Họ Actini

Các actinide / æ k t ɪ n aɪ d / hoặc actinoid / æ k t ɪ n ɔɪ d / (IUPAC danh pháp) loạt bao gồm 15 kim nguyên tố hóa học với số nguyên tử 89-103, actini qua lawrenci.^{[1] [2] [3] [4]}

Nói một cách chính xác, cả Actinium và lawrencium đều được dán nhãn là các yếu tố nhóm 3, nhưng cả hai yếu tố này thường được đưa vào bất kỳ cuộc thảo luận chung nào về hóa học của các yếu tố Actinide. Actinium thường bị bỏ qua hơn cả hai, bởi vì vị trí của nó như là một yếu tố nhóm 3 có phần phổ biến hơn trong các văn bản và vì lý do ngữ nghĩa: vì "Actinide" có nghĩa là "giống như Actinium", người ta đã lập luận rằng Actinium không thể là một loại Actinide, nhưng IUPAC thừa nhận sự bao gồm của nó dựa trên việc sử dụng phổ biến. ^[5]

Sê-ri Actinide lấy tên từ yếu tố đầu tiên trong sê-ri, Actinium. Ký hiệu hóa học không chính thức An được sử dụng trong các cuộc thảo luận chung về hóa học Actinide để chỉ bất kỳ loại Actinide nào. Tất cả, ngoại trừ một trong những loại thuốc tím là các nguyên tố khối f, ngoại trừ là Actinium hoặc lawrencium. Sê-ri chủ yếu tương ứng với việc lấp đầy lớp vỏ điện tử 5f, mặc dù Actinium và thorium không có bất kỳ electron 5f nào, và curium và lawrencium có cùng số với nguyên tố trước. So với các lanthanide, cũng chủ yếu là các nguyên tố khối f, các actinide cho thấy hóa trị thay đổi nhiều hơn nhiều. Chúng đều có nguyên tử rất lớn vàbán kính ion và thể hiện một loạt các tính chất vật lý lớn bất thường. Trong khi Actinium và Actinide muộn (từ Mỹ trở đi) hoạt động tương tự như lanthanide, các nguyên tố thorium, protactinium và uranium giống với các kim loại chuyển tiếp trong hóa học của chúng, với neptunium và plutonium chiếm vị trí trung gian.

Tất cả các loại thuốc tím đều là chất phóng xạ và giải phóng năng lượng khi phân rã phóng xạ; uranium và thorium xuất hiện tự nhiên, và plutonium được sản xuất tổng hợp là những Actinide có nhiều nhất trên Trái đất. Chúng được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân và vũ khí hạt nhân. Uranium và thorium cũng có cách sử dụng hiện tại hoặc lịch sử đa dạng, và American được sử dụng trong các buồng ion hóa của hầu hết các máy dò khói hiện đại.

Trong số các Actinide, thorium nguyên thủy và uranium xảy ra tự nhiên với số lượng đáng kể. Sự phân rã phóng xạ của urani tạo ra một lượng Actinium và protactin thoáng qua, và các nguyên tử của neptunium và plutonium đôi khi được tạo ra từ các phản ứng chuyển hóa trong quặng urani. Các Actinide khác là các yếu tố hoàn toàn tổng hợp. ^{[1] [6]} Các thử nghiệm vũ khí hạt nhân đã phóng thích ít nhất sáu loại actinide nặng hơn plutoni vào môi trường; phân tích các mảnh vỡ từ một quả bom hydro năm 1952vụ nổ cho thấy sự hiện diện của mỹ, curium, berkelium, californiaium, einsteinium và fermium. ^[7]

Trong các bài thuyết trình của bảng tuần hoàn, lanthanides và actinide thường được hiển thị dưới dạng hai hàng bổ sung bên dưới thân chính của bảng, ^[1] với các phần giữ chỗ hoặc một phần tử được chọn khác của mỗi chuỗi (lanthanum hoặc lutetium, và cả Actinium hoặc lawrencium, tương ứng) được hiển thị trong một ô duy nhất của bảng chính, giữa barium và hafnium, và radium và rutherfordium, tương ứng. Quy ước này hoàn toàn là vấn đề thẩm mỹvà định dạng thực tiễn; một bảng tuần hoàn có định dạng rộng hiếm khi được sử dụng sẽ chèn chuỗi lanthanide và actinide vào vị trí thích hợp của chúng, như là một phần của hàng thứ sáu và thứ bảy của bảng.

Khám phá, cô lập và tổng hợp

Tổng hợp các nguyên tố transuranium

Element	Năm	Method
Neptunium	1940	Bombarding 238U by neutrons
Plutonium	1941	Bombarding 238U by deuterons
Americium	1944	Bombarding 239Pu by neutrons
Curium	1944	Bombarding 239Pu by α-particles
Berkelium	1949	Bombarding 241Am by α-particles
Californium	1950	Bombarding 242Cm by α-particles
Einsteinium	1952	As a product of nuclear explosion
Fermium	1952	As a product of nuclear explosion
Mendelevium	1955	Bombarding 253Es by α-particles
Nobelium	1965	Bombarding 243Am by 15N or 238U with 22Ne
Lawrencium	1961 –1971	Bombarding 252Cf by 10B or 11B and of 243Am with 18O

Giống như lanthanides, các actinide tạo thành một họ các nguyên tố có tính chất tương tự. Trong actinides, có hai nhóm chồng chéo: yếu tố transuranium, mà theo uranium trong bảng tuần hoàn -Và transplutonium yếu tố, mà theo plutonium. So với lanthanides, (ngoại trừ promethium) được tìm thấy trong tự nhiên với số lượng đáng kể, hầu hết các loại thuốc tím là rất hiếm. Phần lớn trong số chúng thậm chí không xảy ra trong tự nhiên, và trong số đó, chỉ có thorium và uranium làm như vậy với số lượng nhiều hơn số lượng. Các Actinide phong phú nhất hoặc dễ tổng hợp nhất là uranium và thorium, tiếp theo là plutonium, Americaium, Actinium, protactinium, neptunium và curium. ^[10]

Sự tồn tại của các nguyên tố transuranium được Enrico Fermi đề xuất dựa trên các thí nghiệm của ông vào năm 1934. ^{[11] [12]} Tuy nhiên, mặc dù có bốn loại actinide được biết đến vào thời điểm đó, nhưng vẫn chưa hiểu rằng họ đã tạo thành một gia đình tương tự như lanthanide. Quan điểm phổ biến đã chi phối nghiên cứu ban đầu về siêu âm là chúng là các nguyên tố thường xuyên trong giai đoạn 7, với thorium, protactinium và uranium tương ứng với hafnium, tantalum và vonfram thời kỳ 6, tương ứng. Tổng hợp các siêu âm dần dần làm suy yếu quan điểm này. Đến năm 1944, một quan sát cho thấy curium đã không thể hiện các trạng thái oxy hóa trên 4 (trong khi đó là tương đồng thời kỳ thứ sáu của nó, bạch kim, có thể đạt đến trạng thái oxy hóa 6) đã thúc đẩy Glenn Seaborg xây dựng một cái gọi là "giả thuyết Actinide". Các nghiên cứu về các loại thuốc tím và khám phá về các yếu tố chuyển tiếp được cung cấp thêm dữ liệu ủng hộ quan điểm này, nhưng cụm từ "giả thuyết Actinide" (hàm ý rằng "giả thuyết" là thứ chưa được chứng minh quyết định) vẫn được sử dụng tích cực bởi các nhà khoa học đến cuối những năm 1950. ^{[13] [14]}

Hiện nay, có hai phương pháp chính tạo ra các đồng vị của các nguyên tố transplutonium: (1) chiếu xạ các nguyên tố nhẹ hơn bằng neutronhoặc (2) các hạt tích điện gia tốc. Phương pháp đầu tiên là quan trọng nhất đối với các ứng dụng, vì chỉ chiếu xạ neutron bằng lò phản ứng hạt nhân mới cho phép sản xuất một lượng lớn các loại actinide tổng hợp; tuy nhiên, nó bị giới hạn ở các yếu tố tương đối nhẹ. Ưu điểm của phương pháp thứ hai là các nguyên tố nặng hơn plutoni, cũng như các đồng vị thiếu neutron, có thể thu được, không được hình thành trong quá trình chiếu xạ neutron. ^[15]

Vào năm 1962, 19191919, Hoa Kỳ đã cố gắng sản xuất các đồng vị transplutonium bằng cách sử dụng một loạt sáu vụ nổ hạt nhân dưới lòng đất. Mẫu nhỏ của đá được trích xuất từ khu vực vụ nổ ngay lập tức sau khi thử nghiệm để nghiên cứu các sản phẩm nổ, nhưng không có đồng vị với số khối lượng lớn hơn 257 có thể được phát hiện, mặc dù dự đoán rằng đồng vị như vậy sẽ có tương đối dài chu kỳ bán rãcủa α-phân rã. Sự không quan sát này được quy cho sự phân hạch tự phát do tốc độ lớn của sản phẩm và các kênh phân rã khác, như phát xạ neutron và phân hạch hạt nhân. ^[16]

Từ actinium đến uranium

Enrico Fermi đề xuất sự tồn tại của các nguyên tố transuranium vào năm 1934.

Uranium và thorium là những Actinide đầu tiên được phát hiện. Uranium được xác định vào năm 1789 bởi nhà hóa học người Đức Martin Heinrich Klaproth trong quặng pitchblende. Ông đặt tên nó theo hành tinh Thiên vương tinh, ^[6] đã được phát hiện chỉ tám năm trước đó. Klaproth đã có thể kết tủa một hợp chất màu vàng (có khả năng là natri diururat) bằng cách hòa tan pitchblende trong axit nitric và trung hòa dung dịch bằng natri hydroxit. Sau đó, anh ta giảm bột màu vàng thu được bằng than củi và chiết xuất một chất màu đen mà anh ta nhầm với kim loại. ^[17] Chỉ 60 năm sau, nhà khoa học người PhápEugène-Melchior Péligot xác định nó là oxit urani. Ông cũng đã phân lập mẫu kim loại urani đầu tiên bằng cách đun nóng urani tetraclorua bằng kali kim loại. ^[18] Các khối lượng nguyên tử uranium sau đó đã được tính như 120, nhưng Dmitri Mendeleev năm 1872 điều chỉnh nó để 240 sử dụng luật tuần hoàn của mình. Giá trị này đã được xác nhận bằng thực nghiệm vào năm 1882 bởi K. Zimmerman. ^{[19] [20]}

Ôxít Thorium được phát hiện bởi Friedrich Wöhler trong khoáng vật Thorianite, được tìm thấy ở Na Uy (1827). ^[21] Jöns Jacob Berzelius đã mô tả vật liệu này chi tiết hơn vào năm 1828. Bằng cách khử thorium tetrachloride bằng kali, ông đã phân lập kim loại và đặt tên nó là thorium theo thần sấm sét và sét Thor. ^{[22] [23]} Phương pháp cách ly tương tự sau đó được Péligot sử dụng cho uranium. ^[6]

Actinium được phát hiện vào năm 1899 bởi André-Louis Debierne, một trợ lý của Marie Curie, trong chất thải pitchblende còn lại sau khi loại bỏ radium và polonium. Ông mô tả chất này (vào năm 1899) tương tự như titan ^[24] và (năm 1900) tương tự như thorium. ^[25] Tuy nhiên, việc phát hiện ra Actinium của Debierne đã bị nghi ngờ vào năm 1971 ^[26] và 2000, ^[27] cho rằng các ấn phẩm của Debierne năm 1904 đã mâu thuẫn với tác phẩm trước đó của ông vào năm 1899. Quan điểm này thay vào đó ghi nhận công trình năm 1902 của Friedrich Oskar G Diesel, người đã phát hiện ra một nguyên tố phóng xạ có tên là emaniumhành vi tương tự như lanthanum. Tên Actinium xuất phát từ tiếng Hy Lạp aktis, aktinos (ακτίς, aκτίκτίςς), có nghĩa là chùm hoặc tia. Kim loại này được phát hiện không phải bởi bức xạ của chính nó mà bởi bức xạ của các sản phẩm con gái. ^{[28] [29]} Do sự tương đồng gần gũi của Actinium và lanthanum và độ phong phú thấp, Actinium tinh khiết chỉ có thể được sản xuất vào năm 1950. Thuật ngữ Actinide có thể được Victor Goldschmidt giới thiệu vào năm 1937. ^{[30] [31]}

Protactinium có thể được phân lập vào năm 1900 bởi William Crookes. ^[32] Nó được xác định lần đầu tiên vào năm 1913, khi Kasimir Fajans và Oswald Helmuth Göhring gặp phải đồng vị tồn tại ngắn ^234m Pa (thời gian bán hủy 1,17 phút) trong quá trình nghiên cứu về sự phân rã ²³⁸ U. Họ đặt tên cho nguyên tố mới là brevium (từ tiếng Latin brevis có nghĩa ngắn gọn); ^{[33] [34]} tên được đổi thành protoactinium (từ tiếng Hy Lạp πρῶτotta + có nghĩa là "nguyên tố chùm tia đầu tiên") vào năm 1918 khi hai nhóm các nhà khoa học, dẫn đầu là người Áo Lise Meitner và Otto Hahncủa Đức và Frederick Soddy và John Cranston của Vương quốc Anh, đã phát hiện ra một cách độc lập ²³¹ Pa. Cuộc sống được rút ngắn thành protactinium vào năm 1949. Yếu tố này ít được đặc trưng cho đến năm 1960, khi AG Maddock và đồng nghiệp ở Anh cô lập 130 gram protactinium từ 60 tấn chất thải còn lại sau khi khai thác uranium từ quặng của nó. ^[35]

Sao Hải Vương trở lên

Sao Hải Vương (được đặt tên theo hành tinh Sao Hải Vương, hành tinh tiếp theo từ Thiên vương tinh, sau đó uranium được đặt tên) được phát hiện bởi Edwin McMillan và Philip H. Abelson vào năm 1940 tạiBerkeley, California. ^[36] Họ đã tạo ra đồng vị ²³⁹ Np (chu kỳ bán rã = 2,4 ngày) bằng cách bắn phá uranium bằng neutron chậm. ^[35] Đây là nguyên tố transuranium đầu tiên được sản xuất tổng hợp. ^[37]

Các nguyên tố transuranium không xảy ra với số lượng lớn trong tự nhiên và thường được tổng hợp thông qua các phản ứng hạt nhân được thực hiện với các lò phản ứng hạt nhân. Ví dụ, dưới sự chiếu xạ với neutron của lò phản ứng, uranium-238 chuyển đổi một phần thành plutoni-239:

${\ce {{^{238}_{92}U}+{}_{0}^{1}n->{}_{92}^{239}U->[\beta ^{-}][23.5\ {\ce {min}}]{}_{93}^{239}Np->[\beta ^{-}][2.3\ {\ce {days}}]{}_{94}^{239}Pu}}\left({\ce {->[\alpha ][2.4\cdot 10^{4}\ {\ce {years}}]}}\right){\ce {^{235}_{92}U}}$

Glenn T. Seaborg và nhóm của ông tại Đại học California tại Berkeley đãtổng hợp Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No và nguyên tố 106, sau này được đặt tên là seaborgium để vinh danh ông khi còn sống. Họ cũng tổng hợp hơn một trăm đồng vị actinide.

Phản ứng tổng hợp này đã được Fermi và các cộng sự của ông sử dụng trong thiết kế lò phản ứng đặt tại Khu Hanford, nơi sản xuất một lượng lớn plutonium-239 cho vũ khí hạt nhân của Dự án Manhattan và kho vũ khí hạt nhân sau chiến tranh của Hoa Kỳ. ^[38]

Actinide với số lượng lớn nhất được tổng hợp bằng cách bắn phá uranium, plutonium, curium và californiaium bằng các ion nitơ, oxy, carbon, neon hoặc boron trong máy gia tốc hạt. Vì vậy, nobelium được sản xuất bằng cách bắn phá uranium-238 bằng neon-22 như

${\ce {_{92}^{238}U + _{10}^{22}Ne -> _{102}^{256}No + 4_0^1n}}$.

Các đồng vị đầu tiên của các nguyên tố transplutonium, Mỹ -241 và curium-242, được tổng hợp vào năm 1944 bởi Glenn T. Seaborg, Ralph A. James và Albert Ghiorso. ^[39] Curium-242 thu được bằng cách bắn phá plutoni-239 bằng các hạt α 32-MeV

${\ce {_{94}^{239}Pu + _2^4He -> _{96}^{242}Cm + _0^1n}}$.

Đồng vị Mỹ-241 và curium-242 cũng được sản xuất bằng cách chiếu xạ plutoni trong lò phản ứng hạt nhân. Nguyên tố thứ hai được đặt theo tên của Marie Curie và chồng của cô, Pierre, người được chú ý vì đã phát hiện ra radium và cho công việc của họ trong phóng xạ. ^[40]

Ném bom curium-242 bằng các hạt α dẫn đến một đồng vị của californiaium ²⁴⁵ Cf (1950), và một quy trình tương tự mang lại vào năm 1949 berkelium-243 từ Mỹ-241. ^[41] Các yếu tố mới đã được đặt theo tên của Berkeley, California, bằng cách tương tự với nó nhóm Lantan tương đồng terbi, được đặt theo tên của làng Ytterby ở Thụy Điển. ^[42]

Năm 1945, BB Castyham đã thu được hợp chất hóa học số lượng lớn đầu tiên của một nguyên tố transplutonium, cụ thể là Mỹ hydroxit. ^[43] Trong ba đến bốn năm tiếp theo, một lượng milligram lượng Mỹ và microgam curium đã được tích lũy cho phép sản xuất các đồng vị của berkelium (Thomson, 1949) ^{[44] [45]} và californiaium (Thomson, 1950). ^{[46] [47] [48]} Số lượng lớn các nguyên tố này chỉ được sản xuất vào năm 1958 (Burris B. Cickyham và Stanley G. Thomson), ^[49] và hợp chất californiaium đầu tiên (0,3 Muffg CfOCl) chỉ thu được vào năm 1960 bởi BB Castyham và JC Wallmann. ^[50]

Einsteinium và fermium đã được xác định vào năm 1952 Mạnh1953 trong vụ nổ từ vụ thử hạt nhân " Ivy Mike " (ngày 1 tháng 11 năm 1952), thử nghiệm thành công đầu tiên của bom hydro. Sự tiếp xúc tức thời của uranium-238 với dòng neutron lớn do vụ nổ tạo ra các đồng vị nặng của uranium, bao gồm uranium-253 và uranium-255, và dec-decay của chúng tạo ra einsteinium-253 và fermium-255. Việc phát hiện ra các nguyên tố mới và dữ liệu mới về việc bắt neutron ban đầu được giữ bí mật theo lệnh của quân đội Mỹ cho đến năm 1955 do căng thẳng trong Chiến tranh Lạnh. ^{[7] [51]}Tuy nhiên, nhóm Berkeley đã có thể điều chế einsteinium và fermium bằng phương pháp dân sự, thông qua vụ bắn phá neutron plutonium-239, và công bố công trình này vào năm 1954 với tuyên bố từ chối trách nhiệm rằng đây không phải là nghiên cứu đầu tiên được thực hiện trên các nguyên tố. ^{[52] [53]} Các nghiên cứu "Ivy Mike" đã được giải mật và xuất bản vào năm 1955. ^[51] Số lượng einsteinium (chương trình con) đáng kể đầu tiên được sản xuất vào năm 1961 bởi Cickyham và các đồng nghiệp, nhưng điều này chưa được thực hiện cho fermium. ^[54]

Đồng vị đầu tiên của mendelevium, ²⁵⁶ Md (chu kỳ bán rã 87 phút), được tổng hợp bởi Albert Ghiorso, Glenn T. Seaborg, Gregory R. Choppin, Bernard G. Harvey và Stanley G. Thompson khi chúng bắn phá mục tiêu ²⁵³ Es bằng alpha các hạt trong cyclotron 60 inch của Phòng thí nghiệm bức xạ Berkeley; đây là đồng vị đầu tiên của bất kỳ nguyên tố nào được tổng hợp một nguyên tử tại một thời điểm. ^[55]

Có một số nỗ lực để có được các đồng vị nobelium của các nhóm Thụy Điển (1957) và Mỹ (1958), nhưng kết quả đáng tin cậy đầu tiên là sự tổng hợp ²⁵⁶ No của nhóm Nga (Georgy Flyorov và cộng sự) vào năm 1965, như đã được thừa nhận bởi IUPAC vào năm 1992. Trong các thí nghiệm của họ, Flyorov et al. bắn phá uranium-238 bằng neon-22. ^{[số 8]}

Năm 1961, Ghiorso et al. thu được đồng vị đầu tiên của lawrencium bằng cách chiếu xạ californiaium (chủ yếu là californiaium-252) với các ion boron-10 và boron-11. ^[8] Số lượng lớn của đồng vị này không được thiết lập rõ ràng (có thể là 258 hoặc 259) tại thời điểm đó. Năm 1965, ²⁵⁶ Lr được tổng hợp bởi Flyorov et al. từ ²⁴³ Am và ¹⁸ O. Do đó, IUPAC đã công nhận các nhóm vật lý hạt nhân tại Dubna và Berkeley là những người đồng phát hiện ra lawrencium.BaBa mươi mốt đồng vị của Actinium và tám trạng thái đồng phân kích thích của một số hạt nhân của nó đã được xác định vào năm 2010 ^[56] Ba đồng vị, ²²⁵ Ac, ²²⁷ Ac và ²²⁸ Ac, được tìm thấy trong tự nhiên và các chất khác được tạo ra trong phòng thí nghiệm; chỉ có ba đồng vị tự nhiên được sử dụng trong các ứng dụng. Actinium-225 là một thành viên của loạt neptunium phóng xạ; ^[60] nó được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1947 dưới dạng sản phẩm phân rã của uranium-233, nó là một bộ phát α với chu kỳ bán rã là 10 ngày. Actinium-225 ít khả dụng hơn Actinium-228, nhưng hứa hẹn hơn trong các ứng dụng radiotracer. ^[29] Actinium-227 (chu kỳ bán rã 21,77 năm) xảy ra ở tất cả các quặng urani, nhưng với số lượng nhỏ. Một gram urani (ở trạng thái cân bằng phóng xạ) chỉ chứa 2 × 10 ^{- 10} gram ²²⁷ Ac. ^{[29] [56]} Actinium-228 là thành viên của loạt thorium phóng xạ được hình thành từ sự phân rã của ²²⁸ Ra; ^[60] nó là một em ^- emitter có chu kỳ bán rã là 6,15 giờ. Trong một tấn thorium có 5 × 10 ^{- 8}gam ²²⁸ Ac. Nó được Otto Hahn phát hiện vào năm 1906. ^[29]Ba mươi mốt đồng vị của Actinium và tám trạng thái đồng phân kích thích của một số hạt nhân của nó đã được xác định vào năm 2010 ^[56] Ba đồng vị, ²²⁵ Ac, ²²⁷ Ac và ²²⁸ Ac, được tìm thấy trong tự nhiên và các chất khác được tạo ra trong phòng thí nghiệm; chỉ có ba đồng vị tự nhiên được sử dụng trong các ứng dụng. Actinium-225 là một thành viên của loạt neptunium phóng xạ; ^[60] nó được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1947 dưới dạng sản phẩm phân rã của uranium-233, nó là một bộ phát α với chu kỳ bán rã là 10 ngày. Actinium-225 ít khả dụng hơn Actinium-228, nhưng hứa hẹn hơn trong các ứng dụng radiotracer. ^[29] Actinium-227 (chu kỳ bán rã 21,77 năm) xảy ra ở tất cả các quặng urani, nhưng với số lượng nhỏ. Một gram urani (ở trạng thái cân bằng phóng xạ) chỉ chứa 2 × 10 ^{- 10} gram ²²⁷ Ac. ^{[29] [56]} Actinium-228 là thành viên của loạt thorium phóng xạ được hình thành từ sự phân rã của ²²⁸ Ra; ^[60] nó là một em ^- emitter có chu kỳ bán rã là 6,15 giờ. Trong một tấn thorium có 5 × 10 ^{- 8}gam ²²⁸ Ac. Nó được Otto Hahn phát hiện vào năm 1906. ^[29]

28 đồng vị của protactinium được biết đến với số lượng lớn 212 Máy239 ^[56] cũng như ba trạng thái đồng phân kích thích. Chỉ có ²³¹ Pa và ²³⁴ Pađược tìm thấy trong tự nhiên. Tất cả các đồng vị có thời gian tồn tại ngắn, ngoại trừ protactinium-231 (chu kỳ bán rã 32.760 năm). Các đồng vị quan trọng nhất là ²³¹ Pa và ²³³ Pa, là một sản phẩm trung gian trong việc thu nhận urani-233 và có giá cả phải chăng nhất trong số các đồng vị nhân tạo của protactinium. ²³³ Pa có thời gian bán hủy và năng lượng của bức xạ convenient thuận tiện, và do đó được sử dụng trong hầu hết các nghiên cứu về hóa học protactinium. Protactinium-233 là mộtem-emitter với chu kỳ bán rã 26,97 ngày. ^{[56] [61]}

Uranium có số lượng lớn nhất của cả hai đồng vị tự nhiên và tổng hợp là 25. Chúng có số lượng lớn là 215 Công242 (ngoại trừ 220 và 241), ^[57] và ba trong số chúng, ²³⁴ U, ²³⁵ U và ²³⁸ U, có mặt đáng kể số lượng trong tự nhiên. Trong số những người khác, quan trọng nhất là ²³³ U, là sản phẩm cuối cùng của sự biến đổi ²³² Th được chiếu xạ bởi các neutron chậm. ²³³ U có hiệu suất phân hạch cao hơn nhiều bởi các neutron năng lượng thấp (nhiệt), so với ví dụ với ²³⁵ U. Hầu hết các nghiên cứu hóa học urani được thực hiện trên uranium-238 do chu kỳ bán rã dài 4,4 × 10 của nó⁹ năm. ^[62]

Có 23 đồng vị của neptunium với số khối là 219 và 223 giáp244; ^[57] chúng đều có tính phóng xạ cao. Phổ biến nhất trong số các nhà khoa học là sống lâu dài ²³⁷ Np (t _1/2 = 2,20 × 10 ⁶ năm) và thời gian sống ngắn là ²³⁹ Np, ²³⁸ Np (t _1/2 ~ 2 ngày). ^[37]

Mười tám đồng vị của Mỹ được biết đến với số lượng lớn từ 229 đến 247 (ngoại trừ 231). ^[57] Quan trọng nhất là ²⁴¹ Am và ²⁴³ Am, là các nguồn phát alpha và cũng phát ra các tia γ mềm, nhưng dữ dội; cả hai đều có thể thu được ở dạng tinh khiết đồng vị. Tính chất hóa học của Mỹ được nghiên cứu đầu tiên với ²⁴¹ Am, nhưng sau đó chuyển sang ²⁴³ Am, tức là ít phóng xạ hơn gần 20 lần. Nhược điểm của ²⁴³Am là việc sản xuất con gái đồng vị ngắn ngủi ²³⁹ Np, phải được xem xét trong phân tích dữ liệu. ^[63]

Trong số 19 đồng vị của curium, ^[57] dễ tiếp cận nhất là ²⁴² Cm và ²⁴⁴ Cm; chúng là các nguồn phát α, nhưng có tuổi thọ ngắn hơn nhiều so với đồng vị của Mỹ. Các đồng vị này phát ra gần như không có bức xạ, nhưng trải qua quá trình phân hạch tự phát với sự phát xạ của các neutron liên quan. Các đồng vị tồn tại lâu hơn của curium (^{245 Ảo248} Cm, tất cả các chất phát xạ α) được tạo thành như một hỗn hợp trong quá trình chiếu xạ neutron của plutoni hoặc Mỹ. Sau khi chiếu xạ ngắn, hỗn hợp này bị chi phối bởi ²⁴⁶ Cm, và sau đó ²⁴⁸ Cm bắt đầu tích lũy. Cả hai đồng vị này, đặc biệt là ²⁴⁸ Cm, có chu kỳ bán rã dài hơn (3,48 × 10⁵ năm) và thuận tiện hơn nhiều cho việc thực hiện nghiên cứu hóa học hơn ²⁴² Cm và ²⁴⁴ Cm, nhưng chúng cũng có tỷ lệ phân hạch tự phát khá cao. ²⁴⁷ Cm có thời gian tồn tại lâu nhất trong số các đồng vị của curium (1,56 × 10 ⁷ năm), nhưng không được hình thành với số lượng lớn do sự phân hạch mạnh do neutron nhiệt gây ra.

Mười tám đồng vị của berkelium đã được xác định với số lượng lớn 233 Phản234, 236 và 238 Phản252. ^[57] Chỉ có ²⁴⁹ Bk với số lượng lớn; nó có thời gian bán hủy tương đối ngắn là 330 ngày và phát ra hầu hết các hạt mềm, gây bất tiện cho việc phát hiện. Bức xạ alpha của nó khá yếu (1,45 × 10 ^{- 3} % đối với bức xạ)), nhưng đôi khi được sử dụng để phát hiện đồng vị này. ²⁴⁷Bk là một máy phát alpha với chu kỳ bán rã dài 1.380 năm, nhưng khó có thể đạt được số lượng đáng kể; nó không được hình thành khi chiếu xạ neutron của plutoni vì tính ổn định của các đồng vị của đồng vị curium có số khối dưới 248. ^[63]

20 đồng vị của californiaium với số khối 237 237256 được hình thành trong các lò phản ứng hạt nhân; ^[57] californiaium-253 là một em-emitter và phần còn lại là các bộ phát α. Các đồng vị có số khối chẵn (²⁵⁰Cf, ²⁵² Cf và ²⁵⁴ Cf) có tỷ lệ phân hạch tự phát cao, đặc biệt là ²⁵⁴ Cf trong đó phân hủy 99,7% do phân hạch tự phát. Californiaium-249 có thời gian bán hủy tương đối dài (352 năm), phân hạch tự phát yếu và phát xạ mạnh tạo điều kiện cho việc xác định nó. ²⁴⁹ Cf không được hình thành với số lượng lớn trong lò phản ứng hạt nhân vì sự phân rã chậm của đồng vị cha mẹ ²⁴⁹Bk và một mặt cắt tương tác lớn với neutron, nhưng nó có thể được tích lũy ở dạng tinh khiết đồng vị như là sản phẩm phân rã của (B-chọn trước) ²⁴⁹ Bk. California được sản xuất bằng cách chiếu xạ lò phản ứng plutoni chủ yếu bao gồm ²⁵⁰ Cf và ²⁵² Cf, loại thứ hai chiếm ưu thế đối với các lưu lượng neutron lớn và nghiên cứu của nó bị cản trở bởi bức xạ neutron mạnh. ^[64]

Tính chất của một số cặp đồng vị transplutonium ^[65]

Các Các Đồng vị cha mẹ	t1/2	Con gái đồng vị	t1/2	Thời gian để thiết lập trạng thái cân bằng phóng xạ
243 Am	7370 năm	239 Np	2,35 ngày	47,3 ngày
245 Cm	8265 năm	241 Pu	14 năm	129 năm
247 Cm	1,64 × 10 7 năm	243 Pu	4,95 giờ	7,2 ngày
254 Es	270 ngày	250 Bk	3,2 giờ	35,2 giờ
255 Es	39,8 ngày	255 Fm	22 giờ	5 ngày
256 Fm	79 ngày	253 Cf	17,6 ngày	49 ngày

Trong số 18 đồng vị được biết đến của einsteinium với số lượng lớn từ 240 đến 257, ^[57] giá cả phải chăng nhất là ²⁵³ Es. Nó là một nguồn phát α với chu kỳ bán rã 20,47 ngày, phát xạ tương đối yếu và tốc độ phân hạch tự phát nhỏ so với các đồng vị của californiaium. Chiếu xạ neutron kéo dài cũng tạo ra đồng vị tồn tại lâu dài ²⁵⁴ Es (t _1/2 = 275,5 ngày). ^[64]

Hai mươi đồng vị của fermium được biết đến với số lượng lớn là 241 chiếc260. ²⁵⁴ Fm, ²⁵⁵ Fm và ²⁵⁶ Fm là các bộ phát α với thời gian bán hủy ngắn (giờ), có thể được phân lập với số lượng đáng kể. ²⁵⁶ Fm (t _1/2 = 100 ngày) có thể tích lũy khi chiếu xạ kéo dài và mạnh. Tất cả các đồng vị này được đặc trưng bởi tỷ lệ phân hạch tự phát cao. ^{[64] [66]}

Trong số 16 đồng vị đã biết của mendelevium (số khối từ 245 đến 260), ^[57] được nghiên cứu nhiều nhất là ²⁵⁶Md, chủ yếu phân rã qua quá trình bắt electron (bức xạ α là ≈10%) với thời gian bán hủy là 77 phút. Một bộ phát alpha khác, ²⁵⁸ Md, có chu kỳ bán rã là 53 ngày. Cả hai đồng vị này được sản xuất từ ​​einsteinium hiếm (lần lượt là ²⁵³ Es và ²⁵⁵ Es), do đó hạn chế tính khả dụng của chúng. ^[56]

Các đồng vị tồn tại lâu dài của nobelium và đồng vị của lawrencium (và của các nguyên tố nặng hơn) có thời gian bán hủy tương đối ngắn. Đối với nobelium, 11 đồng vị được biết đến với số khối 250 250260 và 262. Tính chất hóa học của nobelium và lawrencium đã được nghiên cứu với ²⁵⁵ No (t _1/2 = 3 min) và ²⁵⁶ Lr (t _1/2 = 35 s). Đồng vị nobelium tồn tại lâu nhất, ²⁵⁹ Không, có chu kỳ bán rã khoảng 1 giờ. ^[56]Lawrencium có 12 đồng vị đã biết với số khối là 252-262 và 266. Ổn định nhất trong số chúng là ²⁶⁶ Lr với chu kỳ bán rã là 11 giờ.

Trong số này, các đồng vị duy nhất xuất hiện với số lượng đủ trong tự nhiên được phát hiện trong bất kỳ thứ gì ngoài dấu vết và có sự đóng góp có thể đo lường được đối với trọng lượng nguyên tử của các loại xạ là ²³² Th, ²³⁵ U và ²³⁸ U và ba các sản phẩm phân rã lâu đời của urani tự nhiên, ²³⁰ Th, ²³¹ Pa và ²³⁴ U. Thori tự nhiên bao gồm 0,02 (2)% ²³⁰ Th và 99,98 (2)% ²³² Th; protactin tự nhiên bao gồm 100% ²³¹ Pa; và urani tự nhiên bao gồm 0,0054 (5)% ²³⁴ U, 0,7204 (6)% ²³⁵ U và 99,2742 (10)% ²³⁸ U.^[67] mươi mốt đồng vị của Actinium và tám trạng thái đồng phân kích thích của một số hạt nhân của nó đã được xác định vào năm 2010 ^[56] Ba đồng vị, ²²⁵ Ac, ²²⁷ Ac và ²²⁸ Ac, được tìm thấy trong tự nhiên và các chất khác được tạo ra trong phòng thí nghiệm; chỉ có ba đồng vị tự nhiên được sử dụng trong các ứng dụng. Actinium-225 là một thành viên của loạt neptunium phóng xạ; ^[60] nó được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1947 dưới dạng sản phẩm phân rã của uranium-233, nó là một bộ phát α với chu kỳ bán rã là 10 ngày. Actinium-225 ít khả dụng hơn Actinium-228, nhưng hứa hẹn hơn trong các ứng dụng radiotracer. ^[29] Actinium-227 (chu kỳ bán rã 21,77 năm) xảy ra ở tất cả các quặng urani, nhưng với số lượng nhỏ. Một gram urani (ở trạng thái cân bằng phóng xạ) chỉ chứa 2 × 10 ^{- 10} gram ²²⁷ Ac. ^{[29] [56]} Actinium-228 là thành viên của loạt thorium phóng xạ được hình thành từ sự phân rã của ²²⁸ Ra; ^[60] nó là một em ^- emitter có chu kỳ bán rã là 6,15 giờ. Trong một tấn thorium có 5 × 10 ^{- 8}gam ²²⁸ Ac. Nó được Otto Hahn phát hiện vào năm 1906. ^[29]

28 đồng vị của protactinium được biết đến với số lượng lớn 212 Máy239 ^[56] cũng như ba trạng thái đồng phân kích thích. Chỉ có ²³¹ Pa và ²³⁴ Pađược tìm thấy trong tự nhiên. Tất cả các đồng vị có thời gian tồn tại ngắn, ngoại trừ protactinium-231 (chu kỳ bán rã 32.760 năm). Các đồng vị quan trọng nhất là ²³¹ Pa và ²³³ Pa, là một sản phẩm trung gian trong việc thu nhận urani-233 và có giá cả phải chăng nhất trong số các đồng vị nhân tạo của protactinium. ²³³ Pa có thời gian bán hủy và năng lượng của bức xạ convenient thuận tiện, và do đó được sử dụng trong hầu hết các nghiên cứu về hóa học protactinium. Protactinium-233 là mộtem-emitter với chu kỳ bán rã 26,97 ngày. ^{[56] [61]}

Uranium có số lượng lớn nhất của cả hai đồng vị tự nhiên và tổng hợp là 25. Chúng có số lượng lớn là 215 Công242 (ngoại trừ 220 và 241), ^[57] và ba trong số chúng, ²³⁴ U, ²³⁵ U và ²³⁸ U, có mặt đáng kể số lượng trong tự nhiên. Trong số những người khác, quan trọng nhất là ²³³ U, là sản phẩm cuối cùng của sự biến đổi ²³² Th được chiếu xạ bởi các neutron chậm. ²³³ U có hiệu suất phân hạch cao hơn nhiều bởi các neutron năng lượng thấp (nhiệt), so với ví dụ với ²³⁵ U. Hầu hết các nghiên cứu hóa học urani được thực hiện trên uranium-238 do chu kỳ bán rã dài 4,4 × 10 của nó⁹ năm. ^[62]

Có 23 đồng vị của neptunium với số khối là 219 và 223 giáp244; ^[57] chúng đều có tính phóng xạ cao. Phổ biến nhất trong số các nhà khoa học là sống lâu dài ²³⁷ Np (t _1/2 = 2,20 × 10 ⁶ năm) và thời gian sống ngắn là ²³⁹ Np, ²³⁸ Np (t _1/2 ~ 2 ngày). ^[37]

Mười tám đồng vị của Mỹ được biết đến với số lượng lớn từ 229 đến 247 (ngoại trừ 231). ^[57] Quan trọng nhất là ²⁴¹ Am và ²⁴³ Am, là các nguồn phát alpha và cũng phát ra các tia γ mềm, nhưng dữ dội; cả hai đều có thể thu được ở dạng tinh khiết đồng vị. Tính chất hóa học của Mỹ được nghiên cứu đầu tiên với ²⁴¹ Am, nhưng sau đó chuyển sang ²⁴³ Am, tức là ít phóng xạ hơn gần 20 lần. Nhược điểm của ²⁴³Am là việc sản xuất con gái đồng vị ngắn ngủi ²³⁹ Np, phải được xem xét trong phân tích dữ liệu. ^[63]

Trong số 19 đồng vị của curium, ^[57] dễ tiếp cận nhất là ²⁴² Cm và ²⁴⁴ Cm; chúng là các nguồn phát α, nhưng có tuổi thọ ngắn hơn nhiều so với đồng vị của Mỹ. Các đồng vị này phát ra gần như không có bức xạ, nhưng trải qua quá trình phân hạch tự phát với sự phát xạ của các neutron liên quan. Các đồng vị tồn tại lâu hơn của curium (^{245 Ảo248} Cm, tất cả các chất phát xạ α) được tạo thành như một hỗn hợp trong quá trình chiếu xạ neutron của plutoni hoặc Mỹ. Sau khi chiếu xạ ngắn, hỗn hợp này bị chi phối bởi ²⁴⁶ Cm, và sau đó ²⁴⁸ Cm bắt đầu tích lũy. Cả hai đồng vị này, đặc biệt là ²⁴⁸ Cm, có chu kỳ bán rã dài hơn (3,48 × 10⁵ năm) và thuận tiện hơn nhiều cho việc thực hiện nghiên cứu hóa học hơn ²⁴² Cm và ²⁴⁴ Cm, nhưng chúng cũng có tỷ lệ phân hạch tự phát khá cao. ²⁴⁷ Cm có thời gian tồn tại lâu nhất trong số các đồng vị của curium (1,56 × 10 ⁷ năm), nhưng không được hình thành với số lượng lớn do sự phân hạch mạnh do neutron nhiệt gây ra.

Mười tám đồng vị của berkelium đã được xác định với số lượng lớn 233 Phản234, 236 và 238 Phản252. ^[57] Chỉ có ²⁴⁹ Bk với số lượng lớn; nó có thời gian bán hủy tương đối ngắn là 330 ngày và phát ra hầu hết các hạt mềm, gây bất tiện cho việc phát hiện. Bức xạ alpha của nó khá yếu (1,45 × 10 ^{- 3} % đối với bức xạ)), nhưng đôi khi được sử dụng để phát hiện đồng vị này. ²⁴⁷Bk là một máy phát alpha với chu kỳ bán rã dài 1.380 năm, nhưng khó có thể đạt được số lượng đáng kể; nó không được hình thành khi chiếu xạ neutron của plutoni vì tính ổn định của các đồng vị của đồng vị curium có số khối dưới 248. ^[63]

20 đồng vị của californiaium với số khối 237 237256 được hình thành trong các lò phản ứng hạt nhân; ^[57] californiaium-253 là một em-emitter và phần còn lại là các bộ phát α. Các đồng vị có số khối chẵn (²⁵⁰Cf, ²⁵² Cf và ²⁵⁴ Cf) có tỷ lệ phân hạch tự phát cao, đặc biệt là ²⁵⁴ Cf trong đó phân hủy 99,7% do phân hạch tự phát. Californiaium-249 có thời gian bán hủy tương đối dài (352 năm), phân hạch tự phát yếu và phát xạ mạnh tạo điều kiện cho việc xác định nó. ²⁴⁹ Cf không được hình thành với số lượng lớn trong lò phản ứng hạt nhân vì sự phân rã chậm của đồng vị cha mẹ ²⁴⁹Bk và một mặt cắt tương tác lớn với neutron, nhưng nó có thể được tích lũy ở dạng tinh khiết đồng vị như là sản phẩm phân rã của (B-chọn trước) ²⁴⁹ Bk. California được sản xuất bằng cách chiếu xạ lò phản ứng plutoni chủ yếu bao gồm ²⁵⁰ Cf và ²⁵² Cf, loại thứ hai chiếm ưu thế đối với các lưu lượng neutron lớn và nghiên cứu của nó bị cản trở bởi bức xạ neutron mạnh. ^[64]

Trong số 18 đồng vị được biết đến của einsteinium với số lượng lớn từ 240 đến 257, ^[57] giá cả phải chăng nhất là ²⁵³ Es. Nó là một nguồn phát α với chu kỳ bán rã 20,47 ngày, phát xạ tương đối yếu và tốc độ phân hạch tự phát nhỏ so với các đồng vị của californiaium. Chiếu xạ neutron kéo dài cũng tạo ra đồng vị tồn tại lâu dài ²⁵⁴ Es (t _1/2 = 275,5 ngày). ^[64]

Hai mươi đồng vị của fermium được biết đến với số lượng lớn là 241 chiếc260. ²⁵⁴ Fm, ²⁵⁵ Fm và ²⁵⁶ Fm là các bộ phát α với thời gian bán hủy ngắn (giờ), có thể được phân lập với số lượng đáng kể. ²⁵⁶ Fm (t _1/2 = 100 ngày) có thể tích lũy khi chiếu xạ kéo dài và mạnh. Tất cả các đồng vị này được đặc trưng bởi tỷ lệ phân hạch tự phát cao. ^{[64] [66]}

Trong số 16 đồng vị đã biết của mendelevium (số khối từ 245 đến 260), ^[57] được nghiên cứu nhiều nhất là ²⁵⁶Md, chủ yếu phân rã qua quá trình bắt electron (bức xạ α là ≈10%) với thời gian bán hủy là 77 phút. Một bộ phát alpha khác, ²⁵⁸ Md, có chu kỳ bán rã là 53 ngày. Cả hai đồng vị này được sản xuất từ ​​einsteinium hiếm (lần lượt là ²⁵³ Es và ²⁵⁵ Es), do đó hạn chế tính khả dụng của chúng. ^[56]

Các đồng vị tồn tại lâu dài của nobelium và đồng vị của lawrencium (và của các nguyên tố nặng hơn) có thời gian bán hủy tương đối ngắn. Đối với nobelium, 11 đồng vị được biết đến với số khối 250 250260 và 262. Tính chất hóa học của nobelium và lawrencium đã được nghiên cứu với ²⁵⁵ No (t _1/2 = 3 min) và ²⁵⁶ Lr (t _1/2 = 35 s). Đồng vị nobelium tồn tại lâu nhất, ²⁵⁹ Không, có chu kỳ bán rã khoảng 1 giờ. ^[56]Lawrencium có 12 đồng vị đã biết với số khối là 252-262 và 266. Ổn định nhất trong số chúng là ²⁶⁶ Lr với chu kỳ bán rã là 11 giờ.

Trong số này, các đồng vị duy nhất xuất hiện với số lượng đủ trong tự nhiên được phát hiện trong bất kỳ thứ gì ngoài dấu vết và có sự đóng góp có thể đo lường được đối với trọng lượng nguyên tử của các loại xạ là ²³² Th, ²³⁵ U và ²³⁸ U và ba các sản phẩm phân rã lâu đời của urani tự nhiên, ²³⁰ Th, ²³¹ Pa và ²³⁴ U. Thori tự nhiên bao gồm 0,02 (2)% ²³⁰ Th và 99,98 (2)% ²³² Th; protactin tự nhiên bao gồm 100% ²³¹ Pa; và urani tự nhiên bao gồm 0,0054 (5)% ²³⁴ U, 0,7204 (6)% ²³⁵ U và 99,2742 (10)% ²³⁸ U.^[67]

Tính chất hạt nhân của các đồng vị của đồng vị transplutonium quan trọng nhất

Đồng vị	Nửa đời	Xác suất của tự phát phân hạch theo%	Năng lượng phát xạ (MeV) (sản lượng tính theo%)		Hoạt động cụ thể (Bq/kg) of
			α	γ	a, hạt	bán rã
241Am	432.2(7) y	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)	1.27×1014	546.1
243Am	7.37(4)×103 y	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)	7.39×1012	273.3
242Cm	162.8(2) d	6.2(3)×10−6	6.069 (25.92) 6.112 (74.08)	0.044 (0.04) 0.102 (4×10−3)	1.23×1017	7.6×109
244Cm	18.10(2) y	1.37(3)×10−4	5.762 (23.6) 5.804 (76.4)	0.043 (0.02) 0.100 (1.5×10−3)	2.96×1015	4.1×109
245Cm	8.5(1)×103 y	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)	6.35×1012	3.9×104
246Cm	4.76(4)×103 y	0.02615(7)	5.343 (17.8) 5.386 (82.2)	0.045 (19)	1.13×1013	2.95×109
247Cm	1.56(5)×107 y	—	5.267 (13.8) 5.212 (5.7) 5.147 (1.2)	0.402 (72) 0.278 (3.4)	3.43×109	—
248Cm	3.48(6)×105 y	8.39(16)	5.034 (16.52) 5.078 (75)	—	1.40×1011	1.29×1010
249Bk	330(4) d	4.7(2)×10−8	5.406 (1×10−3) 5.378 (2.6×10−4)	0.32 (5.8×10−5)	5.88×1016	2.76×107
249Cf	351(2) y	5.0(4)×10−7	6.193 (2.46) 6.139 (1.33) 5.946 (3.33)	0.388 (66) 0.333 (14.6)	1.51×1014	7.57×105
250Cf	13.08(9) y	0.077(3)	5.988 (14.99) 6.030 (84.6)	0.043	4.04×1015	3.11×1012
251Cf	900(40) y	?	6.078 (2.6) 5.567 (0.9) 5.569 (0.9)	0.177 (17.3) 0.227 (6.8)	5.86×1013	—
252Cf	2.645(8) y	3.092(8)	6.075 (15.2) 6.118 (81.6)	0.042 (1.4×10−2) 0.100 (1.3×10−2)	1.92×1016	6.14×1014
254Cf	60.5(2) d	≈100	5.834 (0.26) 5.792 (5.3×10−2)	—	9.75×1014	3.13×1017
253Es	20.47(3) d	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)	9.33×1017	8.12×1010
254Es	275.7(5) d	< 3×10−6	6.347 (0.75) 6.358 (2.6) 6.415 (1.8)	0.042 (100) 0.034 (30)	6.9×1016	—
255Es	39.8(12) d	0.0041(2)	6.267 (0.78) 6.401 (7)	—	4.38×1017(β) 3.81×1016(α)	1.95×1013
255Fm	20.07(7) h	2.4(10)×10−5	7.022 (93.4) 6.963 (5.04) 6.892 (0.62)	0.00057 (19.1) 0.081 (1)	2.27×1019	5.44×1012
256Fm	157.6(13) min	91.9(3)	6.872 (1.2) 6.917 (6.9)	—	1.58×1020	1.4×1019
257Fm	100.5(2) d	0.210(4)	6.752 (0.58) 6.695 (3.39) 6.622 (0.6)	0.241 (11) 0.179 (8.7)	1.87×1017	3.93×1014
256Md	77(2) min	—	7.142 (1.84) 7.206 (5.9)	—	3.53×1020	—
257Md	5.52(5) h	—	7.074 (14)	0.371 (11.7) 0.325 (2.5)	8.17×1019	—
258Md	51.5(3) d	—	6.73	—	3.64×1017	—
255No	3.1(2) min	—	8.312 (1.16) 8.266 (2.6) 8.121 (27.8)	0.187 (3.4)	8.78×1021	—
259No	58(5) min	—	7.455 (9.8) 7.500 (29.3) 7.533 (17.3)	—	4.63×1020	—
256Lr	27(3) s	< 0.03	8.319 (5.4) 8.390 (16) 8.430 (33)	—	5.96×1022	—
257Lr	646(25) ms	—	8.796 (18) 8.861 (82)	—	1.54×1024	—

Actinide có 89−103 proton và thường là 117−159 neutron.

Ba mươi mốt đồng vị của Actinium và tám trạng thái đồng phân kích thích của một số hạt nhân của nó đã được xác định vào năm 2010 ^[56] Ba đồng vị, ²²⁵ Ac, ²²⁷ Ac và ²²⁸ Ac, được tìm thấy trong tự nhiên và các chất khác được tạo ra trong phòng thí nghiệm; chỉ có ba đồng vị tự nhiên được sử dụng trong các ứng dụng. Actinium-225 là một thành viên của loạt neptunium phóng xạ; ^[60] nó được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1947 dưới dạng sản phẩm phân rã của uranium-233, nó là một bộ phát α với chu kỳ bán rã là 10 ngày. Actinium-225 ít khả dụng hơn Actinium-228, nhưng hứa hẹn hơn trong các ứng dụng radiotracer. ^[29] Actinium-227 (chu kỳ bán rã 21,77 năm) xảy ra ở tất cả các quặng urani, nhưng với số lượng nhỏ. Một gram urani (ở trạng thái cân bằng phóng xạ) chỉ chứa 2 × 10 ^{- 10} gram ²²⁷ Ac. ^{[29] [56]} Actinium-228 là thành viên của loạt thorium phóng xạ được hình thành từ sự phân rã của ²²⁸ Ra; ^[60] nó là một em ^- emitter có chu kỳ bán rã là 6,15 giờ. Trong một tấn thorium có 5 × 10 ^{- 8}gam ²²⁸ Ac. Nó được Otto Hahn phát hiện vào năm 1906. ^[29]

28 đồng vị của protactinium được biết đến với số lượng lớn 212 Máy239 ^[56] cũng như ba trạng thái đồng phân kích thích. Chỉ có ²³¹ Pa và ²³⁴ Pađược tìm thấy trong tự nhiên. Tất cả các đồng vị có thời gian tồn tại ngắn, ngoại trừ protactinium-231 (chu kỳ bán rã 32.760 năm). Các đồng vị quan trọng nhất là ²³¹ Pa và ²³³ Pa, là một sản phẩm trung gian trong việc thu nhận urani-233 và có giá cả phải chăng nhất trong số các đồng vị nhân tạo của protactinium. ²³³ Pa có thời gian bán hủy và năng lượng của bức xạ convenient thuận tiện, và do đó được sử dụng trong hầu hết các nghiên cứu về hóa học protactinium. Protactinium-233 là mộtem-emitter với chu kỳ bán rã 26,97 ngày. ^{[56] [61]}

Uranium có số lượng lớn nhất của cả hai đồng vị tự nhiên và tổng hợp là 25. Chúng có số lượng lớn là 215 Công242 (ngoại trừ 220 và 241), ^[57] và ba trong số chúng, ²³⁴ U, ²³⁵ U và ²³⁸ U, có mặt đáng kể số lượng trong tự nhiên. Trong số những người khác, quan trọng nhất là ²³³ U, là sản phẩm cuối cùng của sự biến đổi ²³² Th được chiếu xạ bởi các neutron chậm. ²³³ U có hiệu suất phân hạch cao hơn nhiều bởi các neutron năng lượng thấp (nhiệt), so với ví dụ với ²³⁵ U. Hầu hết các nghiên cứu hóa học urani được thực hiện trên uranium-238 do chu kỳ bán rã dài 4,4 × 10 của nó⁹ năm. ^[62]

Có 23 đồng vị của neptunium với số khối là 219 và 223 giáp244; ^[57] chúng đều có tính phóng xạ cao. Phổ biến nhất trong số các nhà khoa học là sống lâu dài ²³⁷ Np (t _1/2 = 2,20 × 10 ⁶ năm) và thời gian sống ngắn là ²³⁹ Np, ²³⁸ Np (t _1/2 ~ 2 ngày). ^[37]

Mười tám đồng vị của Mỹ được biết đến với số lượng lớn từ 229 đến 247 (ngoại trừ 231). ^[57] Quan trọng nhất là ²⁴¹ Am và ²⁴³ Am, là các nguồn phát alpha và cũng phát ra các tia γ mềm, nhưng dữ dội; cả hai đều có thể thu được ở dạng tinh khiết đồng vị. Tính chất hóa học của Mỹ được nghiên cứu đầu tiên với ²⁴¹ Am, nhưng sau đó chuyển sang ²⁴³ Am, tức là ít phóng xạ hơn gần 20 lần. Nhược điểm của ²⁴³Am là việc sản xuất con gái đồng vị ngắn ngủi ²³⁹ Np, phải được xem xét trong phân tích dữ liệu. ^[63]

Trong số 19 đồng vị của curium, ^[57] dễ tiếp cận nhất là ²⁴² Cm và ²⁴⁴ Cm; chúng là các nguồn phát α, nhưng có tuổi thọ ngắn hơn nhiều so với đồng vị của Mỹ. Các đồng vị này phát ra gần như không có bức xạ, nhưng trải qua quá trình phân hạch tự phát với sự phát xạ của các neutron liên quan. Các đồng vị tồn tại lâu hơn của curium (^{245 Ảo248} Cm, tất cả các chất phát xạ α) được tạo thành như một hỗn hợp trong quá trình chiếu xạ neutron của plutoni hoặc Mỹ. Sau khi chiếu xạ ngắn, hỗn hợp này bị chi phối bởi ²⁴⁶ Cm, và sau đó ²⁴⁸ Cm bắt đầu tích lũy. Cả hai đồng vị này, đặc biệt là ²⁴⁸ Cm, có chu kỳ bán rã dài hơn (3,48 × 10⁵ năm) và thuận tiện hơn nhiều cho việc thực hiện nghiên cứu hóa học hơn ²⁴² Cm và ²⁴⁴ Cm, nhưng chúng cũng có tỷ lệ phân hạch tự phát khá cao. ²⁴⁷ Cm có thời gian tồn tại lâu nhất trong số các đồng vị của curium (1,56 × 10 ⁷ năm), nhưng không được hình thành với số lượng lớn do sự phân hạch mạnh do neutron nhiệt gây ra.

Mười tám đồng vị của berkelium đã được xác định với số lượng lớn 233 Phản234, 236 và 238 Phản252. ^[57] Chỉ có ²⁴⁹ Bk với số lượng lớn; nó có thời gian bán hủy tương đối ngắn là 330 ngày và phát ra hầu hết các hạt mềm, gây bất tiện cho việc phát hiện. Bức xạ alpha của nó khá yếu (1,45 × 10 ^{- 3} % đối với bức xạ)), nhưng đôi khi được sử dụng để phát hiện đồng vị này. ²⁴⁷Bk là một máy phát alpha với chu kỳ bán rã dài 1.380 năm, nhưng khó có thể đạt được số lượng đáng kể; nó không được hình thành khi chiếu xạ neutron của plutoni vì tính ổn định của các đồng vị của đồng vị curium có số khối dưới 248. ^[63]

20 đồng vị của californiaium với số khối 237 237256 được hình thành trong các lò phản ứng hạt nhân; ^[57] californiaium-253 là một em-emitter và phần còn lại là các bộ phát α. Các đồng vị có số khối chẵn (²⁵⁰Cf, ²⁵² Cf và ²⁵⁴ Cf) có tỷ lệ phân hạch tự phát cao, đặc biệt là ²⁵⁴ Cf trong đó phân hủy 99,7% do phân hạch tự phát. Californiaium-249 có thời gian bán hủy tương đối dài (352 năm), phân hạch tự phát yếu và phát xạ mạnh tạo điều kiện cho việc xác định nó. ²⁴⁹ Cf không được hình thành với số lượng lớn trong lò phản ứng hạt nhân vì sự phân rã chậm của đồng vị cha mẹ ²⁴⁹Bk và một mặt cắt tương tác lớn với neutron, nhưng nó có thể được tích lũy ở dạng tinh khiết đồng vị như là sản phẩm phân rã của (B-chọn trước) ²⁴⁹ Bk. California được sản xuất bằng cách chiếu xạ lò phản ứng plutoni chủ yếu bao gồm ²⁵⁰ Cf và ²⁵² Cf, loại thứ hai chiếm ưu thế đối với các lưu lượng neutron lớn và nghiên cứu của nó bị cản trở bởi bức xạ neutron mạnh.

Tính chất của một số cặp đồng vị transplutonium

Đồng vị cha mẹ	t1/2	Đồng vị con	t1/2	Thời gian để thiết lập trạng thái cân bằng phóng xạ
243Am	7370 năm	239Np	2.35 ngày	47.3 ngày
245Cm	năm	241Pu	14 năm	129 năm
247Cm	1.64×107 năm	243Pu	4.95 giờ	7.2 ngày
254Es	270 ngày	250Bk	3.2 giờ	35.2 giờ
255Es	39.8 ngày	255Fm	22 giờ	5 ngày
257Fm	79 ngày	253Cf	17.6 ngày	49 ngày

Trong số 18 đồng vị được biết đến của einsteinium với số lượng lớn từ 240 đến 257, ^[57] giá cả phải chăng nhất là²⁵³ Es. Nó là một nguồn phát α với chu kỳ bán rã 20,47 ngày, phát xạ tương đối yếu và tốc độ phân hạch tự phát nhỏ so với các đồng vị của californiaium. Chiếu xạ neutron kéo dài cũng tạo ra đồng vị tồn tại lâu dài ²⁵⁴ Es (t _1/2 = 275,5 ngày). ^[64]

Hai mươi đồng vị của fermium được biết đến với số lượng lớn là 241 chiếc260. ²⁵⁴ Fm, ²⁵⁵ Fm và ²⁵⁶ Fm là các bộ phát α với thời gian bán hủy ngắn (giờ), có thể được phân lập với số lượng đáng kể. ²⁵⁶ Fm (t _1/2 = 100 ngày) có thể tích lũy khi chiếu xạ kéo dài và mạnh. Tất cả các đồng vị này được đặc trưng bởi tỷ lệ phân hạch tự phát cao. ^{[64] [66]}

Trong số 16 đồng vị đã biết của mendelevium (số khối từ 245 đến 260), ^[57] được nghiên cứu nhiều nhất là ²⁵⁶Md, chủ yếu phân rã qua quá trình bắt electron (bức xạ α là ≈10%) với thời gian bán hủy là 77 phút. Một bộ phát alpha khác, ²⁵⁸ Md, có chu kỳ bán rã là 53 ngày. Cả hai đồng vị này được sản xuất từ ​​einsteinium hiếm (lần lượt là ²⁵³ Es và ²⁵⁵ Es), do đó hạn chế tính khả dụng của chúng. ^[56]

Các đồng vị tồn tại lâu dài của nobelium và đồng vị của lawrencium (và của các nguyên tố nặng hơn) có thời gian bán hủy tương đối ngắn. Đối với nobelium, 11 đồng vị được biết đến với số khối 250 250260 và 262. Tính chất hóa học của nobelium và lawrencium đã được nghiên cứu với ²⁵⁵ No (t _1/2 = 3 min) và ²⁵⁶ Lr (t _1/2 = 35 s). Đồng vị nobelium tồn tại lâu nhất, ²⁵⁹ Không, có chu kỳ bán rã khoảng 1 giờ. ^[56]Lawrencium có 12 đồng vị đã biết với số khối là 252-262 và 266. Ổn định nhất trong số chúng là ²⁶⁶ Lr với chu kỳ bán rã là 11 giờ.

Trong số này, các đồng vị duy nhất xuất hiện với số lượng đủ trong tự nhiên được phát hiện trong bất kỳ thứ gì ngoài dấu vết và có sự đóng góp có thể đo lường được đối với trọng lượng nguyên tử của các loại xạ là ²³² Th, ²³⁵ U và ²³⁸ U và ba các sản phẩm phân rã lâu đời của urani tự nhiên, ²³⁰ Th, ²³¹ Pa và ²³⁴ U. Thori tự nhiên bao gồm 0,02 (2)% ²³⁰ Th và 99,98 (2)% ²³² Th; protactin tự nhiên bao gồm 100% ²³¹ Pa; và urani tự nhiên bao gồm 0,0054 (5)% ²³⁴ U, 0,7204 (6)% ²³⁵ U và 99,2742 (10)% ²³⁸ U

Phân phối trong tự nhiên

Hàm lượng plutoni trong quặng urani và thori

Quặng	Phân bố	Nồng độ Uranium %	Tỉ lệ khối lượng 239Pu/quặng	Tỉ lệ 239Pu/U (×1012)
Uraninite	Canada	13.5	9.1×10-12	7.1
Uraninite	Congo	38	4.8×10-12	12
Uraninite	Colorado, US	50	3.8×10-12	7.7
Monazite	Brazil	0.24	2.1×10-14	8.3
Monazite	North Carolina, US	1.64	5.9×10-14	3.6
Fergusonite	-	0.25	<1×10-14	<4
Carnotite	-	10	<4×10-14	<0.4

Quặng urani chưa qua chế biến

Thorium và uranium là các loại actinide có nhiều nhất trong tự nhiên với nồng độ khối lượng tương ứng là 16 ppm và 4 ppm. ^[68] Uranium chủ yếu xuất hiện trong lớp vỏ Trái đất dưới dạng hỗn hợp các oxit của nó trong khoáng chất uraninite, còn được gọi là pitchblende vì màu đen của nó. Có vài chục khoáng chất urani khác như carnotite (KUO ₂ VO ₄ · 3H ₂ O) và autunite (Ca (UO ₂) ₂ (PO ₄) ₂ · nH ₂ O). Thành phần đồng vị của urani tự nhiên là ²³⁸ U(độ phong phú tương đối 99,2742%), ²³⁵ U(0,7204%) và ²³⁴ U (0,0054%); trong số ²³⁸ U này có chu kỳ bán rã lớn nhất là 4,51 × 10 ⁹ năm. ^{[69] [70]} Sản lượng uranium trên toàn thế giới trong năm 2009 lên tới 50.572 tấn, trong đó 27,3% được khai thác ở Kazakhstan. Các quốc gia khai thác uranium quan trọng khác là Canada (20,1%), Úc (15,7%), Namibia (9,1%), Nga(7,0%) và Nigeria (6,4%). ^[71]

Các khoáng chất thorium phong phú nhất là thorianite (ThO ₂), thorite (ThSiO ₄) và monazite, ((Th, Ca, Ce) PO ₄). Hầu hết các khoáng chất thorium chứa uranium và ngược lại; và tất cả chúng đều có một phần đáng kể lanthanides. Các mỏ khoáng sản thorium phong phú được đặt tại Hoa Kỳ (440.000 tấn), Úc và Ấn Độ (~ 300.000 tấn mỗi loại) và Canada (~ 100.000 tấn). ^[73]

Sự phong phú của Actinium trong lớp vỏ Trái đất chỉ khoảng 5 × 10 ^{- 15} %. ^[61] Actinium chủ yếu có trong uranium, nhưng cũng có trong các khoáng chất khác, mặc dù với số lượng nhỏ hơn nhiều. Hàm lượng Actinium trong hầu hết các vật thể tự nhiên tương ứng với trạng thái cân bằng đồng vị của đồng vị cha mẹ ²³⁵ U và nó không bị ảnh hưởng bởi sự di chuyển Ac yếu. ^[29] Protactinium có nhiều hơn (10 ⁻¹² %) trong vỏ Trái đất so với Actinium. Nó được phát hiện trong quặng uranium vào năm 1913 bởi Fajans và Göhring. ^[33] Là Actinium, sự phân phối protactinium theo sau của ²³⁵ U. ^[61]

Thời gian bán hủy của đồng vị tồn tại lâu nhất của neptunium, ²³⁷ Np, không đáng kể so với tuổi của Trái đất. Do đó, neptunium có trong tự nhiên với số lượng không đáng kể được sản xuất như các sản phẩm phân rã trung gian của các đồng vị khác. ^[37] Dấu vết của plutoni trong khoáng chất urani được tìm thấy lần đầu tiên vào năm 1942 và kết quả có hệ thống hơn trên ²³⁹ Pu được tóm tắt trong bảng (không phát hiện được các đồng vị plutoni nào khác trong các mẫu đó). Giới hạn trên của sự phong phú của đồng vị plutoni tồn tại lâu nhất, ²⁴⁴ Pu, là 3 × 10 ^{- 20} %. Plutonium không thể được phát hiện trong các mẫu đất mặt trăng. Do sự khan hiếm của nó trong tự nhiên, hầu hết plutonium được sản xuất tổng hợp.^[72]

Khai thác

Monazite: một khoáng chất thorium chính

Do sự phong phú thấp của Actinide, quá trình chiết xuất của chúng là một quá trình phức tạp, nhiều bước. Fluoride của Actinide thường được sử dụng vì chúng không hòa tan trong nước và có thể dễ dàng tách ra bằng các phản ứng oxy hóa khử. Florua được giảm với canxi, magiê hoặc bari:

${\begin{array}{l}{}\\{\ce {2AmF3{}+3Ba->[{\ce {1150-1350^{\circ }C}}]3BaF2{}+2Am}}\\{\ce {PuF4{}+2Ba->[{\ce {1200^{\circ }C}}]2BaF2{}+Pu}}\\{\ce {UF4{}+2Mg->[{\ce {>500^{\circ }C}}]U{}+2MgF2}}\\{}\end{array}}$

Trong số các loại thuốc tím, thori và urani là loại dễ phân lập nhất. Thorium được chiết xuất chủ yếu từ monazite: thorium pyrophosphate (ThP ₂ O ₇) được phản ứng với axit nitric, và nitrat thorium được sản xuất được xử lý bằng Tributyl phosphate. Các tạp chất đất hiếm được phân tách bằng cách tăng độ pH trong dung dịch sunfat. ^[74]

Trong một phương pháp chiết khác, monazite bị phân hủy bằng dung dịch natri hydroxit 45% ở 140 °C. Các hydroxit kim loại hỗn hợp được chiết xuất đầu tiên, được lọc ở 80 °C, rửa sạch bằng nước và hòa tan với axit clohydric đậm đặc. Tiếp theo, dung dịch axit được trung hòa bằng hydroxit đến pH = 5,8 dẫn đến kết tủa thorium hydroxide (Th (OH) ₄) bị nhiễm ~ 3% hydroxit đất hiếm; phần còn lại của hydroxit đất hiếm vẫn còn trong dung dịch. Thorium hydroxide được hòa tan trong một axit vô cơ và sau đó được tinh chế từ các nguyên tố đất hiếm. Một phương pháp hiệu quả là hòa tan thorium hydroxide trong axit nitric, vì dung dịch thu được có thể được tinh chế bằng cách chiết xuấtvới dung môi hữu cơ: ^[74]

Tách uranium và plutonium từ nhiên liệu hạt nhân

Tách uranium và plutonium từ nhiên liệu hạt nhân ^[75]

Th(OH)₄ + 4 HNO₃ → Th(NO₃)₄ + 4 H₂O

Kim loại thorium được tách ra khỏi oxit khan, clorua hoặc florua bằng cách phản ứng với canxi trong môi trường trơ: ^[76]

ThO₂ + 2 Ca → 2 CaO + Th

Đôi khi thorium được chiết xuất bằng cách điện phân florua trong hỗn hợp natri và kali clorua ở 700 sắt 800 °C trong nồi nấu bằng than chì. Thorium tinh khiết cao có thể được chiết xuất từ ​​iodide của nó với quá trình thanh tinh thể. ^[77]

Uranium được chiết xuất từ ​​quặng của nó theo nhiều cách khác nhau. Trong một phương pháp, quặng được đốt cháy và sau đó phản ứng với axit nitric để chuyển uranium thành trạng thái hòa tan. Xử lý dung dịch bằng dung dịch Tributyl phosphate (TBP) trong dầu hỏa biến uranium thành dạng hữu cơ UO ₂ (NO ₃) ₂ (TBP) ₂. Các tạp chất không hòa tan được lọc và urani được chiết xuất bằng phản ứng với hydroxit như (NH ₄) ₂ U ₂O ₇ hoặc với hydro peroxide là UO ₄ · 2H ₂ O. ^[74]

Khi quặng uranium rất giàu các khoáng chất như dolomite, magnesite, v.v., những khoáng chất đó tiêu thụ nhiều axit. Trong trường hợp này, phương pháp cacbonat được sử dụng để chiết xuất urani. Thành phần chính của nó là dung dịch natri cacbonat, chuyển urani thành phức [UO ₂(CO ₃) ₃ ] ⁴⁻, ổn định trong dung dịch nước ở nồng độ ion hydroxide thấp. Ưu điểm của phương pháp natri cacbonat là các hóa chất có độ ăn mòn thấp(so với nitrat) và hầu hết các kim loại phi urani kết tủa từ dung dịch. Nhược điểm là các hợp chất urani tetravalent cũng kết tủa. Do đó, quặng urani được xử lý bằng natri cacbonat ở nhiệt độ cao và dưới áp suất oxy:

2 UO ₂ + O ₂ + 6 CO 2− 3 → 2 [UO ₂ (CO ₃) ₃ ] ⁴⁻

Phương trình này cho thấy rằng dung môi tốt nhất để xử lý uranium carbonate là hỗn hợp carbonate với bicarbonate. Ở độ pH cao, điều này dẫn đến sự kết tủa của diururat, được xử lý bằng hydro với sự có mặt của niken tạo ra một tetracarbonate urani không hòa tan. ^[74]

Một phương pháp phân tách khác sử dụng nhựa polymer làm polyelectrolyte. Các quá trình trao đổi ion trong nhựa dẫn đến việc tách urani. Urani từ nhựa được rửa bằng dung dịch amoni nitrat hoặc axit nitric tạo ra uranyl nitrat, UO ₂ (NO ₃) ₂ · 6H ₂ O. Khi đun nóng, nó biến thành UO ₃, được chuyển thành UO ₂ bằng hydro:

UO ₃ + H ₂ → UO ₂ + H ₂ O

Phản ứng uranium dioxide với axit hydrofluoric thay đổi nó thành uranium tetrafluoride, tạo ra kim loại urani khi phản ứng với kim loại magiê: ^[76]

4 HF + UO ₂ → UF ₄ + 2 H ₂ O

Để chiết xuất plutoni, urani được chiếu xạ neutron được hòa tan trong axit nitric và một chất khử (FeSO ₄ hoặc H ₂ O ₂) được thêm vào dung dịch thu được. Sự bổ sung này làm thay đổi trạng thái oxy hóa của plutoni từ +6 thành +4, trong khi urani vẫn ở dạng uranyl nitrate (UO ₂ (NO ₃) ₂). Dung dịch được xử lý bằng chất khử và trung hòa bằng amoni cacbonat đến pH = 8 dẫn đến kết tủa các hợp chất Pu ⁴⁺. ^[74]

Trong một phương pháp khác, Pu ⁴⁺ và UO 2+

2 trước tiên được chiết xuất bằng Tributyl phosphate, sau đó phản ứng với hydrazine rửa sạch plutoni thu hồi. ^[74]

Khó khăn chính trong việc tách Actinium là sự tương đồng về tính chất của nó với các thuộc tính của lanthanum. Do đó, Actinium được tổng hợp trong các phản ứng hạt nhân từ các đồng vị của radium hoặc được tách ra bằng các thủ tục trao đổi ion. ^[29]

Thuộc tính

Actinide có tính chất tương tự lanthanides. Các vỏ điện tử 6 ngày và 7 giây được lấp đầy bằng Actinium và thorium, và vỏ 5 f đang được lấp đầy với sự gia tăng hơn nữa về số lượng nguyên tử; vỏ 4 f được lấp đầy trong lanthanides. Bằng chứng thực nghiệm đầu tiên về việc lấp đầy vỏ 5 f trong Actinide đã được McMillan và Abelson thu được vào năm 1940. ^[78] Cũng như trong lanthanide (xem sự co rút của lanthanide), bán kính ion của Actinide giảm đơn điệu với số nguyên tử (xem thêm nguyên lý Aufbau).

Thuộc tính của actinide (khối lượng của đồng vị tồn tại lâu nhất nằm trong dấu ngoặc vuông)

Nguyên tố	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr
Số hiệu nguyên tử	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99	100	101	102	103
Khối lượng hạt nhân	[227]	232.0377(4)	231.03588(2)	238.02891(3)	[237]	[244]	[243]	[247]	[247]	[251]	[252]	[257]	[258]	[259]	[266]
Số lượng đồng vị tự nhiên	3	7	3	8	3	4	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Đồng vị tự nhiên	225, 227–228	227–232, 234	231, 233–234	233–240	237, 239–240	238–240, 244	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Đồng vị số lượng tự nhiên	—	230, 232	231	234, 235, 238	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Đồng vị tồn tại lâu nhất	227	232	231	238	237	244	243	247	247	251	252	257	258	259	266
Thời gian bán hủy của đồng vị tồn tại lâu nhất	21.8 năm	14 tỷ năm	32.500 năm	4,47 tỷ năm	2.14 triệu năm	80.8 triệu năm	7,370 năm	15.6 triệu năm	1,380 năm	900 năm	1.29 năm	100.5 ngày	52 ngày	58 phút	11 giờ
Đồng vị phổ biến nhất	227	232	231	238	237	239	241	244	249	252	253	255	256	255	260
Thời gian bán hủy của đồng vị phổ biến nhất	21.8 năm	14	32,500 năm	4.47 tỉ năm	2.14 triệu năm	24,100 năm	433 năm	18.1 năm	320 ngày	2.64 năm	20.47 ngày	20.07 giờ	78 phút	3.1 phút	2.7 phút
Cấu hình điện tử ở trạng thái cơ bản (pha khí)	6d17s2	6d27s2	5f26d17s2 or 5f16d27s2	5f36d17s2	5f46d17s2 or 5f57s2	5f67s2	5f77s2	5f76d17s2	5f97s2 or 5f86d17s2	5f107s2	5f117s2	5f127s2	5f137s2	5f147s2	5f147s27p1
Cấu hình điện tử ở trạng thái cơ bản (pha rắn)	6d17s2	5f0.56d1.57s2	5f1.76d1.37s2	5f2.96d1.17s2	5f46d17s2	5f56d17s2	5f66d17s2	5f76d17s2	5f86d17s2	5f96d17s2	5f117s2	5f127s2	5f137s2	5f147s2	5f146d17s2
Trạng thái oxy hóa	2, 3	2, 3, 4	2, 3, 4, 5	2, 3, 4, 5, 6	3, 4, 5, 6, 7	3, 4, 5, 6, 7	2, 3, 4, 5, 6, 7	2, 3, 4, 6	2, 3, 4	2, 3, 4	2, 3, 4	2, 3	2, 3	2, 3	3
Bán kính kim loại, bước sóng	0.203	0.180	0.162	0.153	0.150	0.162	0.173	0.174	0.170	0.186	0.186	? 0.198	? 0.194	? 0.197	? 0.171
Bán kính ion, nm: An 4+ An 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
Nhiệt độ, °C: nóng chảy sôi	1050 3198	1842 4788	1568 ? 4027	1132.2 4131	639 ? 4174	639.4 3228	1176 ? 2607	1340 3110	986 2627	900 ? 1470	860 ? 996	1530 —	830 —	830 —	1630 —
Mật độ, g / cm 3	10.07	11.78	15.37	19.06	20.45	19.84	11.7	13.51	14.78	15.1	8.84	? 9.7	? 10.3	? 9.9	? 15.6
Điện thế chuẩn, V: E ° (An 4+ / An 0) E ° (An 3+ / An 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
Màu [M (H 2 O) n ] 4+ [M (H 2 O) n ] 3+	— Không màu	Màu xanh không màu	Vàng đậm	Xanh tím	Vàng tím xanh	Nâu tím	Hoa hồng đỏ	Không màu vàng	Màu vàng-xanh	Xanh lục	Màu hồng	— —	— —	— —	— —

Màu sắc gần đúng của các ion actinide trong dung dịch nước. Màu sắc cho bốn loại actinide cuối cùng chưa được biết vì số lượng đủ chưa được tổng hợp.

Trạng thái oxy hóa

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

+2

Fm2+

Md2+

No2+

+3

Ac3+

Th3+

Pa3+

U3+

Np3+

Pu3+

Am3+

Cm3+

Bk3+

Cf3+

Es3+

Fm3+

Md3+

No3+

Lr3+

+4

Th4+

Pa4+

U4+

Np4+

Pu4+

Am4+

Cm4+

Bk4+

Cf4+

+5

PaO+2

UO+2

NpO+2

PuO+2

AmO+2

+6

UO2+2

NpO2+2

PuO2+2

AmO2+2

+7

NpO3+2

PuO3+2

AmO3−5

liên kết=Special:FilePath/ActinidesLattice.png
Major crystal structures of some actinides vs. temperature	Metallic và ionic radii of actinides

Actinide là kim loại điển hình. Tất cả chúng đều mềm và có màu bạc (nhưng bị xỉn màu trong không khí), ^[84] mật độ và độ dẻo tương đối cao. Một số trong số họ có thể được cắt bằng dao. Điện trở suất của chúng thay đổi trong khoảng từ 15 đến 150 NgàyOhm · cm. ^[80] Độ cứng của thorium tương tự như thép mềm, do đó, thorium tinh khiết được nung nóng có thể được cuộn thành tấm và kéo thành dây. Thorium dày gần một nửa so với uranium và plutonium, nhưng khó hơn một trong số chúng. Tất cả các loại thuốc tím đều là chất phóng xạ, thuận từ, và ngoại trừ Actinium, có một số pha tinh thể: plutoni có bảy, và ba urani, neptunium và californiaium. Các cấu trúc tinh thểcủa protactini, uranium, neptunium và plutonium không có chất tương tự rõ ràng giữa các nguyên tố nhóm Lantan và cũng tương tự như nhiều như của 3 d - kim loại chuyển tiếp. ^[70]

Tất cả các loại thuốc tím đều là pyrophoric, đặc biệt là khi được phân chia mịn, nghĩa là chúng tự bốc cháy khi phản ứng với không khí ở hoặc dưới 55 °C (130 °F). ^[84] Điểm nóng chảy của Actinide không có sự phụ thuộc rõ ràng vào số lượng f -electron. Điểm nóng chảy thấp bất thường của neptunium và plutonium (~ 640 °C) được giải thích bằng cách lai giữa các quỹ đạo 5 f và 6 d và sự hình thành liên kết định hướng trong các kim loại này. ^[70]

Thuộc tính vật lý

Californium

A pellet of ²³⁸PuO₂ to be used in a radioisotope thermoelectric generator for either the Cassini or Galileo mission. The pellet produces 62 watts of heat and glows because of the heat generated by the radioactive decay (primarily α). Photo is taken after insulating the pellet under a graphite blanket for minutes and removing the blanket.

liên kết=Special:FilePath/ActinidesLattice.png
Major crystal structures of some actinides vs. temperature	Metallic và ionic radii of actinides

Actinide là kim loại điển hình. Tất cả chúng đều mềm và có màu bạc (nhưng bị xỉn màu trong không khí), [84] mật độ và độ dẻo tương đối cao. Một số trong số họ có thể được cắt bằng dao. Điện trở suất của chúng thay đổi trong khoảng từ 15 đến 150 NgàyOhm · cm. [80] Độ cứng của thorium tương tự như thép mềm, vì vậy thorium nguyên chất được nung nóng có thể được cuộn thành tấm và kéo thành dây. Thorium dày gần một nửa so với uranium và plutonium, nhưng khó hơn một trong số chúng. Tất cả các loại thuốc tím đều là chất phóng xạ, thuận từ, và ngoại trừ Actinium, có một số pha tinh thể: plutoni có bảy, và ba urani, neptunium và californiaium. Các cấu trúc tinh thể của protactinium, uranium, neptunium và plutonium không có sự tương tự rõ ràng giữa các lanthanide và tương tự như các kim loại chuyển tiếp 3d. [70]

Tất cả các actinide đều là pyrophoric, đặc biệt là khi được phân chia mịn, nghĩa là chúng tự bốc cháy khi phản ứng với không khí ở hoặc dưới 55 °C (130 °F). [84] Điểm nóng chảy của Actinide không có sự phụ thuộc rõ ràng vào số lượng f-electron. Điểm nóng chảy thấp bất thường của neptunium và plutonium (~ 640 °C) được giải thích bằng cách lai giữa các quỹ đạo 5f và 6d và sự hình thành liên kết định hướng trong các kim loại này. [70]

Comparison of ionic radii of lanthanides and actinides

Lanthanides	Ln3+, Å	Actinides	An3+, Å	An4+, Å
Lanthanum	1.061	Actinium	1.11	–
Cerium	1.034	Thorium	1.08	0.99
Praseodymium	1.013	Protactinium	1.05	0.93
Neodymium	0.995	Uranium	1.03	0.93
Promethium	0.979	Neptunium	1.01	0.92
Samarium	0.964	Plutonium	1.00	0.90
Europium	0.950	Americium	0.99	0.89
Gadolinium	0.938	Curium	0.98	0.88
Terbium	0.923	Berkelium	–	–
Dysprosium	0.908	Californium	–	–
Holmium	0.894	Einsteinium	–	–
Erbium	0.881	Fermium	–	–
Thulium	0.869	Mendelevium	–	–
Ytterbium	0.858	Nobelium	–	–
Lutetium	0.848	Lawrencium	–	–

Tính chất hóa học

Giống như lanthanides, tất cả các loại actinide đều có khả năng phản ứng cao với các halogen và chalcogens; tuy nhiên, các actinide phản ứng dễ dàng hơn. Actinide, đặc biệt là những loại có số lượng nhỏ 5 f -electron, dễ bị lai tạo. Điều này được giải thích bởi sự giống nhau của năng lượng electron ở lớp vỏ 5 f, 7 s và 6 d. Hầu hết các loại thuốc tím có nhiều trạng thái hóa trị lớn hơn và ổn định nhất là +6 đối với urani, +5 đối với protactinium và neptunium, +4 đối với thorium và plutonium và +3 đối với Actinium và các loại Actinide khác. ^[86]

Về mặt hóa học, Actinium tương tự như lanthanum, được giải thích bởi bán kính ion tương tự và cấu trúc điện tử của chúng. Giống như lanthanum, Actinium hầu như luôn có trạng thái oxy hóa +3 trong các hợp chất, nhưng nó ít phản ứng hơn và có các đặc tính cơ bản rõ rệt hơn. Trong số các Actinide hóa trị ba khác, Ac ³⁺ có tính axit thấp nhất, nghĩa là có xu hướng thủy phân yếu nhất trong dung dịch nước. ^{[29] [70]}

Thorium khá tích cực về mặt hóa học. Do thiếu các electron trên quỹ đạo 6 d và 5 f, các hợp chất thorra tetravalent không màu. Ở pH <3, các dung dịch muối thorium bị chi phối bởi các cation [Th (H ₂ O) ₈ ] ⁴⁺. Ion Th ⁴⁺ tương đối lớn và tùy thuộc vào số phối trí có thể có bán kính trong khoảng 0,95 đến 1,14. Do đó, muối thorium có xu hướng thủy phân yếu. Khả năng đặc biệt của muối thorium là độ hòa tan cao, không chỉ trong nước, mà còn trong các dung môi hữu cơ phân cực. ^[70]

Protactinium thể hiện hai trạng thái hóa trị; +5 ổn định và trạng thái +4 dễ bị oxy hóa thành protactinium (V). Do đó, protactinium tetravalent trong các dung dịch thu được do tác dụng của các chất khử mạnh trong khí quyển hydro. Tetravalent protactinium tương tự về mặt hóa học với uranium (IV) và thorium (IV). Fluoride, phốt phát, hypophosphate, iodate và phenylarsonate của protactinium (IV) không hòa tan trong nước và axit loãng. Protactinium tạo thành cacbonat hòa tan. Các tính chất thủy phân của pentactal protactinium gần với tantalum (V) và niobium (V). Hành vi hóa học phức tạp của protactinium là hậu quả của việc bắt đầu đổ vỏ 5 f trong nguyên tố này. ^[61]

Uranium có hóa trị từ 3 đến 6, cuối cùng ổn định nhất. Ở trạng thái hexaval, uranium rất giống với nhóm 6 nguyên tố. Nhiều hợp chất của urani (IV) và urani (VI) là không cân bằng hóa học, tức là có thành phần thay đổi. Ví dụ, công thức hóa học thực tế của uranium dioxide là UO _{2 + x}, trong đó x thay đổi trong khoảng.40,4 đến 0,32. Các hợp chất Urani (VI) là các chất oxy hóa yếu. Hầu hết trong số chúng chứa nhóm " uranyl " tuyến tính, UO 2+

2. Từ 4 đến 6 phối tử có thể được đặt trong một mặt phẳng xích đạo vuông góc với nhóm uranyl. Nhóm uranyl hoạt động như một axit cứngvà hình thành các phức chất mạnh hơn với các phối tử oxy-donor so với các phối tử nitơ-donor. NpO 2+

2 và PuO 2+

2 cũng là dạng phổ biến của Np và Pu ở trạng thái oxy hóa +6. Các hợp chất Uranium (IV) thể hiện tính chất khử, ví dụ, chúng dễ bị oxy hóa bởi oxy trong khí quyển. Uranium (III) là một chất khử rất mạnh. Do sự hiện diện của vỏ d, urani (cũng như nhiều loại actinide khác) tạo thành các hợp chất organometallic, như U ^III (C ₅ H ₅) ₃ và U ^IV (C ₅ H ₅) ₄. ^{[70] [87]}

Sao Hải Vương có các trạng thái hóa trị từ 3 đến 7, có thể được quan sát đồng thời trong các giải pháp. Trạng thái ổn định nhất trong dung dịch là +5, nhưng hóa trị +4 được ưu tiên trong các hợp chất neptunium rắn. Kim loại Neptunium rất dễ phản ứng. Các ion của neptunium dễ bị thủy phân và hình thành các hợp chất phối hợp. ^[37]

Plutonium cũng thể hiện các trạng thái hóa trị giữa 3 và 7, và do đó tương tự về mặt hóa học với neptunium và uranium. Nó có tính phản ứng cao, và nhanh chóng tạo thành màng oxit trong không khí. Plutonium phản ứng với hydro ngay cả ở nhiệt độ thấp tới 25 nhiệt50 °C; nó cũng dễ dàng tạo thành halogen và các hợp chất intermetallic. Phản ứng thủy phân của các ion plutoni ở các trạng thái oxy hóa khác nhau khá đa dạng. Plutonium (V) có thể tham gia phản ứng trùng hợp. ^{[88] [89]}

Sự đa dạng hóa học lớn nhất trong số các loại thuốc tím được quan sát thấy ở Mỹ, có thể có hóa trị từ 2 đến 6. Mỹ hóa trị hai chỉ thu được trong các hợp chất khô và dung dịch không chứa nước (acetonitril). Các trạng thái oxy hóa +3, +5 và +6 là điển hình cho các dung dịch nước, nhưng cũng ở trạng thái rắn. Tetravalent Mỹ tạo thành các hợp chất rắn ổn định (điôxit, florua và hydroxit) cũng như các phức chất trong dung dịch nước. Nó đã được báo cáo rằng trong dung dịch kiềm Mỹ có thể bị oxy hóa đến trạng thái heptavalent, nhưng những dữ liệu này đã chứng minh là sai lầm. Hóa trị ổn định nhất của Mỹ là 3 trong các dung dịch nước và 3 hoặc 4 trong các hợp chất rắn. ^[90]

Hóa trị 3 chiếm ưu thế trong tất cả các yếu tố tiếp theo cho đến lawrencium (ngoại trừ nobelium). Curium có thể là tetravalent trong chất rắn (florua, điôxít). Berkelium, cùng với hóa trị +3, cũng cho thấy hóa trị +4, ổn định hơn so với curium; hóa trị 4 được quan sát thấy trong florua và điôxít rắn. Độ ổn định của Bk ⁴⁺ trong dung dịch nước gần bằng với Ce ⁴⁺. ^[91] Chỉ quan sát được hóa trị 3 đối với californiaium, einsteinium và fermium. Trạng thái hóa trị được chứng minh cho mendelevium và nobelium, và trong nobelium nó ổn định hơn trạng thái hóa trị ba. Lawrencium cho thấy hóa trị 3 cả trong dung dịch và chất rắn. ^[90]

Tiềm năng oxy hóa khử tăng từ.30,32 V trong urani, qua 0,34 V (Np) và 1,04 V (Pu) đến 1,34 V ở Mỹ cho thấy khả năng khử của ion An ⁴⁺ từ Mỹ thành urani. Tất cả các loại actinide tạo thành AnH ₃hydrides có màu đen với đặc tính giống như muối. Actinide cũng sản xuất các cacbua với công thức chung là AnC hoặc AnC ₂ (U ₂ C ₃ cho urani) cũng như sunfua An ₂ S ₃ và AnS ₂. ^[86]

Oxides of actinides

Compound	Color	Crystal symmetry, type	Lattice constants, Å			Density, g/cm3	Temperature, °C
			a	b	c
Ac2O3	White	Hexagonal, La2O3	4.07	-	6.29	9.19	–
PaO2	-	Cubic, CaF2	5.505	-	-	-	-
Pa2O5	White	cubic, CaF2 Cubic Tetragonal Hexagonal Rhombohedral Orthorhombic	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	Colorless	Cubic	5.59	-	-	9.87	–
UO2	Black-brown	Cubic	5.47	-	-	10.9	–
NpO2	Greenish-brown	Cubic, CaF2	5.424	-	-	11.1	–
PuO	Black	Cubic, NaCl	4.96	-	-	13.9	–
PuO2	Olive green	Cubic	5.39	-	-	11.44	–
Am2O3	Red-brown Red-brown	Cubic, Mn2O3 Hexagonal, La2O3	11.03 3.817	-	- 5.971	10.57 11.7	–
AmO2	Black	Cubic, CaF2	5.376	-	-	-	-
Cm2O3	White- -	Cubic, Mn2O2 Hexagonal, LaCl3 Monoclinic, Sm2O3	11.01 3.80 14.28	- - 3.65	- 6 8.9	11.7	–
CmO2	Black	Cubic, CaF2	5.37	-	-	-	-
Bk2O3	Light brown	Cubic, Mn2O3	10.886	-	-	-	-
BkO2	Red-brown	Cubic, CaF2	5.33	-	-	-	-
Cf2O3	Colorless Yellowish -	Cubic, Mn2O3 Monoclinic, Sm2O3 Hexagonal, La2O3	10.79 14.12 3.72	- 3.59 -	- 8.80 5.96	-	-
CfO2	Black	Cubic	5.31	-	-	-	-
Es2O3	-	Cubic, Mn2O3 Monoclinic Hexagonal, La2O3	10.07 14.1 3.7	- 3.59 -	- 8.80 6	-	-

Dioxides of some actinides

Chemical formula	ThO2	PaO2	UO2	NpO2	PuO2	AmO2	CmO2	BkO2	CfO2
CAS-number	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
Molar mass	264.04	263.035	270.03	269.047	276.063	275.06	270–284**	279.069	283.078
Melting point	3390 °C		2865 °C	2547 °C	2400 °C	2175 °C
Crystal structure	An4+: __  /  O2−: __
Space group	Fm3m
Coordination number	An[8], O[4]

Approximate colors of actinide oxides (most stable are bolded)

Oxidation state	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99
+3						Pu2O3	Am2O3	Cm2O3	Bk2O3	Cf2O3	Es2O3
+4		ThO2	PaO2	UO2	NpO2	PuO2	AmO2	CmO2	BkO2	CfO2
+5			Pa2O5	U2O5	Np2O5
+6				U3O8
				UO3

Một số loại thuốc tím có thể tồn tại ở một số dạng oxit như An2O3, AnO2, An2O5 và AnO3. Đối với tất cả các loại actinide, oxit AnO3 là chất lưỡng tính và An2O3, AnO2 và An2O5 là cơ bản, chúng dễ dàng phản ứng với nước, tạo thành bazơ: [86]

An2O3 + 3 H2O → 2 An (OH) 3.

Các bazơ này hòa tan kém trong nước và do hoạt động của chúng gần với các hydroxit của kim loại đất hiếm. [86] Np (OH) 3 chưa được tổng hợp, Pu (OH) 3 có màu xanh lam trong khi Am (OH) 3 có màu hồng và curium hydroxide Cm (OH) 3 không màu. [98] Bk (OH) 3 và Cf (OH) 3 cũng được biết đến, như là các hydroxit tetravalent cho Np, Pu và Am và pentavalent cho Np và Am. [98]

Cơ sở mạnh nhất là của Actinium. Tất cả các hợp chất của Actinium đều không màu, ngoại trừ Actinium sulfide đen (Ac2S3). [86] Dioxide của tetravalent actinide kết tinh trong hệ thống khối, giống như trong canxi florua.

Thorium phản ứng với oxy độc quyền tạo thành điôxít:

{\ displaystyle {\ ce {Th {} + O2 -> [{\ ce {1000 ^ {\ Circ} C}}] \ overbrace {ThO2} ^ {Thorium ~ dioxide}}}} {\ displaystyle {\ ce { Th {} + O2 -> [{\ ce {1000 ^ {\ Circ} C}}] \ overbrace {ThO2} ^ {Thorium ~ dioxide}}}}

Thorium dioxide là một vật liệu chịu lửa có điểm nóng chảy cao nhất trong số các oxit đã biết (3390 °C). [96] Thêm 0,81% ThO2 vào vonfram ổn định cấu trúc của nó, vì vậy các sợi pha tạp có độ ổn định cơ học tốt hơn đối với các rung động. Để hòa tan ThO2 trong axit, nó được đun nóng đến 500 xăng600 °C; đun nóng trên 600 °C tạo ra khả năng kháng axit và các thuốc thử khác của ThO2. Bổ sung nhỏ các ion florua xúc tác hòa tan thorium dioxide trong axit.

Hai oxit protactin đã thu được: PaO2 (đen) và Pa2O5 (trắng); cái trước là đẳng cấu với ThO2 và cái sau dễ dàng thu được hơn. Cả hai oxit đều là bazơ và Pa (OH) 5 là một bazơ yếu, hòa tan kém. [86]

Sự phân hủy một số muối của urani, ví dụ UO2 (NO3) · 6H2O trong không khí ở 400 °C, thu được UO3 màu cam hoặc màu vàng. [96] Oxit này là chất lưỡng tính và tạo thành một số hydroxit, ổn định nhất là uranyl hydroxide UO2 (OH) 2. Phản ứng của oxit urani (VI) với hydro dẫn đến uranium dioxide, tương tự tính chất của nó với ThO2. Ôxít này cũng là bazơ và tương ứng với urani hydroxit (U (OH) 4). [86]

Plutonium, neptunium và America tạo thành hai oxit cơ bản: An2O3 và AnO2. Neptunium trioxide không ổn định; do đó, chỉ có thể thu được Np3O8. Tuy nhiên, các oxit của plutoni và neptunium với công thức hóa học AnO2 và An2O3 được đặc trưng tốt. [86]

Muối

Trichlorides of some actinides

Chemical formula	AcCl3	UCl3	NpCl3	PuCl3	AmCl3	CmCl3	BkCl3	CfCl3
CAS-number	22986-54-5	10025-93-1	20737-06-8	13569-62-5	13464-46-5	13537-20-7	13536-46-4	13536-90-8
Molar mass	333.386	344.387	343.406	350.32	349.42	344–358**	353.428	357.438
Melting point		837 °C	800 °C	767 °C	715 °C	695 °C	603 °C	545 °C
Boiling point		1657 °C		1767 °C	850 °C
Crystal structure	An3+: __  /  Cl−: __
Space group	P63/m
Coordination number	An*[9], Cl [3]
Lattice constants	a = 762 pm c = 455 pm	a = 745.2 pm c = 432.8 pm		a = 739.4 pm c = 424.3 pm	a = 738.2 pm c = 421.4 pm	a = 726 pm c = 414 pm	a = 738.2 pm c = 412.7 pm	a = 738 pm c = 409 pm

*An – actinide **Depending on the isotopes

Actinide fluorides

Compound	Color	Crystal symmetry, type	Lattice constants, Å			Density, g/cm3
			a	b	c
AcF3	White	Hexagonal, LaF3	4.27	-	7.53	7.88
PaF4	Dark brown	Monoclinic	12.7	10.7	8.42	–
PaF5	Black	Tetragonal, β-UF5	11.53	-	5.19	–
ThF4	Colorless	Monoclinic	13	10.99	8.58	5.71
UF3	Reddish-purple	Hexagonal	7.18	-	7.34	8.54
UF4	Green	Monoclinic	11.27	10.75	8.40	6.72
α-UF5	Bluish	Tetragonal	6.52	-	4.47	5.81
β-UF5	Bluish	Tetragonal	11.47	-	5.20	6.45
UF6	Yellowish	Orthorhombic	9.92	8.95	5.19	5.06
NpF3	Black or purple	Hexagonal	7.129	-	7.288	9.12
NpF4	Light green	Monoclinic	12.67	10.62	8.41	6.8
NpF6	Orange	Orthorhombic	9.91	8.97	5.21	5
PuF3	Violet-blue	Trigonal	7.09	-	7.25	9.32
PuF4	Pale brown	Monoclinic	12.59	10.57	8.28	6.96
PuF6	Red-brown	Orthorhombic	9.95	9.02	3.26	4.86
AmF3	Pink or light beige	lục phương, LaF3	7.04	-	7.255	9.53
AmF4	Orange-red	Monoclinic	12.53	10.51	8.20	–
CmF3	From brown to white	Hexagonal	4.041	-	7.179	9.7
CmF4	Yellow	Monoclinic, UF4	12.51	10.51	8.20	–
BkF3	Yellow-green	Trigonal, LaF3 Orthorhombic, YF3	6.97 6.7	- 7.09	7.14 4.41	10.15 9.7
BkF4	-	Monoclinic, UF4	12.47	10.58	8.17	–
CfF3	- -	Trigonal, LaF3 Orthorhombic, YF3	6. 94 6.65	- 7.04	7.10 4.39	–
CfF4	- -	Monoclinic, UF4 Monoclinic, UF4	1.242 1.233	1.047 1.040	8.126 8.113	–

Actinide dễ dàng phản ứng với các halogen tạo thành muối với công thức MX3 và MX4 (X = halogen). Vì vậy, hợp chất berkelium đầu tiên, BkCl3, được tổng hợp vào năm 1962 với số lượng 3 nanogram. Giống như các halogen của các nguyên tố đất hiếm, clorua actinide, bromua và iotua đều tan trong nước và florua không hòa tan. Uranium dễ dàng tạo ra hexafluoride không màu, thăng hoa ở nhiệt độ 56,5 °C; do tính dễ bay hơi của nó, nó được sử dụng trong việc tách các đồng vị urani bằng máy ly tâm khí hoặc khuếch tán khí. Các hexafluoride Actinide có tính chất gần với anhydrid. Chúng rất nhạy cảm với độ ẩm và thủy phân tạo thành AnO2F2. [102] Các pentachloride và hexachloride đen của urani đã được tổng hợp, nhưng cả hai đều không ổn định. [86]

Einsteinium triiodua glowing in the dark

Hoạt động của axit đối với Actinide tạo ra muối và nếu các axit không bị oxy hóa thì Actinide trong muối ở trạng thái hóa trị thấp:

U + 2H2SO4 → U (SO4) 2 + 2H2

2Pu + 6HCl → 2PuCl3 + 3H2

Tuy nhiên, trong các phản ứng này, hydro tái sinh có thể phản ứng với kim loại, tạo thành hydrua tương ứng. Uranium phản ứng với axit và nước dễ dàng hơn nhiều so với thori. [86]

Muối Actinide cũng có thể thu được bằng cách hòa tan các hydroxit tương ứng trong axit. Nitrat, clorua, sunfat và perchlorate của Actinide hòa tan trong nước. Khi kết tinh từ dung dịch nước, các muối này tạo thành hydrat, như Th (NO3) 4 · 6H2O, Th (SO4) 2 · 9H2O và Pu2 (SO4) 3 · 7H2O. Các muối của Actinide hóa trị cao dễ dàng thủy phân. Vì vậy, sulfate không màu, clorua, perchlorate và nitrat của thorium biến thành muối cơ bản với công thức Th (OH) 2SO4 và Th (OH) 3NO3. Độ hòa tan và không hòa tan của Actinide hóa trị ba và tetravalent giống như muối lanthanide. Vì vậy, phốt phát, florua, oxalat, iotat và cacbonat của Actinide hòa tan yếu trong nước; chúng kết tủa dưới dạng hydrat, như ThF4 · 3H2O và Th (CrO4) 2 · 3H2O. [86]

Actinide với trạng thái oxy hóa +6, ngoại trừ các cation AnO22 +, dạng [AnO4] 2−, [An2O7] 2− và các anion phức tạp khác. Ví dụ, muối urani, neptunium và plutonium tạo thành các loại Na2UO4 (uranate) và (NH4) 2U2O7 (diuranate). So với lanthanide, Actinide dễ dàng hình thành các hợp chất phối hợp hơn và khả năng này tăng lên khi hóa trị của Actinide. Actinide hóa trị ba không tạo thành các hợp chất phối hợp florua, trong khi thorium tetravalent tạo thành phức hợp K2ThF6, KThF5 và thậm chí K5ThF9. Thorium cũng tạo thành các sunfat tương ứng (ví dụ Na2SO4 · Th (SO4) 2 · 5H2O), nitrat và thiocyanate. Các muối có công thức chung An2Th (NO3) 6 · nH2O có tính chất phối hợp, với số phối trí của thorium bằng 12. Thậm chí dễ dàng hơn là tạo ra các muối phức tạp của các loại actinide pentavalent và hexavalent. Các hợp chất phối hợp ổn định nhất của Actinide - tetravalent thorium và uranium - thu được trong các phản ứng với diketone, ví dụ: acetylacetone. [86]

Interior of a smoke detector containing americium-241.

Self-illumination of a nuclear reactor by Cherenkov radiation.

Mặc dù các loại thuốc tím có một số ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày đã được thiết lập, như trong máy dò khói (Mỹ) [103] [104] và lớp phủ khí (thorium), [76] chúng chủ yếu được sử dụng trong vũ khí hạt nhân và sử dụng làm nhiên liệu trong các lò phản ứng hạt nhân. [76] Hai khu vực cuối cùng khai thác tài sản của Actinide để giải phóng năng lượng khổng lồ trong các phản ứng hạt nhân, trong những điều kiện nhất định có thể trở thành phản ứng dây chuyền tự duy trì.

Đồng vị quan trọng nhất cho các ứng dụng năng lượng hạt nhân là uranium-235. Nó được sử dụng trong lò phản ứng nhiệt và nồng độ của nó trong urani tự nhiên không vượt quá 0,72%. Đồng vị này hấp thụ mạnh các neutron nhiệt giải phóng nhiều năng lượng. Một hành động phân hạch 1 gram của 235U chuyển đổi thành khoảng 1 MW · ngày. Điều quan trọng là 235 92Uphát ra nhiều neutron hơn mức hấp thụ; [105] khi đạt đến khối lượng tới hạn, 23592Utham gia vào một phản ứng dây chuyền tự duy trì. [70] Thông thường, hạt nhân uranium được chia thành hai mảnh với sự giải phóng 2 neutron3vídụ:23592U  + 10n  11545Rh  + 11847Ag  + 310nCác đồng vị actinide đầy hứa hẹn khác cho năng lượng hạt nhân là thorium-232 và sản phẩm của nó từ chu trình nhiên liệu thorium, uranium-233.

Nuclear reactor

The core of most Generation II nuclear reactors contains a set of hollow metal rods, usually made of zirconium alloys, filled with solid nuclear fuel pellets – mostly oxide, carbide, nitride or monosulfide of uranium, plutonium or thorium, or their mixture (the so-called MOX fuel). The most common fuel is oxide of uranium-235. Fast neutrons are slowed by moderators, which contain water, carbon, deuterium, or beryllium, as thermal neutrons to increase the efficiency of their interaction with uranium-235. The rate of nuclear reaction is controlled by introducing additional rods made of boron or cadmium or a liquid absorbent, usually boric acid. Reactors for plutonium production are called breeder reactor or breeders; they have a different design and use fast neutrons.

Sự phát xạ của neutron trong quá trình phân hạch urani rất quan trọng không chỉ để duy trì phản ứng chuỗi hạt nhân, mà còn cho sự tổng hợp các actinide nặng hơn. Uranium-239 chuyển đổi qua-decay thành plutonium-239, giống như uranium-235, có khả năng phân hạch tự phát. Các lò phản ứng hạt nhân đầu tiên trên thế giới được xây dựng không phải để lấy năng lượng, mà để sản xuất plutonium-239 cho vũ khí hạt nhân.

Khoảng một nửa số thorium được sản xuất được sử dụng làm vật liệu phát sáng của lớp phủ khí. [76] Thorium cũng được thêm vào hợp kim đa thành phần của magiê và kẽm. Vì vậy, hợp kim Mg-Th nhẹ và mạnh, nhưng cũng có điểm nóng chảy và độ dẻo cao và do đó được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không và sản xuất tên lửa. Thorium cũng có đặc tính phát xạ điện tử tốt, với tuổi thọ dài và hàng rào tiềm năng thấp cho sự phát xạ. [105] Hàm lượng tương đối của đồng vị thorium và uranium được sử dụng rộng rãi để ước tính tuổi của các vật thể khác nhau, bao gồm cả các ngôi sao (xem niên đại bằng phép đo phóng xạ). [108]

Ứng dụng chính của plutonium là trong vũ khí hạt nhân, trong đó đồng vị plutonium-239 là thành phần chính do dễ phân hạch và sẵn có. Các thiết kế dựa trên Plutonium cho phép giảm khối lượng tới hạn khoảng một phần ba so với uranium-235. [109] Bom plutonium "Fat Man" được sản xuất trong Dự án Manhattan đã sử dụng nén plutonium để có mật độ cao hơn đáng kể so với bình thường, kết hợp với nguồn neutron trung tâm để bắt đầu phản ứng và tăng hiệu quả. Do đó, chỉ cần 6,2 kg plutoni cho năng suất nổ tương đương với 20 kiloton TNT. [110] (Xem thêm Thiết kế vũ khí hạt nhân.) Theo giả thuyết, chỉ cần 4 kg plutonium, và thậm chí có thể ít sử dụng để chế tạo một quả bom nguyên tử bằng cách sử dụng các thiết kế lắp ráp rất tinh vi. [111]

Plutonium-238 có khả năng đồng vị hiệu quả hơn đối với các lò phản ứng hạt nhân, vì nó có khối lượng tới hạn nhỏ hơn uranium-235, nhưng nó vẫn tiếp tục giải phóng nhiều năng lượng nhiệt (0,56 W / g) [104] [112] bằng cách phân rã ngay cả khi chuỗi phân hạch phản ứng được dừng lại bởi thanh điều khiển. Ứng dụng của nó bị giới hạn bởi mức giá cao (khoảng US $ 1000 / g). Đồng vị này đã được sử dụng trong các hệ thống nhiệt điện và chưng cất nước của một số vệ tinh và trạm vũ trụ. Vì vậy, tàu vũ trụ Galileo và Apollo (ví dụ Apollo 14 [113]) có máy sưởi được cung cấp năng lượng bởi một lượng lớn oxit plutonium-238; nhiệt này cũng được chuyển thành điện với nhiệt điện. Sự phân rã của plutonium-238 tạo ra các hạt alpha tương đối vô hại và không đi kèm với chiếu xạ gamma. Do đó, đồng vị này (~ 160 mg) được sử dụng làm nguồn năng lượng trong máy tạo nhịp tim nơi nó tồn tại lâu hơn khoảng 5 lần so với pin thông thường. [104]

Actinium-227 được sử dụng làm nguồn neutron. Năng lượng riêng cao của nó (14,5 W / g) và khả năng thu được một lượng đáng kể các hợp chất ổn định nhiệt là hấp dẫn để sử dụng trong các máy phát nhiệt điện kéo dài để sử dụng từ xa. 228Ac được sử dụng như một chỉ số về phóng xạ trong nghiên cứu hóa học, vì nó phát ra các electron năng lượng cao (2,18 MeV) có thể dễ dàng phát hiện. Hỗn hợp 228Ac-228Ra được sử dụng rộng rãi như một nguồn gamma mạnh trong công nghiệp và y học. [29]

Phát triển vật liệu pha tạp Actinide tự phát sáng với ma trận tinh thể bền là một lĩnh vực mới của việc sử dụng Actinide vì việc bổ sung các hạt nhân phóng xạ alpha vào một số kính và tinh thể có thể tạo ra sự phát quang. [114]

Độc tính

Sơ đồ minh họa sự xâm nhập của bức xạ thông qua các tờ giấy, nhôm và gạch chì

Các chất phóng xạ có thể gây hại cho sức khỏe con người thông qua (i) ô nhiễm da cục bộ, (ii) phơi nhiễm bên trong do nuốt phải các đồng vị phóng xạ và (iii) tiếp xúc quá mức bên ngoài bởi hoạt động và phóng xạ. Cùng với các nguyên tố radium và transuranium, Actinium là một trong những chất độc phóng xạ nguy hiểm nhất với hoạt tính α đặc hiệu cao. Tính năng quan trọng nhất của Actinium là khả năng tích lũy và tồn tại trong lớp bề mặt của bộ xương. Ở giai đoạn đầu của ngộ độc, Actinium tích lũy trong gan. Một mối nguy hiểm khác của Actinium là nó trải qua quá trình phân rã phóng xạ nhanh hơn là được bài tiết. Hấp phụtừ đường tiêu hóa nhỏ hơn nhiều (~ 0,05%) đối với Actinium so với radium. ^[29]

Protactinium trong cơ thể có xu hướng tích lũy trong thận và xương. Liều an toàn tối đa protactini trong cơ thể con người là 0,03 μCi tương ứng với 0,5 microgram ²³¹Pa. Đồng vị này, mà có thể có mặt trong không khí như bình xịt, là 2,5 × 10 ⁸ độc hại hơn lần axit hydrocyanic. ^{[61] [ mâu thuẫn ]}

Plutonium, khi đi vào cơ thể qua không khí, thức ăn hoặc máu (ví dụ như vết thương), chủ yếu lắng đọng trong phổi, gan và xương với chỉ khoảng 10% đi đến các cơ quan khác, và tồn tại ở đó trong nhiều thập kỷ. Thời gian cư trú dài của plutonium trong cơ thể được giải thích một phần bởi khả năng hòa tan kém trong nước. Một số đồng vị của plutoni phát ra bức xạ ion hóa, làm hỏng các tế bào xung quanh. Các liều gây chết trung bình (LD ₅₀) trong 30 ngày ở chó sau khi tiêm tĩnh mạch plutonium là 0,32 miligam mỗi kg trọng lượng cơ thể, và do đó liều gây tử vong đối với con người là khoảng 22 mg cho một người nặng 70 kg; số lượng tiếp xúc hô hấp nên lớn hơn khoảng bốn lần. Một ước tính khác cho rằng plutonium ít độc hơn 50 lần so với radiumvà do đó, hàm lượng plutoni trong cơ thể được cho phép là 5 5g hoặc 0,3CCi. Số lượng như vậy là gần như vô hình trong dưới kính hiển vi. Sau các thử nghiệm trên động vật, liều lượng tối đa cho phép này đã giảm xuống còn 0,65 Giảmg hoặc 0,04 GiảmCi. Các nghiên cứu trên động vật cũng tiết lộ rằng con đường tiếp xúc với plutonium nguy hiểm nhất là qua đường hô hấp, sau đó 5 525% các chất hít vào được giữ lại trong cơ thể. Tùy thuộc vào kích thước hạt và độ hòa tan của các hợp chất plutoni, plutoni được định vị trong phổi hoặc trong hệ bạch huyếthoặc được hấp thụ vào máu và sau đó được vận chuyển đến gan và xương. Ô nhiễm qua thực phẩm là cách ít khả năng nhất. Trong trường hợp này, chỉ có khoảng 0,05% hợp chất hòa tan 0,01% hòa tan của plutoni hấp thụ vào máu, và phần còn lại được bài tiết. Việc tiếp xúc với da bị tổn thương với plutonium sẽ giữ lại gần 100%. ^[88]

Sử dụng Actinide trong nhiên liệu hạt nhân, nguồn phóng xạ kín hoặc vật liệu tiên tiến như tinh thể tự phát sáng có nhiều lợi ích tiềm năng. Tuy nhiên, một mối quan tâm nghiêm trọng là độc tính phóng xạ cực cao của các loại thuốc tím và sự di cư của chúng trong môi trường. ^[115] Việc sử dụng các dạng actinide không ổn định về mặt hóa học trong MOX và các nguồn phóng xạ kín không phù hợp với các tiêu chuẩn an toàn hiện đại. Có một thách thức để phát triển các vật liệu mang Actinide ổn định và bền, cung cấp lưu trữ an toàn, sử dụng và thải bỏ cuối cùng. Một nhu cầu quan trọng là ứng dụng các dung dịch rắn Actinide trong các pha vật chủ tinh thể bền. ^[114]

Thuộc tính hạt nhân

Thời gian bán hủy và phân nhánh cho các sản phẩm Actinide và phân rã tự nhiên

Nguyên tử	Nửa đời	Loại tia	Phân nhánh	Nguồn
20681Tl	4.202 ± 0.011 m	β−	1.0	LNHB
20881Tl	3.060 ± 0.008 m	β−	1.0	BIPM-5
21082Pb	22.20 ± 0.22 y	β−	1.0	ENSDF
		α	(1.9 ± 0.4) x 10−8
21182Pb	36.1 ± 0.2 m	β−	1.0	ENSDF
21282Pb	10.64 ± 0.01 h	β−	1.0	BIPM-5
21482Pb	26.8 ± 0.9 m	β−	1.0	ENSDF
21183Bi	2.14 ± 0.02 m	β−	0.00276 ± 0.00004	ENSDF
		α	0.99724 ± 0.00004
21283Bi	60.54 ± 0.06 m	α	0.3593 ± 0.0007	BIPM-5
		β−	0.6407 ± 0.0007
21483Bi	19.9 ± 0.4 m	α	0.00021 ± 0.00001	ENSDF
		β−	0.99979 ± 0.00001
21084Po	138.376 ± 0.002 d	α	1.0	ENSDF
21986Rn	3.96 ± 0.01 s	α	1.0	ENSDF
22086Rn	55.8 ± 0.3 s	α	1.0	BIPM-5
22187Fr	4.9 ± 0.2 m	β−	0.00005 ± 0.00003	ENSDF
		α	0.99995 ± 0.00003
22388Ra	11.43 ± 0.05 d	α	1.0	ENSDF
		14C	(8.9 ± 0.4) x 10−10
22488Ra	3.627 ± 0.007 d	α	1.0	BIPM-5
22588Ra	14.9 ± 0.2 d	β−	1.0	ENSDF
22688Ra	(1.600 ± 0.007) x 103 y	α	1.0	BIPM-5
22888Ra	5.75 ± 0.03 y	β−	1.0	ENSDF
22489Ac	2.78 ± 0.17 h	α	0.091 +0.020 -0.014	ENSDF
		EC	0.909 +0.014 -0.020
22589Ac	10.0 ± 0.1 d	α	1.0	ENSDF
22789Ac	21.772 ± 0.003 y	α	0.01380 ± 0.00004	ENSDF
		β−	0.98620 ± 0.00004
22889Ac	6.15 ± 0.02 h	β−	1.0	ENSDF
22790Th	18.718 ± 0.005 d	α	1.0	BIPM-5
22890Th	698.60 ± 0.23 d	α	1.0	BIPM-5
22990Th	(7.34 ± 0.16) x 103 y	α	1.0	ENSDF
23090Th	(7.538 ± 0.030) x 104 y	α	1.0	ENSDF
		SF	≤ 4 x 10−13
23190Th	25.52 ± 0.01 h	β−	1.0	ENSDF
		α	~ 4 x 10−13
23290Th	(1.405 ± 0.006) x 1010 y	α	1.0	ENSDF
		SF	(1.1 ± 0.4) x 10−11
23390Th	22.15 ± 0.15 m	β−	1.0	LNHB
23490Th	24.10 ± 0.03 d	β−	1.0	ENSDF
23191Pa	(3.276 ± 0.011) x 104 y	α	1.0	ENSDF
		SF	≤ 3 x 10−12
23291Pa	1.32 ± 0.02 d	EC	0.00003 ± 0.00001	ENSDF
		β−	0.99997 ± 0.00001
23391Pa	26.98 ± 0.02 d	β−	1.0	LNHB
23491Pa	6.70 ± 0.05 h	β−	1.0	ENSDF
234m91Pa	1.159 ± 0.016 m	IT	0.0016 ± 0.0002	IAEA-CRP-XG
		β−	0.9984 ± 0.0002
23292U	68.9 ± 0.4 y	α	1.0	ENSDF
		SF
23392U	(1.592 ± 0.002) x 105 y	α	1.0	ENSDF
		SF
23492U	(2.455 ± 0.006) x 105 y	α	1.0	LNHB
		SF	(1.6 ± 0.2) x 10−11
235m92U	26 ± 1 m	IT	1.0	ENSDF
23592U	(7.038 ± 0.005) x 108 y	α	1.0	ENSDF
		SF	(7 ± 2) x 10−11
23692U	(2.342 ± 0.004) x 107 y	α	1.0	ENSDF
		SF	(9.4 ± 0.4) x 10−10
23792U	6.749 ± 0.016 d	β−	1.0	LNHB
23892U	(4.468 ± 0.005) x 109 y	α	1.0	LNHB
		SF	(5.45 ± 0.04) x 10−7
23992U	23.45 ± 0.02 m	β−	1.0	ENSDF
23693Np	(1.55 ± 0.08) x 105 y	α	0.0016 ± 0.0006	LNHB
		β−	0.120 ± 0.006
		EC	0.878 ± 0.006
236m93Np	22.5 ± 0.4 h	β−	0.47 ± 0.01	LNHB
		EC	0.53 ± 0.01
23793Np	(2.144 ± 0.007) x 106 y	α	1.0	ENSDF
		SF
23893Np	2.117 ± 0.002 d	β−	1.0	ENSDF
23993Np	2.356 ± 0.003 d	β−	1.0	ENSDF
23694Pu	2.858 ± 0.008 y	α	1.0	ENSDF

Tài liệu tham khảo

LNHB	Laboratoire National Henri Becquerel, Recommended Data, http://www.nucleide.org/DDEP_WG/DDEPdata.htm, 3 October 2006.
BIPM-5	M.-M. Bé, V. Chisté, C. Dulieu, E. Browne, V. Chechev, N. Kuzmenko, R. Helmer, A. Nichols, E. Schönfeld, R. Dersch, Monographie BIPM-5, Table of Radionuclides, Vol. 2 - A = 151 to 242, 2004.
ENSDF	“Evaluated Nuclear Structure Data File”. Brookhaven National Laboratory. Truy cập ngày 15 tháng 11 năm 2006.
IAEA-CRP-XG	M.-M. Bé, V. P. Chechev, R. Dersch, O. A. M. Helene, R. G. Helmer, M. Herman, S. Hlavác, A. Marcinkowski, G. L. Molnár, A. L. Nichols, E. Schönfeld, V. R. Vanin, M. J. Woods, IAEA CRP "Update of X Ray and Gamma Ray Decay Data Standards for Detector Calibration and Other Applications", IAEA Scientific and Technical Information report STI/PUB/1287, May 2007, International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria, ISBN 92-0-113606-4.