Aktinium

Kohteesta Wikipedia
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
RadiumAktiniumTorium
La

Ac

  
 
 
Ac-TableImage.png
Yleistä
Nimi Aktinium
Tunnus Ac
Järjestysluku 89
Luokka aktinoidi
Lohko f-lohko
Ryhmä 3
Jakso 7
Tiheys10,07 · 103 kg/m3
Löytövuosi, löytäjä 1899, 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
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste1500 (arvioitu) K (1227 °C)
Kiehumispiste3473±300 (arvioitu) K (3200±300 °C)
Höyrystymislämpö400 kJ/mol
Sulamislämpö14 kJ/mol
Muuta
Elektronegatiivisuus1,1 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti 0,120 kJ/kg K
Lämmönjohtavuus12 W/(m·K)
CAS-numero7440-34-8
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa
Aktiniumnäytteitä 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 nimikin, 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 3200±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] 1126 997 1065 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 1100 °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 +3 hapetusluvun harvinaisten maametallien oksideilla.[7]

Halidit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Actiniumin 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]

Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
205Ac 80±60 ms α
206Ac 25 ms α
206mAc 41±16 ms α
207Ac 31 ms α
208Ac 97 ms α
208mAc 28 ms ?
209Ac 94 ms α
210Ac 350 ms α
211Ac 213 ms α
212Ac 895 ms α
213Ac 738 ms α
214Ac 8,2 s α (> 89±3 %), β+ (< 11±3 %)
215Ac 170 ms α
215mAc 185 ns IT
215nAc 335 ns IT
216Ac 440 µs α
216mAc 441 µs α
217Ac 69 ns α
217mAc 740 ns α (4,3 %) IT (95,7 %)
218Ac 1,00 µs α
218mAc 32 ns
218nAc 103 ns IT
 
Isotooppi Puoliintumisaika Hajoamistyyppi
219Ac 11,8 µs α
220Ac 26,36 ms α
221Ac 52 ms α
222Ac 5,0 s α (99 %), β+ (1 %)
222mAc 1,05 min α (? %), IT (< 10%), β+ (1,4±0,4 %)
223Ac 2,10 min α
224Ac 2,78 tuntia α
225Ac 9,920 päivää α
226Ac 29,37 tuntia α (0,006 %), β (83 %), EC (17 %)
227Ac 21,772 v α (1,38 %), β (98,62 %)
228Ac 6,15 tuntia β
229Ac 62,7 min β
230Ac 122 s β
231Ac 7,5 min β
232Ac 1,98 min β
233Ac 145 s β
234Ac 45 s β
235Ac 62 s β
236Ac 4,5±3,6 min β

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. 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]

Terveysvaikutus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vaikka 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 vaarallinen kuin plutoniumin. Pienikin määrä, etenkin elimistöön joutuessaan, muodostaa vakavan terveysriskin aktiniumin suuren säteilyn vuoksi. Aktiniumilla ei ole mitään osaa elävien organismien 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, Lester R.: ”luku 2”, Actinium, s. 18-50. Teoksessa: Morss, Lester R. et al. (toim.) The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, 3. painos. Dordrecht: Springer, 2006. ISBN 1402035985. Teoksen verkkoversio (PDF). (englanniksi)

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. a b c Marko Hamilo: Aktinideja yhdistää radioaktiivisuus 8.11.2005. Helsingin Sanomat (alkuainesarjan artikkeli aktiniumista). Arkistoitu . Viitattu 10.11.2018.
  2. a b c Audi, G. et al.: 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. (englanniksi)
  3. a b c Actinium Encyclopædia Britannica Online. Viitattu 10.11.2018. (englanniksi)
  4. a b Kirby et al. s. 34
  5. Facta 2001 s. 243
  6. a b 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. a b c d e f g h i j k Sherman, Fried; Hagemann, French & 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. a b c Farr, J.; Giorgi, A. L.; Bowman, M. G. & Money, R. K.: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1961, 18. vsk, s. 42–47. doi:10.1016/0022-1902(61)80369-2. (englanniksi)
  9. a b Zachariasen, W. H.: Acta Crystallographica, 1949, 2. vsk, nro 6, s. 388–390. doi:10.1107/S0365110X49001016. (englanniksi)
  10. Zachariasen, W. H.: Acta Crystallographica, 1949, 2. vsk, s. 57–60. doi:10.1107/S0365110X49000126. Artikkelin verkkoversio (pdf). (englanniksi)
  11. a b Zachariasen, W. H.: 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. a b c Kirby et al 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 et al. s. 22-23
  16. Kirby et al. 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. a b Kirby et al. s. 43-44
  19. a b Emsley, John: 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. a b Kirby et al. s. 18-19

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Aktinium.
Wikisanakirja
Wikisanakirjassa on tähän liittyvä sananselitys: aktinium.