Actinium

Actinium (latinisiert von griechisch ακτίνα aktína ‚Strahl‘) 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.

Geschichte

Datei:Periodensystem Mendelejews.jpg

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

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<ref>André-Louis Debierne: „Sur une nouvelle matière radio-active“, in: Comptes rendus, 1899, 129, S. 593–595 (Gallica).</ref> oder dem Thorium<ref>André-Louis Debierne: „Sur un nouvel élément radio-actif : l’actinium“, in: Comptes rendus, 1900, 130, S. 906–908 (Gallica).</ref> zuschrieb. Friedrich Giesel entdeckte Actinium unabhängig davon im Jahr 1902<ref>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.</ref> und beschrieb eine Ähnlichkeit zum Lanthan; im Jahr 1904 benannte er es „Emanium“.<ref>Friedrich Oskar Giesel: „Ueber den Emanationskörper (Emanium)“, in: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 1904, 37 (2), S. 1696–1699, doi:10.1002/cber.19040370280.</ref> Nach einem Vergleich der Substanzen im Jahr 1904 wurde Debiernes Namensgebung der Vorzug gegeben, da er es zuerst entdeckt hatte.<ref>Friedrich Oskar Giesel: „Ueber Emanium“, in: Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft, 1905, 38 (1), S. 775–778, doi:10.1002/cber.190503801130.</ref>

Die Geschichte der Entdeckung wurde in Publikationen von 1971<ref>H. W. Kirby: „The Discovery of Actinium“, in: Isis, 1971, 62 (3), S. 290–308 (jstor).</ref> und später im Jahr 2000<ref>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.</ref> 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.

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

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

Physikalische Eigenschaften

Das Metall ist silberweiß glänzend<ref name="blueglow"/> und relativ weich.<ref>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).</ref> Aufgrund seiner starken Radioaktivität leuchtet Actinium im Dunkeln in einem hellblauen Licht.<ref name="blueglow"/>

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.<ref>Glenn T. Seaborg: „The Transuranium Elements“, in: Science, 1946, 104, Nr. 2704, S. 379–386; doi:10.1126/science.104.2704.379; PMID 17842184.</ref>

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.<ref name="blueglow">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</ref> Das Ac³⁺-Ion ist farblos. Das chemische Verhalten von Actinium ähnelt sehr dem Lanthan. Actinium ist in allen zehn bekannten Verbindungen dreiwertig.<ref>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.</ref>

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 Thorium<b/>isotop ²²⁷Th übergeht, zerfällt ca. 1 % durch Alpha-Emission zu ²²³Fr. Eine Lösung von ²²⁷Ac ist daher als Quelle für das kurzlebige Francium<b/>isotop 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. Mit Ausnahme von AcPO₄ sind sie alle den entsprechenden Lanthanverbindungen ähnlich und enthalten Actinium in der Oxidationsstufe +3.<ref name="j2">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).</ref> Insbesondere unterscheiden sich die Gitterkonstanten der jeweiligen Lanthan- und Actinium-Verbindungen nur in wenigen Prozent.<ref name="j2"/>

Formel	Farbe	Symmetrie	Raumgruppe	Pearson-Symbol	a (pm)	b (pm)	c (pm)	Z	Dichte, g/cm3
Ac	silber	fcc<ref name="ach">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).</ref>	Fm3m (Nr. 225)	cF4	531,1	531,1	531,1	4	10,07
AcH2		kubisch<ref name="ach"/>	Fm3m (Nr. 225)	cF12	567	567	567	4	8,35
Ac2O3	weiß<ref name="blueglow"/>	trigonal<ref name="aco">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).</ref>	P3m1 (Nr. 164)	hP5	408	408	630	1	9,18
Ac2S3		kubisch<ref name="acs">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).</ref>	I43d (Nr. 220)	cI28	778,56	778,56	778,56	4	6,71
AcF3	weiß<ref name="m71">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).</ref>	hexagonal<ref name="aco"/><ref name="j2"/>	P3c1 (Nr. 165)	hP24	741	741	755	6	7,88
AcCl3		hexagonal<ref name="accl">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).</ref><ref name="j2"/>	P63/m (Nr. 176)	hP8	764	764	456	2	4,8
AcBr3	weiß<ref name="j2"/>	hexagonal<ref name="accl"/>	P63/m (Nr. 176)	hP8	764	764	456	2	5,85
AcOF	weiß<ref name="m87">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).</ref>	kubisch<ref name="j2"/>	Fm3m (Nr. 225)		593,1				8,28
AcOCl		tetragonal<ref name="j2"/>			424	424	707		7,23
AcOBr		tetragonal<ref name="j2"/>			427	427	740		7,89
AcPO4 · 0,5 H2O		hexagonal<ref name="j2"/>			721	721	664		5,48

Oxide

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.<ref name="j2"/>

Halogenide

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.<ref name="j2"/>

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.<ref name="j2"/>

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 Actinium(III)-oxalat mit Schwefelwasserstoff bei 1400 °C für ein paar Minuten führt zu schwarzem Actinium(III)-sulfid (Ac₂S₃).<ref name="j2"/>

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.

Weblinks

• Eintrag zu Actinium. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.

Einzelnachweise

<references />