Aktinium
| |||||
Yleistä | |||||
Nimi | Aktinium | ||||
Tunnus | Ac | ||||
Järjestysluku | 89 | ||||
Luokka | aktinoidi | ||||
Lohko | f-lohko | ||||
Ryhmä | 3 | ||||
Jakso | 7 | ||||
Tiheys | 10,07 · 103 kg/m3 | ||||
Löytövuosi, löytäjä | 1899, André-Louis Debierne | ||||
Atomiominaisuudet | |||||
Atomipaino (Ar) | (227) | ||||
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) | 195 pm | ||||
Orbitaalirakenne | [Rn] 6d17s2 | ||||
Elektroneja elektronikuorilla | 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2 | ||||
Hapetusluvut | +III | ||||
Kiderakenne | pintakeskinen kuutiollinen (face centered cubic, FCC) | ||||
Fysikaaliset ominaisuudet | |||||
Olomuoto | kiinteä | ||||
Sulamispiste | 1 500 (arvioitu) K (1 227 °C) | ||||
Kiehumispiste | 3 473 ± 300 (arvioitu) K (3 200 ± 300 °C) | ||||
Höyrystymislämpö | 400 kJ/mol | ||||
Sulamislämpö | 14 kJ/mol | ||||
Muuta | |||||
Elektronegatiivisuus | 1,1 (Paulingin asteikko) | ||||
Ominaislämpökapasiteetti | 0,120 kJ/(kg K) | ||||
Lämmönjohtavuus | 12 W/(m·K) | ||||
CAS-numero | 7440-34-8 | ||||
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa |
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/27/Actinium_sample_%2831481701837%29.png/250px-Actinium_sample_%2831481701837%29.png)
Aktinium on radioaktiivinen metallinen alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Ac (lat. actinium) ja järjestysluku on 89. Aktinium on jaksollisen järjestelmän aktinoidien sarjan ensimmäinen jäsen. Kemiallisilta ominaisuuksiltaan se muistuttaa suuresti lantaania. Radioaktiivisuutensa takia aktinium hohtaa pimeässä aavemaista sinistä valoa, joka johtuu voimakkaan radioaktiivisuuden ilmaan aiheuttamasta Tšerenkovin säteilystä.[1] Luonnossa aktiniumia löytyy vähäisiä määriä uraanimalmista 227Ac isotooppina, joka on myös alkuaineen tärkein isotooppi. 227Ac on pääasiassa β-säteilijä jonka puoliintumisaika on 21,772 vuotta.[2] Tonnissa pikivälkettä on noin 0,15 grammaa aktiniumia.[3]
Aktinium on pehmeä, hopeanvalkoinen metalli, jolla on vain vähäinen rooli luonnossa tai yhteiskunnassa. Alkuainetta tuotetaan vain hyvin pieniä määriä lähinnä tutkimuskäyttöön.[1]
Historia
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Aktiniumin löysi ranskalainen kemisti André-Louis Debierne erottaessaan pikivälkkeestä uraania Pariisissa vuonna 1899. Myös Friedrich Oskar Giesel riippumattomasti havaitsi aktiniumin 1902, ja totesi sen olevan lantaanin kaltaista ainetta. Hän nimesi löytönsä emaniumiksi, koska se lähettää "emanaatioita" (säteilyä). Aktiniumin moderni nimi, kuten myös aktinoidien sarjan nimikin, on peräisin kreikan kielen sädettä tai säteilyä tarkoittavasta sanasta aktinos (ακτινος).[1][3]
Fysikaaliset ominaisuudet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Aktinium on pehmeä, hopeanvalkoinen metalli. Sen tiheys on 10,07 g/cm3.[4] Sulamispiste on 1 227 °C[a] ja arvioitu kiehumispiste 3 200 ± 300 °C.[5]
Kemialliset ominaisuudet ja yhdisteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Vain rajoitettu määrä aktiniumin yhdisteitä tunnetaan, kuten AcF3, AcCl3, AcBr3, AcOF, AcOCl, AcOBr, Ac2S3, Ac2O3, AcH2, Ac2(C2O4)3 ja AcPO4. Paitsi AcPO4, nämä kaikki ovat samankaltaisia kuin vastaavat lantaanin yhdisteet. Aktinium esiintyy näissä aina hapetusluvulla +3.[6][7]
Taulukossa on esitetty aktiniumin ja sen eräiden yhdisteiden ominaisuuksia ja kiderakenne. Hilavakiot poikkeavat vastaavista lantaanin yhdisteistä vain muutamalla prosentilla.[7]
yhdiste | väri | symmetria | ryhmä | a (pm) | b (pm) | c (pm) | Z | tiheys, g/cm3 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ac | hopeanvalkoinen | pintakeskinen kuutiollinen (fcc)[8] | Fm3m | 531,1 | 4 | 10,07 | ||
AcH2 | tuntematon | kuutiollinen[8] | Fm3m | 567 | 4 | 8,35 | ||
Ac2O3 | valkoinen | trigonaalinen[9] | P3m1 | 408 | 408 | 630 | 1 | 9,18 |
Ac2S3 | musta | kuutiollinen[10] | I43d | 778,56 | 4 | 6,71 | ||
AcF3 | valkoinen | heksagonaalinen[7][9] | P3c1 | 741 | 741 | 755 | 6 | 7,88 |
AcCl3 | valkoinen | heksagonaalinen[7][11] | P63/m | 764 | 764 | 456 | 2 | 4,8 |
AcBr3 | valkoinen[7] | heksagonaalinen[11] | P63/m | 764 | 764 | 456 | 2 | 5,85 |
AcOF | valkoinen | kuutiollinen[7] | Fm3m | 593,1 | 8,28 | |||
AcOCl | valkoinen | tetragonaalinen[7] | 424 | 424 | 707 | 7,23 | ||
AcOBr | valkoinen | tetragonaalinen[7] | 427 | 427 | 740 | 7,89 | ||
AcPO4·0,5H2O | tuntematon | heksagonaalinen[7] | 721 | 721 | 664 | 5,48 | ||
Ac2(C2O4)3·10H2O | väritön | monokliininen[12] | 1 126 | 997 | 1 065 | 2,68 |
Oksidi
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Aktinium(III)oksidia (Ac2O3) voidaan valmistaa kuumentamalla aktiniumhydroksidia Ac(OH)3 500 °C:een tai aktinium(III)oksalaattia Ac2(C2O4)3 1 100 °C:n lämpötilaan (tyhjiössä):[6][7]
- 2 Ac(OH)3 → Ac2O3 + 3H2O
- Ac2(C2O4)3 → Ac2O3 + 3CO2 + 3CO
Aktiniumoksidin kiderakenne on samanlainen kuin lantaanioksidilla ja muilla +3 hapetusluvun harvinaisten maametallien oksideilla.[7]
Halidit
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Actiniumin halidit kolmen ensimmäisen halogeenin kanssa tunnetaan, samoin vastaavat oksyhalidit AcOF, AcOCl, AcOBr. Aktiniumfluoridia AcF3 voidaan valmistaa reaktiolla (700 °C lämpötilassa):[13]
- Ac(OH3)3 + 3HF → AcF3 + 3H2O
Aktiniumkloridia AcCl3 valmistetaan reaktiolla:[13]
- 2Ac(OH)3 + 3CCl4 → 2AcCl3 + 3CO2 + 6HCl
ja aktiniumbromidia AcBr3 reaktiolla (800 °C lämpötilassa):[13]
- Ac2O3 + 2AlBr3 → 2AcBr3 + Al2O3
Hydridit
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Aktiniumille tunnetaan ainakin hydridi AcH2.[8] On ennustettu että aktiniumin hydridit AcH10, AcH12, AcH16 suuren paineen alaisina olisivat huoneenlämpötilan suprajohteita, koska niiden Tc on paljon suurempi kuin H3S-suprajohteen, mahdollisesti noin 250 K.[14]
Isotoopit
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Yhteensä aktiniumin isotooppeja tunnetaan 32. Niiden massaluvut ovat välillä 205–236. Useimmat ovat hyvin lyhytikäisiä. Isotoopeista tärkeimpiä ovat 225Ac, 227Ac, ja 228Ac. Pysyvimmät isotoopit ovat 227Ac puoliintumisajalla 21,772 vuotta, 225Ac puoliintumisajalla 9,920 päivää ja 226Ac 29,37 tuntia. Kaikkien muiden isotooppien puoliintumisajat ovat alle 10 tuntia, useimpien alle minuutin. Nopeimmin hajoaa isotooppi 217Ac jonka puoliintumisaika on vain 69 ns. Aktiniumilla on myös ainakin yhdeksän ydinisomeeria.[15][2]
Pysyvin isotooppi 227Ac, joka on uraani-235 isotoopin hajoamistuote, hajoaa lähes kokonaan torium-227 isotoopiksi, mutta noin 1 % hajoaa frankium-223:ksi. Tämä hajoamisketju haaroineen on aktiniumsarja.[3]
|
Lähde:[2] |
Esiintyminen luonnossa
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Luonnossa aktiniumia löytyy vähäisiä määriä uraanimalmista 227Ac isotooppina. Sen pitoisuuden arvioidaan olevan maankuoressa 5,7·10-10 ppm, josta on laskettu teoreettiseksi isotoopin kokonaisvarastoksi maankuoressa 1,4·104 tonnia. Isotooppia 225Ac on löydetty vielä tätäkin pienempiä määriä brasilialaisesta monatsiitista, jossa se esiintyy yhdessä toriumin isotoopin 232Th kanssa.[16]
Merivedessä aktiniumia on äärimmäisen vähän. Sen aiheuttama radioaktiivisuus maailman merissä on eri arvioiden mukaan 0,83–90 mBq/m3 välillä. Isotooppia 227Ac on käytetty geokemiallisena merkkiaineena tutkittaessa syvänmeren veden virtauksia ja sekoittumista.[17][18]
Käyttö
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Aktinium on 150 kertaa radioaktiivisempi kuin radium, mikä tekee siitä arvokkaan neutronilähteen, muutoin sillä ei ole merkittävää teollista käyttöä.[19]
227Ac isotooppia on käytetty avaruusluotainten radioisotooppisissa termosähkögeneraattoreissa.[20]
225Ac-isotooppia käytetään lääketieteessä tuottamaan vismutti-213-isotooppia tai sitä voidaan käyttää yksin radioimmunoterapiassa.[18]
Terveysvaikutus
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Vaikka 227Ac on itsessään lähinnä heikko beetasäteilijä, sen hajoamissarjassa on viisi nopeasti hajoavaa α-säteilijää, mikä tekee isotoopista merkittävästi radioaktiivisen.[20] Potentiaalisilta terveysvaikutuksiltaan aktinium-227:n säteily on suunnilleen yhtä vaarallinen kuin plutoniumin. Pienikin määrä, etenkin elimistöön joutuessaan, muodostaa vakavan terveysriskin aktiniumin suuren säteilyn vuoksi. Aktiniumilla ei ole mitään osaa eliöiden kannalta. Luonnossa esiintyvien erittäin vähäisten määrien lisäksi aktiniumia voi olla ydinvoimaloiden säteilevissä osissa ja tutkimuslaboratorioissa tai muissa poikkeuksellisissa oloissa. Vaaralliselle määrälle aktiniumia luonnossa ei voi altistua.[19]
Lähteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- Kirby, H. W. & Morss, Lester R.: ”luku 2”, Actinium, s. 18–50. Teoksessa: Morss, Lester R. et al. (toim.) The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, 3. painos. Dordrecht: Springer, 2006. ISBN 1402035985. Teoksen verkkoversio (PDF). (englanniksi) (Arkistoitu – Internet Archive)
Huomautukset
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Viitteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- ↑ a b c Marko Hamilo: Aktinideja yhdistää radioaktiivisuus 8.11.2005. Helsingin Sanomat (alkuainesarjan artikkeli aktiniumista). Arkistoitu . Viitattu 10.11.2018.
- ↑ a b c Audi, G. et al.: The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties. Chinese Physics C, 2017, 41. vsk, nro 3, s. 030001-1-030001-138. IOP Publishing. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001. Artikkelin verkkoversio (pdf). Viitattu 4.11.2018. (englanniksi) (Arkistoitu – Internet Archive)
- ↑ a b c Actinium Encyclopædia Britannica Online. Viitattu 10.11.2018. (englanniksi)
- ↑ a b Kirby et al. s. 34
- ↑ Facta 2001 s. 243
- ↑ a b Perry, Dale L.: Handbook of Inorganic Compounds, s. 2. 2. painos. CRC Press, 2016. ISBN 9781439814628. Kirja Googlen teoshaussa (viitattu 9.11.2018). (englanniksi)
- ↑ a b c d e f g h i j k Sherman, Fried; Hagemann, French & Zachariasen, W. H.: The Preparation and Identification of Some Pure Actinium Compounds. Journal of the American Chemical Society, 1950, 72. vsk, nro 2. doi:10.1021/ja01158a034. (englanniksi)
- ↑ a b c Farr, J.; Giorgi, A. L.; Bowman, M. G. & Money, R. K.: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1961, 18. vsk, s. 42–47. doi:10.1016/0022-1902(61)80369-2. (englanniksi)
- ↑ a b Zachariasen, W. H.: Acta Crystallographica, 1949, 2. vsk, nro 6, s. 388–390. doi:10.1107/S0365110X49001016. (englanniksi)
- ↑ Zachariasen, W. H.: Acta Crystallographica, 1949, 2. vsk, s. 57–60. doi:10.1107/S0365110X49000126. Artikkelin verkkoversio (pdf). (englanniksi)
- ↑ a b Zachariasen, W. H.: Acta Crystallographica, 1948, 1. vsk, nro 5, s. 265–268. doi:10.1107/S0365110X48000703. (englanniksi)
- ↑ Weigel, F. & Hauske, H.: The lattice constants of actinium(III) oxalate deca-hydrate. Journal of the Less Common Metals, 1977, 55. vsk, nro 2. doi:10.1016/0022-5088(77)90198-9. (englanniksi)
- ↑ a b c Kirby et al s. 36
- ↑ Semenok, Dmitrii V.; Kvashnin, Alexander G.; Kruglov. Ivan A. & Oganov, Artem R.: Actinium hydrides AcH10, AcH12, AcH16 as high-temperature conventional superconductors arxiv.org. doi:10.1021/acs.jpclett.8b00615. Viitattu 11.11.2018. (englanniksi)
- ↑ Kirby et al. s. 22–23
- ↑ Kirby et al. s. 26–27
- ↑ Dulaiova, Henrieta; Sims, Kenneth W. W.; Charette, Matthew A.; Prytulak, Julie & Blusztajn, Jerzy S.: A new method for the determination of low-level actinium-227 in geological samples. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 31.7.2012, 296. vsk, nro 1, s. 279–283. Springer. Artikkelin verkkoversio (pdf). Viitattu 29.8.2018. (englanniksi)
- ↑ a b Kirby et al. s. 43–44
- ↑ a b Emsley, John: Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, s. 19–20. Oxford University Press, 2001. ISBN 0198503407. Kirja Googlen teoshaussa. (englanniksi)
- ↑ a b Kirby et al. s. 18–19
Aiheesta muualla
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- Periodictable: Technical data for Actinium (englanniksi)
- Webmineral: Actinium (Ac) (englanniksi)
- Mindat: The Mineralogy of Actinium (englanniksi)
- Americanelements: Actinium Technical and Safety Data (Arkistoitu – Internet Archive) (englanniksi)
- Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Actinium-227 (englanniksi)
- Luettelo aktiniumin isotoopeista The Isotopes Project Home Page (englanniksi)
- The Royal Society of Chemistry (RSC): Actinium (englanniksi)
- PeriodicTable: Actinium (Ac) (englanniksi)
- PubChem: Actinium (englanniksi)
|