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Lexikon der Chemie

Actinoide

Actinoide, früher Actinide, die im Periodensystem auf das Actinium folgenden 14 radioaktiven Metalle der Ordnungszahlen 90 bis 103: Thorium Th (90), Protactinium Pa (91), Uran U (92), Neptunium Np (93), Plutonium Pu (94), Americium Am (95), Curium Cm (96), Berkelium Bk (97), Californium Cf (98), Einsteinium Es (99), Fermium Fm (100), Mendelevium Md (101), Nobelium No (102), Lawrencium Lr (103). Sie werden vielfach durch das gemeinsame Symbol An gekennzeichnet. A. der Ordnungszahlen 93 bis 103, die Transurane, sind ausschließlich durch Kernreaktion zugänglich.

A. sind durch eine schrittweise Besetzung des 5f-Niveaus bei gleichzeitigem Vorliegen besetzter äußerer Unterschalen (6s2, 6p6, 7s2, teilweise 6dn, wobei n = 1 oder 2) gekennzeichnet. Sie sind chemisch wesentlich stärker differenziert als die Elemente der homologen Lanthanoidengruppe. Mit Ausnahme von Thorium bilden sämtliche A. An3+-Ionen, deren Farben ähnlich jenen der LanthanoidIonen in charakteristischer Weise variieren. Absorptionsspektren der An3+-Ionen sind durch schmale Banden charakterisiert, die, etwa von zehnfacher Intensität der Banden entsprechender Ln3+-Ionen, auf Elektronenübergänge innerhalb des 5f-Niveaus zurückzuführen sind. Weitere Analogien zwischen A. und Lanthanoiden sind in der Abnahme der Ionenradien der An3+-Ionen mit steigender Kernladungszahl (Actinoidenkontraktion) zu sehen, sie zeigen sich in Isomorphiebeziehungen zahlreicher Actinoid- und Lanthanoidderivate, wie etwa in der Isomorphie der Trichloride, AnCl3/LnCl3, und der Dioxide, AnO2/LnO2, in Analogien in den magnetischen Eigenschaften von An3+- und Ln3+-Ionen sowie im vergleichbaren Verhalten bei Ionenaustauschprozessen.

Unter den A. weisen Thorium, Protactinium und Uran gewisse Ähnlichkeiten mit den Elementen der IV., V. und VI. Nebengruppe auf. Die Transurane Plutonium, Neptunium und Americium sind durch besonders enge Beziehungen zu Uran geprägt. Die schweren A. Curium bis Lawrencium mit der eindeutigen Dominanz der Oxidationsstufe +3 stehen vor allem den Lanthanoiden besonders nahe.

Die A. sind silberweiße, unedle, recht reaktive Metalle, die an der Luft anlaufen und bei erhöhten Temperaturen mit Nichtmetallen, wie Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenstoff oder den Halogenen, zu den entsprechenden binären Verbindungen reagieren (Actinoidverbindungen).

Von den A. kommen ausschließlich Thorium und Uran sowie Protactinium natürlich vor. Die in der Natur nicht bzw. im Falle des Plutoniums und Neptuniums nur in äußerst geringen Mengen vorkommenden Transurane sind generell aus Uran oder aus einem über Uran zugänglichen Element höherer Ordnungszahl durch Kernreaktion herstellbar. Plutonium (239Pu) und auch Neptunium (137Np) fallen im Reaktorbetrieb in beachtlichen Mengen an und können durch Aufarbeitung abgebrannter Uranstäbe im technischen Maßstab gewonnen werden. A. mit Kernladungszahlen > 100 werden durch Beschuß leichterer A. mit α-Teilchen bzw. mit beschleunigten Kohlenstoff- oder Borkernen erhalten:

Actinoide. Tab.: Wertigkeitstufen.

Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
2 2 2 2 2 2
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
4 4 4 4 4 4 4 4 4
5 5 5 5 5
6 6 6 6
7 7 7

Zur Trennung der leichteren A. nutzt man die markanten Unterschiede in den Stabilitäten der verschiedenen Oxidationsstufen dieser Elemente, während für die Trennung der schwereren A. ähnlich wie bei den Lanthanoiden die Ionenaustauschchromatographie unter Nutzung der Actinoidenkontraktion herangezogen wird. A3+-Ionen werden von Kationenaustauschern um so fester gebunden, je kleiner ihre Kernladungszahl ist, während die Extraktion mit Komplexbildnern, wie Citrat, Lactat oder α-Hydroxyisobutyrat, bevorzugt für die durch kleinere Ionenradien gekennzeichneten schweren An3+-Ionen erfolgt. Die Actinoid-Ionen im Eluat erscheinen also in der Reihenfolge Lr3+, No3+… Bk3+, Cm3+.

Metallische A. können generell durch Reduktion ihrer wasserfreien Fluoride MF3 oder MF4 mit Magnesium- oder Lithium-Calcium-Dampf bei 1100 bis 1400 °C oder durch Schmelzflußelektrolyse gewonnen werden.

  • Die Autoren
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Prof. Dr. Walter Dannecker, Hamburg
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Fachkoordination:
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Redaktion:
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