actinium - Actinium


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Actínio,   89 Ac
Actinium.jpg
Propriedades gerais
Pronúncia / Ul k t ɪ n i ə m / ( AK- ESTANHO -ee-əm )
Aparência branco-prateado e brilhante com uma luz azul estranha; às vezes com um elenco de ouro
Número de massa 227 (isótopo mais estável)
Actínio na tabela periódica
hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro argão
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio crômio Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo criptônio
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Indium Lata antimônio Telúrio Iodo xênon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio neodímio Promécio Samário európio gadolínio Térbio disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Conduzir Bismuto Polônio Astatine radão
francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio amerício curandeiro Berkelium californium Einsteinium fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium seaborgium Bohrium hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium fleróvio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
La

Ac

( Ubu )
rádioactiniumtório
Número atómico ( Z ) 89
Grupo grupo 3
Período período de 7
Quadra d-bloco
categoria de elemento   actinídeos , por vezes considerado um metal de transição
configuração eletrônica [ Rn ] 6d uma 7s dois
Elétrons por shell
2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 1500  K (1227 ° C, 2240 ° F) (estimado)
Ponto de ebulição 3500 ± 300 K (3200 ± 300 ° C, 5800 ± 500 ° F) (extrapolada)
Densidade (perto  rt ) 10 g / cm 3
Calor de fusão 14  kJ / mol
Calor da vaporização 400 kJ / mol
capacidade térmica molar 27,2 J / (mol · K)
Propriedades atômicas
estados de oxidação 2, 3 (a fortemente básico de óxido)
Eletro-negatividade escala Pauling: 1.1
energias de ionização
  • 1: 499 kJ / mol
  • 2: 1170 kJ / mol
  • 3: 1900 kJ / mol
  • ( Mais )
raio covalente 215  pm
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de actínio
outras propriedades
Estrutura de cristal encarar-centrado cúbico (FCC)
estrutura cristalina cúbica de face centrada para actínio
Condutividade térmica 12 W / (mK)
Número CAS 7440-34-8
História
Descoberta e primeiro isolamento Friedrich Oskar Giesel (1902)
nomeado pela André-Louis Debierne (1899)
Principais isótopos de actinium
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) modo de decaimento produtos
225 Ac vestígio 10 d α 221 P.
226 Ac syn 29.37 h β - 226 Th
ε 226 Ra
α 222 P.
227 Ac vestígio 21,772 y β - 227 Th
α 223 P.
| referências

Actinium é um elemento químico com o símbolo  Ac e número atômico  89. Ele foi isolado pela primeira vez pelo químico francês André-Louis Debierne em 1899. Friedrich Oskar Giesel depois isolado lo de forma independente em 1902 e, sem saber que ele já era conhecido, deu-lhe o nome emanium . Actínio deu o nome ao actinídeos série, um grupo de 15 elementos semelhantes entre actínio e lawrencium na tabela periódica . Também é por vezes considerado o primeiro dos 7º período de metais de transição , embora lawrencium é menos comumente dada essa posição. Juntamente com polônio , rádio , e o rádon , actínio foi um dos primeiros elementos radioactivos não-primordiais para ser isoladas.

Um, prateado-branco macio radioactivos de metal, actínio reage rapidamente com o oxigénio e de humidade no ar formando um revestimento branco de óxido de actínio que impede a continuação da oxidação. Tal como acontece com a maioria dos lantanídeos e muitas actinídeos , actínio assume estado de oxidação três, em quase todos os seus compostos químicos. Actínio é encontrado apenas em vestígios em urânio e tório minérios como o isótopo 227 Ac, que decai com uma meia-vida de 21.772 anos, predominantemente emissores beta e, por vezes, partículas alfa , e 228 Ac, que é beta activo com uma meia-vida de 6.15 horas. Uma tonelada de naturais urânio no minério contém cerca de 0,2 miligramas de actínio-227, e uma tonelada de tório contém cerca de 5 nanogramas de actínio-228. A estreita semelhança de propriedades físicas e químicas do actínio e lantânio faz separação de actínio do minério impraticável. Em vez disso, o elemento é preparada, em quantidades de miligramas, pela irradiação de neutrões de 226 Ra , em um reactor nuclear . Devido à sua escassez, preço elevado e radioatividade, actinium não tem uso industrial significativo. As suas aplicações correntes incluem uma fonte de neutrões e um agente para a terapia de radiação de segmentação células cancerosas no corpo e matá-las.

História

André-Louis Debierne , um químico francês, anunciou a descoberta de um novo elemento em 1899. Ele separava pitchblende resíduos deixados por Marie e Pierre Curie , depois de terem extraído rádio . Em 1899, Debierne descrito a substância como semelhante ao titânio e (em 1900) como semelhante ao tório . Friedrich Oskar Giesel descoberto independentemente actinium em 1902 como uma substância sendo semelhante a de lantânio e chamou-lhe "emanium" em 1904. Depois de uma comparação das substâncias meias-vidas determinadas por Debierne, Harriet Brooks em 1904, e Otto Hahn e Otto Sackur em 1905 , nome escolhido do Debierne para o novo elemento foi retida porque tinha antiguidade, apesar das propriedades químicas contraditórias, segundo ele, para o elemento em momentos diferentes.

Artigos publicados na década de 1970 e mais tarde sugerem que os resultados de Debierne publicado em 1904 conflito com os relatados em 1899 e 1900. Além disso, a química agora conhecida de actinium impede sua presença como outra coisa senão um constituinte menor de 1899 e 1900 os resultados da Debierne; de fato, as propriedades químicas, ele relatou tornam provável que ele tinha, em vez disso, acidentalmente identificados protactinium , o que não seria descoberto por mais de quatorze anos, apenas para tê-lo desaparecer devido à sua hidrólise e adsorção em seu equipamento de laboratório . Isto levou alguns autores a defender que Giesel por si só deveria ser creditado com a descoberta. Uma visão menos conflituosa da descoberta científica é proposto por Adloff. Ele sugere que retrospectiva crítica das primeiras publicações devem ser mitigado pelo estado então nascente de radioquímica: destacando a prudência das afirmações de Debierne nos jornais originais, ele observa que ninguém pode afirmar que a substância de Debierne não continha actinium. Debierne, que agora é considerado pela maioria dos historiadores como o descobridor, perdeu o interesse no elemento e deixou o tópico. Giesel, por outro lado, pode justamente ser creditado com a primeira preparação de actínio radioquimicamente puro e com a identificação do seu número atómico 89.

O nome actinium origina-se do grego antigo Aktis, aktinos (ακτίς, ακτίνος), ou seja, viga ou ray. O símbolo Ac é também usado nas abreviaturas de outros compostos que não têm nada a ver com o actínio, tal como acetilo , etilo e, por vezes, acetaldeído .

propriedades

Actínio é um, macio, branco-prateado radioactivos elemento metálico. Estima- módulo de corte é semelhante à do chumbo . Devido à sua forte radioactividade, actínio brilha no escuro com uma luz azul pálido, que se origina a partir do ar circundante ionizados pelos emissão de partículas energéticas. Actínio tem propriedades químicas similares às de lantânio e outros lantanídeos, e, por conseguinte, estes elementos são difíceis de separar quando se extrai a partir de minerais de urânio. A extracção por solventes e cromatografia iónica são vulgarmente utilizados para a separação.

O primeiro elemento dos actinídeos , actínio deu ao grupo o seu nome, assim como o lantânio tinha feito para os lantanídeos . O grupo de elementos é mais diversificado do que os lantanídeos e, portanto, não foi até 1928 que Charles Janet proposta a modificação mais significativa para Dmitri Mendeleev da tabela periódica uma vez que o reconhecimento dos lantanídeos, através da introdução dos actinídeos, um movimento sugerido novamente em 1945 por Glenn T. Seaborg .

Actínio reage rapidamente com o oxigénio e de humidade no ar formando um revestimento branco de óxido de actínio que impede a continuação da oxidação. Tal como acontece com a maioria dos lantanídeos e actinídeos, actínio existe no estado de oxidação três, e os Ac 3+ iões são incolor em soluções. O estado de oxidação 3 origina a partir da [Rn] 6d uma 7s duas configuração electrónica de actínio, com três electrões de valência que são facilmente doados para dar o estável fechada de concha estrutura do gás nobre radão . O estado de oxidação raros 2 só é conhecida por dihydride actínio (ACH 2 ); mesmo isto pode, na realidade, ser um Electreto composto tal como o seu congénere mais leve LaH 2 e, portanto, têm actínio (III).

Compostos químicos

Apenas um número limitado de compostos actínio são conhecidos incluindo AcF 3 , AcCl 3 , AcBr 3 , ACOF, AcOCl, AcOBr, Ac 2 S 3 , Ac 2 O 3 e ACPO 4 , devido a um intenso radioactividade do actínio. Excepto para ACPO 4 , todos eles são semelhantes para os compostos de lantânio correspondentes. Todos eles contêm actinium no estado de oxidação +3. Em particular, as constantes de rede dos compostos de lantânio e actínio análogos diferem por apenas uns poucos por cento.

Aqui um , b e c são constantes de rede, n é o número do grupo de espaço e Z é o número de unidades de fórmula por célula unitária . Densidade não foi medido directamente mas calculadas a partir dos parâmetros de rede.

óxidos

Óxido de actínio (Ac 2 O 3 ) pode ser obtido por aquecimento do hidróxido a 500 ° C ou o oxalato a 1100 ° C, em vácuo. Sua estrutura de cristal é isotípico com os óxidos da maioria dos metais de terras raras trivalentes.

halogenetos

Actínio trifluoreto podem ser produzidos quer em solução ou em reacção sólido. A reacção anterior é levada a cabo à temperatura ambiente, por adição de ácido fluorídrico , a uma solução contendo iões de actínio. No último método, de metal actínio é tratada com vapores de fluoreto de hidrogénio a 700 ° C numa configuração toda-platina. Tratamento de trifluoreto de actínio com hidróxido de amónio a 900-1000 ° C rendimentos oxifluoreto ACOF. Considerando oxifluoreto de lantânio pode ser facilmente obtida pela queima de trifluoreto de lantânio em ar a 800 ° C durante uma hora, o tratamento similar de actínio rendimentos trifluoreto não ACOF e só resulta em fusão do produto inicial.

AcF 3 + 2 NH 3 + H 2 O → ACOF + 2 NH 4 F

Actínio tricloreto é obtido por reacção de hidróxido de actínio ou oxalato com tetracloreto de carbono vapores a temperaturas acima de 960 ° C. Semelhante a oxifluoreto, actínio oxicloreto pode ser preparado por hidrólise de tricloreto de actínio com hidróxido de amónio a 1000 ° C. No entanto, em contraste com o oxifluoreto, a oxicloreto poderia bem ser sintetizados por meio da ignição de uma solução de tricloreto de actínio em ácido clorídrico com amoníaco .

A reacção de brometo de alumínio e óxido de actínio produz actínio tribrometo:

Ac 2 O 3 + 2 AlBr 3 → 2 AcBr 3 + Al 2 O 3

e tratando-o com hidróxido de amónio a 500 ° C resulta na AcOBr oxibrometo.

outros compostos

Hidreto de actínio foi obtido por redução de tricloreto de actínio com potássio, a 300 ° C, e a sua estrutura foi deduzido por analogia com o correspondente LaH 2 hidreto. A fonte de hidrogénio na reacção era incerta.

Mistura de fosfato monossódico (NaH 2 PO 4 ) com uma solução de actínio em rendimentos de ácido clorídrico de cor branca de hemi-hidrato de fosfato de actínio (ACPO 4 · 0,5H 2 O), e oxalato de aquecimento actínio com sulfureto de hidrogénio vapores a 1400 ° C durante alguns minutos, resulta numa actínio preto sulfureto Ac 2 S 3 . Pode, eventualmente, ser produzido por agir com uma mistura de sulfureto de hidrogénio e dissulfureto de carbono em óxido de actínio -se a 1000 ° C.

isótopos

Naturalmente ocorrendo actínio é composto de duas radioactivos isótopos ; 227
Ac
(da família radioactiva de 235
L
) e 228
Ac
(neta de 232
Th
). 227
Ac
decai principalmente como um emissor beta com uma energia muito pequena, mas em 1,38% dos casos, emite uma partícula alfa , de modo que pode ser facilmente identificado através de espectrometria alfa . Trinta e seis radioisótopos foram identificados, sendo o mais estável 227
Ac
com uma meia-vida de 21.772 anos, 225
Ac
com uma meia-vida de 10,0 dias e 226
Ac
com uma meia-vida de 29.37 horas. Todos os restantes radioativos isótopos com meias-vidas que são menos de 10 horas ea maioria deles têm meia-vida inferior a um minuto. O isótopo de vida mais curta conhecido de actínio é 217
Ac
(meia-vida de 69 nanossegundos) que decai através decaimento alfa e captura de electrões . Actinium também tem dois conhecidos meta estados . Os isótopos mais importantes para a química são 225 Ac, 227 Ac, e 228 Ac.

purificada 227
Ac
entra em equilíbrio com seus produtos de decaimento após cerca de um semestre do ano. Ele decai de acordo com a sua 21,772 anos meia-vida emissores principalmente beta (98,62%) e algumas partículas alfa (1,38%); os produtos de decaimento sucessivos fazem parte da série actínio . Devido às baixas quantidades disponíveis, baixo consumo de energia das partículas beta (no máximo 44,8 keV) e baixa intensidade de radiação alfa, 227
Ac
é difícil de detectar directamente pela sua emissão e, portanto, é traçada através dos seus produtos de decaimento. Os isótopos de actínio gama em peso atómico de 206  L ( 206
Ac
) a 236 L ( 236
Ac
).

Isótopo Produção Decair Meia vida
221 Ac 232 Th (d, 9n) → 225 Pa (α) → 221 Ac α 52 ms
222 Ac 232 Th (d, 8n) → 226 Pa (α) → 222 Ac α 5.0 s
223 Ac 232 Th (d, 7n) → 227 Pa (α) → 223 Ac α 2,1 min
224 Ac 232 Th (d, 6n) → 228 Pa (α) → 224 Ac α 2,78 horas
225 Ac 232 Th (n, γ) → 233 Th (β - ) → 233 Pa (β - ) → 233 L (α) → 229 Th (α) → 225 Ra (β - ) → 225 Ac α 10 dias
226 Ac 226 Ra (d, 2n) → 226 Ac α, β -
captura de electrões
29.37 horas
227 Ac 235 L (α) → 231 Th (β - ) → 231 Pa (α) → 227 Ac α, β - 21,77 anos
228 Ac 232 Th (α) → 228 Ra (β - ) → 228 Ac β - 6.15 hora
229 Ac 228 Ra (n, γ) → 229 Ra (β - ) → 229 Ac β - 62,7 min
230 Ac 232 Th (d, α) → 230 Ac β - 122 s
231 Ac 232 Th (γ, p) → 231 Ac β - 7,5 min
232 Ac 232 Th (n, p) → 232 Ac β - 119 s

Ocorrência e síntese

Uraninite minérios têm concentrações elevadas de actínio.

Actínio é encontrado apenas em vestígios de urânio minérios - uma tonelada de urânio no minério contém cerca de 0,2 miligramas de 227 Ac - e em tório minérios, que contêm cerca de 5 nanogramas de 228 Ac por uma tonelada de tório. O actínio isótopo 227 Ac é um membro transiente da série urânio-actínio cadeia de desintegração , que se inicia com o isótopo pai 235 L (ou 239 Pu ) e termina com o isótopo estável chumbo 207 Pb . O isótopo 228 Ac é um membro transiente da série tório cadeia de desintegração, que se inicia com o isótopo pai 232 Th e termina com o isótopo estável chumbo 208 Pb . Outro isótopo actínio ( 225 Ac) é transitoriamente presente na série neptúnio cadeia de decaimento , começando com 237 Np (ou 233 L ) e terminando com tálio ( 205 Tl) e quase estável de bismuto ( 209 Bi); embora todos primordial 237 Np decaiu de distância, que é continuamente produzida por nêutrons reações knock-out sobre Natural 238 U.

A concentração natural de baixo, e a estreita semelhança de propriedades físicas e químicas para aqueles de lantânio e outros lantanídeos, que são sempre abundantes em minérios de actínio-rolamento, rendem separação de actínio do minério impraticável, e separação completa não foi conseguida. Em vez disso, actínio é preparada, em quantidades de miligramas, pela irradiação de neutrões de 226 Ra , em um reactor nuclear .

O rendimento da reacção é de cerca de 2% do peso do rádio. 227 Ac pode ainda capturar neutrões resultam em pequenas quantidades de 228 Ac. Após a síntese, actínio é separado do rádio e a partir dos produtos de degradação e a fusão nuclear, tais como tório, polônio, chumbo e bismuto. A extracção pode ser realizada com thenoyltrifluoroacetone- benzeno solução a partir de uma solução aquosa dos produtos de radiação, e a selectividade para um determinado elemento é conseguido através do ajuste do pH (a cerca de 6,0 para actínio). Um procedimento alternativo é de permuta aniónica com uma adequada resina em ácido nítrico , o que pode resultar em um factor de separação de 1.000.000 para o rádio e actínio vs tório em um processo de duas fases. Actínio pode então ser separado de rádio, com um rácio de cerca de 100, usando uma resina de permuta de catiões de ligação cruzada de baixo e de ácido nítrico como eluente .

225 Ac foi produzido pela primeira vez artificialmente no Instituto de Elementos Transuranianos (ITU) na Alemanha usando um ciclotron e no St George Hospital , em Sydney usando um linac em 2000. Este isótopo raro tem aplicações potenciais em terapia de radiação e é produzido de forma mais eficiente, bombardeando um alvo de rádio-226 com 20-30 MeV deutério iões. Esta reacção também produz 226 Ac, que no entanto decai com uma meia-vida de 29 horas e, assim, não contamina 225 Ac.

De metal actínio foi preparado pela redução do fluoreto de actínio com lítio de vapor em vácuo a uma temperatura entre 1100 e 1300 ° C. Temperaturas mais elevadas resultaram na evaporação do produto e os mais baixos levam a uma transformação incompleta. Lítio foi escolhido entre os outros metais alcalinos , porque a sua fluoreto é mais volátil.

aplicações

Devido à sua escassez, preço elevado e radioatividade, actinium atualmente não tem uso industrial significativo. 227 Ac é altamente radioactivos e, por conseguinte, foi estudada para a utilização como elemento activo de geradores termoeléctricos radioisótopos , por exemplo, em naves espaciais. O óxido de 227 Ac pressionado com berílio é também uma eficiente fonte de neutrões com a actividade que excede o do amerício-berílio padrão e pares de rádio-berílio. Em todos esses pedidos, 227 Ac (uma fonte de beta) é meramente um progenitor que gera isótopos emissores alfa sobre a sua deterioração. Berílio capta partículas alfa e emite neutrões, devido à sua grande secção transversal para a reacção nuclear (α, n):

Os 227 fontes de neutrões ACBE pode ser aplicado em uma sonda de neutrões - um dispositivo padrão para a medição da quantidade de água presente no solo, bem como a humidade / densidade para controlo de qualidade na construção de estradas. Estas sondas também são utilizados em aplicações de registo assim, em radiografia de neutrões , tomografia e outras investigações radioquímica.

Estrutura química do DOTA transportador para 225 Ac em terapia de radiação.

225 Ac é aplicada em medicina para produzir 213 Bi num gerador reutilizável ou podem ser utilizados sozinhos como um agente para a terapia de radiação , em particular a terapia alfa orientada (TAT). Este isótopo tem uma meia-vida de 10 dias que faz com que seja muito mais adequado para a terapia de radiação do que 213 Bi (semi-vida de 46 minutos). Não só 225 em si AC, mas também as suas filhas, emitem partículas alfa, que matam as células de cancro no corpo. A principal dificuldade com a aplicação de 225 Ac era que a injecção intravenosa de complexos de actínio simples resultou na sua acumulação nos ossos e no fígado durante um período de dezenas de anos. Como um resultado, depois de as células cancerosas foram rapidamente mortas por partículas alfa a partir de 225 Ac, a radiação do actínio e suas filhas pode induzir novas mutações. Para resolver este problema, 225 Ac foi ligado a um quelante de agente, tal como citrato , ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) ou ácido penta-acético dietileno triamina (DTPA). Esta reduzida acumulação actínio nos ossos, mas a excreção do corpo permaneceu lento. Muito melhores resultados foram obtidos com tais agentes quelantes como HEHA ( 1,4,7,10,13,16-hexaazacyclohexadecane-N, N ', N ", N ‴, N ‴', N ‴" - ácido hexaacetic ) ou DOTA ( ácido 1,4,7,10-tetra-azaciclododecano-1,4,7,10-tetracético ) acoplado a trastuzumab , um anticorpo monoclonal que interfere com o HER2 / neu do receptor . A combinação de entrega último foi testado em ratinhos e provou ser eficaz contra a leucemia , do linfoma , do peito , do ovário , neuroblastoma e próstata .

A meia-vida médio de 227 Ac (21,77 anos) faz com que seja muito conveniente isótopo radioactivo na modelagem da mistura vertical lenta de águas oceânicas. Os processos associados não pode ser estudada com a precisão requerida por meio de medições diretas de velocidades atuais (da ordem de 50 metros por ano). No entanto, a avaliação da concentração de profundidade perfis para diferentes isótopos permite estimar as taxas de mistura. Os física por trás deste método é como se segue: águas oceânicas conter homogeneamente disperso 235 U. O seu produto de decomposição, 231 Pa, gradualmente precipitados para o fundo, de modo que a sua concentração aumenta em primeiro lugar com a profundidade e, em seguida, permanece quase constante. 231 Pa decai para 227 Ac; no entanto, a concentração deste último isótopo não segue a 231 Pa perfil de profundidade, mas em vez disso aumenta em direcção ao fundo do mar. Isto ocorre por causa dos processos de mistura que levantam alguns adicional 227 Ac, a partir do fundo do mar. Assim, a análise de ambos 231 Pa e 227 perfis de profundidade Ac permite aos investigadores para modelar o comportamento de mistura.

Existem previsões teóricas que AcH x hidretos (neste caso com uma pressão muito elevada) é um candidato para um próximo supercondutor à temperatura ambiente uma vez que têm T c significativamente mais elevada do que H3S, possivelmente perto de 250 K.

Precauções

227 Ac é altamente radioactivos e experiências com ele são realizadas num laboratório especialmente concebido equipado com um apertado caixa de luva . Quando o tricloreto de actínio é administrado por via intravenosa a ratos, cerca de 33% de actínio é depositado nos ossos e 50% para o fígado. Sua toxicidade é comparável, mas ligeiramente inferior ao do amerício e plutônio. Para pequenas quantidades, exaustores com boa bastam aeração; para quantidades gram, células quentes com blindagem contra a radiação gama intensa emitida por 227 Ac são necessárias.

Veja também

Referências

Bibliografia

links externos