سلسلة الأكتينيدات

ما هي الأكتينيدات؟

الأكتينيدات: هي سلسلة من العناصر ذات أعداد ذرية من (89) إلى (103)، وهي المجموعة السادسة في الجدول الدوري. وسلسلة الأكتينيدات هي الصف الموجود أسفل سلسلة اللانثانيدات، والتي تقع أسفل الجسم الرئيسي للجدول الدوري، يشار إلى كل من سلسلة لانثانيد وأكتينيد بمعادن الأرض النادرة كل هذه العناصر لها تنوع كبير في أعداد الأكسدة وكلها مشعة، والعنصر الأكثر شيوعًا والمعروف هو اليورانيوم والذي يستخدم كوقود نووي عند تحويله إلى بلوتونيوم من خلال تفاعل نووي.

ما هي عناصر سلسلة الأكتينيدات؟

أكتينيوم، ثوريوم، بروتكتينيوم، يورانيوم، بلوتونيوم ، أمريسيوم، كوريوم، كاليفورنيوم، فيرميوم، نوبليوم، لورنسيم، الآينشتانيوم، البركيليوم، النبتونيوم.

ما هي أول الأكتينيدات التي تم اكتشافها؟

أول الأكتينيدات التي تمّ اكتشافها كانت اليورانيوم بواسطة (Klaproth) في عام (1789) و (Thorium) بواسطة (Berezelius) في عام (1829)، ولكن معظم الأكتينيدات كانت من صنع الإنسان في القرن العشرين. تمّ العثور على الأكتينيوم والبروتكتينيوم في أجزاء صغيرة في الطبيعة كمنتجات اضمحلال (253 – يورانيوم) و(238 – يورانيوم)، ويتم إنتاج كميات مجهرية من البلوتونيوم عن طريق التقاط النيوترون بواسطة اليورانيوم ومع ذلك تحدث بشكل طبيعي. المونازيت هو مبدأ خام الثوريوم وهو خام الفوسفات الذي يحتوي على كميات كبيرة من اللانثانيدات فيه.

خام اليورانيوم الرئيسي هو (U3O8) ويعرف باسم (Pitchblende) لأنه يوجد في كتل سوداء تشبه الملعب جميع العناصر الموجودة بعد اليورانيوم من صنع الإنسان. تتطلب الأكتينيدات معالجة خاصة لأنّ العديد منها مشعة وغير مستقرة ويلعب الإشعاع الموجود في الأكتينيدات دورًا كبيرًا في كيمياء وترتيب الجزيئات في البلورات.

لماذا تعتبر الأكتينيدات معادن انتقالية؟

الأكتينيدات موجودة في الكتلة (f) من الجدول الدوري، التكوين الإلكتروني لليورانيوم هو (5f3 6d1 7s2) وسبب هذا الترتيب على عكس تكوينات الإلكترون التقليدية الأخرى مثل (Na) بتكوين (3s2)، النتائج من الاختلاف في مستويات الطاقة بسبب حقيقة أنّ بعض المدارات تملأ بشكل أسرع من غيرها وتفسر سبب كون الأكتينيدات معادن انتقالية.

الخصائص المشتركة لدى الأكتينيدات:

• كلها مشعة بسبب عدم الاستقرار.
  
• الغالبية صنعت صناعياً بواسطة مسرعات الجسيمات التي تخلق تفاعلات نووية وقصيرة الأمد.
  
• كلها غير مستقرة ومتفاعلة بسبب العدد الذري فوق 83 (الاستقرار النووي).
  
• تحتوي جميعها على بريق فضي أو أبيض فضي في شكل معدني.
  
• تتمتع جميعها بالقدرة على تكوين مجمعات مستقرة باستخدام الروابط مثل: الكلوريد والكبريتات والكربونات والأسيتات.
  
• تحدث العديد من الأكتينيدات في الطبيعة كمياه بحر أو معادن.
  
• لديهم القدرة على الخضوع لتفاعلات نووية.
  
• انبعاث النشاط الإشعاعي: أنواع الإشعاع التي تمتلكها العناصر هي ألفا وبيتا وغاما وكذلك عندما يتم إنتاج النيوترونات عن طريق الانشطار العفوي أو تفاعل البورون والبريليوم والفلور مع جسيمات ألفا.
  
• السمية: بسبب خصائصها المشعة وخصائصها المعدنية الثقيلة فهي تعتبر عناصر سامة.
  
• الاشتعال الذاتي: قد تشتعل العديد من معادن الأكتينيدات والهيدرات والكربيدات والسبائك والمركبات الأخرى في درجة حرارة الغرفة في حالة منقسمة بدقة ممّا قد ينتج عن حرائق الاحتراق التلقائي وانتشار الملوثات المشعة.
  
• الأهمية الحرجية النووية: إذا تم الجمع بين المواد الانشطارية، يمكن أن يحدث تفاعل متسلسل ينتج عنه جرعات قاتلة من النشاط الإشعاعي ولكنّه يعتمد على الشكل الكيميائي والتركيب النظيري والهندسة وحجم المحيط.
  
• تتفاعل الأكتينيدات عندما تكون مشعة مع أنواع مختلفة من الفوسفور ممّا يؤدي إلى إنتاج نبضات من الضوء.
  

أسباب تكوينات الإلكترونات في الأكتينيدات:

• الطاقة في المدارات (6d) أقل في الطاقة منها في المدارات (5f).
  
• تملأ المدار (5f) (6d) المداري، ثمّ (7s) المداري.
  
• لا يتم حماية المدارات (5f) بواسطة قذائف 6 و (6 p) المملوءة.
  
• توجد فجوة طاقة صغيرة بين تكوينات (5fn 7s2) و (5fn-1 6d 7s2).
  
• لا تحمي المدارات (5f) بعضها البعض من النواة بشكل فعّال.
  
• تنخفض طاقات المدار (5f) بسرعة مع زيادة عدد الذرات.
  

الذوبان والترسيب لدى الأكتينيدات:

إنّ معرفة قابلية الذوبان وترسبات الأكتينيدات يساعد الكيميائيين على فهم خصائصها بشكل أفضل. ليست كل الأكتينيدات لها نفس الخصائص عندما يتعلق الأمر بالذوبان والترسيب ولكن معظم الأكتينيدات لها سمات وخصائص متشابهة، الفلوريدات والهيدروكسيدات وأكسالات الأكتينيدات لها قابلية منخفضة للذوبان ويكون ثلاثي التكافؤ الأخف الذي له تكافؤ ثلاثة إلكترونات غير مستقر في المحاليل المائية، مثل عناصر الترانسبلوتونيوم والأكتينيدات ذات الوزن الخفيف لها تكافؤ أعلى على سبيل المثال: حالات الأكسدة 4 و5 و6 حيث تكون أكثر استقرارًا وتشكل مركبات ذات قابلية منخفضة للذوبان.

يمكن فصل الأكتينيدات الثلاثية التكافؤ عن المحاليل الحمضية قليلاً مثل الفوسفات والمحاليل الحمضية بشكل معتدل مثل الأكسالات والمحاليل الحمضية بقوة مثل الفلوريدات ومن المحاليل الأساسية مثل الهيدروكسيدات أو الأكاسيد المائية. تسمح قابلية ذوبان هيدروكسيدات الأكتينيد أو الأكاسيد المائية في محاليل كربونات الأمونيوم القوية بفصل اليورانيوم والثوريوم عن الأعضاء الآخرين في مجموعة هيدروكسيد الأمونيوم مثل الحديد ومعادن الأرض النادرة الأخرى ويمكن ترسيب الثوريوم من الأمونيا بالألمنيوم أو من الألومنيوم كفلوريد أو أكسالات.