actinium - Actinium


z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Actinium,   89 Ac
Actinium.jpg
Obecné vlastnosti
Výslovnost / Æ k t ɪ n i ə m / ( ak- TIN -EE-əm )
Vzhled stříbřitě bílý, zářící děsivý modrým světlem; Někdy se zlatým nádechem
hmotnostní číslo 227 (nejvíce stabilní izotop)
Actinium v periodické tabulce
Vodík Hélium
Lithium berylium Boron Uhlík Dusík Kyslík fluoru Neon
Sodík magnézium Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór argon
Draslík Vápník Scandium Titan Vanadium chróm Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek gallium Germanium arzén Selen Bróm Krypton
rubidia Stroncium ytrium zirkon Niobium Molybden technecium ruthenium rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín antimon teluru Jód Xenon
cesium Baryum lanthanu minerál praseodym neodym promethium Samarium kovový prvek kovový prvek terbium kovový prvek holmium kovový prvek thulium yterbium lutecium Hafnium tantal Wolfram rhenium kovový prvek iridium Platina Zlato Rtuť (prvek) thalium Vést Vizmut Polonium astat Radon
francium Rádium actinium thorium protactinium Uran neptunium Plutonium americium curium Berkelium Californium einsteinium fermium mendelevium nobelium lawrencium rutherfordium dubnium Seaborgium bohrium hassium Meitnerium darmstadtium roentgenium kopernicium Nihonium flerovium Moscovium livermorium Tennessine Oganesson
La

Ac

( Ubu )
radiumactiniumthorium
Atomové číslo ( Z ) 89
Skupina skupina 3
Doba období 7
Blok d-blok
category element   aktinidů , někdy považována za přechodný kov
elektronová konfigurace [ Rn ] 6d 1 7s 2
Elektrony na plášti
2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
Fyzikální vlastnosti
Fáze STP pevný
Bod tání 1500  K (1227 ° C, 2240 ° F) (odhad)
Bod varu 3500 ± 300 K (3200 ± 300 ° C, 5800 ± 500 ° F) (extrapolováno)
Hustota (blízko  pokojové teplotě ) 10 g / cm 3
Skupenské teplo tání 14  kJ / mol
Výparné teplo 400 kJ / mol
Molární tepelná kapacita 27,2 J / (mol · K)
atomové vlastnosti
oxidační stavy 2, 3 (silně bazický oxid)
Elektronegativita Pauling měřítko: 1.1
ionizační energie
  • 1.: 499 kJ / mol
  • 2.: 1170 kJ / mol
  • 3.: 1900 kJ / mol
  • ( Více )
kovalentní poloměr 215  pm
Barevné linky v oblasti spektra
Spektrální čáry z actinium
Ostatní vlastnosti
Krystalická struktura plošně centrované krychlové (FCC)
Plošně centrovanou kubickou krystalovou strukturu pro actinium
Tepelná vodivost 12 W / (mK)
Číslo CAS 7440-34-8
Dějiny
Discovery a první izolace Friedrich Oskar Giesel (1902)
pojmenovaný André-Louis Debiernem (1899)
Hlavní izotopy actinium
Izotop Hojnost Poločas ( t 1/2 ) režim Decay Produkt
225 Ac stopa 10 d α 221 Fr
226 Ac syn 29.37 h β - 226 Th
ε 226 Ra
α 222 Fr
227 Ac stopa 21,772 y β - 227 Th
α 223 Fr
| Reference

Actinium je chemický prvek se symbolem  Ac a atomové číslo  89. Je to bylo poprvé izolován francouzskou lékárnou André-Louis Debiernem v roce 1899. Friedrich Oskar Giesel později nezávisle to izolován v roce 1902, a nevědomý, že bylo již známo, pojmenoval ji emanium , Actinium dal jméno k actinide série, skupina 15 podobné prvky mezi actinium a lawrencium v periodické tabulce . To je také někdy považováno za první ze 7.-období přechodových kovů , i když lawrencium je méně často vzhledem k této poloze. Spolu s polonium , radia a radonu , aktinium byl jedním z prvních než prvotní radioaktivních prvků , které mají být izolovány.

Měkká, stříbřitě bílý radioaktivní kov, aktinium rychle reaguje s kyslíkem a vlhkostí ve vzduchu tvoří bílý povlak z oxidu aktiniové, která zabraňuje další oxidaci. Stejně jako u většiny lanthanidů a mnoho aktinidů , aktinium předpokládá oxidační stav +3 téměř ve všech svých chemických sloučenin. Actinium se vyskytuje pouze ve stopovém množství v uranu a thoria rud, jako je izotop 227 Ac, který se rozkládá s poločasem z 21.772 let, převážně emitující beta a někdy alfa částice , a 228 Ac, která je beta aktivní s poločasem 6.15 hodin. Jedna tuna přírodního uranu v rudě obsahuje asi 0,2 mg aktiniové-227, a jedna tuna thoria obsahuje asi 5 nanogramů actinium-228. Úzká podobnost fyzikálních a chemických vlastností a aktinia lanthanu je oddělení actinium z rudy nepraktický. Místo toho se připraví prvek, v miligramových množstvích, které neutronovým ozářením 226 Ra v jaderném reaktoru . Vzhledem ke své vzácnosti, vysoká cena a radioaktivitou, actinium nemá významný průmyslové využití. Jeho současné aplikace zahrnují zdroj neutronů a činidlo pro radiační terapie cílení nádorové buňky v těle a jejich zabíjení.

Dějiny

André-Louis Debiernem , francouzský chemik, oznámil objev nového prvku v roce 1899. On je oddělen od smolince zbytků zanechaných Marie a Pierre Curie poté, co se extrahují radium . V roce 1899, Debiernem popsal látku jak podobný titanu a (v roce 1900), jak je podobný thoria . Friedrich Oskar Giesel samostatně objevil aktinia v roce 1902 jako látky, která je podobná lanthanu a nazývá se „emanium“ v roce 1904. Po srovnání látek poločasy určených Debiernem, Harriet Brooks v roce 1904, a Otto Hahn a Otto Sackur v roce 1905 , Debiernem si vybral jméno pro nový prvek byl zachován, protože měl seniority navzdory odporujících chemických vlastností se uplatňovat na prvku v různých časech.

Články publikované v roce 1970 a později naznačují, že Debiernem své výsledky publikoval v 1904 konfliktu s těmi hlášeny v roce 1899 a 1900. Kromě toho je nyní známý chemie actinium brání jeho přítomnost jako něco jiného, než vedlejší složka Debiernem v roce 1899 a 1900 výsledků; Ve skutečnosti, že chemické vlastnosti hlásil je pravděpodobné, že to udělal, místo toho, náhodně zjištěné protactinium , která by neměla být objeven na dalších čtrnáct let, jen aby měl to zmizet kvůli jeho hydrolýzy a adsorpcí na jeho laboratorní vybavení . To vedlo některé autory obhájit, že Giesel sám by měl být připočítán s objevem. Méně konfliktní vize vědeckého objevu navrhuje Adloff. On navrhne, že odstupem času kritika z prvních publikací by měl být zmírněn tehdy vznikajícím stavu radiochemistry: zdůraznění obezřetnost ze Debiernem tvrzením v původních prací, on poznamená, že nikdo nemůže tvrdit, že Debiernem je látka neobsahovala aktinia. Debiernem, který je nyní považován za drtivou většinou historiky jako objevitel, ztratil zájem prvku a opustil téma. Giesel, na druhé straně, lze oprávněně připsáno první přípravě radiochemicky čistého actinium a identifikaci jeho atomové číslo 89.

Název actinium pochází z starořeckého Aktis, aktinos (ακτίς, ακτίνος), což znamená, světlo nebo paprsek. Jeho symbol Ac je také použit ve zkratkách jiných sloučenin, které nemají nic společného s aktinia, jako je acetylová skupina , acetát a někdy acetaldehydu .

vlastnosti

Actinium je měkký, stříbřitě bílý, radioaktivní , kovový prvek. Jeho odhaduje modul pružnosti ve smyku je podobný tomu z olova . Vzhledem ke své silné radioaktivity aktinium svítí ve tmě se světle modrým světlem, který pochází z okolního vzduchu ionizovaného emitovaných energetických částic. Actinium má podobné chemické vlastnosti lanthanu a ostatních lanthanoidů, a proto tyto prvky jsou obtížné oddělit při vytahování z uranových rud. Extrakce rozpouštědlem a iontovou chromatografii se běžně používají pro separaci.

Prvním prvkem actinides , actinium dal skupině jeho jméno, stejně jako lanthanu udělal pro lanthanoidů . Skupina prvků je různorodější než lanthanidů, a proto nebylo až do roku 1928, který Charles Janet navrhovaného nejvýznamnější změnu Dmitrij Mendělejev je periodické tabulce od uznání lanthanidů, zavedením actinides, pohyb opět navrhl v roce 1945 od Glenn Seaborg .

Actinium rychle reaguje s kyslíkem a vlhkostí ve vzduchu za vzniku bílé povlaku oxidu aktiniové , která brání další oxidaci. Stejně jako u většiny lanthanidů a aktinidů, aktinium existuje v oxidačním stavu +3, a Ac 3+ ionty jsou bezbarvé v roztocích. Oxidační stav 3 pochází z [n] 6d 1 7s 2 elektronická konfigurace aktinia, se třemi valenčních elektronů, které jsou snadno darovány, čímž se získá stabilní uzavřené-skořepiny strukturu vzácného plynu radonu . Vzácný oxidačním stavu +2 je znám pouze pro aktiniové dihydrid (Ach 2 ); i to může ve skutečnosti být electride sloučenina jako jeho lehčí kongeneru LAH 2 a mají tak aktinia (III).

Chemické sloučeniny

Pouze omezený počet aktinia sloučenin jsou známé, včetně ACF 3 , acetylchloridu 3 , AcBr 3 , AcOF, AcOCl, AcOBr, Ac 2 S 3 , Ac 2 O 3 a ACPO 4 , v důsledku intenzivní radioaktivity aktinium je. S výjimkou ACPO 4 , které jsou podobné s odpovídajícími lanthanu sloučenin. Všechny obsahují aktinia v oxidačním stavu +3. Zejména mřížkové konstanty analogických lanthanu a aktinium sloučeniny se liší pouze o několik procent.

Zde , b a c jsou příhradové konstanty, Ne je číslo prostorová skupina a Z je počet vzorce jednotek na jednotkovou buňku . Hustota se neměří přímo, ale počítáno z mřížkových parametrů.

oxidy

Oxid actinium (Ac 2 O 3 ) mohou být získány zahříváním hydroxidu při 500 ° C, nebo oxalát při 1100 ° C, ve vakuu. Jeho krystalová mřížka je izotypovou s oxidy většiny trojmocnými kovy vzácných zemin.

halogenidy

Actinium boritý může být vyroben buď v roztoku nebo v pevné reakci. Dřívější Reakce se provádí při teplotě místnosti, přidáním kyseliny fluorovodíkové k roztoku, který obsahuje ionty aktinia. V tomto posledně uvedeném způsobu, aktinium kov se nechá reagovat s fluorovodíku par při 700 ° C v nastavení všech platiny. Léčba aktinia boritý s hydroxidem amonným při teplotě 900-1000 ° C výtěžky oxyfluorid AcOF. Vzhledem k tomu, lanthanu oxyfluorid lze snadno získat spalováním lanthanu boritého ve vzduchu při teplotě 800 ° C po dobu jedné hodiny, nebo jiné zpracování aktiniové boritého výnosů bez AcOF a vede pouze k roztavení výchozího produktu.

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

Actinium chlorid se získá reakcí hydroxidu aktinia nebo oxalátu s tetrachlormethanem parami při teplotách nad 960 ° C. Podobně oxyfluorid, aktinium oxychlorid mohou být připraveny hydrolýzou aktinia chloridu s hydroxidem amonným při teplotě 1000 ° C. Nicméně, na rozdíl od oxyfluorid je oxychlorid mohly také být syntetizovány zapálení roztok aktiniové chloridu v kyselině chlorovodíkové s amoniakem .

Reakce bromid hlinitý a oxid aktiniové získá aktinia bromid:

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

a zpracováním s hydroxidem amonným při teplotě 500 ° C má v oxybromidem AcOBr.

Další sloučeniny

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

Míchání dihydrogenfosforečnan sodný (NaH 2 PO 4 ) s roztokem actinium výnosů kyseliny chlorovodíkové bíle zbarvené aktinium fosfát hemihydrátu (ACPO 4 · 0,5H 2 O), a topení aktinium oxalát se sirovodíkem par při teplotě 1400 ° C po dobu několika minut výsledky v černém actinium sulfid Ac 2 s 3 . Může být případně vyrobeny působením se směsí sirovodíku a sirouhlíku na oxidu aktiniové při 1000 ° C.

izotopy

Přirozeně se vyskytující actinium se skládá ze dvou radioaktivních izotopů ; 227
Ac
(z radioaktivního rodiny 235
U
) a 228
Ac
(vnučka 232
Th
). 227
Ac
se rozkládá především jako beta zářič s velmi malou energií, ale v 1.38% případů se vysílá alfa částice , takže mohou být snadno identifikovány pomocí alfa spektrometrií . Třicet šest radioizotopů byly identifikovány, nejstabilnější je 227
Ac
s poločasem rozpadu z 21.772 let, 225
Ac
s poločasem 10,0 dnů a 226
Ac
s poločasem 29.37 hodin. Všechny zbývající radioaktivní izotopy mají half-lives to být méně než 10 hodin a většina z nich mají poločasy kratší než jedna minuta. Nejkratší-žil známý izotop actinium je 217
Ac
(poločas 69 nanosekund), který se rozkládá přes alfu rozpad a elektronového záchytu . Actinium má také dvě známé meta státy . Nejvýznamnější izotopy pro chemii jsou 225 Ac, 227 Ac a 228 Ac.

vyčištěný 227
Ac
přichází do rovnováhy s jeho produkty rozpadu asi po půl roce. To se rozkládá v souladu s jeho 21,772 let poločasem emitující převážně beta (98,62%) a některé částice alfa (1,38%); po sobě následující produkty rozpadu jsou součástí aktiniové řady . Vzhledem k nízké k dispozici, činí, nízkoenergetické svých beta částic (maximální 44,8 keV) a nízké intenzity záření alfa, 227
Ac
je obtížné detekovat přímo její emise, a proto se vysledovat pomocí jeho produktů přeměny. Izotopy rozmezí aktiniové v atomové hmotnosti od 206  u ( 206
Ac
) do 236 u ( 236
Ac
).

Izotop Výroba úpadek Poločas rozpadu
221 Ac 232 Th (d, 9N) → 225 Pa (a) → 221 Ac α 52 ms
222 Ac 232 Th (d, 8N) → 226 Pa (a) → 222 Ac α 5.0 s
223 Ac 232 Th (d, 7N) → 227 Pa (a) → 223 Ac α 2,1 min
224 Ac 232 Th (d, 6n) → 228 Pa (a) → 224 Ac α 2,78 hod
225 Ac 232 Th (n, γ) → 233 Th (P - ) → 233 Pa (P - ) → 233 U (a) → 229 Th (a) → 225 Ra (P - ) → 225 Ac α 10 dní
226 Ac 226 Ra (d, 2n) → 226 Ac α, β -
elektronového záchytu
29.37 hodin
227 Ac 235 U (α) → 231 Th (P - ) → 231 Pa (a) → 227 Ac α, β - 21.77 roky
228 Ac 232 Th (α) → 228 Ra (P - ) → 228 Ac β - 6.15 hodin
229 Ac 228 Ra (n, γ) → 229 Ra (P - ) → 229 Ac β - 62.7 min
230 Ac 232 Th (d, α) → 230 Ac β - 122 s
231 Ac 232 Th (γ, p) → 231 Ac β - 7,5 min
232 Ac 232 Th (n, p) → 232 Ac β - 119 s

Výskyt a syntéza

Uraninit rudy mají zvýšené koncentrace actinium.

Actinium se vyskytuje pouze ve stopovém množství v uranových rud - jedna tuna uranu v rudě obsahuje asi 0,2 mg 227 Ac - a thoriových rud, které obsahují asi 5 nanogramů 228 Ac na jednu tunu thoria. Aktiniové izotop 227 Ac je přechodný členem uranu aktiniové řady rozpadové řetězce , který začíná s mateřským izotopem 235 U (nebo 239 Pu ) a končí na stabilním izotopem olova 207 Pb . Izotop 228 Ac je přechodný členem thoria série rozpadovém řetězci, která začíná s mateřskou izotopem 232 Th a končí se stabilním izotopem olova 208 Pb . Další actinium izotop ( 225 Ac), je přechodně přítomna v neptunium série rozpadovém řetězci , počínaje 237 Np (nebo 233 U ) a konče thallia ( 205 Tl) a téměř stabilní bismutu ( 209 Bi); přestože všechny prvotní 237 Np se rozkládal pryč, je stále produkován neutronových reakcí knock-out na zemní 238 U.

Nízká koncentrace přírodní, a v blízkosti podobnost fyzikálních a chemických vlastností těm, lanthanu a dalších lanthanidů, které jsou vždy bohaté na aktinium nesoucích rud, činí oddělení actinium z rudy nepraktické, a úplné oddělení nebylo nikdy dosaženo. Místo toho, se připraví aktinium, v miligramových množstvích, které neutronovým ozářením 226 Ra v jaderném reaktoru .

Výtěžek reakce je asi 2% hmotnosti radia. 227 Ac může dále zachycení neutronů vzniklých v malých množstvích 228 Ac. Po syntéze, aktinium je oddělena od radia a z produktů rozkladu a jadernou fúzi, jako je thorium, polonium, olovo a vizmut. Extrakce se může provádět s thenoyltrifluoroacetone- benzenového roztoku z vodného roztoku produktů záření, a selektivita na určitý prvek se dosáhne úpravou pH (na asi 6,0 za actinium). Alternativní postup je anexová s vhodnou pryskyřicí v kyselině dusičné , což může vést v separační faktor 1,000,000 pro radia a aktinia vs. thoria ve dvoustupňovém procesu. Actinium pak může být oddělen od radia, s poměrem asi 100, s použitím nízké síťující kationtové iontoměničové pryskyřice a kyseliny dusičné, jako elučního činidla .

225 Ac byl nejprve produkován uměle v Institutu pro transurany (ITU) v Německu pomocí cyklotron a na St George Hospital v Sydney pomocí LINAC v roce 2000. Tento vzácný izotop má potenciální aplikace v radiační terapií a nejúčinněji vyrábí tím, že bombarduje radium-226 cílová 20-30 MeV deuteria ionty. Tato reakce také dává 226 Ac, která však rozkládá s poločasem 29 hodin, a není tedy kontaminovat 225 Ac.

Actinium kov byl připraven redukcí aktinia fluoridu lithia páry ve vakuu při teplotě mezi 1100 a 1300 ° C. Vyšší teploty vedlo k odpaření produktu a snížených vést k neúplné transformaci. Lithium byl vybrán mimo jiné alkalické kovy , protože jeho fluorid je velmi nestabilní.

Aplikace

Vzhledem ke své vzácnosti, vysoká cena a radioaktivitou, actinium současnosti nemá významný průmyslové využití. 227 Ac je vysoce radioaktivní a byl proto studován pro použití jako aktivní prvek radioizotopové termoelektrické generátory , například v kosmické lodi. Oxid 227 Ac lisované s beryllium je také efektivní zdroj neutronů s aktivitou vyšší, než je standardní americium-berylia a radia a berylia párů. Ve všech těchto aplikacích, 227 Ac (zdroj beta) je pouze předek, který generuje izotopy alfa-emitující při jejím rozpadu. Beryllium zachycuje částice alfa a vysílá neutrony vzhledem ke svému velkému průřezu pro (α, n) jaderné reakce:

K 227 AcBe neutronové zdroje mohou být použity v neutronové sondy - standardní zařízení pro měření množství vody přítomné v půdě, stejně jako vlhkosti / hustota pro kontrolu kvality v dopravních staveb. Takové sondy jsou také používány v dobře záznamníky, v neutronové radiografii , tomografie a další radiochemických vyšetřování.

Chemická struktura DOTA nosiče pro 225 Ac v radiační terapii.

225 Ac je aplikován v lékařství k výrobě 213 Bi v opakovaně použitelné generátoru, nebo mohou být použity samostatně jako prostředek pro radiační terapii , zejména cílené alfa terapie (TAT). Tento izotop má poločas 10 dnů, že je mnohem vhodnější pro radiační terapii, než 213 Bi (poločas rozpadu 46 minut). Nejen 225 sám zk, ale také jeho dcer, vyzařují alfa částice, které zabíjejí rakovinné buňky v těle. Hlavním problémem při použití 225 Ac bylo, že intravenózní injekce jednoduchých aktiniové komplexů vedla k jejich akumulaci v kostech a v játrech po dobu několika desítek let. Výsledkem je, že poté, co se rakovinné buňky rychle zabiti alfa částic z 225 Ac, záření z aktiniové a jeho dcer může vyvolat nových mutací. Pro vyřešení tohoto problému, 225 Ac byl vázán na chelatační činidla, jako je například citrát , kyselina ethylendiamintetraoctová (EDTA) nebo kyselinu diethylentriaminpentaoctovou (DTPA). Tato snížená akumulace aktinia v kostech, ale vylučování z těla i nadále pomalé. Mnohem lepší výsledky byly získány s těmito chelatačními činidly jako HEHA ( 1,4,7,10,13,16-hexaazacyclohexadecane-N, N ', N ", N' '', N '' '', N '' '" - kyselina hexaacetic ) nebo DOTA ( kyseliny 1,4,7,10-tetraazacyklododekan-1,4,7,10-tetraoctové ), spojený s trastuzumab , a monoklonální protilátky , která interferuje s HER2 / neu receptoru . Ten dodání kombinace byla testována na myších a ukázala jako účinná proti leukémie , lymfomu , prsu , vaječníků , neuroblastomu a rakoviny prostaty .

Médium poločas 227 Ac (21,77 let) je velmi pohodlné radioaktivní izotop v modelování pomalé vertikální míšení oceánských vod. S tím spojené procesy nemohou být studovány s požadovanou přesností přímým měřením aktuálních rychlostí (řádově 50 metrů za rok). Nicméně, vyhodnocení koncentrace hloubky profilů pro různé izotopy umožňuje odhad směšovací ceny. Fyzika za této metody je následující: oceánské vody obsahují homogenně dispergované 235 U. Jeho úpadek produkt, 231 Pa, postupně se vysráží na dno, tak, aby koncentrace nejprve stoupá s hloubkou a pak zůstává téměř konstantní. 231 Pa se rozkládá na 227 Ac; Nicméně, koncentrace druhého izotopu nesleduje 231 Pa hloubkový profil, ale místo toho se zvyšuje směrem ke spodní moře. K tomu dochází proto, že z míchacích procesů, které vyvolávají nějaké další 227 Ac z mořského dna. Tak analýza jak 231 Pa a 227 hloubkových Ac profilů umožňuje vědci modelovat chování míchání.

Tam jsou teoretické předpovědi, že AcH x hydridy (v tomto případě s velmi vysokým tlakem) se kandidát na blízké pokojové teplotě supravodiče , protože mají T c výrazně vyšší, než H3S, případně u 250 K.

Opatření

227 Ac je vysoce radioaktivní a experimenty s ní se provádí ve speciálně navrženém laboratoři vybavené pevně rukávového boxu . Je-li actinium chloridu podává intravenózně krysám, asi 33% z actinium je uložen do kostí a 50% do jater. Jeho toxicita je srovnatelná, ale o něco nižší, než je americium a plutonia. Stopových množstvích, digestoře s dobrou provzdušňovací dostačující; na gram množstvích, horké buňky s stínění z intenzivního gama záření emitovaného 227 Ac jsou nezbytné.

viz též

Reference

Bibliografie

externí odkazy