Dies ist der vierte Artikel zum Gedenken an das „Internationale Jahr des Periodensystems der chemischen Elemente (IYPT2019)“ der Generalversammlung der Vereinten Nationen und der UNESCO. Lesen Sie den vorherigen Artikel hier und bleiben Sie dran
Uran ist nur eines der Aktinidelemente, die einen beträchtlichen Teil des Periodensystems ausmachen – von den 118 bekannten und benannten Elementen bestehen sie aus 15 Elementen (Ordnungszahlen 89 -103)., Zusammen mit der Familie der Lanthaniden sind sie auffällig unter dem Großteil der Elemente in der Tabelle platziert.
Wie die Actiniden dorthin kamen, ist eine lange Geschichte; Ihre Entdeckung erstreckte sich über fast 200 Jahre.
Zusammen mit einem Lanthanid (Promethium) sind alle Aktinide radioaktiv. Zwei von ihnen, Thorium und Uran, haben ausreichend große Halbwertszeiten-14,05 Milliarden Jahre für 232Th und 4,47 Milliarden Jahre für 238U–, damit sie auf der Erde in beträchtlichen Mengen überlebt haben., Sie waren zu Mendelejews Zeit gut etabliert, da Thorium 1829 von Berzelius entdeckt wurde und Klaproth 1789 Uran noch früher entdeckte, wobei metallisches Uran erstmals 1841 isoliert wurde. Ihre Atommassen waren bis 1871 ziemlich genau bekannt (Th = 231, U = 240) und Mendeleev wusste, dass sie Thorium in Gruppe IV und Uran in Gruppe VI platzieren konnten. Tatsächlich kommt Plutonium auch in absolut winzigen Mengen in der Erde vor, etwa bei einem Teil in 1011 in Pitchblende, dem Haupterz von Uran.,
Bis 1899 (Actinium) und 1913 (Protactinium) wurden keine Aktinide mehr identifiziert. Protactinium wurde bald gefunden, um einen (+5) Zustand zu haben, was darauf hindeutet, dass es in Gruppe V gehörte.Zu dieser Zeit war bekannt, dass Thoriums Chemie auf die +4 Oxidationsstufe beschränkt war, wie Zirkonium in Gruppe IV (nicht viel war über Hafnium zu dieser Zeit bekannt, da es erst 1923 entdeckt wurde). Es war bekannt, dass Uran Verbindungen in mehreren Oxidationszuständen +3, +4, +5 und +6 (eine Eigenschaft von Übergangsmetallen) aufweist, so dass es natürlich war, es in Gruppe VI unter Mo und W zu setzen., Eine weitere enge parallele war die Bildung des dioxo-Ionen 2+, ähnlich wie 2+ (M = Mo, W).
Bei seinem Erscheinen im Jahr 1938 druckten Emeleus und Andersons „Moderne Aspekte der anorganischen Chemie“ (die das führende Lehrbuch für anorganische Chemie des Tages werden sollte) auf Seite 2 ein Periodensystem, das die vier bekannten Aktinide zeigte (obwohl sie sich nicht auf sie bezogen) Ac, Th, Pa und U in den Gruppen III-VI. 1938 war das Jahr, in dem Hahn und Strassman die Kernspaltung entdeckten, als Uranatome mit Neutronen bombardiert wurden., Dies führte dazu, dass die britische und die amerikanische Regierung Programme zur Untersuchung von Atomwaffen aufstellten, die sich zum Manhattan-Projekt entwickelten.
1940 sah die Synthesen von Neptunium (93) und Plutonium (94) durch Bombardierung von Uranatomen mit Neutronen. Glenn Seaborg war verantwortlich für die Synthese von Plutonium und führte die Versuche, schwerere Elemente herzustellen. Dies wurde 1944 mit den Synthesen Americium (95) und Curium (96) erreicht. Zunächst konnte Seaborgs Gruppe diese beiden neuen Elemente jedoch nicht identifizieren; Sie gingen davon aus, dass es sich um Homologe von Ir und Pt handelte, die Elemente über ihnen in der Version des Periodensystems dann aktuell.,
Dann hatte Seaborg die entscheidende Einsicht, dass Actinium und seine nachfolgenden Elemente, anstatt eine schwerere Art von Übergangsmetall zu sein, das Befüllen von d-Orbitalen beinhaltete, tatsächlich eine schwerere Version der Lanthaniden waren, wo die elektronische 5f-Unterschale gefüllt wurde. Sobald sie erkannten, dass Am und Cm lanthanidähnliche +3-Ionen bildeten, konnten sie sie entsprechend trennen. Seaborg prägte den Begriff „actinides“, entsprechend „lanthanides“, benannt nach dem ersten Element der Serie, als generischen Titel für diese Elemente., Er testete seine Idee an Kollegen, die skeptisch waren, und sagte ihm, wenn er sie veröffentlichte, würde er seinen Ruf als Chemiker schädigen. Wie Seaborg später bemerkte, hatte er keinen Ruf zu verlieren, also machte er weiter und veröffentlichte es (in Chemical and Engineering News).
Die Ereignisse haben sich als richtig erwiesen. Da immer mehr dieser synthetischen Elemente hergestellt wurden, zeigten Studien, dass ihre stabilste Oxidationsstufe tatsächlich +3 war. Ein Beispiel dafür, wie ihr Verhalten die Lanthanide widerspiegelte, liefert Nobelium, Element 102., Das entsprechende Lanthanid zu Nobelium ist Ytterbium, und es gibt eine beträchtliche Chemie im +2-Zustand für dieses Element. Tatsächlich ist der +2-Zustand der stabilste für Nobel; Sein Ion in wässriger Lösung ist No2+(aq).
Der Erfolg der ‚Actinide‘ – Hypothese von Seaborg bedeutet nicht, dass die Positionierung der Lanthanide und Actinide geklärt ist. Ab den 1960er Jahren versuchten Wissenschaftler weiterhin, neue Elemente zu synthetisieren, um das Periodensystem nach den Aktiniden zu besetzen., Trotz der Tatsache, dass die Halbwertszeiten dieser synthetischen Elemente immer kürzer wurden, wurde kürzlich die Reihe der Elemente nach den Actiniden mit dem 118. Ihre Synthesen sind jetzt bestätigt, und alle haben Namen erhalten.
So wie die Leute argumentiert haben, dass Lutetium der Gruppe 3 des Periodensystems zugewiesen wird, wurde vorgeschlagen, dass Lawrencium (103) ebenfalls zur Gruppe 3 gehört.
Eine Arbeitsgruppe diskutiert die Angelegenheit mit dem Ziel, Empfehlungen an die Internationale Union für Reine und angewandte Chemie (IUPAC) abzugeben.,
Die Debatte um die Neupositionierung von Lawrencium geht weiter.
Einige Aktinide-insbesondere Uran und in geringerem Maße Plutonium – haben besonders wichtige Anwendungen in der Energieerzeugung als Kernbrennstoffe. Obwohl ihre Radioaktivität eine zusätzliche Komplikation darstellt, haben sie den großen Vorteil, Energie zu erzeugen, ohne auf kohlenstoffbasierte Brennstoffe zurückzugreifen, und ihren daraus resultierenden Beitrag zum Kohlendioxidgehalt und zum verstärkten Treibhauseffekt (auch bekannt als „globale Erwärmung“). Der Prozess ist nicht ohne Risiko, am berühmtesten am 26. April 1986, als ein Fehler im Betrieb der Nr., 4 Reaktor im Tschernobyl-Kraftwerk in der Ukraine führte zu einem Feuer und Explosionen mit seinem Graphit-Moderator, und verursacht ein Entweichen von radioaktiven Trümmern in die Atmosphäre. Ständige Wachsamkeit ist der Preis der Sicherheit.