Actinium

Actinium
89 Ac
La ↑ Un C ↓ (Uqu) Tableau périodique radium ← → actinium thorium
Apparence
blanc argenté
Propriétés générales
Nom, symbole, nombre	actinium, Ac, 89
Prononciation	/ æ k t ɪ n Je ə m / TIN ak- -neE-əm
Catégorie Metallic	actinides parfois considéré comme un métal de transition
Groupe, période, bloc	n / a, 7, fa
Poids atomique standard	(227)
Configuration électronique	[ Rn ] 6d 1 7s 2 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
Histoire
Découverte	André-Louis Debierne (1899)
Premier isolement	André-Louis Debierne (1899)
Propriétés physiques
Phase	solide
Densité (à proximité rt)	10 g · cm -3
Point de fusion	(Circa) 1323 K , 1050 ° C, 1922 ° F
Point d'ébullition	3471 K, 3198 ° C, 5788 ° F
La chaleur de fusion	14 kJ · mol -1
Chaleur de vaporisation	400 kJ · mol -1
Capacité thermique molaire	27,2 J · mol -1 · K -1
Propriétés atomiques
États d'oxydation	3 (Oxyde neutre)
Électronégativité	1,1 (échelle de Pauling)
énergies d'ionisation	1er: 499 kJ · mol -1
	2ème: 1170 kJ · mol -1
Rayon covalente	215 h
Miscellanées
Crystal structure	cubique à faces centrées
Ordre magnétique	pas de données
Conductivité thermique	12 W · m -1 · K -1
Numéro de registre CAS	7440-34-8
La plupart des isotopes stables
Article détaillé: Isotopes de l'actinium
iso N / A demi-vie DM DE ( MeV) DP 225 Ac trace 10 d α 5,935 221 Fr 226 Ac syn 29,37 h β - 1,117 226 Th ε 0,640 226 Ra α 5,536 222 Fr 227 Ac trace 21,772 y β - 0,045 227 Th α 5,042 223 Fr

Actinium est un radioactifs élément chimique avec le symbole Ac (à ne pas confondre avec l'abréviation pour un un groupe acétyle) et a le numéro atomique 89, qui a été découvert en 1899. Ce était la première élément radioactif non-primordiale à être isolé. polonium , le radium et le radon ont été observées avant l'actinium, mais ils ne ont pas été isolé jusqu'en 1902. Actinium a donné le nom à la actinides série, un groupe de 15 éléments similaires entre l'actinium et lawrencium dans le tableau périodique .

Un blanc-argenté, mou métal radioactif, l'actinium réagit rapidement avec de l'oxygène et de l'humidité dans l'air formant un revêtement blanc d'oxyde d'actinium qui empêche l'oxydation. Comme avec la plupart des lanthanides et des actinides, l'actinium assume état d'oxydation 3 dans presque tous ses composés chimiques. Actinium se trouve uniquement dans les traces en uranium des minerais que l' isotope ²²⁷ Ac, qui se désintègre avec une demi-vie de 21,772 années, émettant principalement particules bêta. Une tonne de l'uranium minerai contient environ 0,2 milligrammes de l'actinium. La similitude des propriétés physiques et chimiques de l'actinium et le lanthane rend la séparation de l'actinium du minerai impraticable. Au lieu de cela, l'élément est disposé, en milligrammes, par l'irradiation neutronique de ²²⁶ Ra dans une réacteur nucléaire. En raison de sa rareté, prix élevé et la radioactivité, l'actinium n'a pas d'utilisation industrielle importante. Ses applications actuelles comprennent une source de neutrons et d'un agent de la radiothérapie ciblant les cellules cancéreuses dans le corps.

Histoire

André-Louis Debierne, un chimiste français, a annoncé la découverte d'un nouvel élément en 1899. Il se est séparé à partir de résidus de pechblende laissés par Marie et Pierre Curie après avoir extrait le radium . En 1899, Debierne décrit la substance comme étant semblable à du titane et (en 1900) comme semblable à du thorium . Friedrich Oskar Giesel indépendamment découvert l'actinium en 1902 comme une substance étant semblable à de lanthane et l'a appelé "emanium" en 1904. Après une comparaison des substances demi-vies déterminées par Debierne, Hariett Brooks en 1904, et Otto Hahn et Otto Sackur en 1905, le nom choisi par Debierne pour le nouvel élément a été retenu parce qu'il avait ancienneté.

Les articles publiés dans les années 1970 et plus tard suggèrent que les résultats de Debierne publiés en 1904 conflit avec ceux rapportés en 1899 et 1900. Cela a conduit certains auteurs à préconiser que Giesel seul devrait être crédité de la découverte. Une vision moins conflictuelle de la découverte scientifique est proposé par Adloff Il suggère que le recul critique des premières publications devrait être atténué par l'état naissant de radiochimie, souligne la prudence des créances des Debierne dans les documents originaux, et note que personne ne peut prétendre que la substance de Debierne ne contenait pas l'actinium. Debierne, qui est maintenant considéré par la grande majorité des historiens comme le découvreur, a perdu tout intérêt dans l'élément et a quitté le sujet. Giesel, d'autre part, peut légitimement être crédité de la première préparation de l'actinium radiochimiquement pure et à l'identification de son numéro atomique 89.

Le nom provient de l'actinium grecque antique aktis, aktinos (ακτίς, ακτίνος), ce qui signifie poutre ou rayons. Son symbole Ac est également utilisé dans les abréviations d'autres composés qui ne ont rien à voir avec l'actinium, comme acétyle, acétate et parfois l'acétaldéhyde.

Propriétés

Actinium est un blanc-argenté, mou, radioactif, élément métallique. Son estimée le module de cisaillement est similaire à celle de plomb . En raison de sa forte radioactivité, l'actinium brille dans le noir avec une lumière bleu pâle, qui provient de l'air environnant ionisé par les particules énergétiques émises. Actinium a des propriétés chimiques similaires comme le lanthane et les autres lanthanides, et donc ces éléments sont difficiles à séparer lors de l'extraction de minerais d'uranium. Extraction par solvant et Chromatographie d'ions sont couramment utilisés pour la séparation.

Le premier élément des actinides , l'actinium a donné son nom au groupe, autant que le lanthane avait fait pour les lanthanides . Le groupe d'éléments est plus diversifiée que les lanthanides et donc ce ne est qu'en 1945 que Glenn T. Seaborg a proposé le changement le plus important à Mendeleïev s ' tableau périodique , en introduisant les actinides.

Actinium réagit rapidement avec de l'oxygène et de l'humidité dans l'air formant un revêtement blanc d'oxyde d'actinium qui empêche l'oxydation. Comme avec la plupart des lanthanides et des actinides, l'actinium existe dans le degré d'oxydation +3, et les ions sont Ac ³⁺ dans des solutions incolores. L'état d'oxydation 3 provient du 6d ¹ 7s ² configuration électronique de l'actinium, ce est qu'il fait un don de 3 électrons facilement en supposant une structure de la coque fermée stable gaz noble radon . L'état d'oxydation 2 ne est connu pour l'actinium dihydrure (ACH _2).

Les composés chimiques

Seul un nombre limité de composés actinium sont connus y compris AcF _3, AcCl _3, ACBR _3, ACOF, AcOCl, AcOBr, Ac ₂ S _3, Ac ₂ O ₃ et ₄ ACPO. Sauf pour ACPO _4, ils sont tous similaires aux composés de lanthane correspondant et contiennent l'actinium dans l'état d'oxydation +3. En particulier, les constantes de réseau de lanthane et les composés analogues actinium diffèrent par seulement quelques pour cent.

Ici, a, b et c sont des constantes réticulaires, n est le numéro de groupe spatial et Z est le nombre de des unités de formule par cellule unitaire. La densité a été mesurée directement, mais pas calculé à partir des paramètres de maille.

Oxydes

l'oxyde d'actinium (Ac ₂ O ₃₎ peut être obtenu par chauffage de l'hydroxyde à 500 ° C ou la oxalate à 1100 ° C, sous vide. Ce réseau cristallin est isotypique avec les oxydes de la plupart des métaux de terres rares trivalents.

Halogénures

Actinium trifluorure peut être produit soit en solution ou en réaction solide. La première réaction est effectuée à température ambiante, en ajoutant de l'acide fluorhydrique à une solution contenant des ions actinium. Dans ce dernier procédé, l'actinium métal est traité avec des vapeurs de fluorure d'hydrogène à 700 ° C dans une configuration tout-platine. Traiter l'actinium avec trifluorure hydroxyde d'ammonium au 900-1000 rendements ° C oxyfluorure ACOF. Considérant que oxyfluorure lanthane peut être facilement obtenue par la combustion de trifluorure de lanthane dans l'air à 800 ° C pendant une heure, un traitement similaire de l'actinium trifluorure rendements ne ACOF et seuls résultats en fusion du produit initial.

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

Actinium trichlorure est obtenu par réaction de l'hydroxyde de actinium ou oxalate de tétrachlorure de carbone vapeurs à des températures supérieures à 960 ° C. Similaire à oxyfluorure, l'actinium oxychlorure peuvent être préparés par hydrolyse du trichlorure de actinium avec l'hydroxyde d'ammonium à 1000 ° C. Cependant, contrairement à l'oxyfluorure, l'oxychlorure pourrait bien être synthétisé par allumage d'une solution de trichlorure actinium dans de l'acide chlorhydrique avec de l'ammoniac .

La réaction de le bromure d'aluminium et l'oxyde d'actinium rendements actinium tribromure:

Ac ₂ O ₃ + 2 → ₃ AlBr domaine de la RCA 2 ₃ + Al ₂ O ₃

et le traitement avec de l'hydroxyde d'ammonium à 500 ° C entraîne l'oxybromure de AcOBr.

D'autres composés

Actinium hydrure a été obtenu par réduction de l'actinium trichlorure de potassium à 300 ° C, et sa structure a été déduit par analogie avec l'hydrure correspondant LaH _2. La source d'hydrogène dans la réaction ne est pas certain.

Mélange le phosphate monosodique (NaH ₂ PO ₄₎ avec une solution d'actinium des rendements d'acide chlorhydrique de couleur blanche phosphate de actinium hémihydrate (ACPO ₄ · 0,5H ₂ O), et le chauffage de l'oxalate de actinium Le sulfure d'hydrogène vapeurs à 1400 ° C pendant quelques minutes en résulte une actinium sulfure noir Ac ₂ S _3. Il peut éventuellement être réalisé en agissant avec un mélange de le sulfure d'hydrogène et le disulfure de carbone sur oxyde d'actinium à 1000 ° C.

Isotopes

Naturellement actinium se produisant est composé d'une radioactif isotope ; ²²⁷ Ac. Trente-six radio-isotopes ont été identifiés, le plus stable étant ²²⁷ Ac avec une demi-vie de 21,772 années, ²²⁵ Ac avec une demi-vie de 10,0 jours et ²²⁶ Ac avec une demi-vie de 29,37 heures. Tout en restant isotopes radioactifs ont des demi-vies qui sont moins de 10 heures et la majorité d'entre eux ont des demi-vies de moins d'une minute. L'isotope connu la plus courte durée de l'actinium ²¹⁷ est Ac (demi-vie de 69 nanosecondes) qui se désintègre par désintégration alpha et capture d'électrons. Actinium dispose également de deux méta-Unis.

Purifiée ²²⁷ Ac vient en équilibre avec ses produits de désintégration à la fin de 185 jours. Il se désintègre en fonction de sa demi-vie 21,773 ans émettant principalement bêta (98,8%) et des particules alpha (1,2%); les produits de désintégration successives font partie de la série de l'actinium. En raison des faibles quantités disponibles, une faible énergie de ses particules bêta (46 keV) et une faible intensité de rayonnement alpha, ²²⁷ Ac est difficile à détecter directement par son émission et il est donc tracée par ses produits de désintégration. Les isotopes de l'actinium varient en poids atomique à partir de 206 u ⁽²⁰⁶ Ac) à 236 u ⁽²³⁶ Ac).

Présence et de synthèse

Minerais uraninite ont des concentrations élevées de l'actinium.

Actinium se trouve uniquement dans les traces en uranium des minerais que ²²⁷ Ac - une tonne de minerai contient environ 0,2 milligrammes de l'actinium. L'actinium isotope ²²⁷ Ac est un membre de la transitoire série de l'actinium chaîne de désintégration, qui commence avec l'isotope parent ²³⁵ U (ou ²³⁹ Pu) et se termine par l'isotope de plomb stable ²⁰⁷ Pb. Un autre isotope actinium ⁽²²⁵ Ac) est présent dans le transitoire série neptunium chaîne de désintégration, commençant par ²³⁷ Np (ou ²³³ U) et se terminant par le thallium (Tl ²⁰⁵⁾ et la quasi-stable de bismuth (Bi ^209).

La concentration naturelle faible, et la similitude des propriétés physiques et chimiques à ceux de lanthane et d'autres lanthanides, qui sont toujours abondantes dans les minerais actinium porteurs, rendent la séparation de l'actinium du minerai impraticable, et la séparation complète n'a jamais été atteint. Au lieu de cela, l'actinium est préparé, en milligrammes, par l'irradiation neutronique de ²²⁶ Ra dans une réacteur nucléaire.

Le rendement de la réaction est d'environ 2% du poids du radium. Ac ²²⁷ peut en outre saisir neutrons résultant en de faibles quantités de ²²⁸ Ac. Après la synthèse, l'actinium est séparé du radium et des produits de dégradation et la fusion nucléaire, tels que le thorium, le polonium, le plomb et le bismuth. L'extraction peut être réalisée avec thenoyltrifluoroacetone- benzène solution à partir d'une solution aqueuse des produits de rayonnement, et la sélectivité pour un certain élément est réalisé en ajustant la pH (à environ 6.0 pour l'actinium). Une procédure alternative est échangeuse d'anions avec un approprié résine dans de l'acide nitrique , ce qui peut se traduire par un facteur de séparation pour un million de radium et le thorium actinium par rapport à un procédé en deux étapes. Actinium peut ensuite être séparé du radium, avec un rapport d'environ 100, en utilisant une résine échangeuse de cations faible reticulation et de l'acide nitrique en tant que éluant.

²²⁵ Ac a été produit artificiellement à la Institut des transuraniens (ITU) en Allemagne en utilisant un cyclotron et au Hôpital St George à Sydney en utilisant un Linac en 2000. Cet isotope rare a des applications potentielles dans la radiothérapie et la plus efficace est obtenu en bombardant une cible de radium-226 avec 20 à 30 MeV ions deutérium. Cette réaction produit également ²²⁶ Ac qui décroît cependant avec une demi-vie de 29 heures et par conséquent, ne pas contaminer ²²⁵ Ac.

Actinium métal a été préparé par la réduction du fluorure d'actinium avec le lithium en phase vapeur sous vide à une température comprise entre 1100 et 1300 ° C. Des températures plus élevées conduit à l'évaporation du produit et celles inférieures conduisent à une transformation incomplète. Lithium a été choisi parmi d'autres métaux alcalins parce que son fluorure est plus volatile.

Applications

En raison de sa rareté, prix élevé et la radioactivité, l'actinium a actuellement aucune utilisation industrielle importante.

²²⁷ Ac est fortement radioactif et a donc été étudié pour être utilisé comme un élément actif de générateurs thermoélectriques radio-isotopes, par exemple dans les vaisseaux spatiaux. L'oxyde de ²²⁷ Ac pressé avec le béryllium est également un moyen efficace source de neutrons à l'activité supérieure à celle des paires de l'américium-béryllium et du radium-béryllium standard. Dans toutes ces applications, ²²⁷ Ac (une source de bêta) est simplement un ancêtre qui génère isotopes émetteurs alpha de sa désintégration. Le béryllium retient les particules alpha et émet des neutrons en raison de sa grande section efficace de la réaction nucléaire (α, n):

Les sources de neutrons ²²⁷ ACBE peuvent être appliqués dans un sonde à neutrons - un dispositif standard pour mesurer la quantité d'eau présente dans le sol, ainsi que l'humidité / densité pour contrôle de la qualité dans la construction de l'autoroute. Ces sondes sont également utilisés dans des applications d'enregistrement et, dans radiographie neutronique, la tomographie et d'autres enquêtes radiochimique.

La structure chimique de la DOTA support pour ²²⁵ Ac en radiothérapie.

²²⁵ Ac est appliqué en médecine pour produire ²¹³ Bi dans un générateur réutilisable ou peut être utilisé seul comme agent de la radiothérapie, en particulier la thérapie ciblée alpha (TAT). Cet isotope a une demi-vie de 10 jours qui rend beaucoup plus approprié pour la thérapie par rayonnement de ²¹³ Bi (demi-vie de 46 minutes). Non seulement ²²⁵ Ac elle-même, mais aussi ses produits de désintégration émettent des particules alpha qui tuent les cellules cancéreuses dans le corps. La difficulté majeure avec application de ²²⁵ Ac est que l'injection intraveineuse de complexes d'actinium simples conduit à leur accumulation dans les os et le foie pendant une période de plusieurs dizaines d'années. Par conséquent, après que les cellules cancéreuses ont été rapidement tuées par des particules alpha à partir de ²²⁵ Ac, le rayonnement provenant de la actinium et ses produits de désintégration peuvent induire de nouvelles mutations. Pour résoudre ce problème, ²²⁵ Ac a été lié à un agent chélatant, tel que citrate, l'acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA) ou l'acide diéthylène triamine pentaacétique (DTPA). Cela a réduit l'accumulation de l'actinium dans les os, mais l'excrétion de l'organisme est restée lente. Bien meilleurs résultats ont été obtenus avec des agents chélatants ou que HEHA DOTA (acide 1,4,7,10-tétraazacyclododécane-1,4,7,10-tétraacétique) couplé à trastuzumab, un Anticorps monoclonal qui inhibe la HER2 / neu récepteur. La combinaison de livraison ci a été testé sur des souris et se est avéré être efficace contre la leucémie, lymphome, sein, de l'ovaire, neuroblastome et cancers de la prostate.

La demi-vie moyenne de ²²⁷ Ac (21,77 années) rend isotope radioactif très pratique dans la modélisation du mélange vertical lente des eaux océaniques. Les processus associés ne peuvent pas être étudiés avec la précision requise par des mesures directes de la vitesse du courant (de l'ordre de 50 mètres par an). Toutefois, l'évaluation de la profondeur profils de concentration pour différents isotopes permet d'estimer les taux de mélange. La physique derrière cette méthode est la suivante: eaux océaniques contiennent dispersés de façon homogène ²³⁵ U. Son produit de désintégration, ²³¹ Pa, précipite progressivement vers le bas, de sorte que sa concentration augmente d'abord avec la profondeur et puis reste à peu près constante ²³¹ Pa se désintègre en ²²⁷ Ac. cependant, la concentration de ce dernier ne se ensuit pas isotope ²³¹ Pa le profil de profondeur, mais augmente plutôt vers le fond de la mer. Cela se produit en raison des processus de mélange qui soulèvent un certain supplémentaire ²²⁷ Ac du fond de la mer. Ainsi l'analyse des deux ²³¹ Pa et ²²⁷ profils de profondeur Ac permet de modéliser le comportement de mélange.

Précautions

²²⁷ Ac est hautement radioactifs et les expériences avec elle sont effectuées dans un laboratoire spécialement conçu équipé d'une boîte à gants et protection contre les rayonnements. Lorsque le trichlorure de actinium est administré par voie intraveineuse à des rats, environ 33% de l'actinium est déposée dans les os et 50% dans le foie. Sa toxicité est comparable, mais légèrement inférieure à celle de l'américium et le plutonium.