Актиноиды что это такое

Актиноиды

Полезное

Смотреть что такое «Актиноиды» в других словарях:

Актиноиды — Общие сведения Состав группы торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий … Википедия

АКТИНОИДЫ — (актиниды) семейство из 14 химических радиоактивных элементов (металлов), атомные номера 90 103. Относятся к III группе периодической системы, в которой следуют за актинием. Близки по строению электронных оболочек атомов и химическим свойствам.… … Большой Энциклопедический словарь

АКТИНОИДЫ — 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,… … Современная энциклопедия

АКТИНОИДЫ — 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).… … Научно-технический энциклопедический словарь

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,… … Энциклопедия Кольера

АКТИНОИДЫ — (от актиний и греч. eidos вид) (актиниды) семейство радиоакт. хим. элементов с ат. номерами 90 103, расположенных в 7 периоде периодич. системы элементов за актинием и относящихся, как и актиний, к III группе. Первые три А. Th, Ра и U встречаются … Физическая энциклопедия

АКТИНОИДЫ — сем. из 14 элементов 7 го периода периодической системы, следующих за актинием (порядковые номера 90 103) и входящих в III гр. Для большинства из них характерно основное валентное состояние 3. Все изотопы А. радиоактивны. Среди них практическое… … Геологическая энциклопедия

Актиноиды — 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,… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

АКТИНОИДЫ — (актиниды) 14 радиоактивных химических элементов, следующих в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева за актинием; близки по строению электронных оболочек (см.), хим. и физ. свойствам за счет заполнения не внешних f подуровней;… … Большая политехническая энциклопедия

актиноиды — ам; мн. (ед. актиноид, а; м.). Группа из четырнадцати химических элементов; радиоактивные металлы, сходные по химическим свойствам и физическому строению с актинием; актиниды. ◁ Актиноидный, ая, ое. * * * актиноиды (актиниды), семейство из… … Энциклопедический словарь

актиноиды — актиниды (актиний + гр. eidos вид) 14 радиоактивных хим. элементов, следующих в периодической системе элементов Менделеева за актинием; близки по строению атомов и хим. свойствам; большинство из актиноидов получены искусственно; изотопы урана в … Словарь иностранных слов русского языка

Источник

Актиноиды

В отличие от лантанидов, все 5f-элементы радиоактивны, т. е. не имеют стабильных изотопов. И если для тория и урана существуют изотопы, период полураспада которых измеряется миллиардами лет, то время жизни трансурановых, т. е. следующих за ураном, элементов, как правило, уменьшается с увеличением порядкового номера. Очевидно, что если элемент живет лишь доли секунды, это создаёт значительные трудности в изучении его химических свойств.

Из всего семейства актиноидов в природе в заметном количестве встречаются лишь торий и уран, находящиеся в начале ряда. Остальные элементы являются искусственными, синтезированными человеком. Одни из трансурановых элементов выделены в количествах сотен тонн (Pu), для других массы исчисляются граммами или даже микрограммами, а некоторые получены лишь в количестве нескольких атомов.

Урановая руда

Оксид урана U₃О₈, выделенный в 1789 г. немецким химиком Мартином Клапротом из урановой смоляной руды (урановой смолки), долгое время считали простым веществом. Ему присвоили имя планеты, открытой за восемь лет до этого.

Металлический уран впервые удалось получить в 1841 г. французскому ученому Эжену Пелиго (1811—1890) восстановлением тетрахлорида урана калием: UCl₄ + 4К = U + 4KCl. Аналогичным образом Берцелиусом в 1828 г. был получен торий, названный в честь Тора — бога-громовержца в скандинавской мифологии.

Свойства актиноидов

Актиноиды — тугоплавкие металлы серебристого цвета. Как и 4f-элементы, они обладают высокой химической активностью. Однако, по сравнению с лантаноидами, между отдельными представителями семейства актиноидов различий больше: у каждого из них свои особенности. Из всех представителей семейства наибольшее практическое значение имеет уран. Одно время, на заре ядерных исследований, век называли даже веком урана.

По внешнему виду уран напоминает сталь: легко поддаётся ковке, полировке, прокатке, тугоплавок (t_пл = 1 130 о С). Уран — плохой проводник тепла и электричества: его теплопроводность в 13 раз меньше теплопроводности меди.

Металлический уран легко растворяется в азотной кислоте с образованием желтого раствора нитрата уранила (нитрата диоксоурана)UO₂(NO₃)₂, в котором уран находится в высшей степени окисления +6. Данное вещество может быть получено также при растворении в кислоте оксида урана(VI).

Светло-желтый гидроксид уранила UO₂(OH)₂ называемый иногда урановой кислотой, проявляет свойства амфотерного соединения. При растворении его в кислотах образуются соли уранила: UO₂(OH)₂+ 2HCl = UO₂Cl₂ + 2Н₂О, а при действии щелочей получаются уранаты — соли урановой кислоты:

Производство урана

Для получения металлического урана диоксид переводят в тетрафторид: UО₂ + 4HF = UF₄ + 2Н₂О и потом восстанавливают металлотермически: UF₄ + 2Mg = U + 2MgF₂. Возникает вопрос: зачем надо превращать оксид во фторид, если уран можно получать и напрямую из оксида, восстанавливая его кальцием или магнием? Восстановление из фторида предпочтительнее, потому что только в этом случае выделяющегося в ходе реакции тепла достаточно для расплавления и металла, и шлака. Когда расплав охлаждают, образуется слиток урана. А при восстановлении оксида уран получается в виде порошка, который трудно отделить от шлака.

Нитрат уранила

Ядерное топливо

Природный уран представляет собой смесь трех изотопов: 235 U (0,72 %), 238 U (99,274 %) и 234 U (0,006 %). Для нужд ядерной техники часто необходим уран, обогащенный изотопом 235 U. Это ставит перед исследователями нелегкую задачу разделения изотопов. В промышленности наибольшее распространение приобрёл газодиффузионный метод, основанный на неодинаковой скорости диффузии (проникновения) частиц с различной массой через пористую перегородку – мембрану. Для выделения изотопа 235 U весь металл переводят во фторид UF₆ – легколетучее кристаллическое вещество. Процесс разделения повторяют многократно с помощью специального каскада с большим числом ячеек, содержащих пористые перегородки. Для обогащения урана изотопом 235 от исходного его содержания в природной смеси до 95% требуется каскад в 5 тыс. ступеней.

Изотопы 235 U и 238 U обладают одинаковыми химическими, но различными ядерными свойствами. Так, ядра урана-235 при бомбардировке их медленными (тепловыми) нейтронами делятся на части, высвобождая колоссальное количество энергии. Продуктами деления обычно являются ядра элементов середины периодической системы, например, бария, криптона, олова, лантаноидов. При превышении критической массы процесс деления приобретает характер разветвлённой цепной реакции, которая приводит к ядерному взрыву.

Изотоп 238 U не способен делиться под действием пучка нейтронов. Его ядра, захватывая быстрые нейтроны, превращаются в ядра урана-239, который в свою очередь превращается последовательно в нептуний-239 и плутоний-239.

Плутоний

Изотоп 239 Рu, образующийся в ядерных реакторах, тоже используется в качестве ядерного топлива: его ядра способны к делению под действием нейтронов с выделением энергии аналогично урану-235. Плутоний возникает из урана-238 прямо в реакторе и тут же вовлекается в процесс деления.

От урана до лоуренсия

Путем бомбардировки урана-238 нейтронами или ядрами легких атомов в 40—50-х гг. ХХ в. удалось синтезировать многие трансурановые элементы.

Большая заслуга в этом принадлежит профессорам Калифорнийского университета Гленну Теодору Сиборгу (1912—1999) и Эдвину Маттисону Макмиллану (1907— 1991), удостоенным в 1951 г. Нобелевской премии по химии.

Первые трансурановые элементы — нептуний (Np, в честь планеты Нептун) и плутоний (Рu, в честь планеты Плутон) образуются при β-распаде ядер урана. Для синтеза следующего элемента (№ 95) потребовалось использование мощных потоков нейтронов, которыми бомбардировали ядра нуклида 239 Рu. Этот элемент получил название «америций» (Аm).

Гленн Теодор Сиборг

Некоторые элементы, например эйнштейний и фермий, были впервые выделены в 1952 г. из продуктов термоядерного взрыва. В 1955 г. при облучении одного из изотопов эйнштейния ядрами гелия (α-частицами) был получен элемент с порядковым номером 101, который по предложению Сиборга назвали в честь Д И. Менделеева.

Если нептуний, плутоний и америций, подобно урану, образуют устойчивые соединения в высоких степенях окисления: +5, +6 и даже +7 (что для урана невозможно), то последующие актиниды, например менделевий, в своих соединениях обычно трёхвалентны. Хлорид менделевия(III) может быть легко восстановлен в водном растворе до дихлорида:

С 60-х гг. параллельные исследования по синтезу трансурановых элементов проводили советские ученые под руководством академика Георгия Николаевича Флёрова в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна). Они, в частности, разработали метод определения химических свойств элементов, образующихся в количестве нескольких атомов.

До исследований Сиборга и его коллег периодическая система завершалась ураном. В ней отсутствовало специальное семейство актиноидов, а уран относили к подгруппе хрома.Таким образом, периодическая система приобрела современный вид сравнительно недавно – около полувека назад.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Актиноиды» Актиноиды.docx (272 Загрузки)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

Источник

АКТИНОИДЫ

Полезное

Смотреть что такое «АКТИНОИДЫ» в других словарях:

Актиноиды — Общие сведения Состав группы торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий … Википедия

АКТИНОИДЫ — (актиниды) семейство из 14 химических радиоактивных элементов (металлов), атомные номера 90 103. Относятся к III группе периодической системы, в которой следуют за актинием. Близки по строению электронных оболочек атомов и химическим свойствам.… … Большой Энциклопедический словарь

АКТИНОИДЫ — 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,… … Современная энциклопедия

АКТИНОИДЫ — 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).… … Научно-технический энциклопедический словарь

АКТИНОИДЫ — (от актиний и греч. eidos вид) (актиниды) семейство радиоакт. хим. элементов с ат. номерами 90 103, расположенных в 7 периоде периодич. системы элементов за актинием и относящихся, как и актиний, к III группе. Первые три А. Th, Ра и U встречаются … Физическая энциклопедия

АКТИНОИДЫ — сем. из 14 элементов 7 го периода периодической системы, следующих за актинием (порядковые номера 90 103) и входящих в III гр. Для большинства из них характерно основное валентное состояние 3. Все изотопы А. радиоактивны. Среди них практическое… … Геологическая энциклопедия

Актиноиды — 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,… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

АКТИНОИДЫ — (актиниды) 14 радиоактивных химических элементов, следующих в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева за актинием; близки по строению электронных оболочек (см.), хим. и физ. свойствам за счет заполнения не внешних f подуровней;… … Большая политехническая энциклопедия

актиноиды — ам; мн. (ед. актиноид, а; м.). Группа из четырнадцати химических элементов; радиоактивные металлы, сходные по химическим свойствам и физическому строению с актинием; актиниды. ◁ Актиноидный, ая, ое. * * * актиноиды (актиниды), семейство из… … Энциклопедический словарь

актиноиды — актиниды (актиний + гр. eidos вид) 14 радиоактивных хим. элементов, следующих в периодической системе элементов Менделеева за актинием; близки по строению атомов и хим. свойствам; большинство из актиноидов получены искусственно; изотопы урана в … Словарь иностранных слов русского языка

Источник

Актиноиды

XVIII век (уран) — XX век (лоуренсий)

Актино́иды (актини́ды) — семейство, состоящее из 14 радиоактивных химических элементов III группы 7-го периода периодической системы с атомными номерами 90—103.

Содержание

Изучение и синтез

От актиния до нептуния

Торий открыл Ф. Вёлер [4] в минерале, который был найден в Норвегии (1827 год). Детально изучил этот элемент Й. Берцелиус; он же назвал его в честь скандинавского бога грома и молнии — Тора (1828 год).

Большинство трансурановых элементов уже в достаточной мере изучены, но говорить о производственных количествах данных элементов, исключая плутоний и америций, и их соединений не приходится.

Актиноиды на протяжении последних десятилетий досконально изучались Г. Сиборгом и его школой. При участии Сиборга был произведён синтез большинства трансурановых элементов.

От плутония

Трансурановые элементы в природе практически не встречаются. Для их получения используют ядерные реакции, которые проходят в ядерных реакторах. Так, например, уран-238 в реакторе под действием нейтронов частично преобразуется в плутоний-239. При этом происходят следующие реакции:

При дальнейшем поглощении нейтронов 239 Pu превращается в 241 Pu, который вследствие β-распада переходит в 241 Am.

Актиноиды с наибольшими порядковыми номерами получены при бомбардировании ядер урана, плутония, кюрия или калифорния ионами азота, кислорода, углерода, неона, бора на ускорителях тяжёлых ионов. Так, один из первых методов синтеза нобелия — бомбардировка мишени из урана-238 ядрами неона-22 в реакции

.

.

При бомбардировании кюрия-242 α-частицами образуется изотоп калифорния берклий-244.

В 1945 году Кеннингем впервые выделил твёрдое соединение одного из ТПЭ — гидроксид америция. В течение последующих 3—4 лет были накоплены миллиграммовые количества америция и микрограммовые количества кюрия, что позволило, в результате облучения америция и кюрия, синтезировать изотопы берклия (Томсон, 1949 год) и калифорния (Томсон, 1950 год). Весовые количества данных элементов были выделены значительно позже, в 1958 году (Кеннингем и Томсон), а первое соединение калифорния (CfOCl) получено лишь в 1960 году (Кеннингем и Уолмен).

Первый изотоп менделевия 1955 года (Г. Сиборг и сотрудники) при облучении эйнштейния-253 ионами гелия. Для синтеза следующих за менделевием элементов пришлось использовать новый метод — облучение ядер урана и трансурановых элементов тяжёлыми многозарядными ионами. Ввиду исключительно малого выхода и коротких периодов полураспада изотопов трансменделевиевых элементов, синтезируемых в этих реакциях, их идентификация оказалась очень сложной и не всегда надёжной. Как правило, в первых работах по синтезу элементов с Z ⩾ 102 полученные изотопы идентифицировались чисто физическими методами, по характеру излучения и дочерним продуктам распада.

Попытки получения изотопов нобелия велись с 1957 года, но первым надёжным результатом следует считать синтез изотопа нобелия Г. Флёровым в 1963 году. Для получения данного изотопа использовался неон-22.

В 1961 году А. Гиорсо и сотрудниками был получен первый изотоп лоуренсия путём облучения калифорния (в основном калифорния-252) ионами бора-10 и бора-11; массовое число этого изотопа не было точно установлено (возможно, 258 или 259) на тот момент. Более надёжно идентифицирован изотоп лоуренсия 1965 году Г. Флёровым с помощью нуклидов править] Изотопы

Ядерные свойства важнейших изотопов трансплутониевых элементов
Изотоп	Период полураспада [7]	Вероятность спонтанного деления, % [7]	Энергия излучения, МэВ (выход, в %) [13]		Удельная активность [14]
			α	γ	α, β-частицы, Бк/кг	деления, Бк/кг
241 Am	432,2(7) лет	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 Am	7,37(4)·10 3 лет	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 Cm	162,8(2) суток	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 Cm	18,10(2) года	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 Cm	8,5(1)·10 3 лет	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 Cm	4,76(4)·10 3 лет	0,02615(7)	5,343 (17,8) 5,386 (82,2)	0,045 (19)	1,13·10 13	2,95·10 9
247 Cm	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 Cm	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) суток	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 Cf	351(2) год	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 Cf	13,08(9) года	0,077(3)	5,988 (14,99) 6,030 (84,6)	0,043	4,04·10 15	3,11·10 12
251 Cf	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 Cf	2,645(8) года	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 Cf	60,5(2) суток	≈100	5,834 (0,26) 5,792 (5,3·10 −2 )	—	9,75·10 14	3,13·10 17
253 Es	20,47(3) суток	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) суток	−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) суток	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 Fm	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 Fm	157,6(13) мин	91,9(3)	6,872 (1,2) 6,917 (6,9)	—	1,58·10 20	1,4·10 19
257 Fm	100,5(2) суток	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 Md	77(2) мин	—	7,142 (1,84) 7,206 (5,9)	—	3,53·10 20	—
257 Md	5,52(5) ч	—	7,074 (14)	0,371 (11,7) 0,325 (2,5)	8,17·10 19	—
258 Md	51,5(3) суток	—	6,73	—	3,64·10 17	—
255 No	3,1(2) мин	—	8,312 (1,16) 8,266 (2,6) 8,121 (27,8)	0,187 (3,4)	8,78·10 21	—
259 No	58(5) мин	—	7,455 (9,8) 7,500 (29,3) 7,533 (17,3)	—	4,63·10 20	—
256 Lr	27(3) с	22	—
257 Lr	646(25) мс	—	8,796 (18) 8,861 (82)	—	1,54·10 24	—

Из изотопов протактиния известны 29 нуклидов с массовыми числами 212—240 [7] и 3 возбужденных изомерных состояния некоторых его нуклидов. Из этого количества только два нуклида — 231 Pa и 234 Pa — встречаются в природе, остальные — синтезируются. Продолжительность жизни всех изотопов, за исключением протактиния-231, невелика. С практической точки зрения наиболее важными являются долгоживущий изотоп 231 Pa и искусственный 233 Pa. Протактиний-233 является промежуточным продуктом при получении урана-233, он же является наиболее доступным среди других искусственных изотопов протактиния. По своим физическим свойствам (период полураспада, энергия γ-излучения и др.) является удобным веществом для химических исследований. Благодаря данному изотопу было получено очень много ценных химических сведений по химии протактиния. Радиационная активность протактиния-233 составляет

Характеристики некоторых равновесных пар изотопов ТПЭ [3]
Материнский изотоп	T½	Дочерний изотоп	T½	ВУРР
243 Am	7370 лет	239 Np	2,35 дня	47,3 дня
245 Cm	8265 лет	241 Pu	14 лет	129 лет
247 Cm	1,64·10 7 лет	243 Pu	4,95 часа	7,2 дня
254 Es	270 дней	250 Bk	3,2 часа	35,2 часа
255 Es	39,8 дня	255 Fm	22 часа	5 дней
257 Fm	79 дней	253 Cf	17,6 дня	49 дней

Долгоживущие изотопы нобелия имеют малые периоды полураспада; по аналогии, все последующие после актиноидов элементы имеют все меньшие (местами) периоды полураспада. Для этого элемента известно 11 его нуклидов с массовыми числами от 250 до 260, и 262. Изучение химических свойств нобелия и лоуренсия проводились с изотопами 255 No (T_½=3 мин.) и 256 Lr (T_½=35 сек.). Наиболее долгоживущий 259 No (Т_½≈1,5 часа) синтезирован в 1970 году в городе Оук-Ридж, США.

Распространение в природе

Торий и уран имеют самую высокую распространённость среди актиноидов; их атомные кларки равны 3·10 −4 % и 2·10 −5 % соответственно. В земной коре уран встречается в виде минеральной формы уранинита — U₃O₈ (смоляная руда, урановая смолка), а также карнотита — KUO₂VO₄·3H₂O, отенита — Ca(UO₂)₂(PO₄)₂·nH₂O и др. Два последних минерала имеют жёлтый цвет. Уран содержится также почти во всех минеральных формах редкоземельных минералов (фергюсонит, самарскит, эвксенит и др.).

Уран в природе встречается в виде изотопов 238 U (99,2739 %), 235 U (0,7204 %) и 234 U (0,0057 %). Из них 238 U имеет наибольший период полураспада (T_½ = 4,51·10 9 лет).

Лидирующие по добыче урана страны [18]
№	Страны
1	Канада
2	Австралия
3	Казахстан
4	Нигер
5	Россия

Наиболее богатыми торием минералами являются торианит (ThO₂), торит (ThSiO₄), монацит, шералит ((Th, Ca, Ce)(PO₄,SiO₄)), торогумит (Th(SiO₄)_1−x(OH)_4x). Торий, также как и уран, сопровождается с минеральными формами почти всех редкоземельных элементов. Богатые месторождения монацитовых песков находятся в Индии, Бразилии, Австралии, Африке, Канаде, США и на Цейлоне.

Получение

В большинстве случаев для получения чистого вещества элементов применяют разложение химического соединения этого элемента, обычно путём реакции его оксида, фторида и т. д. с водородом. Однако этот метод неприменим к актиноидам, поскольку они встречаются очень редко в природе, и поэтому для их выделения применяются более сложные методы очистки соединений, а затем и получения элементов данной группы.

Чаще всего для выделения чистых соединений актиноидов используют фториды, поскольку они плохо растворяются в воде и могут быть легче удалены путём обменной реакции. Фториды актиноидов восстанавливают кальцием, магнием или барием, так как они сравнительно более активны по сравнению с третьей и последующими подгруппами. Например, металлический америций добывают действием на его трифторид парами бария [4] :

Аналогично добывают и остальные. Плутоний выделяют из его тетрафторида (PuF₄), восстанавливая его:

Металлический уран также добывают из тетрафторида (UF₄), но в качестве восстановителя используют магний:

500^\circ C> \ U+2MgF_2>» border=»0″ />

Среди актиноидов наиболее легко добываются торий и уран. Торий добывают преимущественно из монацита. При этом дифосфат тория (Th(PO₄)₂) с примесями редкоземельных элементов, которые осаждаются при повышенном pH сульфатного раствора, обрабатывают азотной кислотой, а нитрат тория экстрагируют трибутилфосфатом. Ещё лучше из кислых растворов торий отделяется от РЗЭ в присутствии роданид-ионов.

Гидроксид тория растворяют в неорганической кислоте и снова очищают от редкоземельных элементов. Более эффективным считается метод растворения гидроксида тория в азотной кислоте, потому что добытый раствор можно очистить посредством экстракции органическими растворителями:

Но в нитратной кислоте ториевый концентрат не полностью растворяется. В хлороводороде он растворяется лучше, образуя хлорид тория и воду.

Металлический торий отделяют из безводного оксида, хлорида или фторида с помощью кальция в инертной атмосфере:

.

Иногда торий добывают электролизом нагретого фторида в смеси хлоридов натрия и калия. Электролиз проводят при 700—800 °С в графитовом тигле. Очень чистый торий добывают разложением его йодида с помощью метода Ван Аркеля и де Бура.

Когда раствор, который состоит из солей урана, отфильтрован от нерастворимого осадка, уран можно выделить осаждением гидроксидами (в виде (NH₄)₂U₂O₇) или пероксидом водорода (в виде UO₄·2H₂O).

.

Из анионита уран вымывают раствором нитрата аммония или азотной кислоты.

После разделения уран выделяют в виде нитрата уранила — UO₂(NO₃)₂·6H₂O. Из него при нагревании получится оксид урана(VI), который при восстановлении водородом переходит в диоксид:

При действии фтороводорода на диоксид урана добывают тетрафторид урана, который потом можно восстановить магнием до металлического урана:

Можно воспользоваться и другим методом. После восстановления нитратного раствора газообразной серой добавляют плавиковую кислоту и осаждают ионы лантана, а вместе с этим осаждаются и фториды плутония и нептуния (M 4+ ). После фильтрования и промывания осадок фторидов обрабатывают броматом калия для окисления нептуния до , который переходит в раствор. Далее с помощью более сильных окислителей переводят плутоний в Pu 6+ и тем самым отделяют его от лантаноидов.

Cвойства

Свойства актиноидов [19] [22]
Свойство	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr
Заряд ядра	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99	100	101	102	103
Атомная масса	[227]	232,038	[231]	238,029	[237]	[244]	[243]	[247]	[247]	[251]	[252]	[257]	[258]	[259]	[262]
Число природных изотопов	3	1	2	3	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Наиболее долгоживущий изотоп	227	232	231	238	237	244	243	247	247	251	252	257	258	259	262
Период полураспада наиболее долгоживущего изотопа	21,8 лет	14000 млн лет	32500 лет	4470 млн лет	2,14 млн лет	8,2 млн лет	7370 лет	15,6 млн лет	1400 лет	900 лет	1,29 лет	100,5 сут	52 сут	58 мин	261 мин
Электронная конфигурация в основном состоянии	6d 1 7s 2	6d 2 7s 2	5f 2 6d 1 7s 2 или 5f 1 6d 2 7s 2	5f 3 6d 1 7s 2	5f 4 6d 1 7s 2 или 5f 5 7s 2	5f 6 7s 2	5f 7 7s 2	5f 7 6d 1 7s 2	5f 9 7s 2 или 5f 8 6d 1 7s 2	5f 10 7s 2	5f 11 7s 2	5f 12 7s 2	5f 13 7s 2	5f 14 7s 2	5f 14 6d 1 7s 2
Степень окисления	3	3, 4	3, 4, 5	3, 4, 5, 6	3, 4, 5, 6, 7	3, 4, 5, 6, 7	3, 4, 5, 6	3, 4	3, 4	2, 3	2, 3	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	—	—	—	—
Ионный радиус, нм: M 4+ M 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: плавления кипения	1050 3300	1750 4800	1572 4400	1130 3800	640 3900	640 3230	1176 2610	1340 —	1050 —	900 —	860 —	1530 —	830 —	830 —	1630 —
СЭП, B: E°(M 4+ /M 0 ) E°(M 3+ /M 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
Окраска: [M(H2O)n] 4+ [M(H2O)n] 3+	— Бесцветная	Бесцветная Синяя	Жёлтая Тёмно-синяя	Зелёная Пурпурная	Жёлто-зелёная Пурпурная	Коричневая Фиолетовая	Красная Розовая	Жёлтая Бесцветная	Бежевая Жёлто-зелёная	Зелёная Зелёная	— Розовая	— —	— —	— —	— —

Ориентировочные (приблизительные) цвета актинидных ионов в водном растворе [23]

Степень окисления	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99
+3	Ac 3+	Th 3+	Pa 3+	U 3+	Np 3+	Pu 3+	Am 3+	Cm 3+	Bk 3+	Cf 3+	Es 3+
+4	Th 4+	Pa 4+	U 4+	Np 4+	Pu 4+	Am 4+	Cm 4+	Bk 4+	Cf 4+
+5	PaO2 +	UO2 +	NpO2 +	PuO2 +	AmO2 +
+6	UO2 2+	NpO2 2+	PuO2 2+	AmO2 2+
+7	NpO2 3+	PuO2 3+	[AmO6] 5−

См. также: водные растворы

Физические свойства

С физической точки зрения актиноиды — типичные металлы. Все они мягкие, имеют серебристый цвет, достаточно высокую плотность и пластичность. Некоторые из этих металлов можно разрезать ножом. Торий по твёрдости подобен мягкой стали. Из нагретого чистого тория можно раскатывать листы, вытягивать проволоку. Торий почти вдвое легче урана и плутония, но твёрже их обоих. Все актиноиды в той или иной степени радиоактивны. Из них только торий и уран встречаются в природе в заметных количествах.

Физические свойства некоторых актиноидов [4] [20]
Название металла	Плотность, г/см³, при 25 °C	Температура плавления, °С	Цвет	Поперечное сечение захвата нейтронов, барн	Радиус атома, Å
Актиний	10,07	1050±50	Серебристо-белый (в темноте светится голубым светом)	—	1,88
Торий	11,78	1750	Серебристый	7,57	1,798
Протактиний	15,37	—	Серебристый	—	—
Уран	19,05	1132±1	Серебристо-белый	7,68 (природная смесь)	1,762
Нептуний	20,25	640±1	Серебристый	—	—
Плутоний	19,84	637	Серебристо-белый	—	1,58 [24]
Америций	11,7	1100	Серебристый	—	1,82
Кюрий	7,0	1345±50	Серебристый	—	1,74
Берклий	14,78	1025	—	—	1,70

Для всех актиноидов, кроме актиния, характерен полиморфизм.

Для актиноидов от америция до эйнштейния при любых температурах ниже температуры плавления характерны гранецентрированная кубическая и гексагональная плотнейшие упаковки. Для трансурановых элементов сходство с металлическими лантаноидами усиливается — при комнатной температуре кристаллические структуры актиноидов от америция до калифорния и лёгких лантаноидов аналогичны.

Химические свойства

Все актиноиды являются химически активными металлами.

Подобно лантаноидам, 5f-элементы обладают высокой химической активностью по отношению к кислороду, галогенам, азоту, сере. Так, торий, уран и нептуний уже при комнатной температуре медленно окисляются на воздухе. Чистый плутоний, оставленный на воздухе является пирофорным.

Большинство элементов данной группы могут иметь разные степени окисления, причем в наиболее стабильных соединениях проявляются следующие степени окисления [4] :

Валентность +3 является доминирующей у всех последующих элементов вплоть до лоуренсия (за исключением, возможно, нобелия). Кюрий существует в четырёхвалентном состоянии в твёрдых соединениях (фторид, диоксид кюрия), а в водном растворе — только в виде неустойчивого фторидного комплексного соединения. Сообщалось об окисления кюрия в водном растворе до шестивалентного состояния, однако другие исследователи не смогли воспроизвести этот результат.

Из-за того что торий, протактиний и уран имеют высокие стабильные степени окисления, их иногда ставят как элементы побочных подгрупп четвёртой, пятой и шестой групп. Если бы и действительно существовала такая тенденция, трансурановые элементы должны были бы находится в восьмой и седьмой группах, и у них легче, чем у урана, должна была бы проявляться высокая валентность. Но этого не наблюдается, потому что от урана до америция способность создавать соединения с валентностью +6 уменьшается. В этом можно убедиться, проставляя полученные в стандартных условиях редокс-потенциалы [4] :

Отсюда напрашивается вывод, что восстановительная способность иона M 4+ возрастает от америция до урана.

Соединения

Оксиды и гидроксиды

.

Оксиды четырёхвалентных актиноидов кристаллизуются в кубическую сингонию, структура кристалла типа флюорита (фторид кальция).

Диоксиды некоторых актинидов [27]
Название соединения	Диоксид тория	Диоксид протактиния	Диоксид урана	Диоксид нептуния	Диоксид плутония	Диоксид америция	Диоксид кюрия	Диоксид берклия	Диоксид калифорния
CAS-номер	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
PubChem	14808	10916
Химическая формула	ThO2	PaO2	UO2	NpO2	PuO2	AmO2	CmO2	BkO2	CfO2
Молярная масса	264,04 г·моль −1	263,035 г·моль −1	270,03 г·моль −1	269,047 г·моль −1	276,063 г·моль −1	275,06 г·моль −1	270–284 г·моль −1	279,069 г·моль −1	283,078 г·моль −1
Температура плавления	3390 °C	2878 °C	2600 °C	2400 °C	2050 °C
Температура кипения	4400 °C	2800 °C
Структура	An 4+ : __ / O 2− : __
Пространственная группа
Координационное число	An[8], O[4]

An — актиноид(-ы)

Торий, соединяясь с кислородом, образует лишь диоксид. Его можно получить при сжигании металлического тория в кислороде при температуре в 1000 °C, или нагреванием некоторых его солей:

Диоксид тория — основный оксид, но непосредственно при реакции металла с водой он не получится. Чтобы растворить ThO₂ в кислотах его сначала нагревают до температуры 500—600 °C. Более сильное нагревание (выше 600 °C) способствует получению очень стойкой к кислотам и другим реагентам структуры ThO₂. Небольшая добавка фторид-ионов катализирует растворение торий и его диоксида в кислотах.

При разложении некоторых солей урана можно получить оранжевый или жёлтый UO₃. Данный оксид является амфотерным; он непосредственно получается при взаимодействии с водой и создает несколько гидроксидов, из которых наиболее стабильным является UO₂(OH)₂.

Оксиды новых элементов часто исследуются первыми, что связано с их большим значением, лёгкостью получения и с тем фактом, что оксиды обычно служат в качестве промежуточных соединений при получении других веществ.

Оксиды актиноидов [3] [5] [10] [15] [28]
Соединение	Цвет	Сингония и структурный тип	Параметры ячейки, Å			Плотность, г/см³	Область существования, °C
			a	b	c
Ac2O3	Белый	Гексагональная, La2O3	4,07	—	6,29	9,19	—
PaO2	—	Кубическая, CaF2	5,505	—	—	—	—
Pa2O5	Белый	Кубическая, CaF2 Квадратичная Тетрагональная Гексагональная Ромбоэдрическая Орторомбическая	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 —
ThO2	Бесцветный	Кубическая	5,59	—	—	9,87	—
UO2	Чёрно-коричневый	Кубическая	5,47	—	—	10,9	—
NpO2	Зеленовато-коричневый	Кубическая, CaF2	5,424	—	—	11,1	—
PuO	Чёрный	Кубическая, NaCl	4,96	—	—	13,9	—
PuO2	Оливково-зелёный	Кубическая	5,39	—	—	11,44	—
Am2O3	Красновато-коричневый Рыжевато-коричневый	Кубическая, Mn2O3 Гексагональная, La2O3	11,03 3,817	—	— 5,971	10,57 11,7	—
AmO2	Чёрный	Кубическая, CaF2	5,376	—	—	—	—
Cm2O3	Белый [29] — —	Кубическая, Mn2O2 Гексагональная, LaCl3 Моноклинная, Sm2O3	11,01 3,80 14,28	— — 3,65	— 6 8,9	11,7	—
CmO2	Чёрный	Кубическая, CaF2	5,37	—	—	—	—
Bk2O3	Светло-коричневый	Кубическая, Mn2O3	10,886	—	—	—	—
BkO2	Рыжевато-коричневый	Кубическая, CaF2	5,33	—	—	—	—
Cf2O3 [30]	Бесцветный Желтоватый —	Кубическая, Mn2O3 Моноклинная, Sm2O3 Гексагональная, La2O3	10,79 14,12 3,72	— 3,59 —	— 8,80 5,96	—	—
CfO2	Чёрный	Кубическая	5,31	—	—	—	—
Es2O3	—	Кубическая, Mn2O3 Моноклинная Гексагональная, La2O3	10,07 1,41 3,7	— 3,59 —	— 8,80 6	—	—

Соли кислот

Подобно галогенам редкоземельных элементов хлориды, бромиды и иодиды актиноидов растворяются в воде, а фториды — нерастворимы. У урана сравнительно легко получить бесцветный гексафторид, который способен возгоняться при температуре в 56,5 °C. Из-за легкости UF₆ его применяют при разделении изотопов урана диффузным методом.

При воздействии кислот на актиний, торий, протактиний, уран, нептуний и пр. получаются соли. В случае, если на них действовать кислотами-неокислителями, как правило, можно получить соли низкой валентности металлов:

Хлориды трёхвалентных актиноидов кристаллизуются в гексагональную сингонию.

Трихлориды некоторых актиноидов [27]
Название соединения	Хлорид актиния(III)	Хлорид урана(III)	Хлорид нептуния(III)	Хлорид нептуния(III)	Хлорид америция(III)	Хлорид кюрия(III)	Хлорид берклия(III)	Хлорид калифорния(III)
CAS-номер	22986-54-5	10025-93-1	20737-06-8	13569-62-5	13464-46-5	13537-20-7	13536-46-4	13536-90-8
PubChem	167444
Химическая формула	AcCl3	UCl3	NpCl3	PuCl3	AmCl3	CmCl3	BkCl3	CfCl3
Молярная масса	333,386 г·моль −1	344,387 г·моль −1	343,406 г·моль −1	350,32 г·моль −1	349,42 г·моль −1	344–358 г·моль −1	353,428 г·моль −1	357,438 г·моль −1
Температура плавления	837 °C	800 °C	767 °C	715 °C	695 °C	603 °C	545 °C
Температура кипения	1657 °C	1767 °C	850 °C
Структура	An 3+ : __ / Cl − : __
Пространственная группа
Координационное число	An*[9], Cl[3]
Постоянная решётки	a = 762 пм c = 455 пм	a = 745,2 пм c = 432,8 пм	a = 739,4 пм c = 424,3 пм	a = 738,2 пм c = 421,4 пм	a = 726 пм c = 414 пм	a = 738,2 пм c = 412,7 пм	a = 738 пм c = 409 пм

*An — актиноид(-ы)

Фториды актиноидов [3] [10] [15] [20] [28]
Соединение	Цвет	Сингония, структурный тип	Параметры ячейки, Å			Плотность, г/см³
			a	b	c
AcF3	Белый	Гексагональная, LaF3	4,27	—	7,53	7,88
PaF4	Тёмно-коричневый	Моноклинная	12,7	10,7	8,42	—
PaF5	Чёрный	Тетрагональная, β-UF5	11,53	—	5,19	—
ThF4	Бесцветный	Моноклинная	13	10,99	8,58	5,71
UF3	Красновато-фиолетовый	Гексагональная	7,18	—	7,34	8,54
UF4	Зелёный	Моноклинная	11,27	10,75	8,40	6,72
α-UF5	Голубоватый	Тетрагональная	6,52	—	4,47	5,81
β-UF5	Голубоватый	Тетрагональная	11,47	—	5,20	6,45
UF6	Желтоватый	Орторомбическая	9,92	8,95	5,19	5,06
NpF3	Чёрный или пурпурный	Гексагональная	7,129	—	7,288	9,12
NpF4	Светло-зелёный	Моноклинная	12,67	10,62	8,41	6,8
NpF6	Оранжевый	Орторомбическая	9,91	8,97	5,21	5
PuF3	Фиолетово-синий	Тригональная	7,09	—	7,25	9,32
PuF4	Бледно-коричневый	Моноклинная	12,59	10,57	8,28	6,96
PuF6	Красновато-коричневый	Орторомбическая	9,95	9,02	3,26	4,86
AmF3	Розовый или светло-бежевый	Гексагональная, LaF3	7,04	—	7,255	9,53
AmF4	Оранжево-красный	Моноклинная	12,53	10,51	8,20	—
CmF3	От шоколадно-коричневого до блестящего белого	Гексагональная	4,041	—	7,179	9,7
CmF4	Жёлтый	Моноклинная, UF4	12,51	10,51	8,20	—
BkF3	Жёлто-зелёный	Тригональная, LaF3 Орторомбическая, YF3	6,97 6,7	— 7,09	7,14 4,41	10,15 9,7
BkF4	—	Моноклинная, UF4	12,47	10,58	8,17	—
CfF3	— —	Тригональная, LaF3 Орторомбическая, YF3	6,94 6,65	— 7,04	7,10 4,39	—
CfF4	— —	Моноклинная, UF4 Моноклинная, UF4	1,242 1,233	1,047 1,040	8,126 8,113	—

Соли актиноидов легко получаются при растворении соответствующих гидроксидов в кислотах. В свою очередь, нитраты, хлориды, перхлораты и сульфаты актиноидов могут растворяться в воде. Из водных растворов эти соли кристаллизуются, образуя гидраты, например:

Ещё одним свойством этих соединений является способность солей актиноидов высшей валентности к легкому гидролизу. Так, бесцветные средние сульфат, хлорид, перхлорат, нитрат тория в растворе быстро переходят в осно́вные соли с химическими формулами Th(OH)₂SO₄, Th(OH)₃NO₃.

Также стоит отметить, что наиболее устойчивые координационные соединения актиноидов — четырёхвалентные торий и уран — получаются при реакции с дикетонами, например с ацетилацетоном.

Применение

Также перспективным в ядерной энергетике является использование ядерного цикла, основанного на применении тория-232 и полезного продукта, образующегося при его делении — урана-233.

Для замедления быстрых нейтронов в реакторах на тепловых нейтронах используют замедлители, которые содержат углерод, дейтерий, бериллий. Самым простым и широко используемым замедлителем является вода. Тепловые нейтроны, получаемые таким образом, взаимодействуют с ядрами урана-235 на несколько порядков чаще, чем с быстрыми. Для регулирования скорости деления ядер в реактор вводят поглотители — специальные стержни, выполненные из бора, кадмия и/или используют жидкий поглотитель, чаще всего в виде раствора борной кислоты, концентрацией которого регулируют реактивность реактора. Реакторы для производства плутония конструируют специально, они принципиально отличаются по приципу действия (работают, в основном, на быстрых нейтронах) и называются реакторами-размножителями или бридерами (от англ. breed — размножать). Их использование позволяет нарабатывать значительные количества плутония.

Для тех же целей, что и для плутония-238, можно применять кюрий-242. Также некоторые изотопы калифорния имеют способность к спонтанному делению. Поскольку критическая масса калифорния мала, то считается, что в будущем из него можно будет изготовлять заряды для атомных пуль.

Отделение плутония от урана, которое происходит с помощью химических реакций, намного проще, чем разделение изотопов урана, что делает перспективным использование оружейного плутония из боеголовок, отработавших свой срок, в качестве топлива в смешанном с торием и ураном виде, так называемом MOX-топливе.

Токсичность

Радиоактивные вещества могут оказывать вредное воздействие на человеческий организм вследствие:

Также были проведены исследования путей попадания плутония в организм человека. В ходе данных исследований было установлено следующее [25] :

Источник