Propriétés et réactions de la série d'éléments actinides

Au bas du tableau périodique se trouve un groupe spécial d'éléments radioactifs métalliques appelés actinides ou actinoïdes. Ces éléments, généralement considérés comme allant du numéro atomique 89 au numéro atomique 103 sur le tableau périodique, ont des propriétés intéressantes et jouent un rôle clé en chimie nucléaire.

Emplacement

Le tableau périodique moderne comporte deux rangées d'éléments sous le corps principal du tableau. Les actinides sont les éléments au bas de ces deux rangées, tandis que la rangée du haut est la série des lanthanides. Ces deux rangées d'éléments sont placées sous la table principale car elles ne rentrent pas dans la conception sans rendre la table déroutante et très large.

Cependant, ces deux rangées d'éléments sont des métaux, parfois considérés comme un sous-ensemble du groupe des métaux de transition. En fait, les lanthanides et les actinides sont parfois appelés métaux de transition internes, en référence à leurs propriétés et à leur position sur la table.

Deux façons de placer les lanthanides et les actinides dans un tableau périodique sont de les inclure dans leurs rangées correspondantes avec les métaux de transition, ce qui rend le tableau plus large, ou de les gonfler, en faisant un tableau en trois dimensions.

Éléments

Il y a 15 éléments actinides. Les configurations électroniques des actinides utilisent le F sous-niveau, à l'exception de lawrencium, un élément d-block. En fonction de votre interprétation de la périodicité des éléments, la série commence par l'actinium ou le thorium, pour continuer jusqu'au lawrencium. La liste habituelle des éléments de la série des actinides est la suivante:

• Actinium (Ac)
• Thorium (Th)
• Protactinium (Pa)
• Uranium (U)
• Neptunium (Np)
• Plutonium (Pu)
• Américium (Am)
• Curium (Cm)
• Berkelium (Bk)
• Californium (Cf)
• Einsteinium (Es)
• Fermium (Fm)
• Mendelevium (Md)
• Nobelium (non)
• Lawrencium (Lr)

Abondance

Les deux seuls actinides trouvés en quantités appréciables dans la croûte terrestre sont le thorium et l'uranium. De petites quantités de plutonium et de neptunium sont présentes dans les commandes d'uranium. L'actinium et le protactinium sont des produits de désintégration de certains isotopes du thorium et de l'uranium. Les autres actinides sont considérés comme des éléments synthétiques. S'ils se produisent naturellement, cela fait partie d'un schéma de désintégration d'un élément plus lourd.

Propriétés communes

Les actinides partagent les propriétés suivantes:

• Tous sont radioactifs. Ces éléments n'ont pas d'isotopes stables.
• Les actinides sont hautement électropositifs.
• Les métaux se ternissent facilement dans l'air. Ces éléments sont pyrophoriques (s'enflamment spontanément dans l'air), notamment sous forme de poudres finement divisées.
• Les actinides sont des métaux très denses avec des structures distinctives. De nombreux allotropes peuvent être formés - le plutonium a au moins six allotropes. L'exception est l'actinium, qui a moins de phases cristallines.
• Ils réagissent avec de l'eau bouillante ou de l'acide dilué pour libérer de l'hydrogène gazeux.
• Les métaux actinides ont tendance à être assez mous. Certains peuvent être coupés avec un couteau.
• Ces éléments sont malléables et ductiles.
• Tous les actinides sont paramagnétiques.
• Tous ces éléments sont des métaux argentés solides à température et pression ambiantes.
• Les actinides se combinent directement avec la plupart des non-métaux.
• Les actinides remplissent successivement le sous-niveau 5f. De nombreux métaux actinides ont des propriétés à la fois des éléments du bloc d et du bloc f.
• Les actinides affichent plusieurs états de valence, généralement plus que les lanthanides. La plupart sont sujets à l'hybridation.
• Les actinides (An) peuvent être préparés par réduction de AnF3 ou AnF4 avec des vapeurs de Li, Mg, Ca ou Ba à 1100-1400 C.

Les usages

Pour la plupart, nous ne rencontrons pas souvent ces éléments radioactifs dans la vie quotidienne. L'américium se trouve dans les détecteurs de fumée. Le thorium se trouve dans les manteaux de gaz. L'actinium est utilisé dans la recherche scientifique et médicale comme source de neutrons, indicateur et source gamma. Les actinides peuvent être utilisés comme dopants pour rendre le verre et les cristaux luminescents.

La majeure partie de l'utilisation d'actinides est destinée à la production d'énergie et aux opérations de défense. Les éléments actinides sont principalement utilisés comme combustible de réacteur nucléaire et dans la production d'armes nucléaires. Les actinides sont favorisés pour ces réactions car ils subissent facilement des réactions nucléaires, libérant des quantités incroyables d'énergie. Si les conditions sont réunies, les réactions nucléaires peuvent devenir des réactions en chaîne.

Sources

• Fermi, E. "Production possible d'éléments de nombre atomique supérieur à 92." Nature, vol. 133.
• Gray, Theodore. "The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe." Chien noir et Leventhal.
• Greenwood, Norman N. et Earnshaw, Alan. "Chemistry of the Elements", 2e édition. Butterworth-Heinemann.