 |
 |
|
 |
|
|
АКТИНОИДЫ |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
актиниды, семейство из 14 химических элементов с атомными номерами Z 90 — 103, расположенных в 7 периоде системы Менделеева за актинием (См. Актиний)Ac и относящихся, как и актиний, к III группе системы. К А. принадлежат: Торий Th (Z=90), Протактиний Pa(91), Уран U (92), Нептуний Np(93), Плутоний Pu (94), Америций Am (95), Кюрий Cm(96), Берклий Bk (97), Калифорний Cf (98), эйнштейний Es (99), Фермий Fm (100), Менделевий Md (101), элемент № 102, не имеющий пока общепринятого названия, и Лоуренсий Lr (103). Все А. радиоактивны, т. е. не имеют стабильных изотопов. Th, Pa и U принадлежат к естественно-радиоактивным элементам, встречающимся в природе, и открытым ранее др. А. Остальные А., часто называемые трансурановыми элементами (См. Трансурановые элементы), получены в 1940—63 искусственным путём при помощи ядерных реакций. Из них только Np и Pu обнаружены в ничтожно малых количествах в некоторых радиоактивных рудах, более «тяжёлые» А. (т. е. А. с большими атомными номерами) в природе не найдены. Огромная заслуга в изучении А. принадлежит американскому химику Г. Т. Сиборгу, который выдвинул гипотезу о существовании группы А. (1942) и под руководством или при участии которого было впервые синтезировано девять А. Выделение А. в специальное семейство связано со схожестью химических свойств этих элементов между собой и с актинием, что объясняется сходным строением наружных электронных оболочек их атомов (см. ниже).
Название А. (от Актиний и греч. eidos — вид) означает — подобные актинию. Оно дано А. по аналогии с лантаноидами (См. Лантаноиды) — семейством из 14 элементов, также относящихся к III группе системы Менделеева и следующих в 6-м периоде за лантаном. Свойства элементов обоих семейств во многом сходны друг с другом.
Близость химических свойств А. между собой и их сходство с лантаноидами связаны с особенностями строения электронных оболочек атомов этих семейств. Как известно, атом состоит из ядра и электронных оболочек, число которых равно номеру периода элемента в таблице Менделеева (у А. электронных оболочек 7). Отличие А. (и соответственно лантаноидов) от др. элементов состоит в том, что при переходе от первого А. — Th (Z = 90) ко второму — Pa (Z = 91) и т. д. вплоть до последнего А. — Lr (Z = 103), каждый новый электрон, появляющийся в атомах параллельно с увеличением атомного номера (Z), попадает не на внешние оболочки (6-ю и 7-ю от ядра), как это бывает обычно, а заполняет более близкую к ядру 5-ю оболочку. У лантаноидов (число оболочек 6) также заполняется электронами более близкая к ядру 4-я оболочка (а не наружные — 5-я и 6-я). Таким образом, у элементов обоих семейств происходит заполнение 3-й снаружи электронной оболочки, а строение 2 наружных оболочек оказывается сходным. Число электронов на этих наружных оболочках у А. и лантаноидов, как правило, не отличается более чем на 1, причём почти во всех случаях представители каждого из семейств, равноудалённые соответственно от лантана и актиния, содержат на 2 наружных оболочках строго одинаковое число электронов. (Здесь изложен лишь принцип заполнения электронных оболочек у атомов обоих семейств; во многих случаях, особенно у А., порядок заполнения сложнее. См. Атом и Периодическая система элементов Д. И. Менделеева). Электронные конфигурации атомов А. даны в таблице.
То обстоятельство, что при переходе от Th к Lr число электронов на 2 внешних оболочках, как правило, не изменяется, а положительный заряд ядра постепенно возрастает, вызывает более сильное притяжение внешних электронов к ядру и приводит к т. н. актиноидному сжатию: у нейтральных атомов и ионов А. одинаковой валентности при увеличении атомного номера радиусы не увеличиваются, как это обычно бывает, а даже несколько уменьшаются (например, радиус U3+ равен 1,03A, Np3+ — 1,01A, Pu3+ — 1,00A, Am3+ — 0,99A и т. д.).
Химические свойства элемента зависят в основном от числа электронов на наружных слоях и размера атомных и ионных радиусов, поэтому не удивительно, что во-первых, свойства А. близки между собой, и, во-вторых, химическое поведение А. и лантаноидов обладает большим сходством. Это сходство особенно заметно тогда, когда элементы находятся в одинаковом валентном состоянии. Так, 3-валентные А. образуют те же нерастворимые соединения (гидроокиси, фториды, карбонаты, оксалаты и др.), что и 3-валентные лантаноиды; трифториды, трихлориды и другие аналогичные соединения 3-валентных А. образуют изоструктурные ряды [другими словами, соединения, входящие в такие ряды, например в ряд MeCl3, где Me — атом А., обладают сходными кристаллическими решётками, параметры которых постепенно уменьшаются по мере роста атомного номера (Z) атома А.]. Такие же изоструктурные ряды образуют двуокиси, тетрафториды, гексафториды и другие соединения А. По склонности к гидролизу соединения 5-валентных А., например пентахлориды, очень близки между собой. В растворах 6-валентные А. существуют в виде МеО22+-ионов и т. д. Приведённые примеры далеко не исчерпывают всех случаев сходства А., пои на них можно убедиться в его наличии.
Однако, кроме общих черт, между А. и лантаноидами имеется и существенная разница. Так, А. часто образуют соединения в состояниях окисления, значительно более высоких, чем +3, что не характерно для лантаноидов. В своих соединениях А. проявляют следующие валентности (наиболее типичная выделена жирным шрифтом): Th (3, 4), Pa (3, 4,5), U (3, 4, 5, 6), Np (3, 4, 5, 6, 7), Pu (3,4,5, 6, 7), Am (3, 4, 5, 6), Cm (3, 4), Bk (3,4), Cf (2, 3), Es (3), Fm (3), Md (2, 3), № 102 (2, 3). Таким образом, валентность 3 характерна для А. только после Am. Первые члены семейства А. (Th, Pa и U) в своих соединениях чаще бывают соответственно 4-, 5- и 6-валентными. А. в большей степени, чем лантаноиды, склонны к комплексообразованию. Указанные особенности А. объясняются тем, что «вновь пришедшие» на 5-ю от ядра оболочку электроны (т. н. 5f-электроны или электроны 5f-подуровня) по энергии связи с ядром очень близки к электронам 6-й оболочки (т. н. 6d-электронам или электронам 6d-подуровня); эти 6d-электроны и могут проявлять себя как дополнительные валентные (см. табл.). У лантаноидов же «вновь пришедшие» 4f-электроны всегда связаны с ядром значительно прочнее, чем 5d-электроны. Близость энергии связи с ядром 5f- и 6d-электронов у Th, Pa и U приводит к тому, что f-электроны 5-й оболочки также могут проявлять себя как валентные. Валентность 3 оказывается для этих элементов не характерной, и по многим своим признакам они похожи на элементы не III, а, соответственно, IV, V и VI групп периодической системы (и долгое время в эти группы и помещались). В 1930-х и в начале 1940-х гг. считалось, что и следующие за U элементы Np и Pu также должны относиться соответственно к VII и VIII группам периодической системы, или, вследствие обнаруженных у Np и Pu черт сходства с U, их следует разместить вместе с U в VI группе. Однако анализ закономерностей изменения химических свойств элементов 7-го периода, особенно после открытия следующих за Pu А., а также найденное экспериментально сходство кристаллографических, спектроскопических и магнитных характеристик соединений элементов, следующих за актинием, с соответствующими характеристиками лантаноидов, навели Сиборга на мысль, что трансурановые элементы должны рассматриваться как аналоги актиния, в результате чего и была выдвинута гипотеза о существовании семейства А. Актиноидная гипотеза в значительной мере способствовала успехам открытия Am, Cm и последующих А., т. к. из неё следовало, что наиболее характерная валентность этих элементов должна быть равна 3, а не 4 и 6, как первоначально предполагали, и, следовательно, в этом валентном состоянии их и надо искать.
Электронные конфигурации атомов актиноидов
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| | Число электронов на некоторых подуровнях |
| |---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
| Элемент | 5-й оболочки | 6-й оболочки | 7-й оболочки |
| |-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| | s | p | d | f | s | p | d | s |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Th | 2 | 6 | 10 | 0 | 2 | 6 | 2 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Pa | 2 | 6 | 10 | 2 | 2 | 6 | 1 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| U | 2 | 6 | 10 | 3 | 2 | 6 | 1 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Np | 2 | 6 | 10 | 4 | 2 | 6 | 1 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Pu | 2 | 6 | 10 | 6 | 2 | 6 | 0 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Am | 2 | 6 | 10 | 7 | 2 | 6 | 0 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Cm | 2 | 6 | 10 | 7 | 2 | 6 | 1 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Bk | 2 | 6 | 10 | 8 | 2 | 6 | 1 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Cf | 2 | 6 | 10 | 9 | 2 | 6 | 1 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Es | 2 | 6 | 10 | 11 | 2 | 6 | 0 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Fm | 2 | 6 | 10 | 12 | 2 | 6 | 0 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Md | 2 | 6 | 10 | 13 | 2 | 6 | 0 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 102 | 2 | 6 | 10 | 14 | 2 | 6 | 0 | 2 |
|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Lr | 2 | 6 | 10 | 14 | 2 | 6 | 1 | 2 |
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Свойства элементов, отнесённых Сиборгом к числу А., по рассмотренным выше причинам, значительно сильнее различаются между собой, чем свойства лантаноидов, и поэтому вопрос о том, существует ли в действительности в 7-м периоде семейство А. (аналогичное семейству лантаноидов 6-го периода), или строение 7-го периода в этой его части более сложное, долгое время не был решен до конца. Решающее значение для окончательного вывода о строении 7-го периода имело изучение химических свойств 104-го элемента — курчатовия (См. Курчатовий) (открытого Г. Н. Флёровым с сотрудниками в 1964), проведённое в 1966 под руководством чешского химика И. Звары в Дубне (СССР). Оказалось, что по своим свойствам курчатовий резко отличается от предшествующих элементов и представляет собой аналог гафния, принадлежащего уже к IV группе периодической системы. Теоретические же расчёты показывают, что число элементов, у которых заполняется f-подуровень 3-й снаружи электронной оболочки, должно быть равно 14, и поэтому следует принять, что семейство 14 А. начинается с Th и завершается у Lr. В настоящее время все А., как и лантаноиды, принято размещать в отдельном ряду внизу периодической системы.
Из-за близости химических свойств А., особенно трансурановых, отделить их друг от друга крайне сложно. Для разделения А. очень полезным оказался метод ионообменной хроматографии (См. Хроматография), которым широко пользуются и для разделения лантаноидов. Поскольку этот метод сыграл важную роль в открытии и изучении А. и, кроме того, даёт ясное представление о работе с этими элементами, с ним стоит познакомиться подробнее. Стеклянную трубку, расположенную вертикально, заполняют специальным органическим полимером или смолой, а затем на этот полимер подают раствор, содержащий, например, 3-валентные ионы А. Ионы реагируют с полимером и оказываются связанными с ним химически. Для извлечения А. из трубки колонки через неё пропускают раствор, который содержит вещества, способные образовывать с ионами А. более прочные связи, чем органический полимер. Порядок выхода А. из колонки зависит, в основном, от ионного радиуса элементов, причём можно подобрать такие условия, что быстрее всего колонку покинут ионы с наименьшими радиусами. Т. к. радиусы ионов от Th к Lr постепенно уменьшаются, то выход ионов А. будет происходить в последовательности, обратной их атомным номерам Z. Порядок в выходе А. выполняется столь строго, что даёт возможность по наличию радиоактивных атомов в той или иной порции раствора, прошедшего через колонку, сделать вывод, какие именно элементы присутствуют в смеси, и точно определить их порядковые номера. Метод обладает высокой избирательностью, требует небольших затрат времени и пригоден даже тогда, когда в наличии имеется лишь несколько атомов элемента. Он был использован, в частности, при открытии Bk, Cf, Es, Fm и Md.
Из всех А. к настоящему времени практическое. применение находят главным образом Th, U и Р . Изотопы 233U, 235U и 239Pu служат как Ядерное горючее в атомных реакторах и играют роль взрывчатого вещества в атомных бомбах. Некоторые изотопы А. (238Pu, 242Cm и др.), испускающие -частицы высокой энергии, могут служить для создания источников тока со сроком службы до 10 лет и более, необходимых, например, для питания навигационной радиоаппаратуры спутников. В таких источниках тока тепловая энергия, выделяющаяся при радиоактивном распаде, при помощи специальных устройств преобразуется в электрический ток. Изучение свойств А. имеет большое теоретическое значение, т. к. позволяет расширить знания о свойствах атомных ядер, химическом поведении элементов и т. д.
Лит.: Хайд И., Сиборг Г. Т., Трансурановые элементы, пер. с англ., М., 1959; Сиборг Г., Кац Дж., Химия актинидных элементов, пер. с англ., М., 1960; Гольданский В. И., Новые элементы в Периодической системе Д. И. Менделеева, 3 изд., М., 1964; Лапицкий А. В., Цисурановые и трансурановые элементы, в сборнике: Рассказывают ученые-химики, М., 1964; Сиборг Г., Искусственные трансурановые элементы, пер. с англ., М., 1965; Хайд Э., Перлман И., Сиборг Г., Ядерные свойства тяжелых элементов, в. 1, Трансурановые элементы, пер. с англ., М., 1967.
С. С. Бердоносов.
|
| Мультимедийная энциклопедия |
| Актиноиды гомологи лантаноидов, элементов подгруппы IIIB. Они содержат 15
элементов с атомными номерами от 89 до 103: актиний Ac, торий Th,
протактиний Pa, уран U и трансурановые элементы (нептуний Np, плутоний Pu,
америций Am, кюрий Cm, берклий Bk, калифорний Cf, эйнштейний Es, фермий
Fm, менделевий Md, нобелий No, лоуренсий Lr). Все элементы радиоактивны и
распадаются на другие элементы с меньшей атомной массой (см. табл. 19а).
УРАН
Актиний открыт А.Дебьерном в 1899 и независимо от него в 1902
Ф.Гизелем. Название актиний происходит от греческого слова, означающего
"луч"; оно принято за способность элемента к радиоактивному распаду, при
котором актиний распадается до стабильного изотопа свинца 207Pb, испуская
a- и b-частицы. В природе актиний встречается в урановой смоляной руде в
количестве всего 0,15 мг на тонну, но для практических целей его получают
искусственным путем в миллиграммовых количествах при облучении радия в
ядерных реакторах. Химически актиний очень похож на редкоземельный гомолог
лантан; каждое соединение актиния можно получить тем же способом, что и
аналогичное соединение лантана. Физические свойства актиния приведены в
табл. 19а.
Торий открыт Й.Берцелиусом в 1828. Элемент тоже радиоактивен, но не
выделяется при распаде радия. Природный изотоп тория 232Th потенциальный
источник ядерной энергии, так как при бомбардировке нейтронами
превращается в 233U, который может использоваться как ядерное топливо.
Торий-232 обладает естественной радиоактивностью, распадаясь до 208Pb и
испуская a- и b-частицы. В природе встречается в минералах монаците и
торите в количествах, достаточных для промышленной переработки.
Металлический торий применяют в специальных лампах (типа солнечных ламп) и
в магниевых сплавах. У тория очень высокая реакционная способность, он
легко образует хлорид, фторид, оксалат, нитрат и сульфат. Металл ярко
горит в кислороде, образуя ThO2, который получается также при прокаливании
нитрата.
Протактиний (от греческого "протос", означающего "первый", и
"актиний") называют материнским веществом или отцом актиния, так как он
образует актиний при a-распаде. Протактиний открыт в 1918 независимо двумя
группами исследователей. Одной группой руководили О.Ган и Л.Мейтнер,
другую возглавляли Ф.Содди и Дж.Кранстон. Протактиний был обнаружен в
природе как компонент урановых руд, около 70 мг Pa можно извлечь из 1 т
урановой смолки. В ядерном реакторе при облучении тория нейтронами 233Pa
образуется в сравнительно большом количестве. Протактиний очень
реакционноспособен. В степени окисления V он так энергично гидролизуется,
что неустойчив в кислом растворе и его необходимо стабилизировать в виде
фторокомплекса. Известны некоторые соединения Pa, например диоксид PaO2 и
пентаоксид Pa2O5, тетрагалогениды PaX4 и пентагалогениды PaX5, а также
нитрид PaN2.
Уран открыт М.Клапротом в 1789. Однако собственно металл был
выделен лишь в 1841 Э.-М.Пелиго при восстановлении хлорида металлическим
калием. Уран не вызывал особого интереса даже когда А.Беккерель открыл
явление радиоактивности (1896), пока в 1939 не была обнаружена возможность
деления ядер. После изобретения атомной бомбы уран стал важной военной
продукцией.
Уран встречается в разных рудах, наиболее важные из них уранинит, урановая
смолка (разновидность уранинита) и карнотит (см. табл. 19б). Руды
переводят в гексафторид, обрабатывают аммиаком до получения диураната
аммония, прокаливают до оксида и затем из оксида выделяют чистый металл
(см. также <<УРАНОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ>>).
Для урана известно 17 изотопов (с учетом ядерных изомеров), три из которых
являются природными: 238U (99,275%), 235U (0,720%) и 234U (0,005%). Все
изотопы урана подвергаются радиоактивному распаду, из 238U в результате
14-стадийного процесса a- и b-распада получается 206Pb, а 235U распадается
до 207Pb за 11 стадий
(см. также <<АТОМНОГО ЯДРА СТРОЕНИЕ>>).
Реакции и соединения. Уран реагирует со многими элементами и
соединениями, образуя различные соли. Он растворяется в азотной кислоте,
но кислоты-неокислители, такие, как H2SO4 и HCl, растворяют уран очень
медленно. Металлический уран не взаимодействует со щелочами, но в
присутствии пероксидов происходит образование растворимых в воде
перуранатов. В реакции с водородом образуется пирофорное соединение UH3,
из которого можно получать высокореакционноспособный порошкообразный
металл. Уран образует 4 стабильных оксида UO2, U2O5, U3O8 и UO3. Кроме
того, известно о существовании монооксида, который в чистом виде, однако,
не получен. Уран реагирует со всеми галогенами, проявляя различные степени
окисления. Известно 6 фторидов урана. Тетрафторид урана получают по
реакции UO2 c HF:
При фторировании UF4 газообразным фтором образуется гексафторид:
Из тетрафторида урана при восстановлении алюминием получают трифторид
урана:
Остальные галогены в реакциях с ураном образуют UX3, UX4, UX5 и UX6. Среди
других соединений урана известны также карбиды (UC, U2C3 и UC2), нитриды
(UN, UN2), сульфиды (US, US2) и бориды (UB, UB4).
Применение. Металлический уран применяют как ядерное топливо для
получения плутония, радиоизотопов, производства атомной энергии, как
экранирующий материал для g-излучателей (например, 60Co), взрывчатое
вещество в атомных бомбах, пигмент стекольной и керамической
промышленности, в производстве ферроурана. Соединения урана используют в
фармацевтике, в изготовлении желтых урановых глазурей, пигментов, в
фотографии и химическом анализе. |
| Современная Энциклопедия |
| АКТИНОИДЫ, семейство из 14 радиоактивных химических элементов III группа 7-го периода периодической системы с атомными номерами 90-103, следующие за актинием: торий Th, протактиний Pa, уран U, нептуний Np, плутоний Pu, америций Am, кюрий Cm, берклий Bk, калифорний Cf, эйнштейний Es, фермий Fm, менделевий Md, нобелий No и лоуренсий Lr. Металлы, имеют близкие химические свойства. В природе распространены только U и Th, в малых количествах встречаются изотопы Ра, Np и Pu. Элементы в ряду Np-Lr, кроме Pu, получены в микроколичествах путем ядерного синтеза. |
| Медицинская энциклопедия |
(син. актиниды)
семейство близких по химическим свойствам 15 элементов 7-го периода периодической системы Д.И. Менделеева, все изотопы которых радиоактивны; А., используемые в промышленности (уран, торий, плутоний), обладают высокой токсичностью, крайне медленно выводятся из организма, обращение с ними требует строгого соблюдения мер противолучевой защиты. |
| Орфографический словарь Лопатина |
| актин`оиды, актин`оиды, -ов, ед. -`оид, -а |
| Научнотехнический Энциклопедический Словарь |
| АКТИНОИДЫ, ряд радиоактивных элементов с атомными номерами от 89 до 103; к ним относятся АКТИНИЙ (89), ТОРИЙ, ПРОТАКТИНИЙ, УРАН, НЕПТУНИЙ, ПЛУТОНИЙ, АМЕРИЦИЙ, КЮРИЙ, БЕРКЛИЙ, КАЛИФОРНИЙ, ЭЙНШТЕЙНИЙ, ФЕРМИЙ, МЕНДЕЛЕВИЙ, НОБЕЛИЙ И ЛОУРЕНСИЙ (103). Каждый из этих элементов имеет аналог в ряду ЛАНТАНОИДОВ (редкоземельных элементов). Важнейшим из элементов группы является уран. Элементы, имеющие атомные номера свыше 92, называются трансурановыми элементами. |
|
|
|
 |
Если вы желаете блеснуть знаниями в беседе или привести аргумент в споре, то можете использовать ссылку:
будет выглядеть так: АКТИНОИДЫ
будет выглядеть так: Что такое АКТИНОИДЫ
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
