Što su aktinidi?

Aktinidi su skupni naziv koji se daje elementima 90-103 u periodnom sustavu, a obuhvaća torij, protaktinij, uran, neptunij, plutonij, americij, kurij, berkelij, kalifornij, einsteinij, fermij, mendelevij, nobelij i lavrencij. Element aktinij, atomski broj 89, po kojem je skupina dobila ime, nije — strogo govoreći — sam po sebi jedan od aktinida, ali se često uključuje s njima. Kao i kod svih elemenata težih od olova, niti jedan iz serije aktinida nema stabilne izotope i stoga su svi radioaktivni, općenito prolazeći alfa raspadom na druge elemente. Uran i torij se javljaju u prirodi, zajedno s tragovima aktinija, protaktinija, plutonija i neptunija. Preostali elementi nikada nisu opaženi u prirodi, već su proizvedeni u iznimno malim količinama u akceleratorima čestica.

Uran i torij imaju dug poluživot i prisutni su u Zemlji u značajnim količinama od njenog nastanka. Smatra se da je veliki dio topline u Zemljinoj jezgri, koja pokreće tektoniku ploča i vulkanizam, posljedica radioaktivnog raspada ovih elemenata. Izotop plutonija-244 ima relativno dugo vrijeme poluraspada i tragovi Zemljinog izvornog plutonija još uvijek prežive; međutim, većina plutonija u okolišu dolazi iz nuklearnih reaktora i testova nuklearnog oružja. Aktinij, protaktinij i neptunij koji se pojavljuju u prirodi imaju mnogo kraći poluživot, tako da bi se sve količine ovih elemenata koje su bile prisutne u trenutku nastanka Zemlje odavno raspale na druge elemente. Aktinij, protaktinij i neptunij nastaju nuklearnim procesima povezanim s raspadom izotopa urana.

Poput lantanidnih elemenata, aktinidi zauzimaju zaseban blok od glavnog periodnog sustava, kako se to obično prikazuje, zbog svoje elektronske konfiguracije. U oba ova bloka, najudaljenija elektronska podljuska bila je zauzeta prije prethodne podljuske, zbog toga što potonja ima višu razinu energije, a broj elektrona u ovoj podljusci je ono što razlikuje elemente jedan od drugog. Za lantanoide je važna podljuska 4f, a za aktinide podljuska 5f. Ovi elementi su također poznati kao elementi f-bloka. Najudaljenija podljuska ista je za sve elemente unutar svakog bloka, osim za Lawrencium, koji se od prethodnog elementa ne razlikuje po 5f podljusci, već po tome što ima dodatnu 7p podljusku koja sadrži jedan elektron.

Kemijom aktinida upravlja činjenica da valentni elektroni, koji se mogu vezati s drugim atomima, nisu ograničeni na najudaljeniju podljusku, dajući promjenjiv broj oksidacijskih stanja među tim elementima. Na primjer, plutonij može imati oksidacijska stanja od +3 do +7. Svi elementi su kemijski reaktivni i brzo oksidiraju na zraku, postajući obloženi slojem oksida. Reaktivnost raste s atomskom težinom unutar skupine; međutim, istraživanje kemijskih svojstava nekih od težih članova teško je zbog njihove intenzivne radioaktivnosti i vrlo kratkog poluraspada.

Dugovječni izotopi aktinida našli su razne namjene. Torij se koristi od kasnog 19. stoljeća u proizvodnji plinskih plašta. Sposobnost nekih izotopa urana i plutonija da se podvrgnu nuklearnoj fisiji dovela je do njihove upotrebe u nuklearnim reaktorima i nuklearnom oružju, a plutonij se također koristio kao dugotrajni izvor energije za svemirske sonde. Americij se koristi u detektorima dima.