Actínio

Actínio
89 Ac
La ↑ CA ↓ (Uqu) Tabela periódica rádio ← actinium → tório
Aparência
branco prateado
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número	actinium, Ac, 89
Pronúncia	/ æ k t ɪ n Eu ə m / TIN AK- -nee-əm
Categoria Metallic	actinide por vezes considerado um metal de transição
Grupo, período, bloco	n / D, 7, f
Peso atômico padrão	(227)
Configuração eletrônica	[ Rn ] 6d 1 7s 2 2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
História
Descoberta	André-Louis Debierne (1899)
Primeiro isolamento	André-Louis Debierne (1899)
Propriedades físicas
Fase	sólido
Densidade (perto RT)	10 g cm -3 ·
Ponto de fusão	(Circa) 1323 K , 1050 ° C, 1922 ° F
Ponto de ebulição	3471 K, 3198 ° C, 5788 ° F
Calor de fusão	14 kJ mol -1 ·
Calor de vaporização	400 kJ · mol -1
Capacidade calorífica molar	27,2 J · · mol -1 K -1
Propriedades atômicas
Estados de oxidação	3 (Óxido de neutro)
Eletronegatividade	1,1 (escala de Pauling)
Energias de ionização	1º: 499 kJ · mol -1
	Segunda: 1170 kJ mol -1 ·
O raio de covalência	215 pm
Miscelânea
A estrutura de cristal	cúbica de face centrada
Ordenamento magnético	sem dados
Condutividade térmica	12 W · m -1 · K -1
Número de registo CAS	7440-34-8
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de actinium
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP 225 Ac traço 10 d α 5,935 221 P. 226 Ac syn 29.37 h β - 1.117 226 Th ε 0.640 226 Ra α 5,536 222 P. 227 Ac traço 21,772 y β - 0,045 227 Th α 5,042 223 P.

Actinium é uma radioativo elemento químico com o símbolo Ac (para não ser confundido com a abreviatura de um grupo acetilo) e tem o número atómico 89, que foi descoberto em 1899. Foi primeiro elemento radioativo não-primordial a ser isolado. polónio , rádio e radônio foram observados antes actinium, mas eles não foram isolados até 1902. Actinium deu o nome à actinide série, um grupo de 15 elementos semelhantes entre actinium e lawrencium na tabela periódica .

Um prateado-branco macio, metal radioactivo, actinium reage rapidamente com o oxigénio e humidade no ar formando um revestimento branco de óxido actinium que impede a oxidação. Tal como acontece com a maioria dos lantanídeos e actinídeos, actínio assume o estado de oxidação +3 em quase todos os seus compostos químicos. Actinium é encontrado apenas em vestígios de urânio minérios como o isótopo ²²⁷ Ac, que decai com uma meia-vida de 21,772 anos, predominantemente emitindo partículas beta. Um tonelada de urânio minério contém cerca de 0,2 miligramas de actinium. A estreita semelhança de propriedades físicas e químicas do actinium e lantânio faz separação de actinium do minério impraticável. Em vez disso, o elemento está preparada, em quantidades miligramas, pela irradiação de neutrões de ²²⁶ Ra em um reactor nuclear. Devido à sua escassez, preço alto e radioatividade, actinium não tem uso industrial significativo. Suas aplicações atuais incluem uma fonte de nêutrons e um agente para terapia de radiação alvo células de cancro no corpo.

História

André-Louis Debierne, um químico francês, anunciou a descoberta de um novo elemento em 1899. Ele separava resíduos de uraninita deixados por Marie e Pierre Curie depois de terem extraído rádio . Em 1899, Debierne descrito como a substância semelhante ao titânio e (em 1900) como semelhante a tório . Friedrich Oskar Giesel descoberto independentemente actinium em 1902 como uma substância sendo semelhante a de lantânio e chamou-lhe "emanium" em 1904. Depois de uma comparação das substâncias semi-vidas determinadas por Debierne, Hariett Brooks em 1904, e Otto Hahn e Otto Sackur em 1905, o nome escolhido por Debierne para o novo elemento foi retida porque tinha antiguidade.

Os artigos publicados na década de 1970 e mais tarde sugerem que os resultados de Debierne publicado em 1904 conflito com os relatados em 1899 e 1900. Isso levou alguns autores a defender que Giesel por si só deveria ser creditado com a descoberta. Uma visão menos conflituosa da descoberta científica é proposto por Adloff Ele sugere que retrospectiva crítica das primeiras publicações devem ser mitigado pelo estado nascente de radioquímica, destaca a prudência das afirmações de Debierne nos trabalhos originais, e observa que ninguém pode alegar que a substância de Debierne não continha actinium. Debierne, que agora é considerada pela grande maioria dos historiadores como o descobridor, perdeu o interesse no elemento e deixou o assunto. Giesel, por outro lado, pode legitimamente ser creditado com a primeira preparação de actinium radioquimicamente pura e com a identificação de seu número atômico 89.

O nome actinium origina do grego antigo Aktis, aktinos (ακτίς, ακτίνος), ou seja, viga ou ray. O símbolo Ac é também usado nas abreviaturas de outros compostos que não têm nada a ver com o actínio, tal como acetilo, de etilo e, por vezes, acetaldeído.

Propriedades

Actinium é um prateado-branco macio,, elemento radioactivo, metálico. Estima- módulo de corte é semelhante à do chumbo . Devido à sua forte radioatividade, actinium brilha no escuro com uma luz azul pálido, que se origina a partir do ar circundante ionizado pelas partículas energéticas emitidas. Actínio tem propriedades químicas similares como lantânio e outros lantanídeos, e, por conseguinte, estes elementos são difíceis de separar quando se extrai a partir de minerais de urânio. Extração por solvente e cromatografia iónica são vulgarmente utilizados para a separação.

O primeiro elemento de os actinídeos , actínio deu o grupo o seu nome, tal como lantânio havia feito para os lantanideos . O grupo de elementos é mais diversificada do que os lantanídeos e, portanto, não foi até 1945 que Glenn T. Seaborg propôs a mudança mais significativa para Mendeleev 's tabela periódica , através da introdução dos actinídeos.

Actinium reage rapidamente com o oxigénio e humidade no ar formando um revestimento branco de óxido actinium que impede a oxidação. Tal como acontece com a maioria dos lantanídeos e actinídeos, actínio existe no estado de oxidação +3, e os iões Ac ³⁺ são incolor em soluções. O estado de oxidação +3 origina do 6d ¹ 7s ² configuração eletrônica de actinium, que é facilmente doa três elétrons assumindo uma estrutura de concha fechada estável do gás nobre radônio . O estado de oxidação +2 é conhecida apenas para actinium dihydride (ACH _2).

Os compostos químicos

Apenas um número limitado de compostos actinium são conhecidas incluindo AcF _3, AcCl _3, ACBR _3, ACOF, AcOCl, AcOBr, Ac ₂ S _3, Ac ₂ O ₃ e ₄ ACPO. Exceto para ACPO _4, todos eles são semelhantes aos compostos de lantânio correspondentes e conter actinium no estado de oxidação +3. Em particular, as constantes de rede dos compostos de lantânio e actínio análogos diferem em apenas uma pequena percentagem.

Aqui a, b e c são constantes de rede, n é o número do grupo de espaço e Z é o número de por unidades de fórmulas célula unitária. Densidade não foi medido directamente mas calculadas a partir dos parâmetros de rede.

Óxidos

Óxido de actínio (Ac ₂ O ₃₎ pode ser obtido por aquecimento do hidróxido a 500 ° C ou o oxalato a 1100 ° C, em vácuo. Ele treliça de cristal é isotípico com os óxidos de a maioria dos metais de terras raras trivalentes.

Halides

Actínio trifluoreto pode ser produzida quer em solução ou em reacção sólido. A reacção anteriormente referida é realizada à temperatura ambiente, adicionando ácido fluorídrico a uma solução contendo iões de actínio. Neste último método, actínio metal é tratada com vapores de fluoreto de hidrogénio a 700 ° C numa configuração toda-platina. Tratar com actinium trifluoreto hidróxido de amónio a 900-1000 ° C rendimentos oxifluoreto ACOF. Considerando oxifluoreto de lantânio pode ser facilmente obtida pela queima de trifluoreto de lantânio em ar a 800 ° C durante uma hora, o tratamento similar de actínio trifluoreto rendimentos não ACOF e só resulta em fusão do produto inicial.

AcF ₃ + 2 _NH3 + _H2O → ACOF 2 + NH ₄ F

Actínio tricloreto é obtido por reacção de hidróxido de actínio ou oxalato com tetracloreto de carbono vapores a temperaturas superiores a 960 ° C. Semelhante a oxifluoreto, actínio oxicloreto pode ser preparado por hidrólise com tricloreto de actínio hidróxido de amónio a 1000 ° C. No entanto, em contraste com o oxifluoreto, a oxicloreto poderia bem ser sintetizados por meio da ignição de uma solução de tricloreto de actínio em ácido clorídrico com amoníaco .

A reacção de brometo de alumínio e óxido de actinium produz actinium tribrometo:

Ac ₂ O ₃ + 2 AlBr ₃ → 2 ACBR ₃ + Al ₂ O ₃

e tratando-o com hidróxido de amónio a 500 ° C resulta na AcOBr oxibrometo.

Outros compostos

Actínio hidreto foi obtido por redução de tricloreto de actínio com potássio, a 300 ° C, e a sua estrutura foi deduzido por analogia com o correspondente LaH ₂ hidreto. A fonte de hidrogénio na reacção era incerta.

Misturando fosfato monossódico (NaH ₂ PO ₄₎ com uma solução de actínio em rendimentos de ácido clorídrico de cor branca de hemi-hidrato de fosfato de actínio (ACPO · ₄ 0,5H ₂ O), e oxalato de aquecimento com actínio vapores de sulfureto de hidrogénio a 1400 ° C durante alguns minutos, resulta em um sulfureto actínio preto Ac ₂ S _3. Pode, eventualmente, ser produzido por agir com uma mistura de sulfureto de hidrogénio e dissulfureto de carbono em óxido de actínio a 1000 ° C.

Isótopos

De ocorrência natural actínio é composto por uma radioactivos isótopo ; ²²⁷ Ac. Trinta e seis radioisótopos foram identificados, sendo os mais estáveis ²²⁷ Ac com uma meia-vida de 21,772 anos, ²²⁵ Ac, com uma semi-vida de 10,0 dias e ²²⁶ Ac com uma meia-vida de 29,37 horas. Todos os restantes isótopos radioativos apresentam meias-vidas que são menos de 10 horas ea maioria deles têm meia-vida inferior a um minuto. O isótopo de vida mais curta é conhecido de actínio ²¹⁷ Ac (meia-vida de 69 nanossegundos) que decai através decaimento alfa e captura de elétrons. Actinium também tem dois meta estados.

Purificada ²²⁷ Ac entra em equilíbrio com os seus produtos de decaimento no final de 185 dias. Ele decai de acordo com a sua meia-vida 21,773 anos principalmente emissores beta (98,8%) e algumas partículas alfa (1,2%); os sucessivos produtos de decaimento fazem parte do série actinium. Devido às baixas quantidades disponíveis, baixo consumo de energia de suas partículas beta (46 keV) e baixa intensidade da radiação alfa, ²²⁷ Ac é difícil de detectar diretamente pela sua emissão e, portanto, é rastreada através de seus produtos de decaimento. Os isótopos de actínio variar em peso atômico de 206 u ⁽²⁰⁶ Ac) a 236 u ⁽²³⁶ Ac).

Ocorrência e síntese

Minérios uraninite têm elevados concentrações de actinium.

Actinium é encontrado apenas em vestígios de urânio minérios como ²²⁷ Ac - uma tonelada de minério contém cerca de 0,2 miligramas de actinium. O actinium isótopo ²²⁷ Ac é um membro transitório do série actinium cadeia de desintegração, que se inicia com o isótopo pai ²³⁵ U (ou Pu ²³⁹⁾ e termina com o isótopo estável chumbo ²⁰⁷ Pb. Outro isótopo actinium ⁽²²⁵ Ac) é transitoriamente presente no série neptunium cadeia de decaimento, começando com ²³⁷ Np (ou ²³³ U) e terminando com tálio (Tl ²⁰⁵⁾ e quase estável bismuto ⁽²⁰⁹ Bi).

A baixa concentração natural, bem como a estreita semelhança de propriedades físicas e químicas aos de lantânio e outros lantanídeos, que são sempre abundantes em minérios actinium-rolamento, render separação de actinium do minério impraticável, e completa separação não foi alcançado. Em vez disso, actinium está preparada, em quantidades miligramas, pela irradiação de neutrões de ²²⁶ Ra em um reactor nuclear.

O rendimento da reacção é de cerca de 2% do peso do rádio. ²²⁷ Ac podem capturar mais neutrões resultam em pequenas quantidades de ²²⁸ Ac. Após a síntese, actínio é separado do rádio e a partir dos produtos de degradação e a fusão nuclear, tais como tório, polônio, chumbo e bismuto. A extracção pode ser realizada com thenoyltrifluoroacetone- benzeno solução a partir de uma solução aquosa dos produtos por radiação, e a selectividade para um determinado elemento é conseguida ajustando o pH (a cerca de 6,0 por actinium). Um procedimento alternativo é a troca de ânion com um adequado resina em ácido nítrico , o que pode resultar em um factor de separação de 1.000.000 para o rádio e actínio vs tório em um processo de duas fases. Actínio pode então ser separado de rádio, com um rácio de cerca de 100, usando uma resina de permuta de catiões de ligação cruzada de baixo e de ácido nítrico como eluente.

²²⁵ Ac foi produzido pela primeira vez artificialmente no Instituto de Elementos Transuranianos (ITU) na Alemanha usando um ciclotron e, George Hospital St em Sydney usando um linac em 2000. Este isótopo raro tem aplicações potenciais em radioterapia e é produzido de forma mais eficiente, bombardeando um alvo rádio-226 com 20-30 MeV íons de deutério. Esta reacção também produz ²²⁶ Ac que no entanto decai com uma meia-vida de 29 horas e, assim, não contamina ²²⁵ Ac.

Actínio metal foi preparado pela redução do fluoreto de actínio com lítio de vapor em vácuo a uma temperatura entre 1100 e 1300 ° C. As temperaturas mais elevadas resultaram na evaporação do produto e os inferiores levam a uma transformação incompleta. Lítio foi escolhido entre outros metais alcalinos, porque a sua fluoreto é mais volátil.

Aplicações

Devido à sua escassez, preço alto e radioatividade, actinium atualmente não tem uso industrial significativo.

²²⁷ Ac é altamente radioactivos e, por conseguinte, foi estudada para utilização como elemento activo de geradores termoelétricos de radioisótopos, por exemplo, na nave espacial. O óxido de ²²⁷ Ac pressionado com berílio também é um eficiente fonte de neutrões com a actividade que excede o dos pares de amerício-berílio e rádio-berílio padrão. Em todas essas aplicações, ²²⁷ Ac (a fonte beta) é apenas um progenitor que gera isótopos emissores alfa após a sua decadência. Berílio capta partículas alfa e emite neutrões, devido à sua secção transversal grande para a reacção nuclear (α, n):

As fontes de neutrões ACBE ²²⁷ pode ser aplicado numa sonda de nêutrons - um dispositivo padrão para medir a quantidade de água presente no solo, bem como a umidade / densidade para o controle de qualidade na construção de rodovias. Tais sondas são também usadas em aplicações de registo assim, em A radiografia de nêutrons, tomografia e outras investigações radioquímica.

Estrutura química do Transportadora DOTA para ²²⁵ Ac em terapia de radiação.

²²⁵ Ac é aplicada na medicina para produzir ²¹³ Bi num gerador reutilizável ou podem ser utilizados sozinhos como um agente para o terapia de radiação, em particular a terapia alfa orientada (TAT). Este isótopo tem uma meia-vida de 10 dias que se torna muito mais adequado para a terapia de radiação do que ²¹³ Bi (semi-vida de 46 minutos). Não só em si ²²⁵ Ac, mas também os seus produtos de decaimento emitem partículas alfa, que matam as células cancerosas no corpo. A principal dificuldade com a aplicação de ²²⁵ Ac era que a injecção intravenosa de complexos de actínio simples resultou na sua acumulação nos ossos e no fígado durante um período de dezenas de anos. Como resultado, depois de as células cancerosas foram rapidamente mortas por partículas alfa a partir de ²²⁵ Ac, a partir da radiação de actínio e os seus produtos de decaimento pode induzir novas mutações. Para resolver este problema, ²²⁵ Ac foi vinculado a um agente quelante, tal como citrato, ácido etilenodiaminotetra-acético (EDTA) ou ácido dietileno (DTPA). Esta reduzida acumulação actínio nos ossos, mas a excreção do corpo permaneceu lento. Muito melhores resultados foram obtidos com tais agentes como quelantes ou heha DOTA (ácido 1,4,7,10-tetrazaciclododecano-1,4,7,10-tetracético), acoplado ao trastuzumab, uma anticorpo monoclonal que interfere com o HER2 / neu receptor. A combinação de entrega último foi testado em ratinhos e revelaram-se eficazes contra leucemia, linfoma, mama, do ovário, neuroblastoma e cancros da próstata.

A meia-vida médio de ²²⁷ Ac (21,77 anos) torna muito conveniente isótopo radioativo na modelagem da mistura vertical lento das águas oceânicas. Os processos associados não pode ser estudada com a precisão requerida por meio de medições diretas de velocidades atuais (da ordem de 50 metros por ano). No entanto, a avaliação da concentração em profundidade perfis para diferentes isótopos permite estimar as taxas de mistura. A física por trás deste método é o seguinte: águas oceânicas contêm homogeneamente disperso ²³⁵ U. O seu produto de decomposição, ²³¹ Pa, precipita gradualmente para a parte inferior, de modo a que a sua concentração aumenta em primeiro lugar com a profundidade e, em seguida, permanece quase constante ²³¹ Pa decai para ²²⁷ Ac.; no entanto, a concentração deste último isótopo não segue o perfil de profundidade ²³¹ Pa, mas em vez disso aumenta em direcção ao fundo do mar. Isso ocorre por causa dos processos de mistura que suscitam alguns adicional ²²⁷ Ac a partir do fundo do mar. Assim, a análise de ambos os ²³¹ Pa e ²²⁷ perfis de profundidade AC permite modelar o comportamento de mistura.

Precauções

²²⁷ Ac é altamente radioactivos e com experiências que são levadas a cabo num laboratório especialmente concebido equipado com uma caixa de luvas e protecção de radiação. Quando o tricloreto de actínio é administrado por via intravenosa a ratos, cerca de 33% de actínio é depositado nos ossos e 50% para o fígado. A sua toxicidade é comparável a, mas ligeiramente menor do que a de plutónio e o amerício.