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Actinium

chemisches, radioaktives Element

Actinium ist ein radioaktives chemisches Element mit dem Elementsymbol Ac und der Ordnungszahl 89. Im Periodensystem der Elemente steht es in der 3. IUPAC-Gruppe, der Scandiumgruppe. 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.

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Actinium, Ac, 89
Elementkategorie Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block 3, 7, d
Aussehen silbrig
CAS-Nummer

7440-34-8

Massenanteil an der Erdhülle 6 · 10−14 ppm[1]
Atomar[2]
Atommasse 227,0278 u
Atomradius 195 pm
Kovalenter Radius 215 pm
Elektronenkonfiguration [Rn] 6d1 7s2
1. Ionisierungsenergie 5.380226(24) eV[3] ≈ 519.11 kJ/mol[4]
2. Ionisierungsenergie 11.75(3) eV[3] ≈ 1134 kJ/mol[4]
3. Ionisierungsenergie 17.431(20) eV[3] ≈ 1682 kJ/mol[4]
4. Ionisierungsenergie 44.8(1,4) eV[3] ≈ 4320 kJ/mol[4]
5. Ionisierungsenergie 55.0(1,9) eV[3] ≈ 5310 kJ/mol[4]
Physikalisch[2]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur kubisch flächenzentriert
Dichte 10,07 g/cm3
Schmelzpunkt 1323 K (1050 °C)
Siedepunkt 3573 (3300 °C)
Molares Volumen 22,55 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie 400 kJ/mol
Schmelzenthalpie 14 kJ·mol−1
Wärmeleitfähigkeit 12 W·m−1·K−1
Chemisch[2]
Oxidationszustände +3
Normalpotential −2,13 V (Ac3+ + 3 e− → Ac)
Elektronegativität 1,1 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 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
α 5,536 223Fr
228Ac in Spuren 6,15 h β− 2,127 228Th
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Gefahren- und Sicherheitshinweise
Radioaktiv
Radioaktiv
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung
keine Einstufung verfügbar[5]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Geschichte

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Mendelejews Periodensystem von 1871 mit einer Lücke für Actinium am unteren Rand, vor Thorium (Th = 231)

Das 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[6] oder dem Thorium[7] zuschrieb; seine Bezeichnung leitete er wegen der Radioaktivität von griechisch ἀκτίς aktís ‚Strahl‘ ab.[8] Friedrich Giesel entdeckte das Element unabhängig davon im Jahr 1902[9] und beschrieb eine Ähnlichkeit zum Lanthan; er gab ihm den Namen Emanium,[10] eine Bildung zu lateinisch emano ‚ausfließen‘, ebenfalls mit Bezug zur abgegebenen Strahlung.[8] Nachdem Actinium und Emanium im Jahre 1904 als identisch erkannt worden waren, wurde Debiernes Namensgebung der Vorzug gegeben, da er es zuerst entdeckt hatte.[11]

Die Geschichte der Entdeckung wurde in Publikationen von 1971[12] und später im Jahr 2000[13] 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

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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.

 
Die Zeitangaben sind Halbwertszeiten.

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

Eigenschaften

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Physikalische Eigenschaften

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Das Metall ist silberweiß glänzend[14] und relativ weich.[15] Aufgrund seiner starken Radioaktivität leuchtet Actinium im Dunkeln in einem hellblauen Licht.[14]

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.[16]

Chemische Eigenschaften

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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.[14] Das Ac3+-Ion ist farblos. Das chemische Verhalten von Actinium ähnelt sehr dem Lanthan. Actinium ist in allen zehn bekannten Verbindungen dreiwertig.[17]

Isotope

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Bekannt sind 26 Isotope, wovon nur zwei natürlich vorkommen. Das langlebigste Isotop 227Ac (Halbwertszeit 21,8 Jahre) hat zwei Zerfallskanäle: es ist ein Alpha- und Betastrahler. 227Ac 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

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

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

Sicherheitshinweise

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Einstufungen nach der CLP-Verordnung 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

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Nur eine geringe Anzahl von Actiniumverbindungen ist bekannt. Mit Ausnahme von AcPO4 sind sie alle den entsprechenden Lanthanverbindungen ähnlich und enthalten Actinium in der Oxidationsstufe +3.[18] Insbesondere unterscheiden sich die Gitterkonstanten der jeweiligen Lanthan- und Actinium-Verbindungen nur in wenigen Prozent.[18]

Formel Farbe Symmetrie Raumgruppe Pearson-Symbol a (pm) b (pm) c (pm) Z Dichte,
g/cm3
Ac silber fcc[19] Fm3m (Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225 cF4 531,1 531,1 531,1 4 10,07
AcH2 kubisch[19] Fm3m (Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225 cF12 567 567 567 4 8,35
Ac2O3 weiß[14] trigonal[20] P3m1 (Nr. 164)Vorlage:Raumgruppe/164 hP5 408 408 630 1 9,18
Ac2S3 kubisch[21] I43d (Nr. 220)Vorlage:Raumgruppe/220 cI28 778,56 778,56 778,56 4 6,71
AcF3 weiß[22] hexagonal[20][18] P3c1 (Nr. 165)Vorlage:Raumgruppe/165 hP24 741 741 755 6 7,88
AcCl3 hexagonal[23][18] P63/m (Nr. 176)Vorlage:Raumgruppe/176 hP8 764 764 456 2 4,8
AcBr3 weiß[18] hexagonal[23] P63/m (Nr. 176)Vorlage:Raumgruppe/176 hP8 764 764 456 2 5,85
AcOF weiß[24] kubisch[18] Fm3m (Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225 593,1 8,28
AcOCl tetragonal[18] 424 424 707 7,23
AcOBr tetragonal[18] 427 427 740 7,89
AcPO4 · 0,5 H2O hexagonal[18] 721 721 664 5,48

Oxide

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Actinium(III)-oxid (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.[18]

Halogenide

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Actinium(III)-fluorid (AcF3) 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.

Actinium(III)-chlorid (AcCl3) wird durch Umsetzung von Actiniumhydroxid oder -oxalat mit Tetrachlormethan bei Temperaturen oberhalb von 960 °C erhalten.[18]

Die Reaktion von Aluminiumbromid und Actinium(III)-oxid führt zum Actinium(III)-bromid (AcBr3) und Behandlung mit feuchtem Ammoniak bei 500 °C führt zum Oxibromid AcOBr.[18]

Weitere Verbindungen

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Gibt man Natriumdihydrogenphosphat (NaH2PO4) zu einer Lösung von Actinium in Salzsäure, erhält man weiß gefärbtes Actiniumphosphat (AcPO4 · 0,5 H2O); ein Erhitzen von Actinium(III)-oxalat mit Schwefelwasserstoff bei 1400 °C für ein paar Minuten führt zu schwarzem Actinium(III)-sulfid (Ac2S3).[18]

Literatur

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Wiktionary: Actinium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons: Actinium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
  • Eintrag zu Actinium. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.

Einzelnachweise

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  1. ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Actinium) entnommen.
  3. ↑ a b c d e Eintrag zu actinium in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1). Hrsg.: NIST, Gaithersburg, MD. doi:10.18434/T4W30F (physics.nist.gov/asd). Abgerufen am 13. Juni 2020.
  4. ↑ a b c d e Eintrag zu actinium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 13. Juni 2020.
  5. ↑ Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung. In Bezug auf weitere Gefahren wurde dieses Element entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  6. ↑ André-Louis Debierne: „Sur une nouvelle matière radio-active“, in: Comptes rendus, 1899, 129, S. 593–595 (Digitalisat auf Gallica).
  7. ↑ André-Louis Debierne: „Sur un nouvel élément radio-actif : l’actinium“, in: Comptes rendus, 1900, 130, S. 906–908 (Digitalisat auf Gallica).
  8. ↑ a b N. A. Figurowski, Die Entdeckung der chemischen Elemente und der Ursprung ihrer Namen, in deutscher Übersetzung von Leo Korniljew/Ernst Lemke, Moskau 1981, ISBN 3-7614-0561-8, S. 64.
  9. ↑ 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).
  10. ↑ Friedrich Oskar Giesel: „Ueber den Emanationskörper (Emanium)“, in: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 1904, 37 (2), S. 1696–1699 (doi:10.1002/cber.19040370280).
  11. ↑ Friedrich Oskar Giesel: „Ueber Emanium“, in: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 1905, 38 (1), S. 775–778 (doi:10.1002/cber.190503801130).
  12. ↑ H. W. Kirby: „The Discovery of Actinium“, in: Isis, 1971, 62 (3), S. 290–308 (JSTOR:229943).
  13. ↑ 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).
  14. ↑ a b c d 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).
  15. ↑ 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).
  16. ↑ Glenn T. Seaborg: „The Transuranium Elements“, in: Science, 1946, 104, Nr. 2704, S. 379–386 (doi:10.1126/science.104.2704.379; PMID 17842184).
  17. ↑ 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).
  18. ↑ a b c d e f g h i j k l m 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).
  19. ↑ a b 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).
  20. ↑ a b 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).
  21. ↑ 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).
  22. ↑ 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).
  23. ↑ a b 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).
  24. ↑ 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).
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