عنصر اکتینیم (Actinium) با نماد شیمیایی Ac، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۸۹ می باشد. این عنصر در حقیقت هشتاد و نهمین عنصر از جدول تناوبی بوده که در گروه IIIB و دوره هفتم جدول تناوبی عناصر قرار گرفته است. در واقع عنصر اکتینیم یک فلز واسطه (Transition Metals) نرم به رنگ نقره ای و از عناصر رادیواکتیو گروه اکتینید ها است. این فلز با عناصر اسکاندیم (Sc)، ایتریم (Y) و لانتان (La)، در گروه سوم واسطه جدول تناوبی قرار گرفته است. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر اکتینیوم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
تاریخچه کشف عنصر اکتینیم
عنصر اکتینیم برای اولین بار در سال ۱۸۹۹ میلادی، توسط شیمیدان فرانسوی به نام آندره لوییس دبیرن (André-Louis Debierne) کشف شد. در واقع، بعد از اینکه ماری و پیر کوری، عنصر رادیوم را کشف کردند، پیش بینی می کردند که سنگ معدن اورانیوم هنوز می تواند شامل عناصر رادیواکتیو ناشناخته دیگری نیز باشد. از این رو، آنها همکار خود یعنی دبیرنه را مامور تحقیق و بررسی در مورد این نظریه کردند. بنابراین دبیرن توانست این عنصر را جدا کند و آن را آکتینیوم نامید. واژه اکتینیم از کلمه یونانی اکتیس (aktis) یا اکتینوس (aktinos) به معنی پرتو، اشعه یا تشعشع گرفته شده است.
لازم به ذکر است که در سال ۱۹۰۲ میلادی، شیمیدان آلمانی یعنی فردریک اسکار گیزل (Friedrich Oskar Giesel)، عنصر اکتینیم را به صورت مستقل کشف نمود. گیزل این عنصر جدید را امانیوم (emamium) به معنای ساطع کردن پرتو ها نامید. زیرا عنصر کشف شده، گاز رادیواکتیوی منتشر می کرد. با این وجود، نام دبیرنه به عنوان کاشف عنصر کتینیوم در تاریخ ثبت شده است.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۸۹ جدول تناوبی
عنصر اکتینیم به مقدار ناچیز در کانی های اورانیوم (مانند پیچبلند) و توریم یافت می شود. به عنوان مثال، یک تن سنگ معدنی اورانیوم دارای حدود یک دهم گرم اکتینیوم است. اما معمولا می توان آن اکتینیوم را از پرتوزدگی ایزوتوپ ۲۲۶Ra در راکتورهای اتمی در اندازه های میلی گرمی بدست آورد. فلز اکتینیوم همچنین به وسیله کاهش بخار فلورید اکتینیوم در دمای ۱۱۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد ایجاد می شود. علاوه بر آن، عنصر اکتینیم می تواند در اثر فروپاشی عناصر فرانسیوم، بیسموت– ۲۰۹، بیسموت- ۲۱۱، کربن– ۱۴، توریم، توریم- ۲۳۲ و هلیم تشکیل شود.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر اکتینیم
عنصر اکتینیم، فلزی رادیواکتیو است که اولین عنصر سری اکتینید ها محسوب می شود. جالب است بدانید که بیشتر خواص شیمیایی اکتنیوم مشابه عنصر لانتان (عنصری که دقیقا در بالای اکتنیوم در جدول تناوبی قرار دارد) و سایر لانتانید ها است. بنابراین می توان گفت که ترکیبات اکتینیوم، خواص مشابه با ترکیبات لانتانیوم نشان می دهند. این عنصر، چند ویژگی غیر معمول و جالب دارد. به عنوان مثال، بسیار متراکم است و در تاریکی به رنگ آبی روشن می درخشد. زیرا رادیواکتیویته بودن آن باعث می شود که هوا یونیزه شود. اکتینیوم همچنین با رطوبت و اکسیژن واکنش می دهد. در این صورت، یک پوشش سفید رنگ اکسید اکتینیم ایجاد می شود. این اکسید تشکیل شده، از اکسیداسیون بیشتر فلز پایه جلوگیری می کند. علاوه بر آن، مدول برشی آن مشابه عنصر سرب می باشد.
خصوصیات قابل توجه اکتینیم از ساختار اتمی آن ([۸۶Rn] 6d۱۷s۲) ناشی می شود. همانطور که مشخص است، اوربیتال d لایه ماقبل آخر در این عنصر در حال پر شدن است. این عنصر به واسطه آرایش الکترونی که دارد، در دسته فلزات واسطه قرار می گیرد. فلزات واسطه در حقیقت بین فلزات قلیایی خاکی و عناصر گروه بور در جدول تناوبی قرار گرفته اند. به عناصر واسطه، عناصر گروه B نیز گفته می شود. لازم به ذکر است که به لانتانید ها و اکتینید ها عناصر واسطه داخلی گفته می شود. با توجه به آرایش الکترونی مشخص است که سه الکترون در دورترین لایه الکترونی اکتینیوم وجود دارد. پس در بیشتر ترکیبات به صورت کاتیون سه بار مثبت (+AC۳) ظاهر مي شود. در واقع، حالت اکسیداسیون آن بیشتر ۳+ است. از این رو می تواند در سه پیوند کووالانسی شرکت کند.
خواص ویژه اکتینیوم
- حالت فیزیکی آن در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و فشار ۱ اتمسفر به صورت جامد است.
- دمای ذوب و دمای جوش این عنصر به ترتیب ۱۲۲۷ و ۳۱۹۸ درجه سانتی گراد است.
- عنصر اکتینیم پارا مغناطیس است.
- ساختار بلوری آن به شکل مکعبی مرکز وجوه پر (fcc) است.
- این عنصر آلوتروپ ندارد.
- جرم اتمی اکتینیم برابر با ۲۲۷ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۱۰.۰۷ g/cm۳ می باشد.
- شعاع اتمی آن نیز برابر با pm 195 می باشد.
- یون های اکتینیم معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد ۰ و +۳ دارند. در حقیقت یک اکسید بازی قوی محسوب می شود. اعداد اکسایش +۳ متداول تر می باشد.
- اولین انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۴۹۹ kJ/mol است.
- عنصر اکتینیوم چیزی حدود ۱۵۰ بار پرتوزاتر از عنصر رادیم می باشد.
اکتینید ها
واژه اکتینید (Actinide) به معنای شبیه اکتینیوم است که به طور کلی با نماد شیمیایی An نمایش داده می شود. همانطور که مشخص است، نام این دسته از عناصر، از فلز اکتینیم گرفته شده است. اکتینید ها در واقع شامل ۱۵ عنصر با عدد های اتمی ۸۹ تا ۱۰۳ است. به دلیل کمبود جا در جدول تناوبی و برای اینکه نظم و ترتیب جدول تناوبی عناصر حفظ شود، این گروه از عناصر در یک ردیف ۱۴ تایی در پایین جدول قرار گرفته اند. تمامی اکتینید ها به جز اکتینیم جز بلوک f می باشند. عنصر اکتینیم جز بلوک d جدول تناوبی محسوب می شود، اما خواص آن شبیه به چهارده اکتینید دیگر خواهد بود. توجه داشته باشید که عملا نمی توان عنصر اکتینیم را یک اکتینید دانست. اما آیوپاک به دلیل استفاده رایج آن، این عنصر را نیز در دسته اکتینید ها قرار داده است.
گروه اکتینید ها با فلز اکتینیوم (۴f۰۶d۱۷s۲) آغاز و به فلز لارنسیم (۵f۱۴۷s۲۷p۱) ختم می شود. تمامی اکتینید ها دارای هسته ناپایدار می باشند، بنابراین جز عنصر های رادیواکتیو و پرتوزا حساب می شوند. این عناصر، فلزاتی متراکم، نرم، انعطاف پذیر، چگالی بالا و الکتروپوزیتیو می باشند. برخی از آنها با چاقو برش می خورند. همچنین می توانند آلوتروپ های زیادی تشکیل دهند. به علاوه، خاصیت پارامغناطیسی نشان می دهند. این فلزات در دمای اتاق جامد بوده و در هوا خود به خودی آتش می گیرند. با هالوژن ها، کالکوژن ها و کربن (اورگانو اکتینید ها) واکنش می دهند. این دسته از فلزات با آب جوش و همچنین اسید های رقیق، گاز هیدروژن آزاد می کنند. از جمله اکتینید ها می توان به اکتینیوم، لارنسیم، نوبلیوم، فرمیم، کالیفرنیم، برکلیوم و کوریم اشاره کرد.
ایزوتوپ های عنصر اکتینیم
همانطور که می دانید، ایزوتوپ های یک عنصر، در تعداد نوترون ها با یکدیگر تفاوت دارند. عنصر اکتینیم ایزوتوپ های فراوانی دارد. اما هیچ یک از این ایزوتوپ ها پایدار نمی باشند. به بیان دیگر، تمامی ایزوتوپ های عنصر اکتینیوم رادیواکتیو می باشند. اکتینیمی که در طبیعت وجود دارد در حقیقت ترکیب دو ایزوتوپ رادیواکتیو ۲۲۷Acو ۲۲۸Ac می باشد. رادیوایزوتوپ ۲۲۷Ac فراوان ترین ایزوتوپ آن با نیمه عمر ۲۱/۷۷۳ سال است. علاوه بر آن، ۳۳ ایزوتوپ پرتوزای اکتینیم نیز شناخته شده است. توجه داشته باشید که بقیه ایزوتروپ های رادیواکتیو آن، نیمه عمری کمتر از ۱۰ ساعت دارند. لازم به ذکر است که حتی نیمه عمر بیشتر آنها کمتر از یک دقیقه است. این عنصر همچنین دارای دو حالت متا (m) نیز می باشد.
کاربرد های عنصر اکتینیم
از آنجاییکه عنصر اکتینیوم عنصری نادر و گران است، بنابراین حداقل کاربرد صنعتی برای آن وجود دارد. به عبارت دیگر، کاربرد اصلی این عنصر در کار ها و اهداف تحقیقاتی است. همانطور که بیان شد، خاصیت رادیواکتیویته اکتینیم حدود ۱۵۰ مرتبه بیشتر از اورانیوم است. این خصوصیت باعث می شود که این عنصر یک منبع نوترون با ارزش محسوب شود. می توان گفت که عنصر اکتینیم به جز این مورد، کاربرد صنعتی مهم دیگری ندارد.
رادیوایزوتوپ ۲۲۵Acدر فرآیند تولید دارو و همچنین در پزشکی برای تولید Bi-213 کاربرد دارد. علاوه بر آن، این ایزوتوپ رادیواکتیو به عنوان یک عامل رادیو ایمونوتراپی مورد استفاده قرار می گیرد. ایزوتوپ رادیواکتیو ۲۲۷Ac می تواند با بریلیم فشرده شود. در این صورت، منبع خوبی از نوترون خواهد بود. همچنین می تواند به عنوان یک پروب نوترونی به منظور ورود به سیستم های رادیو شیمی، رادیو گرافی و تومو گرافی مورد استفاده قرار گیرد. رادیوایزوتوپ ۲۲۷Ac همچنین در ژنراتور های ترمو الکتریک رادیوایزوتوپ کاربرد دارد. این ایزوتوپ همچنین می تواند در مدل سازی مخلوط آب در اقیانوس بکار گرفته شود. لازم به ذکر است که Actinium-225 جهت درمان سرطان پستان نیز استفاده می شود.
ترکیبات عنصر اکتینیم
اکتینیوم می تواند به راحتی با اکسیژن، هالوژن ها و فلزات واکنش دهد. از جمله ترکیبات آن می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- اکسید اکتینیم (III) (Ac۲O۳)
- کلرید اکتینیم (III) (AcCl۳)
- برمید اکتینیم (III) (LaBr۳)
- فلوئورید اکتینیم (III) (AcF۳)
- نیترات اکتینیم (Ac(NO۳)۳)
- هیدروکسید اکتینیم (Ac(OH)۳)
- اکتینیم اکسی فلوئورید (AcOF)
خطرات اکتینیمیم بر روی سلامتی انسان
عنصر اکتینیوم به ویژه ایزوتوپ ۲۲۷Ac فوق العاده رادیواکتیو و سمی است. بنابراین از لحاظ تاثیری که اشعه آن بر روی سلامتی انسان می گذارد می تواند به اندازه پلوتونیوم خطرناک باشد. دقت داشته باشید که خوردن حتی مقدار بسیار ناچیزی از آن، خطرات بسیار جدی برای سلامتی انسان ایجاد می کند. به بیان دیگر، در صورت مصرف، می تواند به استخوان ها و کبد منتقل شود. در این صورت منجر به سرطان استخوان یا بیماری های دیگر خواهد شد. از این رو، در هنگام کار با عنصر اکتینیم و ترکیباتش، باید حتما از دستکش استفاده کرد. لازم به ذکر است که برای عنصر اکتینیمیم هیچ نقش بیولوژی شناسایی نشده است.
