Kaj so aktinidi?

Aktinidi so skupno ime za elemente 90-103 v periodnem sistemu, ki obsegajo torij, protaktinij, uran, neptunij, plutonij, americij, kurij, berkelij, kalifornij, einsteinij, fermij, mendelevij, nobelij in lavrencij. Element aktinij z atomsko številko 89, po katerem je skupina poimenovana, sam po sebi ni – strogo gledano – eden izmed aktinidov, ampak je pogosto vključen z njimi. Kot pri vseh elementih, ki so težji od svinca, nobena od serij aktinidov nima stabilnih izotopov in so zato vsi radioaktivni in na splošno razpadejo na druge elemente. Uran in torij se pojavljata naravno, skupaj s sledovi aktinija, protaktinija, plutonija in neptunija. Preostalih elementov v naravi nikoli nismo opazili, ampak so bili izdelani v izjemno majhnih količinah v pospeševalnikih delcev.

Uran in torij imata dolgo razpolovno dobo in sta bila v Zemlji prisotna v znatnih količinah od njenega nastanka. Menijo, da je velik del toplote v zemeljskem jedru, ki poganja tektoniko plošč in vulkanizem, posledica radioaktivnega razpada teh elementov. Izotop plutonija-244 ima sorazmerno dolgo razpolovno dobo in sledi zemeljskega prvotnega plutonija še vedno obstajajo; vendar večina plutonija v okolju prihaja iz jedrskih reaktorjev in poskusov jedrskega orožja. Naravni aktinij, protaktinij in neptunij imajo veliko krajšo razpolovno dobo, zato bi vse količine teh elementov, ki so bile prisotne ob nastanku Zemlje, že zdavnaj razpadle v druge elemente. Aktinij, protaktinij in neptunij nastanejo z jedrskimi procesi, povezanimi z razpadom izotopov urana.

Tako kot lantanidni elementi tudi aktinidi zaradi svoje elektronske konfiguracije zasedajo ločen blok od glavne periodične tabele, kot je običajno prikazano. V obeh blokih je bila najbolj zunanja elektronska podlupina zasedena pred prejšnjo podlupino, ker ima slednja višjo energijsko raven, in je število elektronov v tej podlupini tisto, ki elemente razlikuje med seboj. Za lantanide je pomembna podlupina 4f, za aktinide pa podlupina 5f. Ti elementi so znani tudi kot elementi f-bloka. Najbolj zunanja podlupina je enaka za vse elemente v vsakem bloku, razen za Lawrencium, ki se od prejšnjega elementa ne razlikuje po 5f podlupini, ampak po tem, da ima dodatno 7p podlupino, ki vsebuje en elektron.

Kemijo aktinidov ureja dejstvo, da valenčni elektroni, ki se lahko vežejo z drugimi atomi, niso omejeni na najbolj zunanjo podlupino, kar daje spremenljivo število oksidacijskih stanj med temi elementi. Na primer, plutonij ima lahko oksidacijsko stanje od +3 do +7. Vsi elementi so kemično reaktivni in hitro oksidirajo na zraku in se prevlečejo s plastjo oksida. Reaktivnost narašča z atomsko maso znotraj skupine; vendar je raziskovanje kemičnih lastnosti nekaterih težjih členov težavno zaradi njihove intenzivne radioaktivnosti in zelo kratke razpolovne dobe.

Daljše živeči izotopi aktinida so našli različne uporabe. Torij se od poznega 19. stoletja uporablja za proizvodnjo plinskih plaščev. Sposobnost nekaterih izotopov urana in plutonija za jedrsko cepitev je privedla do njihove uporabe v jedrskih reaktorjih in jedrskem orožju, plutonij pa je bil uporabljen tudi kot dolgotrajen vir energije za vesoljske sonde. Americij se uporablja v detektorjih dima.