close
Siirry sisältöön

Aktinium

Muokkaa linkkejä
Wikipediasta
radium ← aktinium → torium
La
↑
Ac
↓
  
 
 
BERJAYA
Yleistä
Nimiaktinium
TunnusAc
Järjestysluku89
Luokkaaktinoidit
Lohkof-lohko
Ryhmä3
Jakso7
Tiheys10,07 · 103 kg/m3
Löytövuosi, löytäjä1899, 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
Kiderakennepintakeskinen kuutiollinen (face centered cubic, FCC)
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuotokiinteä
Sulamispiste1 500 (arvioitu) K (1 227 °C)
Kiehumispiste3 473 ± 300 (arvioitu) K (3 200 ± 300 °C)
Höyrystymislämpö400 kJ/mol
Sulamislämpö14 kJ/mol
Muuta
Elektronegatiivisuus1,1 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti0,120 kJ/(kg K)
Lämmönjohtavuus12 W/(m·K)
CAS-numero7440-34-8
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa
BERJAYA
Aktiniumnäyte hohtamassa sinistä valoa.

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 nimi, 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 harvinaisten maametallien +3 hapetusluvun oksideilla.[7]

Halidit

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aktiniumin 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]

IsotooppiPuoliintumisaikaHajoamistyyppi
205Ac80 ± 60 msα
206Ac25 msα
206mAc41 ± 16 msα
207Ac31 msα
208Ac97 msα
208mAc2 ms?
209Ac94 msα
210Ac350 msα
211Ac213 msα
212Ac895 msα
213Ac738 msα
214Ac8,2 sα (> 89 ± 3 %), β+ (< 11 ± 3 %)
215Ac170 msα
215mAc185 nsIT
215nAc335 nsIT
216Ac440 µsα
216mAc441 µsα
217Ac69 nsα
217mAc740 nsα (4,3 %) IT (95,7 %)
218Ac1,00 µsα
218mAc32 ns
218nAc103 nsIT
  
IsotooppiPuoliintumisaikaHajoamistyyppi
219Ac11,8 µsα
220Ac26,36 msα
221Ac52 msα
222Ac5,0 sα (99 %), β+ (1 %)
222mAc1,05 minα (? %), IT (< 10 %), β+ (1,4 ± 0,4 %)
223Ac2,10 minα
224Ac2,78 tuntiaα
225Ac9,920 päivääα
226Ac29,37 tuntiaα (0,006 %), β− (83 %), EC (17 %)
227Ac21,772 vα (1,38 %), β− (98,62 %)
228Ac6,15 tuntiaβ−
229Ac62,7 minβ−
230Ac122 sβ−
231Ac7,5 minβ−
232Ac1,98 minβ−
233Ac145 sβ−
234Ac45 sβ−
235Ac62 sβ−
236Ac4,5 ± 3,6 minβ−

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 eli 14 kg. 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]

Terveysvaikutukset

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vaikka isotooppi 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 vaarallista 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, L. R.: ”luku 2”, Actinium, s. 18–50. (Teoksessa: Morss, L. R. ym. (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]
  1. ↑ Muitakin arvioita sulamispisteelle, kuten 1 050 ± 50 °C ja 1 430 °C, on esitetty kirjallisuudessa.[4]

Viitteet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
  1. 1 2 3 Hamilo, M.: Aktinideja yhdistää radioaktiivisuus 8.11.2005. Helsingin Sanomat (alkuainesarjan artikkeli aktiniumista). Arkistoitu Viitattu 10.11.2018.
  2. 1 2 3 Audi, G. ym.: 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. Arkistoitu 9.8.2021. (englanniksi)
  3. 1 2 3 Actinium Encyclopædia Britannica Online. Viitattu 10.11.2018. (englanniksi)
  4. 1 2 Kirby ym., s. 34
  5. ↑ Facta 2001, s. 243
  6. 1 2 Perry, Dale L.: Handbook of Inorganic Compounds, s. 2. (2. painos) CRC Press, 2016. ISBN 9781439814628 Kirja Googlen teoshaussa Viitattu 9.11.2018. (englanniksi)
  7. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Sherman, F., Hagemann, F. & 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)
  8. 1 2 3 Farr, J.; Giorgi, A. L.; Bowman, M. G. & Money, R. K.: The crystal structure of actinium metal and actinium hydride. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1961, 18. vsk, s. 42–47. doi:10.1016/0022-1902(61)80369-2 (englanniksi)
  9. 1 2 Zachariasen, W. H.: Crystal chemical studies of the 5f-series of elements. XII. New compounds representing known structure types. Acta Crystallographica, 1949, 2. vsk, nro 6, s. 388–390. doi:10.1107/S0365110X49001016 (englanniksi)
  10. ↑ Zachariasen, W. H.: Crystal chemical studies of the 5f-series of elements. VI. The Ce2S3-Ce3S4 type of structure. Acta Crystallographica, 1949, 2. vsk, s. 57–60. doi:10.1107/S0365110X49000126 Artikkelin verkkoversio. (pdf) (englanniksi)
  11. 1 2 Zachariasen, W. H.: Crystal chemical studies of the 5f-series of elements. I. New structure types. Acta Crystallographica, 1948, 1. vsk, nro 5, s. 265–268. doi:10.1107/S0365110X48000703 (englanniksi)
  12. ↑ 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)
  13. 1 2 3 Kirby ym., s. 36
  14. ↑ 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)
  15. ↑ Kirby ym., s. 22–23
  16. ↑ Kirby ym., s. 26–27
  17. ↑ 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)
  18. 1 2 Kirby ym., s. 43–44
  19. 1 2 Emsley, J.: Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, s. 19–20. Oxford University Press, 2001. ISBN 0198503407 Kirja Googlen teoshaussa. (englanniksi)
  20. 1 2 Kirby ym., s. 18–19

Aiheesta muualla

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Noudettu kohteesta ”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Aktinium&oldid=23882210”