosfátu (AcPO 4 · 0,5 H 2 O) a zahřívání aktinium oxalátu s parami sirovodíku při 1400 ° C po dobu několika minut výsledkem je černý aktinium sulfid Ac 2 S 3 . Může být případně vyroben působením směsi sirovodíku a sirouhlíku na aktiniumoxid při 1000 ° C.

Izotopy

Přirozeně se vyskytující aktinium se skládá ze dvou radioaktivních izotopů ;227
Ac
(z radioaktivní rodiny235
U
) a228
Ac
(vnučka232
Čt
).227
Ac se
rozpadá hlavně jako beta zářič s velmi malou energií, ale v 1,38% případů emituje alfa částici , takže jej lze snadno identifikovat pomocí alfa spektrometrie . Bylo identifikováno třicet šest radioizotopů , nejstabilnější bytost227
Ac
s poločasem rozpadu 21,772 let,225
Ac
s poločasem rozpadu 10,0 dnů a226
Ac
s poločasem rozpadu 29,37 hodin. Všechny zbývající radioaktivní izotopy mají poločasy kratší než 10 hodin a většina z nich má poločasy kratší než jednu minutu. Nejkratší známý izotop aktinia je217
Ac
(poločas rozpadu 69 nanosekund), který se rozpadá rozpadem alfa . Actinium má také dva známé meta stavy . Nejvýznamnějšími izotopy pro chemii jsou 225 Ac, 227 Ac a 228 Ac.

Vyčištěno 227
Ac
se zhruba po půl roce dostává do rovnováhy se svými produkty rozkladu. Rozkládá se podle 21,772 letého poločasu vyzařujícího převážně beta (98,62%) a některé alfa částice (1,38%); po sobě jdoucí produkty rozpadu jsou součástí řady aktinia . Vzhledem k nízkému dostupnému množství, nízké energii beta částic (maximálně 44,8 keV) a nízké intenzitě záření alfa,227
Ac
je obtížné detekovat přímo jeho emisemi, a proto je sledován prostřednictvím produktů jeho rozpadu. Izotopy aktinia se pohybují v atomové hmotnosti od 205  u (205
AC
) až 236 u (236
Ac
).

Izotop Výroba Rozklad Poločas rozpadu
221 Ac 232 Th (d, 9n) → 225 Pa (α) → 221 Ac α 52 ms
222 Ac 232 Th (d, 8n) → 226 Pa (α) → 222 Ac α 5,0 s
223 Ac 232 Th (d, 7n) → 227 Pa (α) → 223 Ac α 2,1 min
224 Ac 232 Th (d, 6n) → 228 Pa (α) → 224 Ac α 2,78 hodiny
225 Ac 232 Th (n, γ) → 233 Th (β - ) → 233 Pa (β - ) → 233 U (α) → 229 Th (α) → 225 Ra (β - ) → 225 Ac α 10 dní
226 Ac 226 Ra (d, 2n) → 226 Ac α, β -
zachycování elektronů
29,37 hodin
227 Ac 235 U (α) → 231 Th (β - ) → 231 Pa (α) → 227 Ac α, β - 21,77 let
228 Ac 232 Th (α) → 228 Ra (β - ) → 228 Ac β - 6,15 hodiny
229 Ac 228 Ra (n, γ) → 229 Ra (β - ) → 229 Ac β - 62,7 min
230 Ac 232 Th (d, α) → 230 Ac β - 122 s
231 Ac 232 Th (γ, p) → 231 Ac β - 7,5 min
232 Ac 232 Th (n, p) → 232 Ac β - 119 s

Výskyt a syntéza

Uraninitové rudy mají zvýšené koncentrace aktinia.

Actinium se nachází pouze ve stopách v uranových rudách - jedna tuna uranu v rudě obsahuje asi 0,2 miligramu 227 Ac - a v thoriových rudách, které obsahují asi 5 nanogramů 228 Ac na jednu tunu thoria. Aktiniový izotop 227 Ac je přechodným členem řetězce rozpadu uran-aktiniové řady , který začíná mateřským izotopem 235 U (nebo 239 Pu ) a končí stabilním izotopem olova 207 Pb . Izotop 228 Ac je přechodným členem řetězce rozpadu thoriové řady , který začíná mateřským izotopem 232 Th a končí stabilním izotopem olova 208 Pb . Další izotop aktinia ( 225 Ac) je přechodně přítomen v řetězci rozpadu řady neptunia , počínaje 237 Np (nebo 233 U ) a končí thaliem ( 205 Tl ) a téměř stabilním bismutem ( 209 Bi ); přestože se všechen prvotní 237 Np rozpadl, je nepřetržitě produkován reakcemi knock-out neutronů na přirozených 238 U.

Nízká přirozená koncentrace a blízká podobnost fyzikálních a chemických vlastností s vlastnostmi lanthanu a jiných lanthanoidů, které jsou vždy hojné v rudách obsahujících aktinium, činí separaci aktinia z rudy nepraktickou a úplné separace nebylo nikdy dosaženo. Místo toho se aktinium připravuje v miligramových množstvích ozařováním neutronů 226 Ra v jaderném reaktoru .

Výtěžek reakce je asi 2% hmotnosti radia. 227 Ac může dále zachytit neutrony, což má za následek malé množství 228 Ac. Po syntéze je aktinium odděleno od radia a od produktů rozkladu a jaderné fúze, jako je thorium, polonium, olovo a vizmut. Extrakci lze provést roztokem thenoyltrifluoraceton- benzenu z vodného roztoku produktů záření a selektivity na určitý prvek se dosáhne úpravou pH (na přibližně 6,0 pro aktinium). Alternativním postupem je výměna aniontů s vhodnou pryskyřicí v kyselině dusičné , což může vést k separačnímu faktoru 1 000 000 pro radium a aktinium vs. thorium ve dvoustupňovém procesu. Aktinium lze poté oddělit od radia v poměru přibližně 100 za použití nízko zesíťující katexové pryskyřice a kyseliny dusičné jako eluentu .

225 Ac byl poprvé vyroben uměle v Ústavu pro transuranové prvky (ITU) v Německu pomocí cyklotronu a v nemocnici St George v Sydney pomocí linacu v roce 2000. Tento vzácný izotop má potenciální aplikace v radiační terapii a je nejefektivněji produkován bombardováním cíl radium-226 s ionty deuteria 20–30 MeV . Tato reakce také poskytuje 226 Ac, který se však rozpadá s poločasem 29 hodin, a tak nekontaminuje 225 Ac.

Kov Actinium byl připraven redukcí fluoridu aktinia lithiovou parou ve vakuu při teplotě mezi 1100 a 1300 ° C. Vyšší teploty vedly k odpaření produktu a nižší vedly k neúplné transformaci. Lithium bylo vybráno mezi jinými alkalickými kovy, protože jeho fluorid je nejvíce těkavý.

Aplikace

Vzhledem ke svému nedostatku, vysoké ceně a radioaktivitě nemá 227 Ac v současné době žádné významné průmyslové využití, ale 225 Ac se v současné době zkoumá pro použití při léčbě rakoviny, jako jsou cílené alfa terapie. 227 Ac je vysoce radioaktivní, a proto byl studován pro použití jako aktivní prvek radioizotopových termoelektrických generátorů , například ve vesmírných plavidlech. Oxid 227 Ac lisovaný s beryliem je také účinným zdrojem neutronů s aktivitou převyšující standardní páry americium-beryllium a radium-beryllium. Ve všech těchto aplikacích je 227 Ac (zdroj beta) pouze předkem, který po svém rozpadu generuje izotopy emitující alfa. Beryllium zachycuje částice alfa a vydává neutrony díky svému velkému průřezu pro (α, n) jadernou reakci:

K 227 AcBe neutronové zdroje mohou být použity v neutronové sondy - standardní zařízení pro měření množství vody přítomné v půdě, stejně jako vlhkosti / hustota pro kontrolu kvality v dopravních staveb. Takové sondy se také používají v aplikacích těžby dřeva, v neutronové radiografii , tomografii a dalších radiochemických vyšetřováních.

Chemická struktura nosiče DOTA pro 225 Ac v radiační terapii.

225 Ac se používá v medicíně k výrobě 213 Bi v opakovaně použitelném generátoru nebo může být použit samostatně jako činidlo pro radiační terapii , zejména cílenou alfa terapii (TAT). Tento izotop má poločas rozpadu 10 dní, takže je mnohem vhodnější pro radiační terapii než 213 Bi (poločas rozpadu 46 minut). Navíc 225 Ac se rozkládá na netoxické 209 Bi spíše než na stabilní, ale toxické olovo , což je konečný produkt v rozpadových řetězcích několika dalších kandidátských izotopů, konkrétně 227 Th, 228 Th a 230 U. Nejen 225 Ac samotný, ale také jeho dcery emitují částice alfa, které zabíjejí rakovinné buňky v těle. Hlavním problémem aplikace 225 Ac bylo to, že intravenózní injekce jednoduchých aktiniových komplexů vedla k jejich akumulaci v kostech a játrech po dobu desítek let. Výsledkem je, že poté, co byly rakovinné buňky rychle zabity částicemi alfa z 225 Ac, záření z aktinia a jeho dcer mohlo vyvolat nové mutace. K vyřešení tohoto problému byl 225 Ac navázán na chelatační činidlo, jako je citrát , kyselina ethylendiamintetraoctová (EDTA) nebo kyselina diethylentriamin pentaoctová (DTPA). To snížilo akumulaci aktinia v kostech, ale vylučování z těla zůstalo pomalé. Mnohem lepších výsledků bylo dosaženo s takovými chelatačními činidly, jako je HEHA ( 1,4,7,10,13,16-hexaazacyklohexadekan-N, N ′, N ″, N ‴, N ‴ ′, N ‴ ″-kyselina hexaoctová ) nebo DOTA ( 1,4,7,10-tetraazacyklododekan-1,4,7,10-tetraoctová kyselina ) navázaná na trastuzumab , monoklonální protilátku, která interferuje s receptorem HER2/neu . Posledně uvedená kombinace podávání byla testována na myších a ukázala se jako účinná proti rakovině leukémie , lymfomu , prsu , vaječníků , neuroblastomu a prostaty .

Střední poločas 227 Ac (21,77 let) z něj činí velmi pohodlný radioaktivní izotop při modelování pomalého vertikálního míchání oceánských vod. Související procesy nelze studovat s požadovanou přesností přímým měřením proudových rychlostí (řádově 50 metrů za rok). Vyhodnocení profilů hloubky koncentrace pro různé izotopy však umožňuje odhadnout rychlosti míchání. Za touto metodou stojí fyzika: oceánské vody obsahují homogenně rozptýlené 235 U. Jeho rozkladný produkt, 231 Pa, se postupně vysráží ke dnu, takže jeho koncentrace se nejprve zvyšuje s hloubkou a poté zůstává téměř konstantní. 231 Pa se rozpadá na 227 Ac; Koncentrace posledně uvedeného izotopu však nesleduje hloubkový profil 231 Pa, ale naopak se zvyšuje směrem k mořskému dnu. K tomu dochází kvůli procesům míchání, které zvyšují dalších 227 Ac ze dna moře. Analýza hloubkových profilů 231 Pa a 227 Ac tedy umožňuje výzkumníkům modelovat chování míchání.

Existují teoretické předpovědi, že AcH x hydridy (v tomto případě s velmi vysokým tlakem) jsou kandidátem na supravodič blízký pokojové teplotě , protože mají T c podstatně vyšší než H3S, možná blízko 250 K.

Opatření

227 Ac je vysoce radioaktivní a experimenty s ním se provádějí ve speciálně určené laboratoři vybavené těsným boxem v rukavicích . Při intravenózním podání aktiniumchloridu potkanům se asi 33% aktinia uloží do kostí a 50% do jater. Jeho toxicita je srovnatelná s, ale mírně nižší než u americium a plutonia. U stopových množství postačují digestoře s dobrým větráním; pro gramová množství jsou nutné horké články se stíněním před intenzivním zářením gama vyzařovaným 227 Ac.

Viz také

Poznámky

Reference

Bibliografie

externí odkazy