Часть серии о |
Периодическая таблица |
---|
Наборы элементов |
Элементы |
|
Актиноидов / æ к т ɪ п ɔɪ д / ( ИЮПАК номенклатура , которая также называется актинидов [1] / æ к т ɪ п aɪ д / ) Серия охватывает 15 металлических химических элементов с атомными номерами от 89 до 103, актиний через лоуренсий . Группа актиноидов получила свое название от первого элемента в серии, актиний. Неформальный химический символ Anиспользуется в общих обсуждениях химии актиноидов для обозначения любого актиноида. [2] [3] [4]
Поскольку «актиноид» означает «актиний-подобный» (ср. Гуманоид или андроид), по семантическим причинам утверждается, что актиний не может логически быть актиноидом, но ИЮПАК признает его включение на основе общего использования. [5]
Все актиниды являются элементами f-блока , за исключением последнего (лоуренсия), который является элементом d-блока . Актиний иногда считается d-блоком вместо лоуренсия, но классификация с лоуренсием в d-блоке чаще принимается теми, кто изучает этот вопрос. [6] [7] Ряд в основном соответствует заполнению электронной оболочки 5f , хотя в основном состоянии многие из них имеют аномальные конфигурации, связанные с заполнением оболочки 6d из-за межэлектронного отталкивания. По сравнению с лантаноидами , которые также в основном являются элементами f-блока , актиниды обладают гораздо более переменной валентностью . Все они имеют очень большие атомныеи ионные радиусы и демонстрируют необычно широкий диапазон физических свойств. В то время как актиний и поздние актиниды (начиная с америция и далее) ведут себя аналогично лантаноидам, элементы торий, протактиний и уран гораздо больше похожи на переходные металлы по своему химическому составу, а нептуний и плутоний занимают промежуточное положение.
Все актиниды радиоактивны и выделяют энергию при радиоактивном распаде; природные уран и торий , а также синтетически произведенный плутоний являются наиболее распространенными актинидами на Земле. Они используются в ядерных реакторах и ядерном оружии . Уран и торий также имеют различные современные или исторические применения, и америций используется в ионизационных камерах большинства современных дымовых извещателей .
Из актинидов в природе в значительных количествах встречаются первичный торий и уран . Радиоактивный распад урана дает кратковременные количества актиния и протактиния , а атомы нептуния и плутония иногда образуются в результате реакций трансмутации в урановых рудах . Остальные актиниды - чисто синтетические элементы . [2] [8] В результате испытаний ядерного оружия в окружающую среду было выброшено по крайней мере шесть актинидов тяжелее плутония ; анализ обломков водородной бомбы 1952 годаВзрыв показал наличие америция , кюрия , берклия , калифорния , эйнштейния и фермия . [9]
В представлениях периодической таблицы элементы f-блока обычно показаны в виде двух дополнительных строк под основной частью таблицы. [2] Это соглашение полностью связано с эстетикой и практичностью форматирования; редко используемая широкоформатная периодическая таблица вставляет ряды 4f и 5f в их надлежащие места, как части шестой и седьмой строк таблицы (периодов).
Актиний89Ac[227] | Торий90ЧтВзаимодействие с другими людьми232,04 | Протактиний91ПаВзаимодействие с другими людьми231,04 | Уран92UВзаимодействие с другими людьми238,03 | Нептуний93Np[237] | Плутоний94Пу[244] | Америций95Являюсь[243] | Кюрий96См[247] | Берклиум97Bk[247] | Калифорний98Cf[251] | Эйнштейний99Es[252] | Фермий100FM[257] | Менделевий101Мкр[258] | Нобелий102Нет[259] | Лоуренсий103Lr[266] |
Изначальный От распада Синтетический Граница показывает естественное появление элемента
Открытие, изоляция и синтез [ править ]
Элемент | Год | Метод |
---|---|---|
Нептуний | 1940 г. | Бомбардировка 238 U нейтронами |
Плутоний | 1941 г. | Бомбардировка 238 U дейтронами |
Америций | 1944 г. | Бомбардировка 239 Pu нейтронами |
Кюрий | 1944 г. | Бомбардировка 239 Pu α-частицами |
Берклиум | 1949 г. | Бомбардировка 241 Am α-частицами |
Калифорний | 1950 | Бомбардировка 242 Cm α-частицами |
Эйнштейний | 1952 г. | Как продукт ядерного взрыва |
Фермий | 1952 г. | Как продукт ядерного взрыва |
Менделевий | 1955 г. | Бомбардировка 253 Es α-частицами |
Нобелий | 1965 г. | Бомбардировка 243 Am по 15 N или 238 U с 22 Ne |
Лоуренсий | 1961 -1 971 | Бомбардировка 252 Cf 10 B или 11 B и 243 Am 18 O |
Подобно лантаноидам , актиноиды образуют семейство элементов со схожими свойствами. Внутри актинидов есть две перекрывающиеся группы: трансурановые элементы , следующие за ураном в периодической таблице ; и трансплутониевые элементы , следующие за плутонием. По сравнению с лантаноидами, которые (за исключением прометия ) встречаются в природе в заметных количествах, большинство актинидов встречаются редко. Большинство из них не встречаются в природе, а из тех, что встречаются, только торий и уран встречаются в более чем следовых количествах. Наиболее распространенными или легко синтезируемыми актинидами являются уран и торий, за ними следуют плутоний, америций, актиний, протактиний, нептуний и кюрий. [12]
Существование трансурановых элементов было предположено в 1934 году Энрико Ферми на основе его экспериментов. [13] [14] Однако, хотя к тому времени были известны четыре актинида, еще не было понято, что они образуют семейство, подобное лантаноидам. Преобладающее мнение, которое доминировало в ранних исследованиях трансуранов, заключалось в том, что они были регулярными элементами в 7-м периоде, причем торий, протактиний и уран соответствовали гафнию , танталу и вольфраму 6-го периода соответственно. Синтез трансуранов постепенно опровергал эту точку зрения. К 1944 году наблюдение, что кюрий не показал степени окисления выше 4 (в то время как его предполагаемый гомолог 6-го периода, платина, может достичь степени окисления 6) побудило Гленна Сиборга сформулировать « гипотезу актинидов ». Исследования известных актинидов и открытия других трансурановых элементов предоставили больше данных в поддержку этой позиции, но фраза «гипотеза актинидов» (подразумевающая, что «гипотеза» - это то, что не было окончательно доказано) по-прежнему активно использовалась учеными. до конца 1950-х гг. [15] [16]
В настоящее время существует два основных метода получения изотопов трансплутониевых элементов: (1) облучение более легких элементов нейтронами ; 2) облучение ускоренными заряженными частицами. Первый метод более важен для приложений, так как только нейтронное облучение с использованием ядерных реакторов позволяет производить значительные количества синтетических актинидов; однако он ограничен относительно легкими элементами. Преимущество второго метода состоит в том, что можно получить элементы тяжелее плутония, а также нейтронодефицитные изотопы, которые не образуются при нейтронном облучении. [17]
В 1962–1966 годах в США предпринимались попытки получить изотопы трансплутония с помощью серии из шести подземных ядерных взрывов . Небольшие образцы горных пород были извлечены из зоны взрыва сразу после проведения испытания для изучения продуктов взрыва, но никаких изотопов с массовым числом не были обнаружены больше , чем 257, несмотря на прогнозы , что такие изотопы имеют относительно длинного периода полураспада от альфа-распада . Это отсутствие наблюдения было приписано спонтанному делению из-за большой скорости продуктов и другим каналам распада, таким как испускание нейтронов и ядерное деление . [18]
От актиния до урана [ править ]
Уран и торий были первыми открытыми актинидами . Уран был обнаружен в 1789 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапротом в урановой руде. Он назвал его в честь планеты Уран , [8] , который был обнаружен восемь лет назад. Клапрот смог осаждать желтое соединение (вероятно, диуранат натрия ) путем растворения настуран в азотной кислоте и нейтрализации раствора гидроксидом натрия . Затем он восстановил полученный желтый порошок древесным углем и извлек черное вещество, которое он принял за металл. [19]Шестьдесят лет спустя французский ученый Эжен-Мельхиор Пелиго идентифицировал его как оксид урана. Он также выделил первый образец металлического урана путем нагревания тетрахлорида урана с металлическим калием . [20] атомная масса урана затем было рассчитано 120, но Дмитрий Менделеев в 1872 году исправить ее до 240 , используя свои законы периодичности. Это значение было подтверждено экспериментально в 1882 г. К. Циммерманом. [21] [22]
Оксид тория был обнаружен Фридрихом Велером в минерале торианите , который был обнаружен в Норвегии (1827 г.). [23] Йонс Якоб Берцелиус более подробно охарактеризовал этот материал в 1828 году. Восстановив тетрахлорид тория калием, он выделил металл и назвал его торием в честь норвежского бога грома и молнии Тора . [24] [25] Тот же метод выделения позже был использован Пелиго для урана. [8]
Актиний был обнаружен в 1899 году Андре-Луи Дебьерном , помощником Марии Кюри , в отходах урановой обманки, оставшихся после удаления радия и полония. Он описал это вещество (в 1899 г.) как похожее на титан [26] и (в 1900 г.) как на торий. [27] Открытие актиния Дебьерном, однако, было поставлено под сомнение в 1971 [28] и 2000 [29], утверждая, что публикации Дебьерна в 1904 году противоречили его более ранней работе 1899–1900. Эта точка зрения вместо этого соответствует работе Фридриха Оскара Гизеля 1902 года , который открыл радиоактивный элемент под названием эманий.который ведет себя аналогично лантану. Название актиний происходит от греческого слова « актис», актинос (ακτίς, ακτίνος), что означает луч или луч. Этот металл был открыт не его собственным излучением, а излучением дочерних продуктов. [30] [31] Из-за близкого сходства актиния и лантана и низкого содержания чистый актиний мог быть произведен только в 1950 году. Термин актинид, вероятно, был введен Виктором Гольдшмидтом в 1937 году. [32] [33]
Вероятно, протактиний был выделен в 1900 году Уильямом Круксом . [34] Впервые он был идентифицирован в 1913 году, когда Казимир Фаянс и Освальд Гельмут Геринг столкнулись с короткоживущим изотопом 234m Па (период полураспада 1,17 минуты) во время своих исследований распада 238 U. Они назвали новый элемент brevium (от латинского brevis - краткое); [35] [36] название было изменено на протактиний (от греческого πρῶτος + ἀκτίς, что означает «первый элемент луча») в 1918 году, когда две группы ученых во главе с австрийкой Лизой Мейтнер и Отто Ханомиз Германии и Фредерик Содди и Джон Крэнстон из Великобритании независимо друг от друга открыли гораздо более долгоживущие 231 Па. Название было сокращено до протактиний в 1949 году. Этот элемент мало изучался до 1960 года, когда А.Г. Мэддок и его коллеги в Великобритании выделили 130 граммов протактиния из 60 тонн отходов, оставшихся после извлечения урана из его руды. [37]
Нептуний и выше [ править ]
Нептуний (названный в честь планеты Нептун , следующей планеты после Урана, в честь которой был назван уран) был открыт Эдвином Макмилланом и Филипом Х. Абельсоном в 1940 году в Беркли, Калифорния . [38] Они получили изотоп 239 Np (период полураспада = 2,4 дня) путем бомбардировки урана медленными нейтронами . [37] Это был первый трансурановый элемент, произведенный синтетическим путем. [39]
Трансурановые элементы не встречаются в природе в значительных количествах и обычно синтезируются с помощью ядерных реакций, проводимых с помощью ядерных реакторов. Например, при облучении реакторными нейтронами уран-238 частично превращается в плутоний-239 :
Эта реакция синтеза была использована Ферми и его сотрудниками при проектировании реакторов, расположенных на Хэнфордском объекте , которые производили значительные количества плутония-239 для ядерного оружия Манхэттенского проекта и послевоенного ядерного арсенала Соединенных Штатов. [40]
Актиниды с наивысшими массовыми числами синтезируются путем бомбардировки урана, плутония, кюрия и калифорния ионами азота, кислорода, углерода, неона или бора в ускорителе частиц . Таким образом, нобелий был получен путем бомбардировки урана-238 неоном-22 как
- .
Первые изотопы трансплутониевых элементов, америций-241 и кюрий-242 , были синтезированы в 1944 году Гленном Т. Сиборгом, Ральфом А. Джеймсом и Альбертом Гиорсо . [41] Кюрий-242 был получен путем бомбардировки плутония-239 α-частицами с энергией 32 МэВ.
- .
Изотопы америция-241 и кюрий-242 также были произведены путем облучения плутония в ядерном реакторе. Последний элемент был назван в честь Марии Кюри и ее мужа Пьера , которые известны открытием радия и их работой в области радиоактивности . [42]
Бомбардировка кюрия-242 α-частицами привела к получению изотопа калифорния 245 Cf (1950), и аналогичная процедура дала в 1949 году берклий-243 из америция-241. [43] Новые элементы были названы в честь Беркли, Калифорния , по аналогии с его гомологом лантаноида тербием , который был назван в честь деревни Иттерби в Швеции. [44]
В 1945 г. Б. Б. Каннингем получил первое химическое соединение трансплутония, а именно гидроксид америция . [45] В течение нескольких лет были накоплены миллиграммы америция и микрограммы кюрия, что позволило производить изотопы берклия (Thomson, 1949) [46] [47] и калифорния (Thomson, 1950). [48] [49] [50] Значительные количества этих элементов были произведены в 1958 г. (Беррис Б. Каннингем и Стэнли Г. Томсон) [51], а первое калифорнийское соединение (0,3 мкг CfOCl) было получено в 1960 г. компанией BB. Каннингем и Дж. К. Валлманн. [52]
Эйнштейний и фермий были идентифицированы в 1952–1953 гг. В результате ядерного испытания « Айви Майк » (1 ноября 1952 г.), первого успешного испытания водородной бомбы. Мгновенное воздействие на уран-238 большого нейтронного потока в результате взрыва привело к образованию тяжелых изотопов урана, включая уран-253 и уран-255, а их β-распад дал эйнштейний-253 и фермий-255 . Открытие новых элементов и новые данные о захвате нейтронов первоначально держались в секрете по приказу вооруженных сил США до 1955 года из-за напряженности в период холодной войны . [9] [53]Тем не менее, группа ученых из Беркли смогла получить эйнштейний и фермий гражданскими средствами посредством нейтронной бомбардировки плутония-239 и опубликовала эту работу в 1954 году с оговоркой, что это были не первые исследования этих элементов. [54] [55] Исследования «Айви Майк» были рассекречены и опубликованы в 1955 году. [53] Первые значительные (субмикрограммы) количества эйнштейния были произведены в 1961 году Каннингемом и его коллегами, но это еще не было сделано для фермия. [56]
Первый изотоп менделевия, 256 Md (период полураспада 87 мин), был синтезирован Альбертом Гиорсо, Гленном Т. Сиборгом, Грегори Р. Чоппином, Бернардом Г. Харви и Стэнли Г. Томпсоном, когда они бомбардировали мишень 253 Es альфа частицы в 60-дюймовом циклотроне в Беркли радиационной лаборатории ; это был первый изотоп любого элемента, который был синтезирован по одному атому за раз. [57]
Было предпринято несколько попыток получить изотопы нобелия шведскими (1957 г.) и американскими (1958 г.) группами, но первым надежным результатом был синтез 256 No русской группой ( Георгий Флеров и др. ) В 1965 г., что было признано ИЮПАК в 1992 г. В своих экспериментах Флоров и др. бомбардировал уран-238 неоном-22. [10]
В 1961 году Ghiorso et al. получил первый изотоп лоуренсия при облучении калифорния (в основном калифорний-252 ) ионами бора-10 и бора-11 . [10] В то время массовое число этого изотопа не было точно установлено (возможно, 258 или 259). В 1965 г. Флоровым с соавт. Был синтезирован 256 Lr . от 243 Am и 18 O . Таким образом, ИЮПАК признал группы ядерных физиков в Дубне и Беркли соавторами открытия лоуренсия.
Изотопы [ править ]
Ядерные свойства изотопов важнейших изотопов трансплутония [58] [59] [60] | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Изотоп | Период полураспада | Вероятность самопроизвольного деления в% | Энергия излучения (МэВ) (выход в%) | Удельная активность (Бк / кг) [61] из | ||
α | γ | α, β-частицы | деление | |||
241 утра | 432,2 (7) года | 4,3 (18) × 10 −10 | 5,485 (84,8) 5,442 (13,1) 5,388 (1,66) | 0,059 (35,9) 0,026 (2,27) | 1,27 × 10 14 | 546,1 |
243 утра | 7,37 (4) × 10 3 г | 3,7 (2) × 10 −9 | 5,275 (87,1) 5,233 (11,2) 5,181 (1,36) | 0,074 (67,2) 0,043 (5,9) | 7,39 × 10 12 | 273,3 |
242 см | 162,8 (2) сут | 6,2 (3) × 10 −6 | 6,069 (25,92) 6,112 (74,08) | 0,044 (0,04) 0,102 (4 × 10 −3 ) | 1,23 × 10 17 | 7,6 × 10 9 |
244 см | 18.10 (2) лет | 1,37 (3) × 10 −4 | 5,762 (23,6) 5,804 (76,4) | 0,043 (0,02) 0,100 (1,5 × 10 -3 ) | 2,96 × 10 15 | 4,1 × 10 9 |
245 см | 8.5 (1) × 10 3 г | 6,1 (9) × 10 −7 | 5,529 (0,58) 5,488 (0,83) 5,361 (93,2) | 0,175 (9,88) 0,133 (2,83) | 6,35 × 10 12 | 3,9 × 10 4 |
246 см | 4,76 (4) × 10 3 г | 0,02615 (7) | 5,343 (17,8) 5,386 (82,2) | 0,045 (19) | 1,13 × 10 13 | 2,95 × 10 9 |
247 см | 1.56 (5) × 10 7 лет | - | 5,267 (13,8) 5,212 (5,7) 5,147 (1,2) | 0,402 (72) 0,278 (3,4) | 3,43 × 10 9 | - |
248 см | 3.48 (6) × 10 5 лет | 8,39 (16) | 5,034 (16,52) 5,078 (75) | - | 1,40 × 10 11 | 1,29 × 10 10 |
249 Bk | 330 (4) д | 4,7 (2) × 10 −8 | 5,406 (1 × 10 −3 ) 5,378 (2,6 × 10 −4 ) | 0,32 (5,8 × 10 −5 ) | 5,88 × 10 16 | 2,76 × 10 7 |
249 КФ | 351 (2) года | 5,0 (4) × 10 −7 | 6,193 (2,46) 6,139 (1,33) 5,946 (3,33) | 0,388 (66) 0,333 (14,6) | 1,51 × 10 14 | 7,57 × 10 5 |
250 КФ | 13.08 (9) г | 0,077 (3) | 5,988 (14,99) 6,030 (84,6) | 0,043 | 4,04 × 10 15 | 3,11 × 10 12 |
251 КФ | 900 (40) лет | ? | 6,078 (2,6) 5,567 (0,9) 5,569 (0,9) | 0,177 (17,3) 0,227 (6,8) | 5,86 × 10 13 | - |
252 Кф | 2.645 (8) лет | 3,092 (8) | 6,075 (15,2) 6,118 (81,6) | 0,042 (1,4 × 10 −2 ) 0,100 (1,3 × 10 −2 ) | 1,92 × 10 16 | 6,14 × 10 14 |
254 КФ | 60,5 (2) сут | ≈100 | 5,834 (0,26) 5,792 (5,3 × 10 -2 ) | - | 9,75 × 10 14 | 3,13 × 10 17 |
253 Es | 20,47 (3) сут | 8,7 (3) × 10 −6 | 6,540 (0,85) 6,552 (0,71) 6,590 (6,6) | 0,387 (0,05) 0,429 (8 × 10 −3 ) | 9,33 × 10 17 | 8,12 × 10 10 |
254 Es | 275,7 (5) сут | <3 × 10 −6 | 6,347 (0,75) 6,358 (2,6) 6,415 (1,8) | 0,042 (100) 0,034 (30) | 6,9 × 10 16 | - |
255 Es | 39,8 (12) д | 0,0041 (2) | 6,267 (0,78) 6,401 (7) | - | 4,38 × 10 17 (β) 3,81 × 10 16 (α) | 1,95 × 10 13 |
255 футов | 20.07 (7) ч | 2,4 (10) × 10 −5 | 7,022 (93,4) 6,963 (5,04) 6,892 (0,62) | 0,00057 (19,1) 0,081 (1) | 2,27 × 10 19 | 5,44 × 10 12 |
256 Фм | 157,6 (13) мин | 91,9 (3) | 6,872 (1,2) 6,917 (6,9) | - | 1,58 × 10 20 | 1,4 × 10 19 |
257 Фм | 100,5 (2) сут | 0,210 (4) | 6,752 (0,58) 6,695 (3,39) 6,622 (0,6) | 0,241 (11) 0,179 (8,7) | 1,87 × 10 17 | 3,93 × 10 14 |
256 мкр | 77 (2) мин | - | 7,142 (1,84) 7,206 (5,9) | - | 3,53 × 10 20 | - |
257 мкр | 5.52 (5) ч | - | 7,074 (14) | 0,371 (11,7) 0,325 (2,5) | 8,17 × 10 19 | - |
258 мкр | 51,5 (3) сут | - | 6,73 | - | 3,64 × 10 17 | - |
255 Нет | 3,1 (2) мин | - | 1,16 ( 8,312) 2,6 (8,266) 27,8 (8,121) | 0,187 (3,4) | 8,78 × 10 21 | - |
259 Нет | 58 (5) мин | - | 7,455 (9,8) 7,500 (29,3) 7,533 (17,3) | - | 4,63 × 10 20 | - |
256 Лр | 27 (3) с | <0,03 | 8,319 (5,4) 8,390 (16) 8,430 (33) | - | 5,96 × 10 22 | - |
257 Лр | 646 (25) мс | - | 8,796 (18) 8,861 (82) | - | 1,54 × 10 24 | - |
К 2016 году было идентифицировано 32 изотопа актиния и восемь возбужденных изомерных состояний некоторых его нуклидов . [58] Три изотопа, 225 Ас , 227 Ас и 228 Ас , были обнаружены в природе, а остальные были произведены в лаборатории; в приложениях используются только три природных изотопа. Актиний-225 входит в группу радиоактивных нептуний ; [62] он был впервые обнаружен в 1947 году как продукт распада урана-233., это α-излучатель с периодом полураспада 10 дней. Актиний-225 менее доступен, чем актиний-228, но более перспективен для использования в качестве радиоиндикаторов. [31] Актиний-227 (период полураспада 21,77 года) встречается во всех урановых рудах, но в небольших количествах. Один грамм урана (в радиоактивном равновесии) содержит всего 2 × 10 - 10 граммов 227 Ас. [31] [58] Актиний-228 является членом группы радиоактивного тория, образовавшейся в результате распада 228 Ra ; [62] это β - излучатель с периодом полураспада 6,15 часов. В одной тонне тория 5 × 10 - 8грамм 228 Ас. Он был открыт Отто Ганом в 1906 году [31].
Известен 31 изотоп тория с массовым числом от 208 до 238. [58] Из них наиболее долгоживущим является 232 Th, период полураспада которого составляет1,4 × 10 10 лет означает, что он все еще существует в природе как первонуклид . Следующим самым долгоживущим является 230 Th, промежуточный продукт распада 238 U с периодом полураспада 75 400 лет. Некоторые другие изотопы тория имеют период полураспада более суток; все они также являются переходными в цепочках распада 232 Th, 235 U и 238 U.
Известно 28 изотопов протактиния с массовыми числами 212–239 [58], а также три возбужденных изомерных состояния . В природе обнаружено всего 231 Па и 234 Па . Все изотопы имеют короткое время жизни, за исключением протактиния-231 (период полураспада 32 760 лет). Наиболее важными изотопами являются 231 Па и 233 Па , который является промежуточным продуктом при получении урана-233 и является наиболее доступным среди искусственных изотопов протактиния. 233 Па имеет удобный период полураспада и энергию γ-излучения , и поэтому использовался в большинстве исследований химии протактиния. Протактиний-233 - этоβ-излучатель с периодом полураспада 26,97 суток. [58] [63]
Известно 26 изотопов урана с массовыми числами 215–242 (кроме 220 и 241). [59] Три из них, 234 U , 235 U и 238 U, присутствуют в природе в заметных количествах. Среди прочего, наиболее важным является 233 U, который является конечным продуктом превращения 232 Th при облучении медленными нейтронами. 233 U имеет гораздо более высокую эффективность деления низкоэнергетическими (тепловыми) нейтронами, по сравнению, например, с 235 U. Большинство исследований химии урана было выполнено на уране-238 из-за его длительного периода полураспада, составляющего 4,4 × 10 9 лет. [64]
Существует 24 изотопа нептуния с массовыми числами 219, 220 и 223–244; [59] все они очень радиоактивны. Наиболее популярными среди ученых являются долгоживущие 237 Np (t 1/2 = 2,20 × 10 6 лет) и короткоживущие 239 Np, 238 Np (t 1/2 ~ 2 дня). [39]
Известно 18 изотопов америция с массовыми числами от 229 до 247 (за исключением 231). [59] Наиболее важными из них являются 241 Am и 243 Am, которые являются альфа-излучателями и также излучают мягкие, но интенсивные γ-лучи; оба они могут быть получены в изотопно чистой форме. Химические свойства америция сначала изучали с 241 Am, но позже они изменились до 243 Am, что почти в 20 раз менее радиоактивно. Недостатком 243 Am является образование короткоживущего дочернего изотопа 239 Np, что необходимо учитывать при анализе данных. [65]
Среди 19 изотопов кюрия с массовым числом от 233 до 251 [59] наиболее доступными являются 242 Cm и 244 Cm; они являются α-излучателями, но с гораздо более коротким временем жизни, чем изотопы америция. Эти изотопы почти не испускают γ-излучения, но подвергаются спонтанному делению с испусканием нейтронов. Более долгоживущие изотопы кюрия ( 245–248 Cm, все α-излучатели) образуются в виде смеси при нейтронном облучении плутония или америция. При непродолжительном облучении в этой смеси преобладает 246 Cm, а затем 248 Cm начинает накапливаться. Оба эти изотопа, особенно 248Cm, имеют более длительный период полураспада (3,48 × 10 5 лет) и намного удобнее для проведения химических исследований, чем 242 Cm и 244 Cm, но они также имеют довольно высокую скорость спонтанного деления. 247 Cm имеет самое продолжительное время жизни среди изотопов кюрия (1,56 × 10 7 лет), но не образуется в больших количествах из-за сильного деления, вызванного тепловыми нейтронами.
Идентифицировано семнадцать изотопов берклия с массовыми числами 233–234, 236, 238 и 240–252. [59] Только 249 Bk доступны в больших количествах; он имеет относительно короткий период полураспада, составляющий 330 дней, и испускает в основном мягкие β-частицы , которые неудобны для обнаружения. Его альфа-излучение довольно слабое (1,45 × 10 - 3 % по отношению к β-излучению), но иногда используется для обнаружения этого изотопа. 247Bk - альфа-излучатель с длительным периодом полураспада 1380 лет, но его трудно получить в заметных количествах; он не образуется при нейтронном облучении плутония из-за β-стабильности изотопов изотопов кюрия с массовым числом ниже 248. [65]
20 изотопов калифорния с массовыми числами 237–256 образуются в ядерных реакторах; [59] калифорний-253 является β-излучателем, а остальные - α-излучателями. Изотопы с четными массовыми числами ( 250 Cf, 252 Cf и 254 Cf) имеют высокую скорость спонтанного деления, особенно 254 Cf, из которых 99,7% распадаются путем спонтанного деления. Калифорний-249 имеет относительно длительный период полураспада (352 года), слабое спонтанное деление и сильное γ-излучение, что облегчает его идентификацию. 249 Cf не образуется в больших количествах в ядерном реакторе из-за медленного β-распада родительского изотопа 249Bk и большое сечение взаимодействия с нейтронами, но он может накапливаться в изотопически чистой форме в виде продукта β-распада (предварительно выбранного) 249 Bk. Калифорний, полученный реакторным облучением плутония, в основном состоит из 250 Cf и 252 Cf, причем последний является преобладающим при больших флюенсах нейтронов, и его изучение затруднено из-за сильного нейтронного излучения. [66]
Исходный изотоп | т 1/2 | Дочерний изотоп | т 1/2 | Время установить радиоактивное равновесие |
---|---|---|---|---|
243 утра | 7370 лет | 239 нп | 2.35 дней | 47.3 дней |
245 см | 8265 лет | 241 Pu | 14 лет | 129 лет |
247 см | 1,64 × 10 7 лет | 243 Pu | 4.95 часов | 7.2 дней |
254 Es | 270 дней | 250 Бк | 3,2 часа | 35,2 часов |
255 Es | 39.8 дней | 255 футов | 22 часов | 5 дней |
257 Фм | 79 дней | 253 Кф | 17.6 дней | 49 дней |
Среди 18 известных изотопов эйнштейния с массовыми числами от 240 до 257 [59] наиболее доступным является 253 Es. Это α-излучатель с периодом полураспада 20,47 суток, относительно слабым γ-излучением и небольшой скоростью спонтанного деления по сравнению с изотопами калифорния. Продолжительное нейтронное облучение также дает долгоживущий изотоп 254 Es (t 1/2 = 275,5 дней). [66]
Известно 20 изотопов фермия с массовыми числами 241–260. 254 Fm, 255 Fm и 256 Fm - это α-излучатели с коротким периодом полураспада (часы), которые могут быть выделены в значительных количествах. 257 Fm (t 1/2 = 100 дней) может накапливаться при длительном и сильном облучении. Все эти изотопы характеризуются высокой скоростью спонтанного деления. [66] [68]
Среди 17 известных изотопов менделевия (массовые числа от 244 до 260) [59] наиболее изученным является 256 Md, который в основном распадается за счет захвата электронов (α-излучение ≈10%) с периодом полураспада 77 минут. . Другой альфа-излучатель, 258 Md, имеет период полураспада 53 дня. Оба эти изотопа производятся из редкого эйнштейния ( 253 Es и 255 Es соответственно), что ограничивает их доступность. [58]
Долгоживущие изотопы нобелия и изотопы лоуренсия (и более тяжелых элементов) имеют относительно короткие периоды полураспада. Для нобелия известно 11 изотопов с массовыми числами 250–260 и 262. Химические свойства нобелия и лоуренсия изучались при 255 No (t 1/2 = 3 мин) и 256 Lr (t 1/2 = 35 с). Самый долгоживущий изотоп нобелия, 259 No, имеет период полураспада примерно 1 час. [58] Лоуренсий имеет 13 известных изотопов с массовыми числами 251–262 и 266. Самый стабильный из них - 266 Lr с периодом полураспада 11 часов.
Среди всех них единственными изотопами, которые встречаются в природе в достаточных количествах, чтобы их можно было обнаружить в чем-либо, кроме следов, и которые вносят измеримый вклад в атомный вес актинидов, являются первичные 232 Th, 235 U и 238 U, а также три долгоживущие продукты распада природного урана - 230 Th, 231 Па и 234 U. Природный торий состоит из 0,02 (2)% 230 Th и 99,98 (2)% 232 Th; природный протактиний на 100% состоит из 231 Па; а природный уран состоит из 0,0054 (5)% 234 U, 0,7204 (6)% 235 U и 99,2742 (10)% 238 U.[69]
Образование в ядерных реакторах [ править ]
Фигура наращивания актинидов представляет собой таблицу нуклидов с числом нейтронов по горизонтальной оси (изотопы) и числом протонов по вертикальной оси (элементы). Красная точка делит нуклиды на две группы, поэтому фигура более компактная. Каждый нуклид представлен квадратом с массовым числом элемента и его полупериодом. [70] Естественно существующие изотопы актинидов (Th, U) отмечены жирной рамкой, альфа-излучатели имеют желтый цвет, а бета-излучатели - синий цвет. Розовый цвет означает захват электронов ( 236 Np), тогда как белый цвет означает длительное метастабильное состояние ( 242 Am).
Образование нуклидов актинидов в первую очередь характеризуется: [71]
- Реакции нейтронного захвата (n, γ), представленные на рисунке короткой правой стрелкой.
- Также учитываются (n, 2n) реакции и менее часто встречающиеся (γ, n) реакции, которые отмечены короткой стрелкой влево.
- Еще реже и запускается только быстрыми нейтронами, происходит реакция (n, 3n), которая представлена на рисунке одним примером, отмеченным длинной левой стрелкой.
В дополнение к этим ядерным реакциям, вызванным нейтронами или гамма-излучением, радиоактивное превращение актинидных нуклидов также влияет на запасы нуклидов в реакторе. Эти типы распада отмечены на рисунке диагональными стрелками. Бета-минус - распад , отмеченный стрелка , указывающая вверх-влево, играет важную роль в балансе плотностей частиц нуклидов. Нуклиды, распадающиеся в результате испускания позитронов (бета-распад) или захвата электронов (ϵ), не происходят в ядерном реакторе, за исключением продуктов реакции выбивания; их распады отмечены стрелками, указывающими вниз-вправо. Из-за больших периодов полураспада данных нуклидов альфа-распадпочти не играет роли в образовании и распаде актинидов в энергетическом реакторе, так как время пребывания ядерного топлива в активной зоне реактора довольно мало (несколько лет). Исключение составляют два относительно короткоживущих нуклида 242 Cm (T 1/2 = 163 d) и 236 Pu (T 1/2 = 2,9 y). Только для этих двух случаев α-распад отмечен на карте нуклида длинной стрелкой, указывающей вниз-влево.
Распространение в природе [ править ]
Торий и уран являются наиболее распространенными актинидами в природе с соответствующими массовыми концентрациями 16 и 4 частей на миллион. [72] Уран в основном встречается в земной коре в виде смеси его оксидов в минерале уранините , который также называют ураном из-за его черного цвета. Есть несколько десятков других урановых минералов, таких как карнотит (KUO 2 VO 4 · 3H 2 O) и аутунит (Ca (UO 2 ) 2 (PO 4 ) 2 · nH 2 O). Изотопный состав природного урана - 238 U(относительное содержание 99,2742%), 235 U (0,7204%) и 234 U (0,0054%); из этих 238 U имеет наибольший период полураспада 4,51 × 10 9 лет. [73] [74] Мировое производство урана в 2009 году составило 50 572 тонны , из которых 27,3% было добыто в Казахстане . Другими важными странами по добыче урана являются Канада (20,1%), Австралия (15,7%), Намибия (9,1%), Россия (7,0%) и Нигер (6,4%). [75]
Руда | Место расположения | Содержание урана ,% | Массовая доля 239 Pu / руда | Отношение 239 Pu / U ( × 10 12 ) |
---|---|---|---|---|
Уранинит | Канада | 13,5 | 9,1 × 10 - 12 | 7.1 |
Уранинит | Конго | 38 | 4,8 × 10 - 12 | 12 |
Уранинит | Колорадо , США | 50 | 3,8 × 10 - 12 | 7,7 |
Монацит | Бразилия | 0,24 | 2,1 × 10 - 14 | 8,3 |
Монацит | Северная Каролина , США | 1,64 | 5,9 × 10 - 14 | 3,6 |
Фергюсонит | - | 0,25 | <1 × 10 - 14 | <4 |
Карнотит | - | 10 | <4 × 10 - 14 | <0,4 |
Самыми распространенными минералами тория являются торианит (ThO 2 ), торит (ThSiO 4 ) и монацит ((Th, Ca, Ce) PO 4 ). Большинство минералов тория содержат уран и наоборот; и все они содержат значительную долю лантаноидов. Богатые месторождения полезных ископаемых тория расположены в США (440 000 тонн), Австралии и Индии (~ 300 000 тонн в каждой) и Канаде (~ 100 000 тонн). [77]
Содержание актиния в земной коре составляет всего около 5 × 10 - 15 %. [63] Актиний в основном присутствует в урансодержащих, но также и в других минералах, хотя и в гораздо меньших количествах. Содержание актиния в большинстве природных объектов соответствует изотопному равновесию родительского изотопа 235 U, и на него не влияет слабая миграция Ac. [31] Протактиний более распространен (10 -12 %) в земной коре, чем актиний. Он был обнаружен в урановой руде в 1913 году Фаянсом и Герингом. [35] Как и актиний, протактиний по распределению соответствует распределению 235 U. [63]
Период полураспада наиболее долгоживущего изотопа нептуния, 237 Np , ничтожен по сравнению с возрастом Земли. Таким образом, нептуний присутствует в природе в незначительных количествах и образуется как промежуточные продукты распада других изотопов. [39] Следы плутония в урановых минералах были впервые обнаружены в 1942 году, и более систематические результаты по 239 Pu суммированы в таблице (никаких других изотопов плутония в этих образцах обнаружить не удалось). Верхний предел избытка дольше живого изотоп плутония, 244 Pu, составляет 3 × 10 - 20 %. Плутоний не удалось обнаружить в пробах лунного грунта. Из-за его редкости по природе большая часть плутония производится синтетическим путем.[76]
Извлечение [ править ]
Из-за низкого содержания актиноидов их извлечение представляет собой сложный многоступенчатый процесс. Обычно используются фториды актинидов, поскольку они нерастворимы в воде и легко разделяются с помощью окислительно-восстановительных реакций. Фториды восстанавливаются кальцием , магнием или барием : [78]
Среди актинидов легче всего выделить торий и уран. Торий извлекается в основном из монацита : пирофосфат тория (ThP 2 O 7 ) реагирует с азотной кислотой , а полученный нитрат тория обрабатывается трибутилфосфатом . Примеси редкоземельных элементов отделяются путем увеличения pH в растворе сульфата. [78]
В другом методе экстракции монацит разлагают 45% -ным водным раствором гидроксида натрия при 140 ° C. Сначала экстрагируют смешанные гидроксиды металлов, фильтруют при 80 ° C, промывают водой и растворяют в концентрированной соляной кислоте . Затем кислотный раствор нейтрализуют гидроксидами до pH = 5,8, что приводит к осаждению гидроксида тория (Th (OH) 4 ), загрязненного ~ 3% гидроксидов редкоземельных элементов; остальная часть гидроксидов РЗЭ остается в растворе. Гидроксид тория растворяют в неорганической кислоте, а затем очищают от редкоземельных элементов . Эффективным методом является растворение гидроксида тория в азотной кислоте, потому что полученный раствор можно очистить экстракцией.с органическими растворителями: [78]
- Th (OH) 4 + 4 HNO 3 → Th (NO 3 ) 4 + 4 H 2 O
Металлический торий отделяется от безводного оксида, хлорида или фторида путем его реакции с кальцием в инертной атмосфере: [80]
- ThO 2 + 2 Ca → 2 CaO + Th
Иногда торий извлекают электролизом фторида в смеси хлорида натрия и калия при температуре 700–800 ° С в графитовом тигле. Торий высокой степени чистоты можно извлечь из его иодида с помощью процесса кристаллического бруска . [81]
Уран извлекается из руд различными способами. В одном методе руда сжигается, а затем реагирует с азотной кислотой для перевода урана в растворенное состояние. Обработка раствора раствором трибутилфосфата (ТБФ) в керосине переводит уран в органическую форму UO 2 (NO 3 ) 2 (ТБФ) 2 . Нерастворимые примеси фильтруют, и уран экстрагируют реакцией с гидроксидами в виде (NH 4 ) 2 U 2 O 7 или с пероксидом водорода в виде UO 4 · 2H 2 O. [78]
Когда урановая руда богата такими минералами, как доломит , магнезит и т. Д., Эти минералы потребляют много кислоты. В этом случае для извлечения урана используется карбонатный метод. Его основной компонент - водный раствор карбоната натрия , который превращает уран в комплекс [UO 2 (CO 3 ) 3 ] 4– , устойчивый в водных растворах при низких концентрациях гидроксид-ионов. Преимущества метода карбоната натрия в том, что химические вещества обладают низкой коррозионной активностью.(по сравнению с нитратами) и что большинство не урановых металлов осаждаются из раствора. Недостатком является то, что соединения четырехвалентного урана также осаждаются. Поэтому урановую руду обрабатывают карбонатом натрия при повышенной температуре и под давлением кислорода:
- 2 UO 2 + O 2 + 6 CO2-
3→ 2 [UO 2 (CO 3 ) 3 ] 4−
Это уравнение предполагает, что лучшим растворителем для обработки карбоната урана является смесь карбоната с бикарбонатом. При высоком pH это приводит к осаждению диураната, который обрабатывают водородом в присутствии никеля, получая нерастворимый тетракарбонат урана. [78]
Другой метод разделения использует полимерные смолы в качестве полиэлектролита . Процессы ионного обмена в смолах приводят к выделению урана. Уран из смол промывают раствором нитрата аммония или азотной кислоты, что дает уранилнитрат UO 2 (NO 3 ) 2 · 6H 2 O. При нагревании он превращается в UO 3 , который с водородом превращается в UO 2 :
- UO 3 + H 2 → UO 2 + H 2 O
Реакция диоксида урана с плавиковой кислотой превращает его в тетрафторид урана , который дает металлический уран при взаимодействии с металлическим магнием: [80]
- 4 HF + UO 2 → UF 4 + 2 H 2 O
Для извлечения плутония облученный нейтронами уран растворяют в азотной кислоте и к полученному раствору добавляют восстановитель ( FeSO 4 или H 2 O 2 ). Эта добавка изменяет степень окисления плутония с +6 до +4, в то время как уран остается в форме уранилнитрата (UO 2 (NO 3 ) 2 ). Раствор обрабатывают восстановителем и нейтрализуют карбонатом аммония до pH = 8, что приводит к осаждению соединений Pu 4+ . [78]
В другом методе Pu 4+ и UO2+
2сначала экстрагируются трибутилфосфатом, затем реагируют с гидразином, вымывая рекуперированный плутоний. [78]
Основная трудность при разделении актиния - это сходство его свойств со свойствами лантана. Таким образом, актиний либо синтезируется в ядерных реакциях из изотопов радия, либо выделяется с использованием процедур ионного обмена. [31]
Свойства [ править ]
Актиниды обладают свойствами, аналогичными лантаноидам. Электронные оболочки 6 d и 7 s заполнены актинием и торием, а оболочка 5 f заполняется с дальнейшим увеличением атомного номера; 4 е оболочка заполнена лантаноиды. Первое экспериментальное свидетельство заполнения 5 f- оболочки в актинидах было получено Макмилланом и Абельсоном в 1940 году. [82] Как и в лантаноидах (см. Сжатие лантаноидов ), ионный радиус актинидов монотонно уменьшается с атомным номером (см. Также принцип Ауфбау) ). [83]
Элемент | Ac | Чт | Па | U | Np | Пу | Являюсь | См | Bk | Cf | Es | FM | Мкр | Нет | Lr |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Основной заряд ( Z ) | 89 | 90 | 91 | 92 | 93 | 94 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 | 100 | 101 | 102 | 103 |
атомная масса | [227] | 232,0377 (4) | 231.03588 (2) | 238.02891 (3) | [237] | [244] | [243] | [247] | [247] | [251] | [252] | [257] | [258] | [259] | [266] |
Количество природных изотопов [85] | 3 | 7 | 3 | 8 | 3 | 4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Природные изотопы [85] [86] | 225, 227–228 | 227–232, 234 | 231, 233–234 | 233–240 | 237, 239–240 | 238–240, 244 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Изотопы в натуральном количестве | - | 230, 232 | 231 | 234, 235, 238 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Самый долгоживущий изотоп | 227 | 232 | 231 | 238 | 237 | 244 | 243 | 247 | 247 | 251 | 252 | 257 | 258 | 259 | 266 |
Период полураспада наиболее долгоживущего изотопа | 21,8 года | 14 миллиардов лет | 32 500 лет | 4,47 миллиарда лет | 2,14 миллиона лет | 80,8 миллиона лет | 7370 лет | 15,6 миллиона лет | 1380 лет | 900 лет | 1,29 года | 100,5 дней | 52 дня | 58 мин. | 11 часов |
Самый распространенный изотоп | 227 | 232 | 231 | 238 | 237 | 239 | 241 | 244 | 249 | 252 | 253 | 255 | 256 | 255 | 260 |
Период полураспада наиболее распространенного изотопа | 21,8 года | 14 миллиардов лет | 32 500 лет | 4,47 миллиарда лет | 2,14 миллиона лет | 24100 лет | 433 года | 18,1 года | 320 дней | 2,64 года | 20.47 дней | 20.07 часов | 78 мин. | 3,1 мин | 2,7 мин |
Электронная конфигурация в основном состоянии (газовая фаза) | 6д 1 7с 2 | 6д 2 7с 2 | 5ж 2 6д 1 7с 2 | 5ж 3 6д 1 7с 2 | 5ж 4 6д 1 7с 2 | 5f 6 7s 2 | 5f 7 7s 2 | 5ж 7 6д 1 7с 2 | 5f 9 7s 2 | 5f 10 7с 2 | 5f 11 7s 2 | 5f 12 7s 2 | 5f 13 7s 2 | 5f 14 7s 2 | 5ж 14 7с 2 7п 1 |
Состояния окисления | 2, 3 | 2, 3, 4 | 2, 3, 4, 5 | 2, 3, 4, 5, 6 | 3, 4, 5 , 6, 7 | 3, 4 , 5, 6, 7 | 2, 3 , 4, 5, 6, 7 | 2, 3 , 4, 6 | 2, 3 , 4 | 2, 3 , 4 | 2, 3 , 4 | 2, 3 | 2, 3 | 2 , 3 | 3 |
Металлический радиус (нм) | 0,203 | 0,180 | 0,162 | 0,153 | 0,150 | 0,162 | 0,173 | 0,174 | 0,170 | 0,186 | 0,186 | ? 0,198 | ? 0,194 | ? 0,197 | ? 0,171 |
Ионный радиус (нм): An 4+ An 3+ | - 0,126 | 0,114 - | 0,104 0,118 | 0,103 0,118 | 0,101 0,116 | 0,100 0,115 | 0,099 0,114 | 0,099 0,112 | 0,097 0,110 | 0,096 0,109 | 0,085 0,098 | 0,084 0,091 | 0,084 0,090 | 0,084 0,095 | 0,083 0,088 |
Температура (° C): плавление кипение | 1050 3198 | 1842 4788 | 1568 ? 4027 | 1132,2 4131 | 639 ? 4174 | 639,4 3228 | 1176 ? 2607 | 1340 3110 | 986 2627 | 900 ? 1470 | 860 ? 996 | 1530 г. - | 830 - | 830 - | 1630 г. - |
Плотность, г / см 3 | 10.07 | 11,78 | 15,37 | 19.06 | 20,45 | 19,84 | 11,7 | 13,51 | 14,78 | 15,1 | 8,84 | ? 9,7 | ? 10,3 | ? 9.9 | ? 15,6 |
Стандартный электродный потенциал (В): E ° (An 4+ / An 0 ) E ° (An 3+ / An 0 ) | - −2,13 | −1,83 - | −1,47 - | -1,38 -1,66 | -1,30 -1,79 | -1,25 -2,00 | −0,90 −2,07 | −0,75 −2,06 | -0,55 -1,96 | -0,59 -1,97 | -0,36 -1,98 | -0,29 -1,96 | - −1,74 | - −1,20 | - −2,10 |
Цвет: [M (H 2 O) n ] 4+ [M (H 2 O) n ] 3+ | - бесцветный | Бесцветный синий | Желтый темно-синий | Зеленый фиолетовый | Желто-зеленый Фиолетовый | Коричнево- фиолетовый | Красная роза | Желтый бесцветный | Бежевый Желто-зеленый | Зеленый зеленый | - розовый | - - | - - | - - | - - |
Приблизительная окраска ионов актинидов в водном растворе. Цвета актинидов 100–103 неизвестны, поскольку достаточные количества еще не синтезированы [87] | |||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Актинид ( Z ) | 89 | 90 | 91 | 92 | 93 | 94 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 | 100 | 101 | 102 | 103 |
Состояние окисления | |||||||||||||||
+2 | FM 2+ | Мкр 2+ | Нет 2+ | ||||||||||||
+3 | Ac 3+ | Чт 3+ | Па 3+ | U 3+ | Np 3+ | Пу 3+ | Мне 3+ | См 3+ | Bk 3+ | Cf 3+ | Es 3+ | FM 3+ | Мкр 3+ | Нет 3+ | Lr 3+ |
+4 | Чт 4+ | Па 4+ | U 4+ | Np 4+ | Пу 4+ | Мне 4+ | См 4+ | Bk 4+ | Cf 4+ | ||||||
+5 | PaO+ 2 | UO+ 2 | Нпо+ 2 | PuO+ 2 | AmO+ 2 | ||||||||||
+6 | UO2+ 2 | Нпо2+ 2 | PuO2+ 2 | AmO2+ 2 | |||||||||||
+7 | Нпо3+ 2 | PuO3+ 2 | AmO3- 5 |
Физические свойства [ править ]
Основные кристаллические структуры некоторых актинидов в зависимости от температуры | Металлический и ионный радиусы актинидов [84] |
Актиниды - типичные металлы. Все они мягкие и серебристого цвета (но тускнеют на воздухе) [88], относительно высокую плотность и пластичность. Некоторые из них можно разрезать ножом. Их удельное электрическое сопротивление колеблется от 15 до 150 мкОм · см. [84] Торий по твердости аналогичен твердости мягкой стали, поэтому нагретый чистый торий можно раскатывать в листы и вытягивать в проволоку. Торий почти вдвое плотнее урана и плутония, но тяжелее любого из них. Все актиниды радиоактивны, парамагнитны и, за исключением актиния, имеют несколько кристаллических фаз: плутоний - семь, уран, нептуний и калифорний - три. Эти кристаллические структурыпротактиния, урана, нептуния и плутония не имеют явных аналогов среди лантаноидов и больше похожи на аналоги 3 d - переходных металлов . [74]
Все актиноиды пирофорны , особенно в мелком виде, т. Е. Они самовоспламеняются при реакции с воздухом при комнатной температуре. [88] [89] Температура плавления актинидов не имеет четкой зависимости от количества f -электронов. Необычно низкая температура плавления нептуния и плутония (~ 640 ° C) объясняется гибридизацией 5 f и 6 d орбиталей и образованием направленных связей в этих металлах. [74]
Лантаноиды | Ln 3+ , Å | Актиниды | 3+ , Å | 4+ , Å |
---|---|---|---|---|
Лантан | 1.061 | Актиний | 1.11 | - |
Церий | 1.034 | Торий | 1.08 | 0,99 |
Празеодим | 1.013 | Протактиний | 1.05 | 0,93 |
Неодим | 0,995 | Уран | 1.03 | 0,93 |
Прометий | 0,979 | Нептуний | 1.01 | 0,92 |
Самарий | 0,964 | Плутоний | 1,00 | 0,90 |
Европий | 0,950 | Америций | 0,99 | 0,89 |
Гадолиний | 0,938 | Кюрий | 0,98 | 0,88 |
Тербий | 0,923 | Берклиум | - | - |
Диспрозий | 0,908 | Калифорний | - | - |
Гольмий | 0,894 | Эйнштейний | - | - |
Эрбий | 0,881 | Фермий | - | - |
Тулий | 0,869 | Менделевий | - | - |
Иттербий | 0,858 | Нобелий | - | - |
Лютеций | 0,848 | Лоуренсий | - | - |
Химические свойства [ править ]
Как и лантаноиды, все актиноиды обладают высокой реакционной способностью по отношению к галогенам и халькогенам ; однако актиниды реагируют легче. Актиниды, особенно с небольшим числом 5 f -электронов, склонны к гибридизации . Это объясняется схожестью энергий электронов на оболочках 5 f , 7 s и 6 d . Большинство актинидов демонстрируют большее разнообразие валентных состояний, и наиболее стабильными являются +6 для урана, +5 для протактиния и нептуния, +4 для тория и плутония и +3 для актиния и других актинидов. [91]
Актиний химически похож на лантан, что объясняется их близкими ионными радиусами и электронным строением. Как и лантан, актиний почти всегда имеет степень окисления +3 в соединениях, но он менее реакционноспособен и имеет более выраженные основные свойства. Среди других трехвалентных актинидов Ac 3+ наименее кислый, т.е. имеет самую слабую тенденцию к гидролизу в водных растворах. [31] [74]
Торий довольно активен в химическом отношении. Из-за отсутствия электронов на 6 d и 5 f орбиталях соединения четырехвалентного тория бесцветны. При pH <3 в растворах солей тория преобладают катионы [Th (H 2 O) 8 ] 4+ . Ион Th 4+ относительно велик и в зависимости от координационного числа может иметь радиус от 0,95 до 1,14 Å. В результате соли тория имеют слабую тенденцию к гидролизу. Отличительной способностью солей тория является их высокая растворимость как в воде, так и в полярных органических растворителях. [74]
Протактиний имеет два валентных состояния; +5 стабильно, а состояние +4 легко окисляется до протактиния (V). Таким образом, четырехвалентный протактиний в растворах получается действием сильных восстановителей в атмосфере водорода. Четырехвалентный протактиний химически похож на уран (IV) и торий (IV). Фториды, фосфаты, гипофосфат, йодат и фениларсонаты протактиния (IV) нерастворимы в воде и разбавленных кислотах. Протактиний образует растворимые карбонаты. По гидролитическим свойствам пятивалентный протактиний близок к свойствам тантала (V) и ниобия (V). Сложное химическое поведение протактиния является следствием начала заполнения 5 f- оболочки этим элементом. [63]
Уран имеет валентность от 3 до 6, последняя из которых является наиболее стабильной. В шестивалентном состоянии уран очень похож на элементы шестой группы . Многие соединения урана (IV) и урана (VI) нестехиометричны , т.е. имеют переменный состав. Например, фактическая химическая формула диоксида урана - UO 2 + x , где x изменяется от -0,4 до 0,32. Соединения урана (VI) - слабые окислители . Большинство из них содержат линейную « уранильную » группу UO2+
2. От 4 до 6 лигандов могут быть размещены в экваториальной плоскости, перпендикулярной уранильной группе. Уранильная группа действует как твердая кислота и образует более прочные комплексы с лигандами-донорами кислорода, чем с лигандами-донорами азота. Нпо2+
2и PuO2+
2также являются обычной формой Np и Pu в степени окисления +6. Соединения урана (IV) обладают восстановительными свойствами, например, они легко окисляются кислородом воздуха. Уран (III) - очень сильный восстановитель. Благодаря наличию d-оболочки уран (как и многие другие актиниды) образует металлоорганические соединения , такие как U III (C 5 H 5 ) 3 и U IV (C 5 H 5 ) 4 . [74] [92]
Нептуний имеет валентные состояния от 3 до 7, которые можно одновременно наблюдать в растворах. Наиболее стабильное состояние в растворе +5, но валентность +4 предпочтительна для твердых соединений нептуния. Металлический нептуний очень реактивен. Ионы нептуния склонны к гидролизу и образованию координационных соединений . [39]
Плутоний также имеет валентные состояния от 3 до 7 включительно и, таким образом, химически подобен нептунию и урану. Он очень реактивен и быстро образует оксидную пленку на воздухе. Плутоний реагирует с водородом даже при температуре 25–50 ° C; он также легко образует галогениды и интерметаллиды . Реакции гидролиза ионов плутония разной степени окисления весьма разнообразны. Плутоний (V) может вступать в реакции полимеризации . [93] [94]
Наибольшее химическое разнообразие среди актинидов наблюдается у америция, валентность которого может составлять от 2 до 6. Двухвалентный америций получается только в сухих соединениях и неводных растворах ( ацетонитрил ). Степени окисления +3, +5 и +6 типичны для водных растворов, но также и в твердом состоянии. Четырехвалентный америций образует устойчивые твердые соединения (диоксид, фторид и гидроксид), а также комплексы в водных растворах. Сообщалось, что в щелочном растворе америций может окисляться до семивалентного состояния, но эти данные оказались ошибочными. Самая стабильная валентность америция составляет 3 в водных растворах и 3 или 4 в твердых соединениях. [95]
Валентность 3 преобладает во всех последующих элементах, вплоть до лоуренсия (за исключением нобелия). Кюрий может быть четырехвалентным в твердых телах (фторид, диоксид). Берклий, наряду с валентностью +3, также показывает валентность +4, более стабильную, чем у кюрия; валентность 4 наблюдается в твердом фториде и диоксиде. Стабильность Bk 4+ в водном растворе близка к стабильности Ce 4+ . [96] Только валентность 3 наблюдалась для калифорния, эйнштейния и фермия. Двухвалентное состояние доказано для менделевия и нобелия, а для нобелия оно более стабильно, чем трехвалентное состояние. Лоуренсий показывает валентность 3 как в растворах, так и в твердых телах. [95]
Окислительно-восстановительный потенциал увеличивается с -0,32 В в уране, через 0,34 В (Np) и 1,04 В (Pu) до 1,34 В в америции, показывая возрастающую способность иона An 4+ к восстановлению от америция до урана. Все актиниды образуют гидриды AnH 3 черного цвета с солеподобными свойствами. Актиниды также производят карбиды с общей формулой AnC или AnC 2 (U 2 C 3 для урана), а также сульфиды An 2 S 3 и AnS 2 . [91]
Уранилнитрат (UO 2 (NO 3 ) 2 )
Водные растворы солей урана III, IV, V, VI
Водные растворы солей нептуния III, IV, V, VI, VII
Водные растворы солей плутония III, IV, V, VI, VII
Тетрахлорид урана
Гексафторид урана
U 3 O 8 (желтый кекс)
Соединения [ править ]
Оксиды и гидроксиды [ править ]
Сложный | Цвет | Кристаллическая симметрия, тип | Постоянные решетки, Å | Плотность, г / см 3 | Температура, ° C | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
а | б | c | |||||
Ас 2 О 3 | белый | Шестиугольная, La 2 O 3 | 4,07 | - | 6,29 | 9,19 | - |
PaO 2 | - | Кубический, CaF 2 | 5,505 | - | - | - | - |
Па 2 О 5 | белый | кубический, CaF 2 Кубический Тетрагональный Гексагональный Ромбоэдрический Орторомбический | 5,446 10,891 5,429 3,817 5,425 6,92 | - - - - - 4,02 | - 10,992 5,503 13,22 - 4. 18 | - | 700 700–1100 1000 1000–1200 1240–1400 - |
ThO 2 | Бесцветный | Кубический | 5,59 | - | - | 9,87 | - |
UO 2 | Черно-коричневый | Кубический | 5,47 | - | - | 10.9 | - |
NpO 2 | Зеленовато-коричневый | Кубический, CaF 2 | 5,424 | - | - | 11.1 | - |
PuO | Чернить | Кубический, NaCl | 4,96 | - | - | 13,9 | - |
PuO 2 | Оливково-зеленый | Кубический | 5,39 | - | - | 11,44 | - |
Am 2 O 3 | Красно-коричневый Красно-коричневый | Кубическая, Mn 2 O 3 Гексагональная, La 2 O 3 | 11,03 3,817 | - | - 5,971 | 10,57 11,7 | - |
AmO 2 | Чернить | Кубический, CaF 2 | 5,376 | - | - | - | - |
См 2 О 3 | Белый [99] - - | Кубический, Mn 2 O 2 Гексагональный, LaCl 3 Моноклинный, Sm 2 O 3 | 11,01 3,80 14,28 | - - 3,65 | - 6 8,9 | 11,7 | - |
CmO 2 | Чернить | Кубический, CaF 2 | 5,37 | - | - | - | - |
Бк 2 О 3 | Светло-коричневый | Кубическая, Mn 2 O 3 | 10,886 | - | - | - | - |
BkO 2 | Красно-коричневый | Кубический, CaF 2 | 5,33 | - | - | - | - |
Cf 2 O 3 [100] | Бесцветный желтоватый - | Кубическая, Mn 2 O 3 Моноклинная, Sm 2 O 3 Гексагональная, La 2 O 3 | 10,79 14,12 3,72 | - 3,59 - | - 8,80 5,96 | - | - |
CfO 2 | Чернить | Кубический | 5,31 | - | - | - | - |
Es 2 O 3 | - | Кубическая, Mn 2 O 3 Моноклинная Гексагональная, La 2 O 3 | 10,07 14,1 3,7 | - 3,59 - | - 8,80 6 | - | - |
Состояние окисления | 89 | 90 | 91 | 92 | 93 | 94 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
+3 | Pu 2 O 3 | Am 2 O 3 | См 2 О 3 | Бк 2 О 3 | Cf 2 O 3 | Es 2 O 3 | |||||
+4 | ThO 2 | PaO 2 | UO 2 | NpO 2 | PuO 2 | AmO 2 | CmO 2 | BkO 2 | CfO 2 | ||
+5 | Па 2 О 5 | U 2 O 5 | Np 2 O 5 | ||||||||
+ 5, + 6 | U 3 O 8 | ||||||||||
+6 | UO 3 |
Химическая формула | ThO 2 | PaO 2 | UO 2 | NpO 2 | PuO 2 | AmO 2 | CmO 2 | BkO 2 | CfO 2 |
Количество CAS | 1314-20-1 | 12036-03-2 | 1344-57-6 | 12035-79-9 | 12059-95-9 | 12005-67-3 | 12016-67-0 | 12010-84-3 | 12015-10-0 |
Молярная масса | 264,04 | 263,035 | 270,03 | 269,047 | 276,063 | 275,06 | 270–284 ** | 279,069 | 283,078 |
Точка плавления [102] | 3390 ° С | 2865 ° С | 2547 ° С | 2400 ° С | 2175 ° С | ||||
Кристальная структура | 4+ : __ / вывода 2- : __ | ||||||||
Космическая группа | FM 3 м | ||||||||
Координационный номер | An [8], O [4] |
- Ан - актинид
** В зависимости от изотопов
Некоторые актиниды могут существовать в нескольких оксидных формах, таких как An 2 O 3 , AnO 2 , An 2 O 5 и AnO 3 . Для всех актинидов оксиды AnO 3 являются амфотерными, а An 2 O 3 , AnO 2 и An 2 O 5 - основными, они легко реагируют с водой, образуя основания: [91]
- An 2 O 3 + 3 H 2 O → 2 An (OH) 3 .
Эти основания плохо растворимы в воде и по активности близки к гидроксидам редкоземельных металлов. [91] Np (OH) 3 еще не синтезирован, Pu (OH) 3 имеет синий цвет, Am (OH) 3 - розовый, а гидроксид кюрия Cm (OH) 3 - бесцветный. [103] Bk (OH) 3 и Cf (OH) 3 также известны, как четырехвалентные гидроксиды для Np, Pu и Am и пятивалентные для Np и Am. [103]
Самая сильная основа - актиний. Все соединения актиния бесцветны, за исключением черного сульфида актиния (Ac 2 S 3 ). [91] Диоксиды четырехвалентных актинидов кристаллизуются в кубической системе , как и во фториде кальция .
Торий, взаимодействуя с кислородом, образует исключительно диоксид:
Диоксид тория - это тугоплавкий материал с самой высокой температурой плавления среди всех известных оксидов (3390 ° C). [101] Добавление 0,8–1% ThO 2 в вольфрам стабилизирует его структуру, поэтому легированные нити обладают лучшей механической устойчивостью к вибрациям. Для растворения ThO 2 в кислотах его нагревают до 500–600 ° C; нагревание выше 600 ° C дает очень устойчивую к кислотам и другим реагентам форму ThO 2 . Небольшая добавка ионов фтора катализирует растворение диоксида тория в кислотах.
Были получены два оксида протактиния: PaO 2 (черный) и Pa 2 O 5 (белый); первый изоморфен ThO 2, а второй легче получить. Оба оксида являются основными, а Ра (ОН) 5 - слабое, плохо растворимое основание. [91]
При разложении некоторых солей урана, например UO 2 (NO 3 ) · 6H 2 O на воздухе при 400 ° C, образуется UO 3 оранжевого или желтого цвета . [101] Этот оксид является амфотерным и образует несколько гидроксидов, наиболее стабильным из которых является гидроксид уранила UO 2 (OH) 2 . Реакция оксида урана (VI) с водородом приводит к образованию диоксида урана, который по своим свойствам аналогичен ThO 2 . Этот оксид также является основным и соответствует гидроксиду урана (U (OH) 4 ). [91]
Плутоний, нептуний и америций образуют два основных оксида: An 2 O 3 и AnO 2 . Триоксид нептуния нестабилен; таким образом, пока удалось получить только Np 3 O 8 . Однако оксиды плутония и нептуния с химической формулой AnO 2 и An 2 O 3 хорошо охарактеризованы. [91]
Соли [ править ]
Химическая формула | AcCl 3 | UCl 3 | NpCl 3 | PuCl 3 | AmCl 3 | CmCl 3 | BkCl 3 | CfCl 3 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Количество CAS | 22986-54-5 | 10025-93-1 | 20737-06-8 | 13569-62-5 | 13464-46-5 | 13537-20-7 | 13536-46-4 | 13536-90-8 |
Молярная масса | 333,386 | 344,387 | 343,406 | 350,32 | 349,42 | 344–358 ** | 353 428 | 357 438 |
Температура плавления | 837 ° С | 800 ° С | 767 ° С | 715 ° С | 695 ° С | 603 ° С | 545 ° С | |
Точка кипения | 1657 ° С | 1767 ° С | 850 ° С | |||||
Кристальная структура | 3+ : __ / Cl - : __ | |||||||
Космическая группа | P6 3 / м | |||||||
Координационный номер | An * [9], Cl [3] | |||||||
Константы решетки | а = 762 пм c = 455 пм | а = 745,2 пм c = 432,8 пм | а = 739,4 пм c = 424,3 пм | а = 738,2 пм c = 421,4 пм | a = 726 часов c = 414 часов | а = 738,2 пм c = 412,7 пм | а = 738 вечера c = 409 вечера |
- * Ан - актинид
** В зависимости от изотопов
Сложный | Цвет | Кристаллическая симметрия, тип | Постоянные решетки, Å | Плотность, г / см 3 | ||
---|---|---|---|---|---|---|
а | б | c | ||||
AcF 3 | белый | Шестиугольный, LaF 3 | 4,27 | - | 7,53 | 7,88 |
PaF 4 | Темно коричневый | Моноклиника | 12,7 | 10,7 | 8,42 | - |
PaF 5 | Чернить | Тетрагональ , β-УФ 5 | 11,53 | - | 5,19 | - |
ThF 4 | Бесцветный | Моноклиника | 13 | 10,99 | 8,58 | 5,71 |
UF 3 | Красновато-фиолетовый | Шестиугольный | 7,18 | - | 7,34 | 8,54 |
UF 4 | Зеленый | Моноклиника | 11,27 | 10,75 | 8,40 | 6,72 |
α-UF 5 | Голубоватый | Тетрагональный | 6.52 | - | 4,47 | 5,81 |
β-UF 5 | Голубоватый | Тетрагональный | 11,47 | - | 5.20 | 6,45 |
UF 6 | Желтоватый | Орторомбический | 9,92 | 8,95 | 5,19 | 5.06 |
NpF 3 | Черный или фиолетовый | Шестиугольный | 7,129 | - | 7,288 | 9,12 |
NpF 4 | Светло-зеленый | Моноклиника | 12,67 | 10,62 | 8,41 | 6,8 |
NpF 6 | апельсин | Орторомбический | 9,91 | 8,97 | 5.21 | 5 |
PuF 3 | Фиолетово-синий | Тригональный | 7.09 | - | 7,25 | 9,32 |
PuF 4 | Бледно-коричневый | Моноклиника | 12,59 | 10,57 | 8,28 | 6,96 |
PuF 6 | Красно-коричневый | Орторомбический | 9,95 | 9.02 | 3,26 | 4,86 |
AmF 3 | Розовый или светло-бежевый | шестиугольный , LaF 3 | 7,04 [76] [106] | - | 7,255 | 9,53 |
AmF 4 | Оранжево-красный | Моноклиника | 12,53 | 10,51 | 8.20 | - |
CmF 3 | От коричневого до белого | Шестиугольный | 4,041 | - | 7,179 | 9,7 |
Смф 4 | Желтый | Моноклиника, УФ 4 | 12,51 | 10,51 | 8.20 | - |
BkF 3 | Желто-зеленый | Тригональный , LaF 3 Орторомбический , YF 3 | 6,97 6,7 | - 7,09 | 7,14 4,41 | 10,15 9,7 |
BkF 4 | - | Моноклиника, УФ 4 | 12,47 | 10,58 | 8,17 | - |
CfF 3 | - - | Тригональный, LaF 3 Орторомбический, YF 3 | 6. 94 6,65 | - 7,04 | 7,10 4,39 | - |
CfF 4 | - - | Моноклиника, UF 4 Моноклиника, UF 4 | 1,242 1,233 | 1,047 1,040 | 8,126 8,113 | - |
Актиниды легко реагируют с галогенами, образуя соли с формулами MX 3 и MX 4 (X = галоген ). Итак, первое соединение берклия, BkCl 3 , было синтезировано в 1962 году в количестве 3 нанограмма. Подобно галогенам редкоземельных элементов, хлориды , бромиды и йодиды актиноидов растворимы в воде, а фториды нерастворимы. Уран легко дает бесцветный гексафторид, который возгоняется при температуре 56,5 ° C; из-за своей летучести он используется при разделении изотопов урана с помощью газовой центрифуги или газовой диффузии. Гексафториды актинидов обладают свойствами, близкими к ангидридам . Они очень чувствительны к влаге и гидролизу с образованием AnO 2 F 2 . [107] Пентахлорид и черный гексахлорид урана были синтезированы, но оба они нестабильны. [91]
При действии кислот на актиниды образуются соли, и если кислоты не окисляющие, то актинид в соли находится в низковалентном состоянии:
- U + 2H 2 SO 4 → U (SO 4 ) 2 + 2H 2
- 2Pu + 6HCl → 2PuCl 3 + 3H 2
Однако в этих реакциях регенерирующий водород может реагировать с металлом с образованием соответствующего гидрида. Уран гораздо легче реагирует с кислотами и водой, чем торий. [91]
Соли актинидов также можно получить растворением соответствующих гидроксидов в кислотах. Нитраты, хлориды, сульфаты и перхлораты актинидов растворимы в воде. При кристаллизации из водных растворов эти соли образуют гидраты, такие как Th (NO 3 ) 4 · 6H 2 O, Th (SO 4 ) 2 · 9H 2 O и Pu 2 (SO 4 ) 3 · 7H 2 O. Соли актиниды с высокой валентностью легко гидролизуются. Так, бесцветный сульфат, хлорид, перхлорат и нитрат тория превращаются в основные соли с формулами Th (OH) 2 SO 4 и Th (OH) 3 NO 3.. Растворимость и нерастворимость трехвалентных и четырехвалентных актинидов аналогична растворимости солей лантаноидов. Итак, фосфаты , фториды , оксалаты , йодаты и карбонаты актинидов слабо растворимы в воде; они осаждаются в виде гидратов, таких как ThF 4 · 3H 2 O и Th (CrO 4 ) 2 · 3H 2 O. [91]
Актиниды со степенью окисления +6, за исключением катионов типа AnO 2 2+ , образуют [AnO 4 ] 2- , [An 2 O 7 ] 2- и другие комплексные анионы. Например, уран, нептуний и плутоний образуют соли типа Na 2 UO 4 (уранат) и (NH 4 ) 2 U 2 O 7 (диуранат). По сравнению с лантаноидами актиниды легче образуют координационные соединения , и эта способность увеличивается с увеличением валентности актинидов. Трехвалентные актиниды не образуют фторидных координационных соединений, тогда как четырехвалентный торий образует K 2Комплексы ThF 6 , KThF 5 и даже K 5 ThF 9 . Торий также образует соответствующие сульфаты (например, Na 2 SO 4 · Th (SO 4 ) 2 · 5H 2 O), нитраты и тиоцианаты. Соли общей формулы An 2 Th (NO 3 ) 6 · n H 2 O имеют координационную природу, с координационным числомтория равным 12. Еще проще получить комплексные соли пятивалентных и шестивалентных актинидов. Наиболее стабильные координационные соединения актинидов - четырехвалентный торий и уран - получаются в реакциях с дикетонами, например с ацетилацетоном . [91]
Приложения [ править ]
В то время как актиниды нашли применение в повседневной жизни, например, в датчиках дыма (америций) [108] [109] и газовых оболочках (торий) [80], они в основном используются в ядерном оружии и в качестве топлива в ядерных реакторах. [80] Последние две области используют свойство актинидов выделять огромную энергию в ядерных реакциях, которые при определенных условиях могут превращаться в самоподдерживающиеся цепные реакции .
Наиболее важным изотопом для ядерной энергетики является уран-235 . Он используется в тепловом реакторе , а его концентрация в природном уране не превышает 0,72%. Этот изотоп сильно поглощает тепловые нейтроны, выделяя много энергии. Один акт деления 1 грамма 235 U превращается в примерно 1 МВт · день. Важно то, что235
92U
испускает больше нейтронов, чем поглощает; [110] при достижении критической массы ,235
92U
вступает в самоподдерживающуюся цепную реакцию. [74] Обычно ядро урана разделяется на два фрагмента с выделением 2–3 нейтронов, например:
- 235 92U + 1 0п ⟶ 115
45Rh
+ 118
47Ag
+ 31 0п
Другими многообещающими изотопами актинидов для ядерной энергетики являются торий-232 и его продукт ториевого топливного цикла , уран-233 .
Ядерный реактор [74] [111] [112] |
Активная зона большинства ядерных реакторов поколения II содержит набор полых металлических стержней, обычно изготовленных из циркониевых сплавов, заполненных таблетками твердого ядерного топлива - в основном оксидом, карбидом, нитридом или моносульфидом урана, плутония или тория или их смесью (так -называется МОКС-топливом ). Наиболее распространенным топливом является оксид урана-235. Быстрые нейтроны замедляются замедлителями , которые содержат воду, углерод , дейтерий или бериллий в качестве тепловых нейтронов, чтобы повысить эффективность их взаимодействия с ураном-235. Скорость ядерной реакции регулируется путем введения дополнительных стержней из бора или кадмия или жидкого абсорбента, обычно борной кислоты . Реакторы для производства плутония называются реакторами-размножителями или размножителями ; они имеют другую конструкцию и используют быстрые нейтроны. |
Эмиссия нейтронов при делении урана важна не только для поддержания цепной ядерной реакции, но и для синтеза более тяжелых актинидов. Уран-239 превращается посредством β-распада в плутоний-239, который, как и уран-235, способен к самопроизвольному делению. Первые в мире ядерные реакторы были построены не для энергетики, а для производства плутония-239 для ядерного оружия.
Около половины производимого тория используется как светоизлучающий материал газовых мантий. [80] Торий также добавляют в многокомпонентных сплавов с магнием и цинком . Таким образом, сплавы Mg-Th легкие и прочные, но также обладают высокой температурой плавления и пластичностью и поэтому широко используются в авиационной промышленности и в производстве ракет . Торий также обладает хорошими характеристиками электронной эмиссии , длительным сроком службы и низким потенциальным барьером для эмиссии. [110] Относительное содержание изотопов тория и урана широко используется для оценки возраста различных объектов, включая звезды (см. Радиометрическое датирование ). [113]
Основное применение плутония было в ядерном оружии , где изотоп плутоний-239 был ключевым компонентом из-за его легкости деления и доступности. Конструкции на основе плутония позволяют снизить критическую массу примерно до трети от критической массы урана-235. [114] Плутониевые бомбы типа «Толстяк», произведенные в ходе Манхэттенского проекта, использовали взрывное сжатие плутония для получения значительно более высоких плотностей, чем обычно, в сочетании с центральным источником нейтронов для начала реакции и повышения эффективности. Таким образом, для получения взрывчатого вещества, эквивалентного 20 килотоннам в тротиловом эквиваленте, требовалось всего 6,2 кг плутония . [115] (См. Также Дизайн ядерного оружия.) Гипотетически всего 4 кг плутония - а может быть, даже меньше - можно было бы использовать для создания единой атомной бомбы с использованием очень сложной конструкции сборки. [116]
Плутоний-238 является потенциально более эффективным изотопом для ядерных реакторов, поскольку он имеет меньшую критическую массу, чем уран-235, но он продолжает выделять много тепловой энергии (0,56 Вт / г) [109] [117] при распаде, даже когда цепь деления реакция останавливается регулирующими стержнями. Его применение ограничено его высокой ценой (около 1000 долларов США / г). Этот изотоп использовался в термобатареях и системах перегонки воды на некоторых космических спутниках и станциях. Итак, космические аппараты Галилей и Аполлон (например, Аполлон 14 [118]) имел нагреватели, работающие на килограммах оксида плутония-238; это тепло также преобразуется в электричество с помощью термобатарей. Распад плутония-238 дает относительно безвредные альфа-частицы и не сопровождается гамма-облучением. Таким образом, этот изотоп (~ 160 мг) используется в качестве источника энергии в кардиостимуляторах, где он работает примерно в 5 раз дольше, чем обычные батареи. [109]
Актиний-227 используется в качестве источника нейтронов. Его высокая удельная энергия (14,5 Вт / г) и возможность получения значительных количеств термически стабильных соединений привлекательны для использования в долговечных термоэлектрических генераторах для удаленного использования. 228 Ac используется в качестве индикатора радиоактивности в химических исследованиях, поскольку он испускает электроны высокой энергии (2,18 МэВ), которые можно легко обнаружить. Смеси 228 Ac - 228 Ra широко используются в качестве источников интенсивного гамма-излучения в промышленности и медицине. [31]
Разработка самосветящихся легированных актинидами материалов с прочными кристаллическими матрицами - это новая область использования актинидов, поскольку добавление альфа-излучающих радионуклидов к некоторым стеклам и кристаллам может вызывать люминесценцию. [119]
Токсичность [ править ]
Радиоактивные вещества могут нанести вред здоровью человека через (i) местное загрязнение кожи, (ii) внутреннее облучение из-за попадания в организм радиоактивных изотопов и (iii) внешнее чрезмерное воздействие β-активностью и γ-излучением . Вместе с радием и трансурановыми элементами актиний является одним из самых опасных радиоактивных ядов с высокой удельной α-активностью . Важнейшей особенностью актиния является его способность накапливаться и оставаться в поверхностном слое скелетов . На начальной стадии отравления актиний накапливается в печени . Другая опасность актиния состоит в том, что он подвергается радиоактивному распаду быстрее, чем выводится из организма. Адсорбцияиз пищеварительного тракта актиния намного меньше (~ 0,05%), чем радия. [31]
Протактиний в организме имеет тенденцию накапливаться в почках и костях. Максимальная безопасная доза протактиния в организме человека составляет 0,03 мкКи, что соответствует 0,5 микрограмма 231 Па. Этот изотоп, который может присутствовать в воздухе в виде аэрозоля , в 2,5 × 10 8 раз токсичнее синильной кислоты . [63] [ противоречиво ]
Плутоний, попадая в организм с воздухом, пищей или кровью (например, через рану), в основном оседает в легких, печени и костях, и лишь около 10% попадает в другие органы и остается там в течение десятилетий. Длительное время пребывания плутония в организме отчасти объясняется его плохой растворимостью в воде. Некоторые изотопы плутония испускают ионизирующее α-излучение, которое повреждает окружающие клетки. Средняя летальная доза (ЛД 50 ) в течение 30 дней у собак после внутривенного введения плутония составляет 0,32 мг на кг массы тела, и , таким образом, летальная доза для человека составляет приблизительно 22 мг на человек вес 70 кг; количество для респираторного воздействия должно быть примерно в четыре раза больше. Другая оценка предполагает, что плутоний в 50 раз менее токсичен, чем радий., и, таким образом, допустимое содержание плутония в организме должно составлять 5 мкг или 0,3 мкКи. Такое количество практически не видно под микроскопом. После испытаний на животных эта максимально допустимая доза была снижена до 0,65 мкг или 0,04 мкКи. Исследования на животных также показали, что наиболее опасным путем воздействия плутония является его вдыхание, после чего 5–25% вдыхаемых веществ остается в организме. В зависимости от размера частиц и растворимости соединений плутония плутоний локализуется либо в легких, либо в лимфатической системе., или всасывается в кровь, а затем транспортируется в печень и кости. Заражение через пищу - наименее вероятный путь. В этом случае только 0,05% растворимых 0,01% нерастворимых соединений плутония всасывается в кровь, а остальная часть выводится из организма. Воздействие плутония на поврежденную кожу сохранит почти 100% его. [93]
Использование актинидов в ядерном топливе, закрытых радиоактивных источниках или современных материалах, таких как самосветящиеся кристаллы, имеет много потенциальных преимуществ. Однако серьезную озабоченность вызывает чрезвычайно высокая радиотоксичность актинидов и их миграция в окружающей среде. [120] Использование химически нестабильных форм актинидов в МОКС-топливе и закрытых радиоактивных источниках не соответствует современным стандартам безопасности. Перед нами стоит задача разработать стабильные и долговечные материалы, содержащие актиниды, которые обеспечивают безопасное хранение, использование и окончательную утилизацию. Ключевой потребностью является применение твердых растворов актинидов в прочных кристаллических фазах хозяина. [119]
Ядерные свойства [ править ]
Нуклид | Период полураспада | Режим распада | Ветвящаяся фракция | Источник |
---|---|---|---|---|
206 81Tl | 4,202 ± 0,011 м | β - | 1.0 | LNHB |
208 81Tl | 3,060 ± 0,008 м | β - | 1.0 | БИПМ-5 |
210 82Pb | 22,20 ± 0,22 года | β - | 1.0 | ENSDF |
α | (1,9 ± 0,4) х 10 −8 | |||
211 82Pb | 36,1 ± 0,2 м | β - | 1.0 | ENSDF |
212 82Pb | 10,64 ± 0,01 ч | β - | 1.0 | БИПМ-5 |
214 82Pb | 26,8 ± 0,9 м | β - | 1.0 | ENSDF |
211 83Би | 2,14 ± 0,02 м | β - | 0,00276 ± 0,00004 | ENSDF |
α | 0,99724 ± 0,00004 | |||
212 83Би | 60,54 ± 0,06 м | α | 0,3593 ± 0,0007 | БИПМ-5 |
β - | 0,6407 ± 0,0007 | |||
214 83Би | 19,9 ± 0,4 м | α | 0,00021 ± 0,00001 | ENSDF |
β - | 0,99979 ± 0,00001 | |||
210 84По | 138,376 ± 0,002 дня | α | 1.0 | ENSDF |
219 86Rn | 3,96 ± 0,01 с | α | 1.0 | ENSDF |
220 86Rn | 55,8 ± 0,3 с | α | 1.0 | БИПМ-5 |
221 87Пт | 4,9 ± 0,2 м | β - | 0,00005 ± 0,00003 | ENSDF |
α | 0,99995 ± 0,00003 | |||
223 88Ра | 11,43 ± 0,05 д | α | 1.0 | ENSDF |
14 С | (8,9 ± 0,4) х 10 −10 | |||
224 88Ра | 3,627 ± 0,007 дня | α | 1.0 | БИПМ-5 |
225 88Ра | 14,9 ± 0,2 дня | β - | 1.0 | ENSDF |
226 88Ра | (1,600 ± 0,007) х 10 3 у | α | 1.0 | БИПМ-5 |
228 88Ра | 5,75 ± 0,03 года | β - | 1.0 | ENSDF |
224 89Ac | 2,78 ± 0,17 ч | α | 0,091 +0,020 -0,014 | ENSDF |
EC | 0,909 +0,014 -0,020 | |||
225 89Ac | 10,0 ± 0,1 дня | α | 1.0 | ENSDF |
227 89Ac | 21,772 ± 0,003 года | α | 0,01380 ± 0,00004 | ENSDF |
β - | 0,98620 ± 0,00004 | |||
228 89Ac | 6,15 ± 0,02 ч | β - | 1.0 | ENSDF |
227 90Чт | 18,718 ± 0,005 сут | α | 1.0 | БИПМ-5 |
228 90Чт | 698,60 ± 0,23 дня | α | 1.0 | БИПМ-5 |
229 90Чт | (7,34 ± 0,16) × 10 3 у | α | 1.0 | ENSDF |
230 90Чт | (7,538 ± 0,030) х 10 4 у | α | 1.0 | ENSDF |
SF | ≤ 4 х 10 −13 | |||
231 90Чт | 25,52 ± 0,01 ч | β - | 1.0 | ENSDF |
α | ~ 4 х 10 −13 | |||
232 90Чт | (1,405 ± 0,006) х 10 10 у | α | 1.0 | ENSDF |
SF | (1,1 ± 0,4) х 10 −11 | |||
233 90Чт | 22,15 ± 0,15 м | β - | 1.0 | LNHB |
234 90Чт | 24,10 ± 0,03 дня | β - | 1.0 | ENSDF |
231 91Па | (3,276 ± 0,011) х 10 4 у | α | 1.0 | ENSDF |
SF | ≤ 3 х 10 −12 | |||
232 91Па | 1,32 ± 0,02 дня | EC | 0,00003 ± 0,00001 | ENSDF |
β - | 0,99997 ± 0,00001 | |||
233 91Па | 26,98 ± 0,02 дня | β - | 1.0 | LNHB |
234 91Па | 6,70 ± 0,05 ч | β - | 1.0 | ENSDF |
234м 91Па | 1,159 ± 0,016 м | ЭТО | 0,0016 ± 0,0002 | МАГАТЭ-CRP-XG |
β - | 0,9984 ± 0,0002 | |||
232 92U | 68,9 ± 0,4 года | α | 1.0 | ENSDF |
SF | ||||
233 92U | (1,592 ± 0,002) × 10 5 у | α | 1.0 | ENSDF |
SF | ||||
234 92U | (2,455 ± 0,006) × 10 5 у | α | 1.0 | LNHB |
SF | (1,6 ± 0,2) х 10 −11 | |||
235м 92U | 26 ± 1 м | ЭТО | 1.0 | ENSDF |
235 92U | (7,038 ± 0,005) × 10 8 у | α | 1.0 | ENSDF |
SF | (7 ± 2) х 10 −11 | |||
236 92U | (2,342 ± 0,004) × 10 7 у | α | 1.0 | ENSDF |
SF | (9,4 ± 0,4) х 10 −10 | |||
237 92U | 6,749 ± 0,016 д | β - | 1.0 | LNHB |
238 92U | (4,468 ± 0,005) × 10 9 у | α | 1.0 | LNHB |
SF | (5,45 ± 0,04) х 10-7 | |||
239 92U | 23,45 ± 0,02 м | β - | 1.0 | ENSDF |
236 93Np | (1,55 ± 0,08) × 10 5 у | α | 0,0016 ± 0,0006 | LNHB |
β - | 0,120 ± 0,006 | |||
EC | 0,878 ± 0,006 | |||
236м 93Np | 22,5 ± 0,4 ч | β - | 0,47 ± 0,01 | LNHB |
EC | 0,53 ± 0,01 | |||
237 93Np | (2,144 ± 0,007) × 10 6 у | α | 1.0 | ENSDF |
SF | ||||
238 93Np | 2,117 ± 0,002 дня | β - | 1.0 | ENSDF |
239 93Np | 2,356 ± 0,003 дня | β - | 1.0 | ENSDF |
236 94Пу | 2,858 ± 0,008 года | α | 1.0 | ENSDF |
LNHB | Национальная лаборатория Анри Беккереля, Рекомендуемые данные, http://www.nucleide.org/DDEP_WG/DDEPdata.htm , 3 октября 2006 г. |
БИПМ-5 | М.-М. Бе, В. Чисте, К. Дулье, Э. Браун, В. Чечев, Н. Кузьменко, Р. Хелмер, А. Николс, Э. Шенфельд, Р. Дерш, Монография BIPM-5, Таблица радионуклидов, Vol. 2 - А = 151–242, 2004 г. |
ENSDF | «Файл оцененных данных структуры ядра» . Брукхейвенская национальная лаборатория . Проверено 15 ноябрю +2006 . |
МАГАТЭ-CRP-XG | М.-М. Бе, В.П. Чечев, Р. Дерш, О.А.М. Хелен, Р.Г. Хелмер, М. Герман, С. Главац, А. Марцинковский, Г. Л. Мольнар, А. Л. Николс, Э. Шёнфельд, В. Р. Ванин, М. Дж. Вудс, ПКИ МАГАТЭ «Обновление стандартов данных о рентгеновском и гамма-распаде для калибровки детекторов и других приложений», Научно-техническая информация МАГАТЭ отчет STI / PUB / 1287, май 2007 г., Международное агентство по атомной энергии, Вена, Австрия, ISBN 92-0-113606-4 . |
См. Также [ править ]
- Актиниды в окружающей среде
- Основные актиниды
- Минорные актиниды
- Трансурановые
Ссылки и примечания [ править ]
- ^ Окончание -ид обычно указывает на отрицательный ион в бинарном соединении, таком как хлорид, фторид, нитрид, сульфид и т.д., поэтому актиноид предпочтительнее актинида.
- ^ a b c Теодор Грей (2009). Элементы: визуальное исследование каждого известного атома во Вселенной . Нью-Йорк: Black Dog & Leventhal Publishers. п. 240 . ISBN 978-1-57912-814-2.
- ^ Морсс, Лестер; Эспри, Ларнед Б. (1 августа 2018 г.). «Актиноидный элемент» . britannica.com . Encyclopdia Britannica . Дата обращения 3 сентября 2020 .Актинидный элемент , Британская энциклопедия онлайн
- ^ Нил Г. Коннелли; и другие. (2005). «Элементы» . Номенклатура неорганической химии . Лондон: Королевское химическое общество . п. 52. ISBN 978-0-85404-438-2.
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . С. 1230–1242. ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ Дженсен, Уильям Б. (2015). «Положение лантана (актиний) и лютеция (лоуренсий) в периодической таблице: обновление» . Основы химии . 17 : 23–31. DOI : 10.1007 / s10698-015-9216-1 . Проверено 28 января 2021 года .
- ^ Шерри, Эрик (18 января 2021). «Предварительный отчет о дискуссиях по группе 3 Периодической таблицы». Chemistry International . 43 (1): 31–34.
- ^ a b c Гринвуд, стр. 1250
- ^ a b Поля, P .; Studier, M .; Diamond, H .; Mech, J .; Inghram, M .; Pyle, G .; Stevens, C .; Fried, S .; Manning, W .; и другие. (1956). «Трансплутониевые элементы в обломках термоядерных испытаний». Физический обзор . 102 (1): 180–182. Bibcode : 1956PhRv..102..180F . DOI : 10.1103 / PhysRev.102.180 .
- ^ a b c Гринвуд, стр. 1252
- ^ Nobelium и лоуренсий были почти одновременно обнаружены советскими и американскими учеными
- ↑ Мясоедов, с. 7
- ^ Э. Ферми (1934). «Возможное образование элементов с атомным номером выше 92» . Природа . 133 (3372): 898–899. Bibcode : 1934Natur.133..898F . DOI : 10.1038 / 133898a0 .
- ^ Джагдиш Мехра; Гельмут Рехенберг (2001). Историческое развитие квантовой теории . Springer. п. 966. ISBN 978-0-387-95086-0.
- Перейти ↑ Seaborg, GT (1994). «118 - Происхождение концепции актинидов». В KA Gschneidner Jr., L; Айринг, Г. Р. Чоппин; GH Landet (ред.). Справочник по физике и химии редких земель . 18 - Лантаноиды / Актиниды: Химия. Эльзевир. С. 4–6, 10–14.
- ^ Валльманн, JC (1959). «Первые выделения трансурановых элементов: исторический обзор» . Журнал химического образования . 36 (7): 340. Bibcode : 1959JChEd..36..340W . DOI : 10.1021 / ed036p340 .
- ↑ Мясоедов, с. 9
- ↑ Мясоедов, с. 14
- ^ Мартин Генрих Клапрот (1789). "Chemische Untersuchung des Uranits, einer neuentdeckten Metallischen Substanz" . Chemische Annalen . 2 : 387–403.
- ^ Э.-М. Пелиго (1842 г.). "Recherches Sur L'Uranium" . Анналы химии и тела . 5 (5): 5–47.
- ^ Ингмар Grenthe (2006). "Уран". Химия актинидных и трансактинидных элементов . С. 253–698. DOI : 10.1007 / 1-4020-3598-5_5 . ISBN 978-1-4020-3555-5.
- ^ К. Циммерман, Ann., 213, 290 (1882); 216, 1 (1883); Бер. 15 (1882) 849
- ↑ Голуб, с. 214
- ^ Берцелиус, JJ (1829). «Untersuchung eines neues Minerals und einer darin erhalten zuvor unbekannten Erde (Исследование нового минерала и содержащейся в нем ранее неизвестной земли)» . Annalen der Physik und Chemie . 16 (7): 385–415. Bibcode : 1829AnP .... 92..385B . DOI : 10.1002 / andp.18290920702 .(современное цитирование: Annalen der Physik , т. 92, № 7, стр. 385–415)
- ^ Берцелиус, JJ (1829). «Undersökning af ett nytt Mineral (Thorit), som innehåller en förut obekant jord» (Исследование нового минерала (торита), содержащегося в ранее неизвестной земле) ». Kungliga Svenska Vetenskaps Akademiens Handlingar (Труды Шведской королевской академии наук ) : 1–30.
- ↑ Андре-Луи Дебьерн (1899). "Sur un nouvelle matière радиоактивный" . Comptes Rendus (на французском). 129 : 593–595.
- ↑ Андре-Луи Дебьерн (1900–1901). "Sur un nouvelle matière radio-actif - l'actinium" . Comptes Rendus (на французском). 130 : 906–908.
- ^ HW Кирби (1971). «Открытие актиниума». Исида . 62 (3): 290–308. DOI : 10.1086 / 350760 . JSTOR 229943 .
- ^ JP Adloff (2000). «Столетие спорного открытия: актиний». Радиохим. Acta . 88 (3–4_2000): 123–128. DOI : 10,1524 / ract.2000.88.3-4.123 .
- ↑ Голуб, с. 213
- ^ a b c d e f g h i j З. К. Каралова; Б. Мясоедов (1982). Актиний . Товары аналитической химии. Москва: Наука .
- ^ Хакала Рейно W. (1952). «Письма» . Журнал химического образования . 29 (11): 581. Bibcode : 1952JChEd..29..581H . DOI : 10.1021 / ed029p581.2 .
- ^ Джордж Б. Кауфман (1997). «Виктор Мориц Гольдшмидт (1888–1947): дань уважения основоположнику современной геохимии к пятидесятилетию со дня его смерти». Химический педагог . 2 (5): 1-26. DOI : 10.1007 / s00897970143a .
- ^ Джон Эмсли (2001). «Протактиниум» . Природа Строительные блоки: AZ Руководство по элементам . Оксфорд, Англия: Издательство Оксфордского университета. С. 347–349 . ISBN 978-0-19-850340-8.
- ^ а б К. Фаянс; О. Геринг (1913). "Über die komplexe Natur des Ur X" . Naturwissenschaften . 1 (14): 339. Bibcode : 1913NW ...... 1..339F . DOI : 10.1007 / BF01495360 .
- ^ К. Фаянс; О. Геринг (1913). "Uber das Uran X 2 -das neue Element der Uranreihe". Physikalische Zeitschrift . 14 : 877–84.
- ^ a b Гринвуд, стр. 1251
- ^ Эдвин Макмиллан; Абельсон, Филипп (1940). «Радиоактивный элемент 93». Физический обзор . 57 (12): 1185–1186. Bibcode : 1940PhRv ... 57.1185M . DOI : 10.1103 / PhysRev.57.1185.2 .
- ^ а б в г д е е В.А. Михайлов, изд. (1971). Аналитическая химия нептуния . Москва: Наука.
- ^ Программа культурных ресурсов Хэнфорда, Министерство энергетики США (2002). Исторический район Хэнфордского участка: история предприятий по производству плутония, 1943–1990 гг . Колумбус, Огайо: Battelle Press. С. 1.22–1.27. DOI : 10.2172 / 807939 . ISBN 978-1-57477-133-6.
- ↑ Нина Холл (2000). Новая химия: демонстрация современной химии и ее приложений . Издательство Кембриджского университета. стр. 8 -9. ISBN 978-0-521-45224-3.
- ↑ Мясоедов, с. 8
- ^ Томпсон, SG; Гиорсо, А .; Сиборг, GT (1950). «Элемент 97». Phys. Ред . 77 (6): 838–839. Bibcode : 1950PhRv ... 77..838T . DOI : 10.1103 / PhysRev.77.838.2 .
- ^ Томпсон, SG; Гиорсо, А .; Сиборг, GT (1950). «Новый элемент берклий (атомный номер 97)» . Phys. Ред . 80 (5): 781–789. Bibcode : 1950PhRv ... 80..781T . DOI : 10.1103 / PhysRev.80.781 .
- ^ Уоллес В. Шульц (1976) Химия Америция , Министерство торговли США, стр. 1
- ^ Томпсон, S .; Ghiorso, A .; Сиборг, Г. (1950). «Элемент 97». Физический обзор . 77 (6): 838–839. Bibcode : 1950PhRv ... 77..838T . DOI : 10.1103 / PhysRev.77.838.2 .
- ^ Томпсон, S .; Ghiorso, A .; Сиборг, Г. (1950). «Новый элемент берклий (атомный номер 97)» . Физический обзор . 80 (5): 781–789. Bibcode : 1950PhRv ... 80..781T . DOI : 10.1103 / PhysRev.80.781 .
- ^ С.Г. Томпсон; K. Street Jr .; А. Гиорсо; GT Seaborg (1950). «Элемент 98» . Физический обзор . 78 (3): 298–299. Bibcode : 1950PhRv ... 78..298T . DOI : 10.1103 / PhysRev.78.298.2 .
- ^ С.Г. Томпсон; K. Street Jr .; А. Гиорсо; GT Seaborg (1950). "Новый элемент Калифорний (атомный номер 98)" (PDF) . Физический обзор . 80 (5): 790–796. Bibcode : 1950PhRv ... 80..790T . DOI : 10.1103 / PhysRev.80.790 .
- ^ K. Street Jr .; С.Г. Томпсон; GT Seaborg (1950). «Химические свойства калифорния» . Варенье. Chem. Soc. 72 (10): 4832–4835. DOI : 10.1021 / ja01166a528 . hdl : 2027 / mdp.39015086449173 . Архивировано из оригинального 15 мая 2016 года . Проверено 23 октября 2010 года .
- ^ С.Г. Томпсон, Б.Б. Каннингем: «Первые макроскопические наблюдения химических свойств берклия и калифорния», дополнение к статье P / 825, представленной на Второй международной конференции. Конференция "Использование атомной энергии в мирных целях", Женева, 1958 г.
- ^ Дарлин C Хофман, Гиорсо, Гленн Теодор Сиборг (2000) трансурановых люди: история внутри , Imperial College Press, ISBN 1-86094-087-0 ., Стр 141-142
- ^ a b А. Гиорсо; С.Г. Томпсон; Г. Хиггинс; GT Seaborg; MH Studier; Поля PR; С.М. Фрид; Х. Даймонд; JF Mech; GL Pyle; JR Huizenga; А. Хирш; WM Manning; CI Browne; HL Smith; Р. В. Спенс (1955). «Новые элементы эйнштейний и фермий, атомные номера 99 и 100» . Phys. Ред . 99 (3): 1048–1049. Bibcode : 1955PhRv ... 99.1048G . DOI : 10.1103 / PhysRev.99.1048 .
- ^ С. Томпсон; А. Гиорсо; Б.Г. Харви; Г. Р. Чоппин (1954). «Изотопы транскурия, полученные при нейтронном облучении плутония» . Физический обзор . 93 (4): 908. Полномочный код : 1954PhRv ... 93..908T . DOI : 10.1103 / PhysRev.93.908 .
- ^ Г.Р. Чоппин; С.Г. Томпсон; А. Гиорсо; Б.Г. Харви (1954). «Ядерные свойства некоторых изотопов калифорния, элементы 99 и 100». Физический обзор . 94 (4): 1080–1081. Bibcode : 1954PhRv ... 94.1080C . DOI : 10.1103 / PhysRev.94.1080 .
- ^ Альберт Гиорсо (2003). «Эйнштейний и фермий» . Новости химии и техники . 81 (36).
- ^ А. Гиорсо; Б. Харви; Г. Чоппин; С. Томпсон; Г. Сиборг (1955). Новый элемент Менделевий, атомный номер 101 . Физический обзор . 98 . С. 1518–1519. Bibcode : 1955PhRv ... 98.1518G . DOI : 10.1103 / PhysRev.98.1518 . ISBN 978-981-02-1440-1.
- ^ a b c d e f g h Audi, G .; Кондев Ф.Г .; Wang, M .; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A . DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 .
- ^ a b c d e f g h i "Таблица нуклидов, МАГАТЭ" . Проверено 7 июля 2010 года .
- ↑ Мясоедов, стр. 19–21.
- ^ Удельная активность рассчитывается на основе данных в таблице периодов полураспада и вероятности самопроизвольного деления.
- ^ a b Гринвуд, стр. 1254
- ^ Б с д е е г E.S. Палшин (1968). Аналитическая химия протактиния . Москва: Наука.
- ↑ IP Алимарин (1962). Виноградов А.П. (ред.). Аналитическая химия урана . Москва: Издательство АН СССР.
- ^ а б Мясоедов, с. 18
- ^ a b c Мясоедов, с. 22
- ↑ Мясоедов, с. 25
- ^ «Таблица элементов, соединений, изотопов» (на русском языке). Архивировано из оригинала 12 июля 2010 года . Проверено 7 июля 2010 года .
- ^ Стандартные атомные веса 2013 . Комиссия по изотопному содержанию и атомным весам
- ^ JANIS 4.0 / N. Soppera, M. Bossant, E. Dupont, "JANIS 4: Улучшенная версия NEA Java-based Nuclear Data Information System", Nuclear Data Sheets, Volume 120 (июнь 2014), стр. 294- 296. [1]
- ^ Мэтью В. Фрэнсис и др.: Изотопы реакторного топлива и проверка кода для ядерных приложений. ORNL / TM-2014/464 , Ок-Ридж, Теннесси 2014, С. 11
- ^ Джей Х. Лер; Джанет К. Лер (2000). Стандартный справочник по наукам об окружающей среде, здравоохранению и технологиям . McGraw-Hill Professional. С. 2–38. ISBN 978-0-07-038309-8.
- ^ Лиде, DR, изд. (2005). Справочник CRC по химии и физике (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
- ^ Б с д е е г ч я Ю.Д. Третьякова, изд. (2007). Неорганическая химия в трех томах . Химия переходных элементов. 3 . Москва: Академия. ISBN 978-5-7695-2533-9.
- ^ «Мировая добыча урана» . Всемирная ядерная ассоциация. Архивировано 26 июня 2010 года . Проверено 11 июня 2010 года .
- ^ a b c Ф. Вейгель; Дж. Кац; Г. Сиборг (1997). Химия элементов актинидов . 2 . Москва: Мир. ISBN 978-5-03-001885-0.
- ^ Торий , USGS Mineral Commodities
- ^ a b c d e f g Голуб, стр. 215–217.
- Перейти ↑ Greenwood, pp. 1255, 1261
- ^ a b c d e Гринвуд, стр. 1255
- ↑ AE van Arkel; де Бур, JH (1925). "Darstellung von reinem Titanium-, Zirkonium-, Hafnium- и Thoriummetall". Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie (на немецком языке). 148 (1): 345–350. DOI : 10.1002 / zaac.19251480133 .
- ↑ И.Л. Кнунянц (1961). Краткая химическая энциклопедия . 1 . Москва: Советская энциклопедия.
- ↑ Голуб, стр. 218–219.
- ^ a b c Гринвуд, стр. 1263
- ^ а б Джон Эмсли (2011). Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от А до Я (новая редакция). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-960563-7.
- ↑ Петерсон, Иварс (7 декабря 1991 г.). «Уран проявляет редкую радиоактивность» . Новости науки . Архивировано из оригинала 18 января 2012 года.
- ^ Гринвуд, стр. 1265
- ^ a b Гринвуд, стр. 1264
- ^ «Многие актинидные металлы, гидриды, карбиды, сплавы и другие соединения могут воспламениться при комнатной температуре в мелкодисперсном состоянии». [2] Общие свойства и реакции актинидов, LibreTexts / Chemistry (по состоянию на 3 февраля 2021 г.)
- ↑ Мясоедов, стр. 30–31.
- ^ a b c d e f g h i j k l Голуб, стр. 222–227.
- ^ Гринвуд, стр. 1278
- ^ а б Б.А. Надыкто; Л.Ф. Тимофеева, ред. (2003). Плутоний . Фундаментальные проблемы. 1 . Саров: ВНИИЭФ. ISBN 978-5-9515-0024-3.
- ↑ М.С. Милюкова (1965). Аналитическая химия плутония . Москва: Наука. ISBN 978-0-250-39918-5.
- ^ a b Мясоедов, стр. 25–29
- ^ Deblonde, Gauthier J.-P .; Стурцбехер-Хёне, Мануэль; Jong, Wibe A. de; Брабек, Иржи; Кори Ю. Ральстон; Или, Мари-Клэр; An, Dahlia D .; Руперт, Питер Б.; Сильный, Роланд К. (сентябрь 2017 г.). «Хелатирование и стабилизация берклия в степени окисления + IV» . Химия природы . 9 (9): 843–849. Bibcode : 2017NatCh ... 9..843D . DOI : 10.1038 / nchem.2759 . ISSN 1755-4349 . PMID 28837177 .
- ↑ Мясоедов, с. 88
- ^ Б «Таблица Неорганические и координационные соединения» (на русском) . Проверено 11 июля 2010 года .
- ^ По другим данным, кубический полуторный оксид кюрия оливково-зеленый. См. "Соединения кюриевого сайта XuMuK.ru" . Архивировано 18 августа 2010 года . Проверено 11 июля 2010 года .
- ^ Атмосфера во время синтеза влияет на параметры решетки, что может быть связано с нестехиометрией в результате окисления или восстановления трехвалентного калифорния. Основная форма - кубический оксид калифорния (III).
- ^ a b c Гринвуд, стр. 1268
- ^ LR Морсс; Норман М. Эдельштейн; Жан Фугер (2011). Химия актинидных и трансактинидных элементов (набор томов 1–6) . Springer. п. 2139. ISBN 978-94-007-0210-3.
- ^ а б Кривовичев Сергей; Бернс, Питер; Тананаев, Иван (2006). «Глава 3» . Структурная химия неорганических соединений актинидов . Эльзевир. С. 67–78. ISBN 978-0-08-046791-7.
- ^ a b Гринвуд, стр. 1270
- ↑ Мясоедов, С. 96–99.
- ^ Nave, S .; Haire, R .; Хурай, Пол (1983). «Магнитные свойства актинидных элементов, имеющих электронные конфигурации 5f 6 и 5f 7 ». Physical Review B . 28 (5): 2317–2327. Bibcode : 1983PhRvB..28.2317N . DOI : 10.1103 / PhysRevB.28.2317 .
- ^ Greenwood, p.1269
- ^ Детекторы дыма и америций , Информационный документ по ядерным вопросам 35, май 2002 г.
- ^ a b c Гринвуд, стр. 1262
- ^ a b Голуб, стр. 220–221.
- ^ Г.Г. Бартоломей; В.Д. Байбаков; М.С. Алхутов; Г.А. Бах (1982). Основные теории и методы расчета ядерных реакторов . Москва: Энергоатомиздат.
- Перейти ↑ Greenwood, pp. 1256–1261
- ^ Сергей Попов; Александр Сергеев (2008). «Универсальная алхимия» . Вокруг Света . 2811 (4).
- ^ Дэвид Л. Хейзерман (1992). «Элемент 94: плутоний» . Изучение химических элементов и их соединений . Нью-Йорк: TAB Books. п. 338 . ISBN 978-0-8306-3018-9.
- ↑ Джон Малик (сентябрь 1985 г.). Результаты взрывов в Хиросиме и Нагасаки (PDF) . Лос-Аламос. п. Таблица VI. LA-8819. Архивировано 24 февраля 2009 года (PDF) . Проверено 15 февраля 2009 года .
- ^ Авторы FAS (1998). «Дизайн ядерного оружия» . Федерация американских ученых. Архивировано из оригинального 26 декабря 2008 года . Проверено 7 декабря 2008 года .
- ^ Джон Холдрен и Мэтью Банн Дизайн и материалы ядерного оружия . Проект «Управление атомом» (MTA) для НТИ. 25 ноября 2002 г.
- ^ Apollo 14 Пресс - кит - 01/11/71 ., NASA, стр 38-39
- ^ а б Б.Э. Бураков; М.И. Охован; WE Ли (2010). Кристаллические материалы для иммобилизации актинидов . World Scientific. ISBN 978-1848164185.
- ^ М.И. Охован; WE Ли (2005). Введение в иммобилизацию ядерных отходов . Амстердам: Эльзевир. ISBN 978-0080444628.
- ^ «Период полураспада и фракции ветвления для актинидов и продуктов естественного распада» . www-nds.iaea.org . МАГАТЭ . Проверено 29 сентября 2018 года .
Библиография [ править ]
- Голуб А.М. (1971). Общая и неорганическая химия (Общая и неорганическая химия) . 2 .
- Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
- Мясоедов, Б. (1972). Аналитическая химия трансплутониевых элементов . Москва: Наука. ISBN 978-0-470-62715-0.
Внешние ссылки [ править ]
Викискладе есть медиафайлы по теме актинидов . |
- Лабораторное изображение Лоуренса Беркли исторической таблицы Менделеева, созданное Сиборгом, впервые демонстрирующее ряд актинидов
- Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса, раскрытие секретов актинидов
- Лос-Аламосская национальная лаборатория, Ежеквартальное исследование актинидов