Καθημερινές Χρήσεις Ακτινιδών

Φτάνουμε στο τέλος των σπάνιων στοιχείων στον περιοδικό πίνακα. Η τελευταία ενότητα, γνωστή ως ακτινίδες, βρίσκεται στο κάτω μέρος του πίνακα και περιλαμβάνει όλα τα στοιχεία με ατομικούς αριθμούς μεταξύ 90 και 109. Αυτά δεν είναι στοιχεία που θα βρείτε στην κουζίνα σας όμως — ή ακόμα και σε μια τυπική επιστήμη εργαστήριο εκτός εάν τυχαίνει να ζείτε κοντά σε επιταχυντή σωματιδίων. Ας ρίξουμε μια ματιά στις ιδιότητες των ακτινιδών, πόσο άφθονες είναι και τι τις ξεχωρίζει από τα άλλα στοιχεία του περιοδικού πίνακα.

Επεξηγημένες ιδιότητες ακτινιδών

Παρά το γεγονός ότι 15 στοιχεία εμπίπτουν στην ταξινόμηση ακτινιδών, αλλά μπορείτε μόνο πέντε από αυτά στη φύση. Για δεκαετίες, ο περιοδικός πίνακας τελείωνε με ουράνιο, με ατομικό αριθμό 92. Το ραδιενεργό στοιχείο ήταν το βαρύτερο στοιχείο που ανακαλύφθηκε ποτέ, και οι επιστήμονες δεν πίστευαν ότι θα έβρισκαν ποτέ κάτι βαρύτερο — μέχρι την ανακάλυψη του Ποσειδώνιου το 1940. /P>

Διασκεδαστικό γεγονός :Κάθε στοιχείο στην ομάδα ακτινιδών που προέρχεται μετά το ουράνιο ταξινομείται ως υπερουράνιο ή βαρύτερο από το ουράνιο.

Τα στοιχεία στην ομάδα ακτινιδών περιλαμβάνουν:

Atomic No. 89-93	Atomic No. 94-98	Atomic No. 99-103
Ακτίνιο	Πλουτώνιο	Αϊνστάιν
Θόριο	Αμερική	Fermium
Protactinium	Κούριο	Mendelevium
Ουράνιο	Βερκέλιο	Nobelium
Ποσειδώνιο	Καλιφόρνιο	Lawrencium

Δύο από αυτά βρίσκονται στον φλοιό της Γης - το θόριο και το ουράνιο. Το πλουτώνιο και το ποσειδώνιο βρίσκονται σε φλέβες μεταλλεύματος ουρανίου. Το ακτίνιο και το πρωτακτίνιο εμφανίζονται και τα δύο κατά τη διάσπαση του θορίου και του ουρανίου.

Όλα τα υπόλοιπα από αυτά τα στοιχεία θεωρούνται συνθετικά και παράγονται σε εργαστήριο ή σε επιταχυντή σωματιδίων.

Διασκεδαστικό γεγονός :Υπάρχουν στοιχεία που είναι βαρύτερα από το Lawrencium, την τελευταία ακτινίδη της οικογένειας, αλλά ανήκουν στην ομάδα των λανθανιδών ή του στοιχείου σπανίων γαιών.

Χημικά και φυσικά χαρακτηριστικά

Κάθε στοιχείο στην οικογένεια των ακτινιδών είναι εξαιρετικά ραδιενεργό. Μέχρι σήμερα, δεν έχουν ανακαλυφθεί σταθερά ισότοπα για οποιαδήποτε ακτινίδη. Τα μέταλλα, όταν εκτίθενται στον αέρα, αμαυρώνουν γρήγορα και μπορούν ακόμη και να αναφλεγούν. Τείνουν επίσης να είναι πολύ εύπλαστα και όλκιμα - εύκολα στο σχήμα και το σχηματισμό - αν και δεν θέλετε να χειρίζεστε κανένα από αυτά τα στοιχεία με γυμνά χέρια. Είναι όλα στερεά σε θερμοκρασία δωματίου και όταν τοποθετούνται σε βραστό νερό ή αραιωμένο οξύ, παράγουν αέριο υδρογόνο.

Όλα αυτά τα στοιχεία είναι ηλεκτροθετικά. Όταν αντιδρούν με άλλα στοιχεία, εγκαταλείπουν τα ηλεκτρόνια τους αρκετά εύκολα για να σχηματίσουν θετικά ιόντα. Κάθε στοιχείο, εκτός από το ακτίνιο, έχει πολλαπλά αλλότροπα, διαφορετικές φυσικές μορφές, που μπορούν να βρεθούν ή να δημιουργηθούν. Το πλουτώνιο έχει τουλάχιστον έξι αλλότροπα!

Όλα τα μέλη αυτής της στοιχειακής οικογένειας είναι επίσης παραμαγνητικά. Αυτό σημαίνει ότι ενώ μπορούν να επιδείξουν κάποια ασθενή έλξη στους μαγνητικούς πόλους, δεν είναι εγγενώς μαγνητικά και δεν διατηρούν κανένα μαγνητισμό μόλις αφαιρέσετε το μαγνητικό πεδίο.

Εφαρμογές πραγματικής ζωής

Λόγω των ιδιοτήτων των ακτινιδών, δεν θα συναντήσετε τα περισσότερα από αυτά τα στοιχεία στην καθημερινή σας ζωή. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι δεν έχουν εφαρμογές στην πραγματική ζωή.

Ουράνιο

Το ουράνιο είναι το πιο κοινό στοιχείο σπάνιων γαιών στην οικογένεια των ακτινιδών. Τα διάφορα ισότοπά του έχουν εφαρμογές σε μια ποικιλία διαφορετικών βιομηχανιών. Όλα αυτά τα ισότοπα - πραγματικά, όλα τα στοιχεία της οικογένειας των ακτινιδών - είναι εγγενώς ραδιενεργά και έχουν διάφορους χρόνους ημιζωής. Ο όρος «ημιζωή» αναφέρεται στον χρόνο που χρειάζεται για να αποσυντεθεί το μισό δείγμα. Το πιο άφθονο ισότοπο, το ουράνιο-238, έχει τόσο μεγάλο χρόνο ημιζωής που το μισό ισότοπο που υπάρχει σήμερα βρίσκεται εδώ από τη γέννηση του πλανήτη μας, περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.

Χρήσεις για ουράνιο

Παραγωγή ενέργειας: Το ουράνιο-235 είναι το μόνο σχάσιμο ισότοπο που εμφανίζεται φυσικά στον πλανήτη. Σε έναν πυρηνικό σταθμό, αυτή η αντίδραση σχάσης μπορεί να παράγει καθαρή ενέργεια.
Όπλα: Ίσως η πιο διάσημη χρήση του ουρανίου είναι στα πυρηνικά όπλα. Αυτή η ίδια αντίδραση σχάσης που δημιουργεί καθαρή ενέργεια μπορεί επίσης να απελευθερώσει τεράστιες ποσότητες καταστροφικής δύναμης.
Έρμα, πυρομαχικά και πανοπλία: Μόλις η χρήση εξαντλήσει τη ραδιενέργεια του ουρανίου, αυτό που μένει πίσω είναι ένα εξαιρετικά πυκνό μέταλλο. Θα βρείτε απεμπλουτισμένο ουράνιο σε πυρομαχικά, πανοπλίες και ως έρμα για πλοία.

Θόριο

Το θόριο είναι ίσως η πιο κοινή από τις ακτινίδες - αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι υπάρχουν πολλά από αυτά. Κατά μέσο όρο, τα ορυχεία θορίου θα παράγουν μόνο μερικές εκατοντάδες τόνους από αυτό κάθε χρόνο.

Χρήσεις για Thorium

Πυρηνικό καύσιμο: Το ουράνιο-235 μπορεί να είναι το μόνο σχάσιμο καύσιμο, αλλά δεν είναι η μόνη επιλογή. Βομβαρδίζοντας το θόριο-232 με νετρόνια, γίνεται θόριο-233, το οποίο στη συνέχεια διασπάται σε ουράνιο-233.
Μανδύας Welsbach: Το θόριο χρησιμοποιείται επίσης σε έναν τύπο φαναριού αερίου γνωστό ως μανδύα Welsbach. Όταν θερμαίνεται με φλόγα αερίου, λάμπει με λαμπρό λευκό φως.
Χωνευτήρια: Το θόριο έχει απίστευτα υψηλό σημείο τήξης 3.100 F και βράζει στους 8.100 F, καθιστώντας το εξαιρετική επιλογή για χωνευτήρια υψηλής θερμοκρασίας.

Πλουτώνιο

Το πλουτώνιο είναι ένα άλλο σχάσιμο ακτινίδιο, αλλά δεν υπάρχει φυσικά στον φλοιό της Γης. Αντίθετα, είναι ένα υποπροϊόν της αποσύνθεσης του neptunium-238. Ένα ενδιαφέρον γεγονός ακτινίδης:Οι επιστήμονες το ανακάλυψαν το 1941, αλλά οι πληροφορίες δεν έγιναν ευρέως διαδεδομένες μέχρι το 1946, μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο.

Χρήσεις για πλουτώνιο

Ισχύς διαστημικού σκάφους: Το Πλουτώνιο είναι μια δημοφιλής επιλογή για διαστημόπλοια που αποστέλλονται σε μακροπρόθεσμες αποστολές. Το ρόβερ Curiosity, που εξερευνά επί του παρόντος την επιφάνεια του Άρη, χρησιμοποιεί μια θερμοηλεκτρική γεννήτρια ραδιοϊσοτόπων που τροφοδοτείται από 4,8 κιλά πλουτώνιο-238.
Πυρηνικά όπλα: Παρόμοια με το ουράνιο, το πλουτώνιο βρίσκει επίσης χρήσεις στην παραγωγή ατομικών όπλων.
Βηματοδότες: Αν και δεν θα βρείτε πλέον βηματοδότη με πλουτώνιο, ήταν μια επιλογή για δεκαετίες, επειδή έκανε τις συσκευές να διαρκούν περισσότερο.

Californium

Το Californium είναι μια άλλη ακτινίδη που δεν υπάρχει φυσικά στον πλανήτη. Αντίθετα, είναι ό,τι περισσεύει όταν το κούριο-242 βομβαρδίζεται με ιόντα ηλίου. Δεν διαρκεί πολύ, όμως - τουλάχιστον σε σύγκριση με τις άλλες ακτινίδες. Το Californium-252 διαρκεί μόνο περίπου 2,6 χρόνια και το Californium-245 έχει χρόνο ημιζωής μόνο 45 λεπτά.

Χρήσεις για Californium

Προσδιορισμός πολύτιμων μετάλλων: Το Καλιφόρνιο παράγει νετρόνια. Όταν περιλαμβάνεται σε μια συσκευή ανίχνευσης, μπορεί να βρει και να αναγνωρίσει πολύτιμα μέταλλα όπως ο χρυσός και το ασήμι αμέσως, χωρίς να χρειάζεται να στείλει δείγματα σε εργαστήριο.
Μετρητές υγρασίας: Αυτά τα ίδια νετρόνια είναι επίσης πολύτιμα για την ανίχνευση στρωμάτων πετρελαίου και νερού σε πηγάδια.
Ανίχνευση κόπωσης μετάλλων: Τα νετρόνια Californium μπορούν επίσης να ανιχνεύσουν την κόπωση μετάλλων στα αεροσκάφη, αποτρέποντας τα μικρά προβλήματα να γίνουν μεγάλα.

Κούριο και Αμερίκιο

Το Curium πήρε το όνομά του από τη Marie Curie και τον σύζυγό της, Pierre. Η Μαρί ήταν μια από τις κορυφαίες χημικές στον κόσμο της εποχής της, επιταχύνοντας μεγάλο μέρος της κατανόησής μας για τα ραδιενεργά ισότοπα. Τόσο το αμερίκιο όσο και το κούριο δεν υπάρχουν φυσικά και έχουν ελάχιστες εφαρμογές.

Χρησιμοποιήσεις για Curium και Americium

Καύσιμο διαστημικού σκάφους: Τόσο το κούριο όσο και το αμερίκιο παράγουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας και μπορεί να είναι η τέλεια επιλογή για καύσιμο διαστημικού σκάφους μόλις απομακρυνθούμε από πλοία και ρόβερ που κινούνται με πλουτώνιο.
Ανιχνευτές καπνού: Περίπου το 80% των ανιχνευτών καπνού στις Ηνωμένες Πολιτείες περιέχουν λίγο americium-241 που επιτρέπει στη συσκευή να βρει καπνό στην ατμόσφαιρα.
Θεραπεία καρκίνου: Το Americium-241 είναι ένα από τα ραδιενεργά ισότοπα που χρησιμοποιούνται στη βραχυθεραπεία για τη θεραπεία του καρκίνου.

Συμπέρασμα

Δεν θέλετε να συμπεριλάβετε ακτινίδες στο επόμενο εργαστηριακό σας πείραμα, εκτός εάν έχετε πολύ προστατευτικό εξοπλισμό και την κατάλληλη τεχνογνωσία. Η εγγενής ραδιενέργεια αυτών των στοιχείων τα καθιστά επικίνδυνα. Τα τετράδια έρευνας της Μαρί Κιουρί εξακολουθούν να είναι ραδιενεργά σχεδόν έναν αιώνα μετά τον θάνατό της και πιθανότατα θα είναι για άλλα 1.500 χρόνια. Ακόμη και το σώμα της είναι θαμμένο σε ένα φέρετρο με επένδυση από μόλυβδο επειδή απορρόφησε τόση πολλή ραδιενέργεια κατά τη διάρκεια της ζωής της.

Ενώ η Μαρία Κιουρί μπορεί να μην είχε δουλέψει με την ακτινίδη που φέρει το όνομά της, ανακάλυψε το πολώνιο, ένα άλλο ραδιενεργό στοιχείο που ονόμασε από την πατρίδα της, την Πολωνία. Το πολώνιο είναι 100 φορές πιο ραδιενεργό από το ουράνιο. Πιθανότατα θα γοητευόταν να δει πόσα νέα ραδιενεργά στοιχεία έχουμε ανακαλύψει από τον θάνατό της. Μπορεί να μην βλέπετε αυτά τα στοιχεία στην καθημερινή σας ζωή, αλλά οι ιδιότητες ακτινιδών έχουν πολλές εφαρμογές που βοηθούν στο να γίνει δυνατή η σύγχρονη ζωή και η εξερεύνηση του διαστήματος.