АКТИНОИДЫ

АКТИНОИДЫ актиниды,
семейство из 14 хим. элементов с атомными номерами Z 90-103, расположенных
в 7 периоде системы Менделеева за актинием Ас и относящихся, как и актиний,
к III группе системы. К А. принадлежат: торий Th (Z=90), протактиний Ра(91),
уран U (92), нептуний Np(93), плутоний Ри (94), америций Am (95), кюрий
Сь(96), берклий Bk (97), калифорний Cf (98), эйнштейний Es (99), фермий
Fm (100), менделевий Md (101), элемент № 102, не имеющий пока общепринятого
названия, и лоуренсий Lr (103). Все А. радиоактивны, т. е. не имеют стабильных
изотопов. Th, Pa и U принадлежат к естественно-радиоактивным элементам,
встречающимся в природе, и открытым ранее др. А. Остальные А., часто называемые
трансурановыми элементами, получены в 1940-63 искусственным путём при помощи
ядерных реакций. Из них только Np и Ри обнаружены в ничтожно малых количествах
в нек-рых радиоактивных рудах, более "тяжёлые" А. (т. е. А. с большими
атомными номерами) в природе не найдены. Огромная заслуга в изучении А.
принадлежит амер. химику Г. Т. Сиборгу, к-рый выдвинул гипотезу о существовании
группы А. (1942) и под руководством или при участии к-рого было впервые
синтезировано девять А. Выделение А. в спец. семейство связано со схожестью
хим. свойств этих элементов между собой и с актинием, что объясняется сходным
строением наружных электронных оболочек их атомов (см. ниже).

Название А.
(от актиний и греч. eidos- вид) означает - подобные актинию. Оно дано А.
по аналогии с лантаноидами - семейством из 14 элементов, также относящихся
к III группе системы Менделеева и следующих в 6-м периоде за лантаном.
Свойства элементов обоих семейств во многом сходны друг с другом.

Близость хим.
свойств А. между собой и их сходство с лантаноидами связаны с особенностями
строения электронных оболочек атомов этих семейств. Как известно, атом
состоит из ядра и электронных оболочек, число к-рых равно номеру периода
элемента в таблице Менделеева (у А. электронных оболочек 7). Отличие А.
(и соответственно лантаноидов) от др. элементов состоит в том, что при
переходе от первого А.-Th (Z = 90) ко второму- Ра(7=91)ит.д. вплоть до
последнего А.- 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. У лантаноидов (число оболочек 6) также заполняется электронами
более близкая к ядру 4-я оболочка (а не наружные - 5-я и 6-я). Т. обр.,
у элементов обоих семейств происходит заполнение 3-й снаружи электронной
оболочки, а строение 2 наружных оболочек оказывается сходным. Число электронов
на этих наружных оболочках у А. и лантаноидов, как правило, не отличается
более чем на 1, причём почти во всех случаях представители каждого из семейств,
равноудалённые соответственно от лантана и актиния, содержат на 2 наружных
оболочках строго одинаковое число электронов. (Здесь изложен лишь принцип
заполнения электронных оболочек у атомов обоих семейств; во многих случаях,
особенно у А., порядок заполнения сложнее. См. Атом и Периодическая система
элементов Д. И. Менделеева). Электронные конфигурации атомов А. даны в
таблице.

То обстоятельство,
что при переходе от Th к Lr число электронов на 2 внешних оболочках, как
правило, не изменяется, а положительный заряд ядра постепенно возрастает,
вызывает более сильное притяжение внешних электронов к ядру и приводит
к т. н. актиноидному сжатию: у нейтральных атомов и ионов А. одинаковой
валентности при увеличении атомного номера радиусы не увеличиваются, как
это обычно бывает, а даже несколько уменьшаются (напр., радиус U³⁺
равен 1,03 А, Np³⁺ - l.01 A, Pu³⁺ - 1,00 А, Am³⁺-
0,99 А и т. д.).

Хим. свойства
элемента зависят в основном от числа электронов на наружных слоях и размера
атомных и ионных радиусов, поэтому не удивительно, что во-первых, свойства
А. близки между собой, и, во-вторых, хим. поведение А. и лантаноидов обладает
большим сходством. Это сходство особенно заметно тогда, когда элементы
находятся в одинаковом валентном состоянии. Так, 3-валентные А. образуют
те же нерастворимые соединения (гидроокиси, фториды, карбонаты, оксалаты
и др.), что и 3-валентные ланта-ноиды; трифториды, трихлориды и другие
аналогичные соединения 3-валентных А. образуют изоструктурные ряды [другими
словами, соединения, входящие в такие ряды, например в ряд МеС1где Me- атом А., обладают сходными кристаллич. решётками, параметры к-рых
постепенно уменьшаются по мере роста атомного номера (Z) атома А.]. Такие
же изоструктурные ряды образуют двуокиси, тетра-фториды, гексафториды и
другие соединения А. По склонности к гидролизу соединения 5-валентных А.,
например пен-тахлориды, очень близки между собой. В растворах 6-валентные
А. существуют в виде МеО2+-ионов и т. д. Приведённые
примеры далеко не исчерпывают всех случаев сходства А., но и на них можно
убедиться в его наличии.

Однако, кроме
общих черт, между А. и лантаноидами имеется и существенная разница. Так,
А. часто образуют соединения в состояниях окисления, значительно более
высоких, чем +3, что не характерно для лантаноидов. В своих соединениях
А. проявляют следующие валентности (наиболее типичная выделена жирным шрифтом):
Th (3, 4), Ра (3, 4, 5), U (3, 4, 5, 6), Np (3, 4, 5, 6, 7), Pu (3,4,5,
6, 7), Am (3, 4, 5, 6), Cm (3, 4), Bk (3,4), Cf (2, 3), Es (3), Fm (3),
Md (2, 3), № 102 (2, 3). Т. обр., валентность З характерна для А. только
после Am. Первые члены семейства A. (Th, Pa и U) в своих соединениях чаще
бывают соответственно 4-, 5- и 6-валентными. А. в большей степени, чем
лантаноиды, склонны к комплексо-образованию. Указанные особенности А. объясняются
тем, что "вновь пришедшие" на 5-ю от ядра оболочку электроны (т. н. Sf-электроны
или электроны 5f-подуровня) по энергии связи с ядром очень близки к электронам
6-й оболочки (т. н. бй-элект-ронам или электронам 6й-подуровня); эти 6е
С-электроны и могут проявлять себя как дополнительные валентные (см. табл.).
У лантаноидов же "вновь пришедшие" 4s электроны всегда связаны с ядром
значительно прочнее, чем Sd-элекв основном, от ионного радиуса элементов,
причём можно подобрать такие условия, что быстрее всего колонку покинут
ионы с наименьшими радиусами. Т. к. радиусы ионов от Th к Lr постепенно
уменьшаются, то выход ионов А. будет происходить в последовательности,
обратной их атомным номерам Z. Порядок в выходе А. выполняется столь строго,
что даёт возможность по наличию радиоактивных атомов в той или иной порции
раствора, прошедшего через колонку, сделать вывод, какие именно элементы
присутствуют в смеси, и точно определить их порядковые номера. Метод обладает
высокой избирательностью, требует небольших затрат времени и пригоден даже
тогда, когда в наличии имеется лишь несколько атомов элемента. Он был использован,
в частности, при открытии Bk, Cf, Es, Fm и Md.

Из всех А.
к настоящему времени прак-тич. применение находят гл. обр. Th, U и Ри.
Изотопы ²³³U, ²³⁵U и ²³⁹Рu служат как
ядерное горючее в атомных реакторах и играют роль взрывчатого вещества
в атомных бомбах. Нек-рые изотопы А. (²³⁸Pu, ²⁴²Cm
и др.), испускающие а-час-тицы высокой энергии, могут служить для создания
источников тока со сроком службы до 10 лет и более, необходимых, напр.,
для питания навигационной радиоаппаратуры спутников. В таких источниках
тока тепловая энергия, выделяющаяся при радиоактивном распаде, при помощи
спец. устройств преобразуется в электрич. ток. Изучение свойств А. имеет
большое теоретич. значение, т. к. позволяет расширить знания о свойствах
атомных ядер, хим. поведении элементов и т. д.

Лит.: Хайд
И., Сиборг Г. Т., Трансурановые элементы, пер. с англ., М., 1959; Сиборг
Г., Кац Д ж., Химия актинидных элементов, пер. с англ., М., I960; Гольданский
В. И., Новые элементы в Периодической системе Д. И. Менделеева, 3 изд.,
М., 1964; Лапицкий А. В., Цисурановые и трансурановые элементы, в сб.;
Рассказывают ученые-химики, М., 1964; Сиборг Г., Искусственные трансурановые
элементы, пер. с англ.,М., 1965; Xайд Э., Перлман И.,СиборгГ., Ядерные
свойства тяжелых элементов, в. 1, Трансурановые элементы, пер. с англ.,
М., 1967.

С. С. Бердоносов.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я