Актиниды

План.

1.Введение.

2.Строение электронов, конфигурация.

3.Основополагающие принципы актинидной концепции.

4.Ионы актинидов.

5.История открытия некоторых актенидов.

6.Современные способы получения актинидов.

7.Область применения.

8.Нахождение в природе.

  1. Введение.

Семейство из 14 химических элементов с атомными номерами Z 90 — 103, расположенных в 7 периоде системы Менделеева за актинием Ac и относящихся, как и актиний, к III группе системы. К актинидам принадлежат: торий Th (Z=90), протактиний Pa (91), уран U (92), нептуний Np (93), плутоний Pu (94), амерций Am (95), кюрий Cm (96), берклий Bk (97), калифорний Cf (98), эйнштейний Es (99), фермий Fm (100), менделевий Md (101), элемент Ї 102, не имеющий пока общепринятого названия, и лоуренсий Lr (103).

Все актиниды радиоактивны, т. е. не имеют стабильных изотопов. Th, Pa и U принадлежат к естественно-радиоактивным элементам, встречающимся в природе, и открытым ранее. Остальные актиниды, часто называемые трансурановыми элементами, получены в 1940−63 искусственным путём при помощи ядерных реакций. Из них только Np и Pu обнаружены в ничтожно малых количествах в некоторых радиоактивных рудах, более «тяжёлые» А. (т. е. А. с большими атомными номерами) в природе не найдены. Огромная заслуга в изучении актинидов принадлежит американскому химику

Г. Т. Сиборгу, который выдвинул гипотезу о существовании группы актинидов (1942) и под руководством или при участии которого было впервые синтезировано девять актинидов. Выделение актинидов в специальное семейство связано со схожестью химических свойств этих элементов между собой и с актинием, что объясняется сходным строением наружных электронных оболочек их атомов.

Сначала элементы — торий, протактиний и уран располагались в периодической

таблице непосредственно под элементами гафнием, танталом и волфрамом.

В 1944 году стало очевидным, что расположение трансурановых элементов в периодической таблице нуждается в радикальном перераспределении. В доказательство необходимости расположения их в новой «актинидной» переходной серии, подобной РЗЭ были выдвинуты аргументы.

И все же экспериментальные данные, подтверждающие такой взгляд, были еще скудными. Только по прошествии времени, когда доказательства преимущества нового положения серии стали неоспоримыми, было решено провести перестановку.

2.Строение электронов, конфигурация.

Близость химических свойств актинидов между собой связаны с особенностями строения электронных оболочек атомов. Как известно, атом состоит из ядра и электронных оболочек, число которых равно номеру периода элемента в таблице Менделеева. А у актинидов электронных оболочек 7. Отличие актинидов от других элементов состоит в том, что при переходе от первого актинида — Th (Z = 90) ко второму — Pa (Z = 91) и т. д. вплоть до последнего актинида — Lr (Z = 103), каждый новый электрон, появляющийся в атомах параллельно с увеличением атомного номера (Z), попадает не на внешние оболочки (6-ю и 7-ю от ядра), как это бывает обычно, а заполняет более близкую к ядру 5-ю оболочку.

Таким образом происходит заполнение 3-й снаружи электронной оболочки, а строение 2 наружных оболочек оказывается сходным. Число электронов на этих наружных оболочках у актинидов, как правило, не отличается более чем на 1.

Приведем электронные конфигурации:

Ac

Th

Pa

U

Np

6d7s2

6d27s2

5f26d7s2

5f36d7s2

5f46d7s2

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

5f67s2

5f77s2

5f76d7s2

5f97s2

5f107s2

Es

Fm

Md

No

Lr

5f117s2

5f127s2

(5f137s2)

(5f147s2)

(5f146d7s2)или

(5f147s27p)

Двухвалентное состояние во второй половине ряда появляется у калифорния и

становится все более устойчивым по мере продвижения к нобелию. Двухвалентные

менделевий и нобелий наблюдались в водных растворах, а для нобелия это оказалось

наиболее устойчивым состоянием. Двухвалентный америций встречался только в

твердых соединениях.

Все актинидные элементы, за исключением тория и протактиния, существуют в водных

растворах в трехвалентном состоянии, хотя оно не является предпочтительным или

наиболее устойчивым окислительным состоянием в обычных условиях для элементов до

америция.

У элементов от тория до плутония и у берклия наблюдается устойчивое четырёхвалентное состояние. Четырёхвалентное состояние калифорния ограничено твердыми соединениями CfO2, CfF4. Четырехвалентное состояние кюрия ограничено несколькими твердыми соединениями, практически CmO2 и CmF4, и представлено в устойчивых комплексных ионах. Образование четырехвалентного берклия, возможно, связано с повышенной устойчивостью наполовину заполненной 5f-оболочки (5f 7), а

двухвалентное состояние нобелия отражает устойчивость полностью укомплектованной

5f-оболочки (5f 14).

Для элементов от протактиния до америция установлено пятивалентное состояние, а шестивалентное — от урана до америция.

Чтобы все элементы от плутония до нобелия были получены в двухвалентном состоянии, необходимы большие усилия. Так же, для того, чтобы утверждать,

что двухвалентное состояние является устойчивым для элементов от фермия до

нобелия. Хотя подтверждений этому не имеется.

Рассмотрим таблицу, с указанием степеней окисления.

Атомный

номер

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

Элемент

Ас

Тh

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Степень

Окисле-ния

3

(3)

4

(3)

4