Actinium - Actinium


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Actinium,   89 Ac
Actinium.jpg
Les propriétés générales
Prononciation / Æ k t ɪ n i ə m / ( AK- TIN -ee-əm )
Apparence blanc-argenté, incandescent avec une lumière bleue étrange; parfois avec un casting d'or
Nombre de masse 227 (isotope le plus stable)
Actinium dans le tableau périodique
Hydrogène Hélium
Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon
Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon
Potassium Calcium scandium Titane Vanadium Chrome Manganèse Le fer Cobalt Nickel Cuivre Zinc Gallium Germanium Arsenic Sélénium Brome Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdène technétium Ruthénium rhodium Palladium argent Cadmium Indium Étain Antimoine Tellure Iode Xénon
Césium Baryum Lanthane Cérium praséodyme néodyme Prométhium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium holmium Erbium Thulium Ytterbium lutécium Hafnium Tantale Tungstène Rhénium Osmium Iridium Platine Or Le mercure (élément) Thallium Conduire Bismuth Polonium astate Radon
francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium américium Curium Berkelium californium einsteinium fermium Mendelevium Nobelium lawrencium rutherfordium dubnium seaborgium bohrium hassium meitnerium darmstadtium roentgenium copernicium Nihonium flérovium Moscovium livermorium Tennessine Oganesson
La

Ac

( Ubu )
radiumactiniumthorium
Numéro atomique ( Z ) 89
Groupe groupe 3
Période période de sept
Bloc bloc-d
catégorie de l'élément   actinide , parfois considéré comme un métal de transition
configuration électronique [ Rn ] 6d 1 7s 2
Par coquille Électrons
2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
Propriétés physiques
Phase à  STP solide
Point de fusion 1500  K (1227 ° C, 2240 ° F) (estimé)
Point d'ébullition 3500 ± 300 K (3200 ± 300 ° C, 5800 ± 500 ° F) (extrapolée)
Densité (près  de la température ambiante ) 10 g / cm 3
Température de fusion 14  kJ / mol
Chaleur de vaporisation 400 kJ / mol
capacité thermique Molar 27,2 J / (mol · K)
propriétés atomiques
états d'oxydation 2, 3 (a fortement basique oxyde)
électronégativité Pauling: 1.1
énergies Ionisation
  • 1er: 499 kJ / mol
  • 2ème: 1170 kJ / mol
  • 3: 1900 kJ / mol
  • ( Suite )
rayon covalent 215  pm
lignes de couleur dans un domaine spectral
Raies spectrales de l' actinium
D'autres propriétés
Structure en cristal cubique à faces centrées (fcc)
À faces centrées structure cristalline cubique à actinium
Conductivité thermique 12 W / (m · K)
Numero CAS 7440-34-8
L'histoire
Découverte et premier isolement Friedrich Oskar Giesel (1902)
nommé par André-Louis Debierne (1899)
Principaux isotopes de l' actinium
Isotope Abondance La demi-vie ( t 1/2 ) Mode Decay Produit
225 Ac trace 10 d α 221 Fr
226 Ac syn 29.37 h β - 226 Th
ε 226 Ra
α 222 Fr
227 Ac trace 21,772 y β - 227 Th
α 223 Fr
| références

Actinium est un élément chimique avec le symbole  Ac et de numéro atomique  89. Il a d' abord été isolé par le chimiste français André-Louis Debierne en 1899. Friedrich Oskar Giesel plus tard isolé indépendamment en 1902 et, ignorant qu'il était déjà connu, il a donné le nom emanium . Actinium a donné le nom à l' actinide série, un groupe de 15 éléments similaires entre actinium et lawrencium dans le tableau périodique . Il est parfois considéré comme le premier des 7-période des métaux de transition , bien que lawrencium est moins souvent donné cette position. En collaboration avec le polonium , le radium et le radon , l' actinium a été l' un des premiers éléments radioactifs non primordiales à isoler.

Un doux, blanc argenté radioactif métal, actinium réagit rapidement avec l' oxygène et l' humidité dans l' air pour former un revêtement blanc d'oxyde d'actinium qui empêche une oxydation supplémentaire. Comme avec la plupart des lanthanides et beaucoup d' actinides , actinium suppose état d'oxydation +3 dans presque tous ses composés chimiques. Actinium ne se trouve que sous forme de traces en uranium et thorium minerais que l' isotope 227 Ac, qui se désintègre avec une demi-vie de 21.772 années, émettant principalement bêta et parfois des particules alpha , et 228 Ac, qui est en position bêta actif avec une demi-vie de 6.15 heures. Une tonne de naturel uranium dans le minerai contient environ 0,2 mg d'actinium-227, et une tonne de thorium contient environ 5 nanogrammes d'actinium-228. 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 préparé, en des quantités en milligrammes, par irradiation neutronique de 226 Ra dans un réacteur nucléaire . En raison de sa rareté, le prix élevé et la radioactivité, l' actinium n'a pas d' usage industriel important. Ses applications actuelles comprennent une source de neutrons et un agent pour la radiothérapie ciblant les cellules cancéreuses dans le corps et les tuer.

L'histoire

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

Les articles publiés dans les années 1970 et suggèrent plus tard que les résultats de Debierne publiés en 1904 conflit avec ceux rapportés en 1899 et 1900. De plus, la chimie maintenant connue de l' actinium exclut sa présence comme autre chose qu'un constituant mineur de 1899 et 1900 les résultats de Debierne; en fait, les propriétés chimiques il a fait part, il est probable qu'il avait, au contraire, accidentellement identifié protactinium , qui ne serait pas découvert pendant quatorze ans, seulement pour disparaître en raison de son hydrolyse et adsorption sur son équipement de laboratoire . Cela a conduit certains auteurs à plaider que seul Giesel devrait être crédité de la découverte. Une vision moins conflictuel de la découverte scientifique est proposée par Adloff. Il suggère que le recul critique des premières publications devrait être atténué par l' ancien état naissant de radiochimie: mettant en lumière les prétentions de la prudence de Debierne dans les documents originaux, il note que personne ne peut prétendre que la substance de Debierne ne contenait pas actinium. Debierne, qui est maintenant considéré par la grande majorité des historiens comme le découvreur, a perdu tout intérêt dans l'élément et à gauche le sujet. Giesel, d'autre part, peut à juste titre être crédité de la première préparation de l' actinium radiochimique pur et à l'identification de son numéro atomique 89.

Le actinium nom provient du grec ancien Aktis, aktinos (ακτίς, ακτίνος), ce qui signifie faisceau ou rayon. Son symbole Ac est également utilisé dans les abréviations d'autres composés qui ont rien à voir avec l' actinium, tels que acétyle , l' acétate et parfois acétaldéhyde .

Propriétés

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

Le premier élément des actinides , actinium a donné son nom au groupe, tout comme le lanthane avait fait pour les lanthanides . Le groupe d'éléments est plus diversifiée que les lanthanides et donc ce ne fut qu'en 1928 que Charles Janet a proposé le changement le plus important à Dmitri Mendeleïev de tableau périodique depuis la reconnaissance des lanthanides, en introduisant les actinides, un mouvement suggéré à nouveau en 1945 par Glenn T. Seaborg .

Actinium réagit rapidement avec l' oxygène et l' humidité dans l' air pour former un revêtement blanc de l' oxyde d'actinium qui empêche une oxydation supplémentaire. Comme avec la plupart des lanthanides et des actinides, actinium existe dans l' état d'oxydation +3, et les Ac 3+ ions sont incolores dans les solutions. L'état d'oxydation +3 provient de la [Rn] 6d 1 7s 2 de configuration électronique de l' actinium, avec trois électrons de valence qui sont facilement donnés à donner à la structure de coque stable fermée du gaz noble radon . L'état d'oxydation +2 rare est connu que pour actinium dihydrure (ACH 2 ); même cela peut en réalité être un electride composé comme son LaH plus léger congénère 2 et ont donc actinium (III).

Composants 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 Acpo 4 , en raison de la radioactivité intense de l' actinium. Sauf pour ACPO 4 , ils sont tous similaires aux composés de lanthane correspondant. Ils contiennent tous actinium dans l'état d'oxydation +3. En particulier, les constantes de réseau des composés de lanthane et actinium analogues diffèrent de seulement quelques pour cent.

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

oxydes

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

halogénures

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

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

Trichlorure de Actinium est obtenu par réaction de l' hydroxyde de actinium ou oxalate avec le tétrachlorure de carbone vapeurs à des températures supérieures à 960 ° C. Semblable à oxyfluorure, l' actinium oxychlorure peut être préparé par hydrolyse du trichlorure de actinium avec de 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 d'actinium dans de l' acide chlorhydrique avec de l' ammoniac .

La réaction du bromure d'aluminium et l' oxyde d'actinium donne actinium tribromure:

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

et en le traitant avec de l'hydroxyde d'ammonium à 500 ° C conduit à la AcOBr d'oxybromure.

D'autres composés

L' hydrure de actinium a été obtenu par réduction de trichlorure d'actinium avec du potassium à 300 ° C, et sa structure a été déduit par analogie avec la LaH correspondant 2 hydrure. La source d'hydrogène dans la réaction est incertaine.

Le mélange phosphate monosodique (NaH 2 PO 4 ) avec une solution d'actinium des rendements d'acide chlorhydrique phosphate actinium couleur blanche hémihydrate (ACPO 4 · 0,5H 2 O), et l' oxalate de actinium de chauffage avec le sulfure d'hydrogène vapeurs à 1400 ° C pendant quelques minutes se traduit par une actinium noir sulfure Ac 2 S 3 . Il peut éventuellement être réalisé en agissant avec un mélange de sulfure d'hydrogène et du disulfure de carbone sur l' oxyde d'actinium à 1000 ° C.

isotopes

D' origine naturelle actinium est composé de deux radioactives isotopes ; 227
Ac
(de la famille radioactive de 235
U
) et 228
Ac
(petite - fille de 232
Th
). 227
Ac
désintègre principalement comme émetteur bêta avec une très faible énergie, mais dans 1,38% des cas , il émet une particule alpha , de sorte qu'il peut être facilement identifié par spectrométrie alpha . Trente-six radioisotopes ont été identifiés, le plus stable étant 227
Ac
avec une demi-vie de 21.772 ans, 225
Ac
avec une demi-vie de 10,0 jours et 226
Ac
avec une demi-vie de 29.37 heures. Tous les autres radioactifs isotopes 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 est 217
Ac
(demi-vie de 69 nanosecondes) qui se désintègre par désintégration alpha et capture d'électrons . Actinium a également deux connus états méta . Les isotopes les plus importants pour la chimie sont 225 Ac, 227 Ac et 228 Ac.

purifié 227
Ac
est en équilibre avec ses produits de désintégration après environ une moitié de l' année. Il se désintègre en fonction de sa demi-vie 21,772 ans émettant principalement bêta (98,62%) et des particules alpha (1,38 en%); 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 (maximum 44,8 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' intervalle de actinium en poids atomique de 206  u ( 206
Ac
) à 236 u ( 236
Ac
).

Isotope Production Pourriture Demi vie
221 Ac 232 Th (d, 9n) → 225 Pa (α) → 221 Ac α 52 ms
222 Ac 232 Th (d, 8n) → 226 Pa (α) → 222 Ac α 5.0 s
223 Ac 232 Th (d, 7n) → 227 Pa (α) → 223 Ac α 2.1 min
224 Ac 232 Th (d, 6n) → 228 Pa (α) → 224 Ac α 2,78 heures
225 Ac 232 Th (n, γ) → 233 Th (β - ) → 233 Pa (β - ) → 233 U (α) → 229 Th (α) → 225 Ra (β - ) → 225 Ac α 10 jours
226 Ac 226 Ra (d, 2n) → 226 Ac α, β -
capture d'électrons
29.37 heures
227 Ac 235 U (α) → 231 Th (β - ) → 231 Pa (α) → 227 Ac α, β - 21,77 ans
228 Ac 232 Th (α) → 228 Ra (β - ) → 228 Ac β - 6,15 heures
229 Ac 228 Ra (n, γ) → 229 Ra (β - ) → 229 Ac β - 62,7 min
230 Ac 232 Th (d, α) → 230 Ac β - 122 s
231 Ac 232 Th (γ, p) → 231 Ac β - 7,5 min
232 Ac 232 Th (n, p) → 232 Ac β - 119 s

Présence et la synthèse

Uraninite minerais ont des concentrations élevées de actinium.

Actinium ne se trouve que sous forme de traces en uranium minerais - une tonne d'uranium dans le minerai contient environ 0,2 mg de 227 Ac - et en thorium des minerais qui contiennent environ 5 nanogrammes de 228 Ac par une tonne de thorium. Le actinium isotope 227 Ac est un élément transitoire de la série de l' uranium actinium chaîne de désintégration , qui commence avec l'isotope parent 235 U (ou 239 Pu ) et se termine avec l'isotope stable de plomb 207 Pb . L'isotope 228 Ac est un élément transitoire de la série de thorium chaîne de désintégration, qui commence avec l'isotope parent 232 Th et se termine avec l'isotope stable de plomb 208 Pb . Un autre isotope actinium ( 225 Ac) est présent de manière transitoire dans la série de neptunium chaîne de désintégration , en commençant par 237 Np (ou 233 U ) et se terminant par le thallium ( 205 Tl) et quasi-stable de bismuth ( 209 Bi); même si tout primordial 237 Np a décru à, il est produit en continu par des réactions knock-out neutrons sur naturel 238 U.

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

Le rendement de la réaction est d' environ 2% du poids du radium. 227 Ac peut également capturer des neutrons résultant en petites quantités de 228 Ac. Après la synthèse, l' actinium est séparé du radium et des produits de la désintégration et la fusion nucléaire, tels que le thorium, le polonium, le plomb et le bismuth. Peut être effectué l'extraction avec thenoyltrifluoroacetone- benzène solution d'une solution aqueuse des produits de rayonnement, et la sélectivité pour un certain élément est obtenu en ajustant le pH (à environ 6,0 pour 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 d'un million de radium et l' actinium vs thorium dans 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 réticulation et de l' acide nitrique comme éluant .

225 Ac a été produit artificiellement à l' Institut des transuraniens (ITU) en Allemagne en utilisant un cyclotron et à l' hôpital St George à Sydney en utilisant un Linac en 2000. Cet isotope rare a des applications potentielles dans la radiothérapie et le plus efficacement produit en bombardant une cible de radium-226 à 20-30 MeV deutérium ions. Cette réaction donne également 226 Ac qui se désintègre mais avec une demi-vie de 29 heures et donc ne pas contaminer 225 Ac.

Métal actinium 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 inférieurs entraînent une transformation incomplète. Lithium a été choisi parmi les autres métaux alcalins parce que le fluorure est le plus volatil.

Applications

En raison de sa rareté, le prix élevé et la radioactivité, l' actinium n'a actuellement aucune utilisation industrielle importante. 227 Ac est fortement radioactif et a donc été étudié pour être utilisé comme un élément actif des générateurs thermoélectriques radio - isotopiques , par exemple dans les vaisseaux spatiaux. L'oxyde de 227 Ac pressé avec le béryllium est également efficace source de neutrons à l'activité supérieure à celle de l'américium-béryllium standard et des paires de radium-béryllium. Dans toutes ces applications, 227 Ac (une source de bêta) est simplement un progéniteur qui génère des isotopes émetteurs de particules alpha sur sa désintégration. Beryllium capture les particules alpha et émet des neutrons en raison de sa grande section transversale pour le (α, n) réaction nucléaire:

Les 227 sources de neutrons ACBE peuvent être appliquées dans une sonde à neutrons - un dispositif standard de mesure de la quantité d'eau présente dans le sol, ainsi que l' humidité / densité pour le contrôle de la qualité dans la construction de routes. De telles sondes sont également utilisés dans les applications d'enregistrement et, dans la radiographie neutronique , la tomographie et d' autres investigations radiochimiques.

Structure chimique du DOTA support pour 225 Ac dans la thérapie de radiation.

225 Ac est appliqué en médecine pour produire 213 Bi dans un générateur réutilisable ou peut être utilisé seul comme agent pour la radiothérapie , en particulier la thérapie ciblée alpha (TAT). Cet isotope a une demi-vie de 10 jours qui le rend beaucoup plus approprié pour la radiothérapie que 213 Bi (demi-vie de 46 minutes). Non seulement 225 Ac elle - même, mais aussi ses filles, émettent des particules alpha qui tuent les cellules cancéreuses dans le corps. La difficulté majeure avec l' application de 225 Ac est que l' injection intraveineuse de complexes actinium simples a donné lieu à leur accumulation dans les os et le foie pendant une période de plusieurs dizaines d'années. En conséquence, après que les cellules cancéreuses ont été rapidement tuées par des particules alpha de 225 Ac, le rayonnement de l'actinium et ses filles pourraient induire de nouvelles mutations. Pour résoudre ce problème, 225 Ac est lié à un chélateur agent, tel que le citrate , l' acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA) ou acide diéthylènetriamine pentaacétique (DTPA). Cela a réduit l' accumulation de actinium dans les os, mais l'excrétion du corps est resté lent. On a obtenu de bien meilleurs résultats avec ces agents chélateurs comme HEHA ( 1,4,7,10,13,16-hexaazacyclohexadecane-N, N ', N ", N ‴, N ‴', N ‴" - l' acide hexaacétique ) ou DOTA ( acide 1,4,7,10-tétraazacyclododécane-1,4,7,10-tétraacétique ) couplé au trastuzumab , un anticorps monoclonal qui interfère avec le HER2 / neu récepteur . La dernière combinaison de livraison a été testé sur des souris et a prouvé être efficace contre la leucémie , le lymphome , du sein , de l' ovaire , neuroblastome et cancers de la prostate .

Le milieu demi-vie de 227 Ac (21,77 ans) 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 des vitesses de courant (de l'ordre de 50 mètres par an). Toutefois, l' évaluation des profils de profondeur de la concentration des différents isotopes permet d' estimer le taux de mélange. La physique de cette méthode est la suivante: les eaux océaniques contiennent dispersées de façon homogène 235 U. Son produit de désintégration, 231 Pa, précipite progressivement vers le bas, de sorte que sa concentration augmente avec la profondeur d'abord, puis reste à peu près constante. 231 Pa se désintègre en 227 Ac; cependant, la concentration de ce dernier isotope ne suit pas le 231 profil de profondeur Pa, mais augmente plutôt vers le fond de la mer. Cela se produit à cause des processus de mélange qui soulèvent certains supplémentaires 227 Ac du fond de la mer. Ainsi l' analyse des deux 231 Pa et 227 profils de profondeur Ac permet aux chercheurs de modéliser le comportement de mélange.

Il y a des prédictions théoriques qui AcH x hydrures (dans ce cas , avec une pression très élevée) sont un candidat pour un proche supraconductrice à la température ambiante comme ils l' ont T c significativement plus élevé que H3S, peut - être près de 250 K.

précautions

227 Ac est hautement radioactifs et des expériences avec elle sont réalisées dans un laboratoire spécialement conçu équipé d'un virage serré boîte à gants . Lorsque le trichlorure d'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 inférieur à celui de l' américium et le plutonium. Pour des traces, hottes avec une bonne aération suffisent; pour les montants Gram, les cellules chaudes de blindage contre le rayonnement gamma intense émise par 227 Ac sont nécessaires.

Voir également

Références

Bibliographie

Liens externes