Актиноиды. 
Получение строение атомов

Актиноиды — ближайшие аналоги лантаноидов, однако различия между этими семействами элементов весьма значительны, они затрагивают не только электроные оболочки, но и ядра атомов. Все изотопы актиноидов радиоактивны. В связи с этим они сразу же после открытия явления радиоактивности (см. разд. 3.1) привлекли к себе устойчивый интерес не только химиков, но и физиков, занимающихся проблемами превращения массы в энергию. Интенсивное изучение этих элементов привело за короткое время к получению огромного фактического материала по их весьма сложному химическому поведению, несмотря на то, что многие из них удалось получить лишь в количестве нескольких миллиграммов или даже нескольких атомов. Были также сделаны важнейшие теоретические обобщения в области ядерной физики, послужившие основой для создания ядерно го оружия и ядерной энергетики — наиболее важных и, к сожалению, наиболее опасных достижений человечества в середине XX в. Огромное практическое значение актиноидов как ядерного взрывчатого вещества и ядерного горючего дополнительно стимулировало их исследования и, в частности, привело к созданию специальных методов работы с практически невесомыми количествами высокорадиоактивных веществ.

К наиболее долгоживущим изотопам актиноидов принадлежат некоторые изотопы тория и урана; в частности, период полураспада ²³²Th составляет 1,4 • Ю¹⁰, а ²³⁸ 0 — 4,5 • 10⁹ лет. Эти элементы не успели полностью распасться за время существования Земли и встречаются в природе в значительных количествах в основном в виде оксидов Th0₂, U₃0₈, UOj или солей Th (IV) и U (V[). В минералах, содержащих торий и уран, естественно, встречаются и продукты их распадаактиний и протактиний.

Остальные актиноиды — от нептуния (№ 93) до лоуренсия (№ 103) — были получены искусственным путем посредством ядерных реакций в период с 1940 по 1961 гг. усилиями различных групп исследователей, в основном в США, а также в СССР. Основной способ синтеза трансурановых^[1] элементов — бомбардировка ядер тяжелых элементов нейтронами или ядрами легких элементов, за которой следует соответствующая цепочка распада получаемых радиоактивных ядер. Например, бомбардировка нейтронами ²³⁸U и получающегося плутония приводит к следующим превращениям:

Здесь над стрелкой указан вид ядерных превращений (пу — захват нейтрона, сопровождаемый испусканием 7-кванта; 0″ - 0-распад), а под стрелкой — период полураспада изотопа.

Подобным образом получают значительные количества (тонны) некоторых искусственных элементов. Отметим, что их практическое применение не ограничивается получением больших количеств энергии за счет реакции деления ядер. При радиоактивном а-распадс ²³⁸Ри выделяется относительно небольшая энергия, но поскольку его период полураспада составляет 90 лет, а ота-лучей очень легко защититься, то он представляет очень удобный стабильный и экологически чистый автономный источник энергии для автоматических устройств, работающих в космосе, на метеостанциях и даже вживляемых в человеческий организм.

Более тяжелые трансамсрициевые элементы получают, бомбардируя ядра плутония, америция, кюрия, урана и т. п. ядрами ⁴ Не (а-частицы),^[1]}В,^[1]JC. ¹⁴ N, ¹⁴ О.

Таблица 33.2. Характеристика актиноидов.

и даже «Ne. Так, сотый элемент — фермий — может быть получен по реакции а самый тяжелый актиноид — лоуренсий — по реакции:

В принципе, подобными способами получают и более тяжелые элементы.

Наряду с радиоактивностью всех изотопов другим важным отличием актиноидов от лантаноидов является значительно большая способность 5/-электронов принимать участие в образовании ковалентных связей, способность, обусловленная большей радиальной протяженностью 5/юрбиталей по сравнению с 4/орбиталями.

Следствием энергетической близости 5/-, 6с/-, Is- и 7р-уровней, а также повышенной способности 5/-электронов к образованию химических связей является большое разнообразие состояний окисления у актиноидов и общее стремление их к реализации высоких состояний окисления (табл. 33.2). Из таблицы видно, что по набору состояний окисления актиноиды имеют черты сходства и с /-элементами — число состояний окисления и высшее состояние (+7) проходят через максимум, и с лантаноидами — почти у всех актиноидов устойчиво состояние +3. Радиусы ионов М³* у актиноидов близки к радиусам соответствующих лантаноидов и также монотонно уменьшаются с ростом атомного номера.

• [1] Или эаурановых — стоящих в периодической таблице после урана.
• [2] Или эаурановых — стоящих в периодической таблице после урана.
• [3] Или эаурановых — стоящих в периодической таблице после урана.