222. Актиноиды.

К семейству актиноидов принадлежат четырнадцать -элементов, следующих в периодической системе после актиния:

Как и в случае лантаноидов, у элементов семейства актиноидов происходит заполнение третьего снаружи электронного слоя (подуровня ); строение же наружного и, как правило, предшествующего электронных слоев остается неизменным. Это служит причиной близости химических свойств актиноидов. Однако различие в энергетическом состоянии электронов, занимающих и -подуровни в атомах актиноидов, еще меньше, чем соответствующая разность энергий в атомах лантаноидов. Поэтому у первых членов семейства актиноидов -электроны легко переходят на подуровень и могут принимать участие в образовании химических связей. В результате от тория до урана наиболее характерная степень окисленности элементов возрастает от до . При дальнейшем продвижении по ряду актиноидов происходит энергетическая стабилизация -состояния, а возбуждение электронов на 6й-подуровень требует большей затраты энергии. Вследствие этого от урана до кюрия наиболее характерная степень окисленности элементов понижается от до (хотя для нептуния и плутония получены соединения со степенью окисленности этих элементов и ).

Берклий и следующие за ним элементы во всех своих соединениях находятся в степени окисленности .

Все актиноиды радиоактивны. Торий, протактиний и уран встречаются в природе, так как у них имеются изотопы с большим периодом полураспада. В ничтожных количествах находятся в природе нептуний и плутоний. Остальные актиноиды получены искусственным путем в течение последних 30 лет (см. § 37).

Несмотря на неустойчивость атомов актиноидов, первые семь элементов этого семейства получаются в значительных количествах в свободном состоянии и в виде различных оксидов, галогенидов и др.

Гидроксиды актиноидов имеют основной характер. Отвечающие им соли по своей растворимости сходны с соответствующими солями лантаноидов.

Торий содержится в земной коре в количестве около . Его минералы всегда сопутствуют редкоземельным элементам, урану и некоторым другим металлам. Важнейший промышленный источник тория — минерал монацит.

В свободном состоянии торий — серебристо-белый тугоплавкий пластичный металл. Степень окисленности тория в соединениях обычно равна , важнейший его оксид — .

Торий применяется в ядерной технике. Под действием нейтронов природный торий, состоящий почти нацело из изотопа , превращается в изотоп урана , который служит ядерным горючим (см. стр. 108). Кроме того, торий применяется как легирующий компонент ряда сплавов. В частности, сплавы на основе магния, содержащие тории, цинк, цирконий и марганец, отличаются малой плотностью, высокой прочностью и химической стойкостью при высоких температурах.

Уран открыт в 1789 г., но в чистом виде (металл серо-стального цвета) выделен только в 1841 г. Содержание его в земной коре оценивается в , что соответствует общему количеству металла. Природные соединения урана многообразны; важнейшими минералами являются уранинит (диоксид урана ), настиран (фаза переменного состава ) и карнотит (уранил-ванадат калия ). Руды урана обычно содержат не более полезного минерала.

Природный уран состоит из трех радиоактивных изотопов: (около ) и (около 0,005 ). Периоды полураспада их соответственно равны лет, лет и лет.

Важнейшее свойство урана состоит в том, что ядра некоторых его изотопов способны к делению при захвате нейтронов; при этом выделяется громадное количество энергии. Это свойство урана используется в ядерных реакторах, служащих источниками энергии, а также лежит в основе действия атомной бомбы (см. § 37). Непосредственно для получения ядерной энергии применяются изотопы и .

Из них применяется в виде природного урана, обогащенного этим изотопом. Важнейший метод обогащения (или выделения) изотопа основан на различии в скорости диффузии газообразных соединений изотопов через пористые перегородки. В качестве газообразного соединения урана используют его гексафторид (температура сублимации 56,5 ). Из изотопа получают изотоп плутония , который также может использоваться в ядерных реакторах и в атомной бомбе.

Уран образует довольно большое число соединений. Наиболее характерными из них являются соединения урана (VI).

Триоксид урана, или урановый ангидрид, (оранжевый порошок) имеет характер амфотерного оксида. При растворении его в кислотах образуются соли (например, ), в которых катионом является , называемый уранилом.

Соли уранила обычно окрашены в желтовато-зеленый цвет и хорошо растворимы в воде. При действии щелочей и а растворы солей уранила получаются соли урановой кислоты — уранаты и двуурановой кислоты диуранаты, например, уранат натрия и диуранат натрия . Диураиат натрия применяется для получения уранового стекла, флуоресцирующего желтовато-зеленым светом.