Aktinoidid
Aktinoidideks nimetatakse 15 keemilist elementi aktiiniumist lavrentsiumini järjenumbritega 89–103. Nimetus "aktinoidid" on tulnud seeria esimese elemendi, aktiiniumi järgi. Kõik aktinoidid loetakse f-elementideks nagu ka kõik lantanoidid.
Kõik aktinoidid on radioaktiivsed. Nende hulka kuuluvad tuumakütused uraan ja plutoonium.
Perioodilisussüsteemis paigutatakse nad sageli koos lantanoididega peatabeli alla.
Leidumine
Looduses leidub uraani, tooriumi ja protaktiiniumi, vähesel määral esineb ka neptuuniumi ja plutooniumi.[1] Neid elemente leidub looduses seepärast, et neil kõigil on olemas küllaltki pika poolestusajaga isotoobid. Ülejäänud elementide poolestusajad on lühemad ning seetõttu neid stabiilselt looduses ei esine. Tooriumi saadakse põhiliselt monatsiidist ThO2 kujul, uraani peamine allikas on mineraal uraniniit ehk uraanipigimaak.[2]
Keemilised omadused
Aktinoidide elektronkonfiguratsiooni saab väljendada kujul [Rn] 7s26d0..55f1..14. Seega on neil välimisel 7s-nivool alati kaks elektroni, väljastpoolt teisel 6d-nivool võib olla null kuni viis elektroni ning väljastpoolt kolmandasse 5f-alanivoole lisandub neil järjest elektrone.[1]
Aktinoidid sarnanevad keemilistelt omadustelt kõige rohkem lantanoididega, mõlemad rühmad kuuluvad f-elementide hulka. Võrreldes lantanoididega ei ole aktinoidid üksteisega keemiliselt nii sarnaste omadustega. Varieeruvamaid omadusi põhjustab asjaolu, et raskemate elementide puhul on 7s-, 6d- ja 5f-orbitaalide energiad küllaltki sarnased ning seega on elektronide üleminek eri orbitaalide vahel lihtne. Selle tulemusena on aktinoidide oksüdatsiooniastmed palju varieeruvamad kui lantanoididel.[1]
Esimesed seitse aktinoidi võivad käituda nii f- kui ka d-elementidena oma oksüdatsiooniastmete varieeruvuse tõttu. Alates kuuriumist on elementide oksüdatsiooniastmed sarnasemad lantanoidide omadega. Oksüdatsiooniastmete variatsioon väheneb, sest 5f-nivoo täitumisel muutuvad aatomite elektronkonfiguratsioonid stabiilsemaks ning seetõttu muutub elektronide üleminek 6d-nivoole raskemaks.[1]
| Element | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Aatomnumber | 89 | 90 | 91 | 92 | 93 | 94 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 | 100 | 101 | 102 | 103 |
| Elektronkonfiguratsioon põhiolekus | 7s26d1 | 7s26d2 | 7s26d15f2 | 7s26d15f3 | 7s26d15f4 | 7s25f6 | 7s25f7 | 7s26d15f7 | 7s25f9 | 7s25f10 | 7s25f11 | 7s25f12 | 7s25f13 | 7s25f14 | 7s26d15f14 |
| Oksüdatsiooniastmed | 3 | 4 | 4, 5 | 3, 4, 5, 6 | 3, 4, 5, 6, 7 | 3, 4, 5, 6, 7 | 2, 3, 4, 5, 6 | 3, 4 | 3, 4 | 2, 3, 4 | 2, 3 | 2, 3 | 2, 3 | 2, 3 | 3 |
| Pikima elueaga isotoobi poolestusaeg | 21,8 aastat | 14 miljardit aastat | 33 000 aastat | 4,5 miljardit aastat | 2,1 miljonit aastat | 82 miljonit aastat | 7 400 aastat | 16 miljonit aastat | 1 400 aastat | 900 aastat | 1,3 aastat | 100 päeva | 52 päeva | 58 minutit | 3 minutit |
| Poolestumisel kiiratav kiirgus | β− | α, γ | α, γ | α, γ | α, γ | α, γ | α, γ | α, γ | α, γ | α, γ | α | α, γ | α | α | α |
Radioaktiivsus
Kõik aktinoidid on radioaktiivsed, neil puuduvad stabiilsed mitteradioaktiivsed isotoobid. Seetõttu on aktinoidid väga toksilised ning juba väikesel hulgal võivad nad olla letaalsed. Radiatsiooniohu tõttu on enamiku (välja arvatud pika poolestusajaga U ja Th) aktinoidide ühendite uurimine raskendatud ning enamikku traditsioonilisi meetodeid nende uurimisel kasutada ei saa.[2]
Kasutusalad
Aktinoide uraani ja plutooniumi kasutatakse tuumareaktorites tuumakütusena. Aatomite lõhestusmisreaktsiooni käigus vabaneb suur hulk energiat, mida kasutatakse elektrienergia tootmiseks. Lagunemisprotsessi initsieerivate neutronite hulga kontrollimiseks kasutatakse kaitsevardaid, mis neelavad neutroneid ega lase reaktsioonil liiga energiliseks minna.[3] Viimastel aastatel on elavnenud huvi tooriumi kasutamiseks tuumakütusena.
Igapäevasemas rakenduses leiab kasutust ameriitsium, mis on oluline komponent suitsuanduri detektorsüsteemis. Suitsuanduris on kaks pingestatud elektroodi, mille läheduses paikneb väike tükk ameriitsiumi, mis kiirgab alfakiirgust. Alfaosakesed ioniseerivad õhu ning tekkinud ioonid liiguvad elektroodidele ning tekitavad konstantset voolu. Suitsuosakeste sattumisel süsteemi interakteeruvad nad ioonidega ning vool muutub. Selle tulemusena käivitubki alarm. Ameriitsiumi kasutamine on tervisele ohutu, sest kiirgumine toimub ainult mõne sentimeetri kaugusele.[2][3]