Таблица. Актиноиды.

Порядковый номер элемента

Символ

Название

Относительная атомная масса

89

Ac

Актиний

227,028

90

Th

Торий

232,038

91

Pa

Протактиний

231,036

92

U

Уран

238,029

93

Np

Нептуний

237,048

94

Pu

Плутоний

244,064

95

Am

Америций

243,061

96

Cm

Кюрий

247,070

97

Bk

Берклий

247,070

98

Cf

Калифорний

251,079

99

Es

Эйнштейний

252,083

100

Fm

Фермий

257,095

101

Md

Менделевий

258,10

102

No

Нобелий

259,101

103

Lr

Лоуренсий

262,11

Иногда все элементы, следующие за ураном, называют трансураны, а элементы, следующие за лоуренсием (элементы 104, 105 и т. д.), — трансактиноиды, однако эти элементы (начиная с элемента 104 — резерфордий Rf) к IIIБ группе не относятся.

Радиоактивность актиноидов. Все актиноиды радиоактивны. Элементы до Z = 94 найдены в земной коре; остальные элементы получены (начиная с 1940 года) искусственно с помощью ядерных реакций в ускорителях элементарных частиц.

Относительно долгоживущими являются следующие радионуклиды (в скобках указан период полураспада): 232Th (1,4e10 лет); 238U (4,47e9 лет), 235U (7,04e8 лет), 236U (2,34e7 лет), 244Pu (8,2e7 лет), 247Cm (1,6e7 лет), 237Np (2,1e6 лет), 243Am (7400 лет), 247Bk (1400 лет), 251Cf (900 лет). Большинство же радионуклидов актиноидов имеют малое время жизни, например, 227Ac (21,8 года), 252Es (472 суток), 257Fm (101 сутки), 258Md (65 суток), 259No (58 минут), 260Lr (3 минуты).

Торий. Соединения тория

Торий Th в форме оксида обнаружен в 1828 году (Берцелиус, Швеция). Торий находится главным образом в минерале монаците; содержание его в земной коре составляет 1,1e-3%. В свободном виде торий представляет собой мягкий металл, с температурой плавления 1847*С. Плотность тория при 20*С составляет 11,7 г./см3. В раствор торий переводится только дымящей хлороводородной кислотой и царской водкой. В соединениях торий всегда проявляет степень окисления (+IV). Нитрат тория(IV) Th(NO3)4 не окрашен, очень хорошо растворим в воде. В смеси с 1% нитрата церия(III) Ce(NO)3 он входит в состав пропитки колпачков и сеток люминесцентных ламп, при обжиге пропитанных колпачков и сеток нитраты переходят в оксиды ThO2, Ce2O3. При накаливании такие сетки и колпачки испускают яркий свет.

Радионуклид 232Th является источником получения в реакторах расщепляемого далее радионуклида 233U (эта реакция — одна из основных в ядерной энергетике).

Уран. Соединения урана

Уран U в виде оксида UO2 обнаружен в 1789 году (Клапрот, Германия) в составе урановой смоляной руды; в виде металла впервые получен в 1841 году (Пелиго, Франция).

Распространение урана в природе. Уран часто встречается вместе с редкоземельными элементами, например в монацитовом песке; образует собственные минералы. Содержание урана в земной коре составляет 2,9e-4%.

Минералы урана: уранинит (урановая смоляная руда) UO2+x; настуран (UV2UVI)O8 (или U3O8); карнотит 2K(UO2)VO4*3H2O

Получение урана.

  1. Электролиз расплава фторида урана(IV)-калия KUF6 или гексахлороураната(IV) натрия Na2[UCl6].
  2. Алюмотермическое восстановление урана из KUF6 или Na2[UCl6].

Свойства урана. Серебристо-белый относительно мягкий металл, температура плавления урана 1330*С. Плотность урана 19,0 г./см3 при 20*С. Легко химически растворяется в разбавленных кислотах с образованием солей урана(IV). Изотоп 236U способен к спонтанному делению.

Применение урана. Уран почти исключительно используется как активное вещество ядерных реакторов (в виде обогащенного 235U).

Цепная ядерная реакция. Ядро атома урана-235 расщепляется медленными нейтронами с выделением энергии, в результате образуются ядро с меньшим числом протонов (атомное ядро элемента с меньшим порядковым номером) и два-три нейтрона, которые расщепляют следующие ядра атома 235U. Таким образом, возникает цепная ядерная реакция. Такие реакции протекают лавинообразно (что происходит, например, при взрыве атомной бомбы). В ядерных реакторах для торможения лавинообразного процесса используют кадмиевые стержни, которые погружают на определенную глубину в реактор и тем самым замедляют в нужной степени протекание ядерной реакции распада урана-235. Критическая масса урана-235 (т. е. масса урана, которая необходима для протекания неконтролируемой цепной ядерной реакции) составляет 242 г.

Соединения урана. Для урана характерны степени окисления (+IV) и (+VI).

Фторид урана(VI) UF6 — белое вещество, сублимируется при 56*С, используется для разделения изотопов урана. Соли уранила содержат катион уранила UO22+. Нитрат уранила UO2(NO3)2 — ярко-желтые кристаллы, флюоресцирующие зеленым светом, легко растворимые в воде. Соли ypaнa(IV) окрашены в зеленый цвет.

Плутоний. Соединения плутония

Плутоний Pu представляет собой серебристо-белый металл, температура плавления 641*С. Радиоактивный изотоп 239Pu, подобно 235U, способен к спонтанному делению; он является основным активным веществом ядерных реакторов и атомных бомб. Радионуклид 239Pu получается в реакторах-размножителях из нуклида 238U с большим выделением энергии, используемой на атомных электростанциях.