Actinium

Isotop	NH	t_1/2	ZA	ZE (MeV)	ZP
²²⁴Ac	{syn.}	2,9 h	ε	1,403	²²⁴Ra
			α	9,100	²²⁰Fr
			β⁻	0,232	²²⁴Th
²²⁵Ac	{syn.}	10 d	α	5,935	²²¹Fr
²²⁶Ac	{syn.}	29,4 h	β⁻	0,640	²²⁶Th
			ε	1,116	²²⁶Ra
			α	5,536	²²²Fr
²²⁷Ac	100 %	21,773 a	β⁻	0,045	²²⁷Th
²²⁷Ac	100 %	21,773 a	α	5,536	²²³Fr
²²⁸Ac	in Spuren	6,15 h	β⁻	2,127	²²⁸Th

Weitere Isotope siehe Liste der Isotope

Sicherheitshinweise

GHS-Gefahrstoffkennzeichnung ^[3]

keine Einstufung verfügbar

H- und P-Sätze

H: siehe oben

P: siehe oben

weitere Sicherheitshinweise

Radioaktivität

Radioaktives Element

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Actinium (latinisiert von griechisch ακτίνα, aktína „Strahl“) ist ein radioaktives chemisches Element mit dem Elementsymbol Ac und der Ordnungszahl 89. Das Element ist ein Metall und gehört zur 7. Periode, d-Block. Es ist der Namensgeber der Gruppe der Actinoide, der ihm folgenden 14 Elemente.

Geschichte

Actinium wurde im Jahr 1899 von dem französischen Chemiker André-Louis Debierne entdeckt, der es aus Pechblende isolierte und ihm zunächst Ähnlichkeiten mit dem Titan^[4] oder dem Thorium^[5] zuschrieb. Friedrich Giesel entdeckte Actinium unabhängig davon im Jahr 1902^[6] und beschrieb eine Ähnlichkeit zum Lanthan; im Jahr 1904 benannte er es „Emanium“.^[7] Nach einem Vergleich der Substanzen im Jahr 1904 wurde Debiernes Namensgebung der Vorzug gegeben, da er es zuerst entdeckt hatte.^[8]

Die Geschichte der Entdeckung wurde in Publikationen von 1971^[9] und später im Jahr 2000^[10] immer noch als fraglich beschrieben. Sie zeigen, dass die Publikationen von 1904 einerseits und die von 1899 und 1900 andererseits Widersprüche aufweisen.

Gewinnung und Darstellung

Da in Uranerzen nur wenig Actinium vorhanden ist, spielt diese Quelle keine Rolle für die Gewinnung. Technisch wird das Isotop ²²⁷Ac durch Bestrahlung von ²²⁶Ra mit Neutronen in Kernreaktoren hergestellt.

\mathrm {^{226}_{\ 88}Ra\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 88}^{227}Ra\ {\xrightarrow[{42,2\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 89}^{227}Ac}

Die Zeitangaben sind Halbwertszeiten.

Durch den schnellen Zerfall des Actiniums wurden bisher nur geringe Mengen hergestellt. Die erste künstliche Herstellung von Actinium wurde im Argonne National Laboratory in Chicago durchgeführt.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Das Metall ist silberweiß glänzend^[11] und relativ weich.^[12] Aufgrund seiner starken Radioaktivität leuchtet Actinium im Dunkeln in einem hellblauen Licht.^[11]

Actinium ist das namensgebende Element der Actinoiden, ähnlich wie Lanthan für die Lanthanoiden. Die Gruppe der Elemente zeigt deutlichere Unterschiede als die Lanthanoide; daher dauerte es bis 1945, bis Glenn T. Seaborg die wichtigsten Änderungen zum Periodensystem von Mendelejew vorschlagen konnte: die Einführung der Actinoide.^[13]

Chemische Eigenschaften

Es ist sehr reaktionsfähig und wird von Luft und Wasser angegriffen, überzieht sich aber mit einer Schicht von Actiniumoxid, wodurch es vor weiterer Oxidation geschützt ist.^[11] Das Ac³⁺-Ion ist farblos. Das chemische Verhalten von Actinium ähnelt sehr dem Lanthan. Actinium ist in allen zehn bekannten Verbindungen dreiwertig.^[14]

Isotope

Bekannt sind 26 Isotope, wovon nur zwei natürlich vorkommen. Das langlebigste Isotop ²²⁷Ac (Halbwertszeit 21,8 Jahre) ist ein Alpha- und Beta-Strahler. Es ist ein Zerfallsprodukt des Uranisotops ²³⁵U und kommt zu einem kleinen Teil in Uranerzen vor. Daraus lassen sich wägbare Mengen ²²⁷Ac gewinnen, die somit ein verhältnismäßig einfaches Studium dieses Elementes ermöglichen. Da sich unter den radioaktiven Zerfallsprodukten einige Gammastrahler befinden, sind aber aufwändige Strahlenschutzvorkehrungen nötig.

Verwendung

Actinium wird zur Erzeugung von Neutronen eingesetzt, die bei Aktivierungsanalysen eine Rolle spielen. Außerdem wird es für die thermoionische Energieumwandlung genutzt.

Der Zerfall des ²²⁷Ac ist dual: Während der größte Teil unter Emission von Beta-Teilchen in das Thoriumisotop ²²⁷Th übergeht, zerfällt ca. 1 % durch Alpha-Emission zu ²²³Fr. Eine Lösung von ²²⁷Ac ist daher als Quelle für das kurzlebige Franciumisotop ²²³Fr verwendbar. Letzteres kann dann regelmäßig abgetrennt und untersucht werden.

Sicherheitshinweise

Einstufungen nach der Gefahrstoffverordnung liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen und eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf der Radioaktivität beruhenden Gefahren spielen. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.

Verbindungen

Nur eine geringe Anzahl von Actiniumverbindungen ist bekannt, darunter AcF₃, AcCl₃, AcBr₃, AcOF, AcOCl, AcOBr, Ac₂S₃, Ac₂O₃ and AcPO₄. Mit Ausnahme von AcPO₄ sind sie alle den entsprechenden Lanthanverbindungen ähnlich und enthalten Actinium in der Oxidationsstufe +3.^[15] Insbesondere unterscheiden sich die Gitterkonstanten der jeweiligen Lanthan- und Actinium-Verbindungen nur in wenigen Prozent.^[15]

Formel	Farbe	Symmetrie	Raumgruppe	Nr	Pearson-Symbol	a (pm)	b (pm)	c (pm)	Z	Dichte, g/cm³
Ac	silber	fcc^[16]	Fm3m	225	cF4	531,1	531,1	531,1	4	10,07
AcH₂		kubisch^[16]	Fm3m	225	cF12	567	567	567	4	8,35
Ac₂O₃	weiß^[11]	trigonal^[17]	P3m1	164	hP5	408	408	630	1	9,18
Ac₂S₃		kubisch^[18]	I43d	220	cI28	778,56	778,56	778,56	4	6,71
AcF₃	weiß^[19]	hexagonal^[17]^[15]	P3c1	165	hP24	741	741	755	6	7,88
AcCl₃		hexagonal^[20]^[15]	P6₃/m	165	hP8	764	764	456	2	4,8
AcBr₃	weiß^[15]	hexagonal^[20]	P6₃/m	165	hP8	764	764	456	2	5,85
AcOF	weiß^[21]	kubisch^[15]	Fm3m			593,1				8,28
AcOCl		tetragonal^[15]				424	424	707		7,23
AcOBr		tetragonal^[15]				427	427	740		7,89
AcPO₄ · 0,5 H₂O		hexagonal^[15]				721	721	664		5,48

Oxide

Actiniumoxid (Ac₂O₃) kann durch Erhitzen des Hydroxids bei 500 °C oder des Oxalats bei 1100 °C im Vakuum erhalten werden. Das Kristallgitter ist isotyp mit den Oxiden der meisten dreiwertigen Seltenerdmetalle.^[15]

Halogenide

Actiniumtrifluorid kann entweder in Lösung oder durch Feststoffreaktion dargestellt werden. Im ersten Fall gibt man bei Raumtemperatur Flusssäure zu einer Ac³-Lösung und fällt das Produkt aus. im anderen Fall wird Actinium-Metall mit Fluorwasserstoff bei 700 °C in einer Platinapparatur behandelt. Die Umsetzung von Actiniumtrifluorid mit feuchtem Ammoniak bei 900–1000 °C liefert das Oxifluorid AcOF. Während Lanthanoxifluorid leicht durch das Verbrennen von Lanthantrifluorid in Luft bei 800 °C in etwa einer Stunde entsteht, ergibt eine ähnliche Behandlung von Actiniumtrifluorid kein AcOF und führt nur zu einer Schmelze der ursprünglichen Substanz.^[15]^[21]

AcF₃ + 2 NH₃ + H₂O → AcOF + 2 NH₄F

Actiniumtrichlorid wird durch Umsetzung von Actiniumhydroxid oder -oxalat mit Tetrachlormethan bei Temperaturen oberhalb von 960 °C erhalten. Ähnlich wie das Oxifluorid kann Actiniumoxichlorid AcOCl durch Hydrolyse von Actiniumtrichlorid mit feuchtem Ammoniak bei 1000 °C hergestellt werden. Doch im Gegensatz zum Oxifluorid kann das Oxichlorid auch aus einer Lösung von Actiniumtrichlorid in Salzsäure mit Ammoniak dargestellt werden.^[15]

Die Reaktion von Aluminiumbromid und Actiniumoxid führt zum Actiniumtribromid:

Ac₂O₃ + 2 AlBr₃ → 2 ACBr₃ + Al₂O₃

und Behandlung mit feuchtem Ammoniak bei 500 °C führt zum Oxibromid AcOBr.^[15]

Weitere Verbindungen

Gibt man Natriumdihydrogenphosphat (NaH₂PO₄) zu einer Lösung von Actinium in Salzsäure, erhält man weiß gefärbtes Actiniumphosphat (AcPO₄ · 0,5 H₂O); ein Erhitzen von Actiniumoxalat mit Schwefelwasserstoff bei 1400 °C für ein paar Minuten führt zu schwarzem Actiniumsulfid Ac₂S₃.^[15]

Einzelnachweise

↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Actinium) entnommen.
↑ Dieses Element wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
↑ André-Louis Debierne: „Sur un nouvelle matière radio-active“, in: Comptes rendus, 1899, 129, S. 593–595 (Gallica).
↑ André-Louis Debierne: „Sur un nouvelle matière radio-actifl'actinium“, in: Comptes rendus, 1900, 130, S. 906–908 (Gallica).
↑ Friedrich Oskar Giesel: „Ueber Radium und radioactive Stoffe“, in: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 1902, 35 (3), S. 3608–3611, doi:10.1002/cber.190203503187.
↑ Friedrich Oskar Giesel: „Ueber den Emanationskörper (Emanium)“, in: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 1904, 37 (2), S. 1696–1699, doi:10.1002/cber.19040370280.
↑ Friedrich Oskar Giesel: „Ueber Emanium“, in: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 1905, 38 (1), S. 775–778, doi:10.1002/cber.190503801130.
↑ H. W. Kirby: „The Discovery of Actinium“, in: Isis, 1971, 62 (3), S. 290–308 (jstor).
↑ J. P. Adloff: „The centenary of a controversial discovery: actinium“, in: Radiochim. Acta, 2000, 88, S. 123, doi:10.1524/ract.2000.88.3-4.123.
↑ ^11,0 ^11,1 ^11,2 ^11,3 Joseph G. Stites, Murrell L. Salutsky, Bob D. Stone: „Preparation of Actinium Metal“, in: J. Am. Chem. Soc., 1955, 77 (1), S. 237–240; doi:10.1021/ja01606a085
↑ Frederick Seitz, David Turnbull: Solid state physics: advances in research and applications, Academic Press, 1964, ISBN 0-12-607716-9, S. 289–291 (eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
↑ Glenn T. Seaborg: „The Transuranium Elements“, in: Science, 1946, 104, Nr. 2704, S. 379–386; doi:10.1126/science.104.2704.379; PMID 17842184.
↑ J. J. Katz, W. M. Manning: „Chemistry of the Actinide Elements“, in: Annual Review of Nuclear Science, 1952, 1, S. 245–262; doi:10.1146/annurev.ns.01.120152.001333.
↑ ^15,00 ^15,01 ^15,02 ^15,03 ^15,04 ^15,05 ^15,06 ^15,07 ^15,08 ^15,09 ^15,10 ^15,11 ^15,12 ^15,13 Sherman Fried, French Hagemann, W. H. Zachariasen: „The Preparation and Identification of Some Pure Actinium Compounds“, in: J. Am. Chem. Soc., 1950, 72, S. 771–775; doi:10.1021/ja01158a034.
↑ ^16,0 ^16,1 J. D. Farr, A. L. Giorgi, M. G. Bowman, R. K. Money: „The crystal structure of actinium metal and actinium hydride“, in: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1961, 18, S. 42–47; doi:10.1016/0022-1902(61)80369-2.
↑ ^17,0 ^17,1 W. H. Zachariasen: „Crystal Chemical Studies of the 5f-Series of Elements. XII. New Compounds Representing known Structure Types“, in: Acta Crystallographica, 1949, 2, S. 388–390; doi:10.1107/S0365110X49001016.
↑ W. H. Zachariasen: „Crystal Chemical Studies of the 5f-Series of Elements. VI. The Ce₂S₃–Ce₃S₄ Type of Structure“, in: Acta Crystallographica, 1949, 2, S. 57–60; doi:10.1107/S0365110X49000126.
↑ Gerd Meyer, Lester R. Morss: Synthesis of lanthanide and actinide compounds, Springer, 1991, ISBN 0-7923-1018-7, S. 71 (eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
↑ ^20,0 ^20,1 W. H. Zachariasen: „Crystal Chemical Studies of the 5f-Series of Elements. I. New Structure Types“, in: Acta Crystallographica, 1948, 1, S. 265–268; doi:10.1107/S0365110X48000703.
↑ ^21,0 ^21,1 Gerd Meyer, Lester R. Morss: Synthesis of lanthanide and actinide compounds, Springer, 1991, ISBN 0-7923-1018-7, S. 87–88 (eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).

Literatur

Harold W. Kirby, Lester R. Morss: Actinium, in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, S. 18–51; doi:10.1007/1-4020-3598-5_2.