Actiniul este un element chimic radioactiv, notat cu simbolul Ac, descoperit în anul 1899 de către chimistul André-Louis Debierne având numărul atomic 89, iar masa atomică este de 227,0278 uam.Nenițescu, op. cit., pag. 611–615Murgulescu, op. cit., pag 317Șandru, op. cit, pag. 221–223 A fost primul element radioactiv care a fost izolat, deși poloniul, radiul și radonul erau observate înainte, însă neizolate până în anul 1902.op. cit, pag. 221–223Muhin, op. cit, pag 245 Este întâlnit sub forma a 36 de izotopi, cei mai stabili fiind 225Ac, 226Ac și 227Ac. A dat denumirea seriei actinidelor, un grup de 15 elemente asemănătoare între actiniu și lawrenciu în tabelul periodic.Beral, op. cit, pag. 452Avaan, op. cit, pag. 222–245 thumb|right|Actiniu thumb|right|Configurația electronică a atomului de actiniu Actiniul este un metal foarte rar, fiind prezent în scoarța Pământului ca urme reziduale în minereurile de uraniu, cantitățile de actiniu din minereu fiind de ordinul miligramelor la o tonă de minereu brut. Răspândirea actiniului în scoarța terestră este de 5 · 10−14 %.Marcu, op. cit., pag.351
Datorită intensității radioactivității sale, are puține domenii de utilizare, precum radioimunoterapia sau folosirea neutronilor emiși ca sursă energetică. În tehnologia chimică sau metalurgia clasică nu se cunosc aplicații industriale ale actiniului.Beral, op. cit., pag 456
Descoperire După extracția poloniului și al radiului, în reziduurile de pehblendă se observa un material activ, care putea fi îndepărtat cu ajutorul pământurilor rare. Colaboratorul soților Curie, André-Louis Debierne, a descoperit că materialul activ consta în thoriu și cantități minuscule a unei noi substanțe radioactive. Acest preparat era de 100.000 de ori mai activ ca uraniul,Mlađenović, op.cit. pag.10–11 ceea ce-l făcuse să creadă că descoperise un nou element radioactiv. Acesta a observat că structura lui era similară titanului (1899). sau thoriului (1900). Deși nu a reușit separarea lui din thoriu, Debierne l-a numit actiniu. Acest lucru a fost complicat de tentativa lui de enunțare a unei teorii de radioactivitate, conform căreia aceasta este prezentă datorită actiniului.A.Debierne, C.R 129, 593 (1899); 130, 196 și 906 (1900)
În 1902, Friedrich Otto Giesel publică un raport despre o substanță activă, obținută din pehblendă. Acesta arătase că substanța era caracterizată de o emisie de scurtă durată. Datorită intensității probelor ce le emitea, el a denumit substanța substanță emanantă și mai târziu emaniu. El considera că emisia din substanța sa era foarte diferită de cea a radiului. El a găsit următoarele diferențe: Emisia se transforma (aproximativ) într-o radiație...Noile raze o să le numesc pe scurt Raze-E.F.Giesel, Ber.deutsch. chem. Ges. 35, 3608 (1902); 36, 342 (1903)Radioactivitatea, Ernest Rutherford, pagina 287 Deoarece emaniul nu a fost separat de thoriu, Giesel concluzionează că substanța descoperită de el nu putea fi identică cu actiniul. Ulterior, Debierne afirmă că proprietățile sale chimice aveau o emisie similară cu cea a emaniului.Debierne, C.R 139, p.538, 1904 După multe controverse s-a ajuns la un acord în privința denumirii substanței ca actiniu.Giesel, Ber.d.D. Chem.Ges 35, p.3968, 1904; 38, p.775, 1905, Debierne, Phys, Yeit. 7, p.14, 1906
Opinia lui Ernest Rutherford despre actiniul lui Debierne și emaniul lui Giesel, exprimată în 1903, concluziona: Niciuna din aceste substanțe nu a fost studiată la fel de detaliat ca și uraniul, thoriul sau radiul, fiind nevoie de mai multe date comparative pentru natura radiațiilor și emisiilor, înainte ca orice concluzie să fie stabilită.Ernest Rutherford, Radioactivitatea, pagina 24
După aproape trei decenii de la descoperirea lui Debierne, Kohlrausch a menționat despre actiniu, în lucrarea sa Radioactivitatea, că determinarea directă a unei greutăți atomice nu poate fi încă făcută deoarece greutatea disponibilă nu era suficientă.Kohlrausch, Radioaktivitat, pagina 750
Istoria acestei descoperiri a rămas discutabilă, iar publicații din 1971, au arătat că cererile lui André-Louis Debierne din 1904 erau în contradicție cu cele din publicațiile anilor 1899 și 1900. și mai târziu, în anul 2000
Termenul de actiniu provine din cuvântul grecesc ακτίς, ακτίνoς, însemnând rază sau fascicul.
Structura atomică
Structura atomului de Actiniu este determinat de numărul nucleonilor din nucleul atomic, astfel pentru izotopul său natural, 227Ac, el are 89 de protoni și 138 neutroni.Nenițescu, op. cit., pag. 611-615 Numărul neutronilor poate varia de la 117 până la 147 în funcție de izotop. Raza atomică medie este de 1,88Å, volumul molar al actiniului chimic pur în condiții fizice normale este de 22,54 cm3/mol.
Învelișul electronic este format din 89 electroni care ocupă succesiv orbitalii păturilor cu începere de la pătura (stratul) K și terminând cu pătura Q. O particularitate a modului de completare a orbitalilor este aceea că se completează mai întâi subpătura interioară 5f,Muhin, op. cit, pag 530 această caracteristică fiind proprie tuturor elementelor din seria actinidelor și este cauza proprietăților chimice asemănătoare pe care le au aceste elemente. Numărul maxim de electroni care se pot afla în stare f este, potrivit principiului excluziunii al lui Pauli, egal cu 2(2l+1)=2(2·3+1)=14 (unde pentru numărul cuantic cinetic s-a luat valoarea l=3), de aceea trebuie să fie 14 actinide cu proprietăți analoage actiniului.Muhin, op. cit, pag. 531 În notație spectroscopică, configurația electronică pentru starea fundamentală al atomului neutru de actiniu este prezentat mai jos, figura alăturată prezintă într-o manieră simplificată ocuparea nivelelor energetice de către cei 89 electroni legați configurație electronică stratul electronic K: 1s2
stratul electronic L: 2s2p6
stratul electronic M: 3s2p6d10
stratul electronic N: 4s2p6d10f14
stratul electronic O: 5s2p6d10
stratul electronic P: 6s2p6d1
stratul electronic Q: 7s2
Electronii de pe stratul Q, care completează orbitalul 7s, respectiv unicul electron din substratul d al păturii P reprezintă electronii de valență ai actiniului. Necompletarea substratului d interior al păturii P este o consecință a diferenței energetice a orbitalilor din straturile superioare în acord cu legile mecanicii cuantice.Șandru, op. cit, pag. 221-223 Substratul d incomplet este o caracteristică comună tuturor elementelor din seria actinidelor. Structura proprie a învelișului electronic al atomului Ac determină în mare parte proprietățile fizico-chimice ale speciei atomice. Asemănarea din punct de vedere al arajării electronilor în păturile electronice cu a elementelor din seria lantanidelor explică în mare parte similitudinile fizice ale celor 28 de elemente din cele două serii numite generic pământuri rare. Electronii 6d1 și 7s2 aranjați în structura caracteristică actiniului sunt responsabili de majoritatea proprietăților chimice ale speciei atomice.
Răspândire pe Pământ
Actiniul este găsit în cantități mici în minereurile de uraniu, însă de obicei este fabricat, în cantități de ordinul miligramelor, prin iradierea izotopului 226Ra cu neutroni moderați (termalizați sau încetiniți) într-un reactor nuclear, reacția nucleară având loc după schemaBerinde, op. cit. pag. 117:
Actiniul metalic a fost preparat prin reducerea fluorurii de actiniu cu vapori de litiu la temperaturi de 1100-1300 °C.
Actiniul în natură este găsit doar ca urme ale izotopului său natural 227Ac, care este un emițător de radiații alfa și beta cu un timp de înjumătățire de 21,773 ani, prezent în minereurile de uraniu. O tonă de uraniu conține în medie o zecime de gram de actiniu.Chimie Anorganica, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti, 1981, autorii Gheorghe Marcu, Maria Brezeanu, Cornelia Bejan, Agneta Batca, Rodica Catuneanu, pagina 263, Tabela 11.12 Izotopul 227Ac este un membru de tranzit în seria dezintegrării actinidelor, care începe cu izotopul originar 235U (sau 239Pu), terminându-se cu izotopul stabil de plumb, 207Pb. Un alt izotop (225Ac) este un tranzitor prezent în seria neptuniului, care începe cu 237Np (sau 233U) și se încheie cu elementul, aproape stabil, bismut (209Bi).
Proprietăți fizice thumb|lățime50px|left|Structura cristalină a actiniului Actiniul este un element radioactiv metalic, de culoare argintie. Datorită radioactivității sale intense, acesta emite radiații percepute ca o lumină albastră.
Actiniul metalic este obținut prin reducerea AcF3 cu vapori de litiu. Structura sa cristalină are celulă elementară cubică cu fețe centrate și este asemănător cu lantanul ca rază ionică, culoare, etc.Bunuș, op cit. pag. 23 Densitatea actiniului este de 10,07 g·cm−3, fiind al 71-lea element ca densitate.Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger, The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Springer Netherlands, 2006. ISBN 978-1-4020-3555-5.Periodic Table of Elements: Sorted by Density. EnvironmentalChemistry.com. Accesat la 7 august 2009.
Punctul de topire al actiniului este de 1050°C (sau in celelalte scări de temperatură 1922°F, respectiv 1323 K). Punctul de fierbere al acestui metal este de 3300 °C (sau 3471 K, respectiv 5788°F).
Difuzia emisiilor actiniului thumb|100px|Instalația folosită în procesul de difuzie a emisiilor actiniului Datorită timpului de înjumătățire a emisiilor actiniului și al thoriului, în general nu este posibilă determinarea constantei de difuzie prin metodele folosite pentru emisiile radiului. Totuși, valoarea lui D poate fi măsurată prin următorul procedeu care permite obținerea unor rezultate optime.Ernest Rutherford, Radioactive Substances and Their Radiations,p.387 ,
O placă C acoperită cu hidroxid de thoriu este plasată orizontal lângă baza unui cilindru de alamă P. Emisia thoriului difuzează ascendent în cilindru. O stare de echilibru este atinsă atunci când rata creșterii numărului atomilor din emisie raportat la unitatea de volum al difuziei ascendente este egalată de rata scăderii datorită transformării emisiei.
Dacă N este numărul de atomi ai emisiei raportat la unitatea de volum, presupusă a fi uniformă, de-a lungul secțiunii transversale, la o distanță x față de thoriu, avem relația:
unde: λ este constanta emisiei radioactive
Difuzia emisiilor actiniului în aer au fost măsurate de Debierne, Russ și Bruhat.Debierne, Le Radium, 4, p.213, 1907Russ, Phil.Mag.17, p.412, 1909Bruhat, C.R.148, P.628, 1909; Le Radium.6, p.67, 1909. Montajul experimental folosit de către Debierne măsura emisia provenită din preparatul actinic prin două plăci paralele, așezate vertical și apropiate. Pentru a asigura o temperatură constantă în interiorul cilindrului, aparatul era imersat într-o baie de apă, aceasta având rol de termostat.Radioactive Substances and Their Radiations, E. Rutherford, pagina 388
Russ examinase difuzia emisiei actinice cu aerul, hidrogenulErnest Rutherford, Radioactive Substances and Their Radiations, p.389, dioxidul de carbon și dioxidul de sulf, găsind valori relative în acord cu legea lui Graham.Radioactive Substances and Their Radiations, E. Rutherford, pagina 389
Fosforescență Proprietatea emisiei actiniului a fost ilustrată de Giesel printr-un experiment.Radioactive Substances and Their Radiations, E. Rutherford, pagina 19 Un preparat actinic foarte activ, atașat de o coală subțire de hârtie, este plasat pe un ecran fosforescent de sulfurat de zinc. Într-o cameră întunecoasă, preparatul activ eliberează pe o anumită distanță emisii fosforescente, marcate de scintilațiile caracteristice. Direcționarea unui curent de aer asupra ecranului face ca fosforescența să fie deplasată în direcția curentului, devenind mai slabă. O mare parte a fosforescenței observate inițial era datorată emisiei actiniului care difuzase prin coala subțire plasată peste suprafața ecranului. Oprirea curentului de aer are ca efect reapariția fosforescenței intense a ecranului.
Proprietăți chimice