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Actinium

Chemie und Physik des chemischen Elements Actinium.




Actinium

Actinium - chemisches Symbol Ac, Ordnungszahl 89 - ist ein silberweißes, metallisches, in kubisch dichtester Kugelpackung kristallisierendes, radioaktives, im Dunkeln leuchtendes, chemisches Element und Anfangsglied der Elementgruppe der so genannten Actinoide.

Die Chemie des Actiniums ist geprägt von der Oxidationsstufe +3; auf Grund der radioaktiven Eigenschaften und der geringen Verfügbarkeit sind jedoch nur wenige Actinium-Verbindungen bekannt bzw. charakterisiert worden. Neben den Actiniumhalogeniden sind dies einige Sauerstoff-Verbindungen sowie Actiniumphosphat und -oxalat.

Das Actinium tritt in der Natur nur in äußerst kleinen Mengen auf. So enthält beispielsweise 1 Tonne Uran-Erz - ein Hauptvorkommen des Elements - etwa 0,2 Milligramm und eine Tonne Thorium-Erz nur 5 Nanogramm. Dementsprechend ist die Isolierung und Gewinnung des Actiniums aus derartigen Quellen unpraktisch und unwirtschaftlich.

Stattdessen wird das Metall in Milligrammmengen durch die Neutronenbestrahlung von 226Radium in einem Kernreaktor hergestellt; die Ausbeute beträgt etwa 2% des eingesetzten Radiumgewichts:

Actinium-Herstellung

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Actinium

Bezeichnung:Actinium Andere Namen:Aktinium (unübliche, frühere dt. Schreibweise) Symbol:Ac Ordnungszahl:89 Atommasse:[227] u Periodensystem-Stellung:3. Gruppe, 7. Periode, d-Block Gruppen-Zugehörigkeit:Übergangsmetalle, (Aktinoide); Scandium-Gruppe Entdeckung:1899 (André Louis Debierne) Bedeutung des Namens:Griechisch: aktinos - Strahl, für Strahlung, Radioaktivität Historische Bezeichnungen:Emanium (verworfener Vorschlag) Englischer Name:Actinium CAS-Nummer:7440-34-8 InChI-Key:QQINRWTZWGJFDB-UHFFFAOYSA-N

 

Das Actinium-Atom

Das Ac-Atom - und damit das chemische Element Actinium - ist eindeutig durch die 89 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Actinium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Actinium-Isotope bzw. Actinium-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Actinium-Vorkommen bestehen aus den beiden Nukliden Ac-227 und Ac-228, von denen 227 Ac das stabilere Isotop ist. Die relative Atommasse wird daher mit 227 u angegeben.

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d6f7s7p
Ac89[Rn] 6d1 7s2 226261026101426102612

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Actinium-Atom zu trennen.

1. IE: 5,17 eV2. IE: 11,75 eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Actinium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
106755198401908315871

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
50024656390933703219

 

NINIINIIINIVNVNVINVII
4s4p1/24p3/24d3/24d5/24f5/24f7/2
12691080890675639319319

 

OIOIIOIIIOIVOV
5s5p1/25p3/25d3/25d5/2
2722151678080

 

Weitere Daten

Atomradius:195 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:215 pm (nach Cordero et al.)
186 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
153 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
140 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:22,554 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,969; ωL1: 0,154; ωL2: 0,49; ωL3: 0,414 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,044; F13: 0,62; F23: 0,105

 

Spektrallinien des Actiniums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Actiniums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Actinium-Spektrallinien

 

 

Chemie des Actiniums

Die Chemie des Actinium ist geprägt von den drei Valenzelektronen. Auf Grund der vollständigen Überlappung der s- und d-Niveaus sind diese drei Elektronen energetisch gleichwertig; daraus resultiert - wie auch bei den anderen Elementen der Scandium-Gruppe - die bevorzugte Oxidationsstufe +3 des Actiniums in den Actinium-Verbindungen.

 

Chemische Daten

Elektronegativität:1,10 nach PaulingElektronaffinität:0,35 eV bzw. 33,77 kJ mol-1Oxidationsstufen:+ 3, (+ 2)

 

Standardpotentiale

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-2,2+ IIIActinium(III)-KationAc3++ 3 e-Ac (s)Actinium0

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Actiniums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften auf. Soweit nicht anders vermerkt beziehen sich die Werte auf Actinium-227.

Schmelzpunkt:1050 °C Schmelzenthalpie (molar):14 kJ mol-1 Siedepunkt:3198 °C Verdampfungsenthalpie:293 kJ mol-1 Wärmekapazität:27,2 J mol-1 K-1 (molar)
0,12 J g-1 K-1 (spezifisch)
Thermische Leitfähigkeit:12 W m-1 K-1 Dichte:10,07 g cm-3 bei 25°C Elastizitätsmodul:25,0 GPa (Young Modulus) (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):25,0 GPa bei 25°C (geschätzt) Kompressibilität (isotherm):0,04 GPa-1 bei 25 °C (geschätzt) Kristallstruktur:kubisch flächenzentriert - fcc Gitterkonstanten:a = b = c = 531,1 pm (Z = 4) Raumgruppe:Fm3m - Nr. 225 Pearson-Symbol:cF4 - kubisches, allseitig flächenzentriertes Gitter Magnetismus:paramagnetisch

 

Literatur und Quellen

[1] - H. W. Kirby:
The Discovery of Actinium.
In: Isis, 1971, DOI 10.1086/350760.

[2] - Maryline G. Ferrier et al.:
Spectroscopic and computational investigation of actinium coordination chemistry.
In: Nature Communications, 2016, DOI 10.1038/ncomms12312.

 

Es folgt eine Liste mit online verfügbaren Informationsquellen zur Chemie und Physik des Actiniums sowie der Actiniumverbindungen und der Actiniden im Allgemeinen.

Weitere Informationen zum Thema in englischer Sprache finden Sie unter dem Stichwort actinium.



Inhalt, Gliederung


Informationen, Daten zum Element
Atome, Orbitale, Radiochemie
Spezielle Teilinformationen
Gruppenelemente - Informationen
Dissertationen



Informationen, Daten zum Element


Actinium, Ac
Allgemeines zum chemischen Element Actinium. T. Seilnacht



Atome, Orbitale, Radiochemie


f-Orbitale
Kurzbeschreibungen und Abbildungen der f-Orbitale

Uran-Actinium-Zerfallsreihe
Grafische Übersicht. RoRoRo

Uran-Actinium-Zerfallsreihe
Tabellarische Übersicht



Spezielle Teilinformationen


Resonanzionisations-Massenspektrometrie
... zur Bestimmung der Ionisationsenergie von Actinium und Plutonium. Universität Mainz - Format: PDF



Gruppenelemente - Informationen


Actinoide
Eine zusammenfassende Übersicht - Format: PDF

Actinoide
Vorlesungsskript. Uni Freiburg

Chemie der Actinoide
Eine illustrierte Übersicht - Format: PDF

Scandium-Gruppe
Eigenschaften im Überblick. Rutherford online

Scandium-Gruppe
Vorlesungsskript. Uni Freiburg



Dissertationen


Actinium-227 als Tracer ...
... für Advektion und Mischung in der Tiefsee. AWI

Ionisationsenergie von Actinium
Bestimmung der Ionisationsenergie von Actinium und Ultraspurenanalyse von Plutonium mit resonanter Ionisationsmassenspektrometrie (RIMS). Dissertation, 2001. Uni Mainz

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 11.01.2019.



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