Actinoide: diferència entre les revisions

Les similituds entre molts compostos lantanoides i actinoides són sorprenents i ofereixen una comparació útil. En certes condicions, per exemple, els metalls actini, americi, curio, berkeli i californi tenen la mateixa estructura cristal·lina, igual que molts dels lantanoides. Einsteinium, l’element actinoide més pesat amb isòtops prou estables per al treball químic a escala macroscòpica, té la mateixa estructura que l’europi lantanoide. Diversos dels elements actinoides més lleugers des del tori fins al plutoni tenen estructures metàl·liques diferents i inusuals, presumiblement a causa de la barreja d’orbitals 5f i 6d en els seus àtoms, alguns electrons que entren en orbitals ''6d'' er que els orbitals ''5f'' esperats.

Els metalls tori, protactini, urani, neptuni i plutoni són en la seva majoria diferents entre si. L’urani, el neptuni i el plutoni tenen formes metàl·liques extremadament denses. El Neptuni[[neptuni]], per exemple, amb una densitat de 20,48 grams per centímetre cúbicg/cm³ quan es cristal·litza a la forma de cristall ortorhombicortoròmbic a 25 ° C (77 ° F), és un dels metalls més densos coneguts. Una possible explicació del fet que aquests metalls mostren diverses formes cristal·lines diferents és que els electrons dels orbitals ''5f'' es barregen amb els dels orbitals ''6d'' i, en conseqüència, formen una sèrie d'estats electrònics híbrids de gairebé la mateixa energia. Començant per l'amèric, però, els nivells d'energia dels electrons semblen estar prou separats perquè no es produeixi la barreja.

Els actinoides presenten generalment múltiples [[Estat d'oxidació|estats d’oxidació]]. Es coneixen compostos d’amerid’[[americi]] i [[californi]] amb un estat d’oxidació de +2. Hi ha raons per esperar l'existència d'aquest estat en alguns dels elements més pesats que el californi. Per exemple, s’han obtingut proves espectroscòpiques de l’einsteini(II) en presència de l’ió fluor. Els actinoides divalents (és a dir, els actinoides en estat d’oxidació +2) formen compostos amb gairebé les mateixes propietats que els dels lantanoides divalents i, per tant, els iodurs, bromurs i clorurs de l’ameri i californi divalents han estat estables.

Es troben grans similituds en el comportament químic en els actinoides d’estat d’oxidació +3 (actini i urani a través de l’einsteini); a més, aquests ions s’assemblen molt als lantanoides del mateix estat d’oxidació. Els tipus de cristalls i moltes propietats físiques d’aquests actinoides trivalents depenen més de la mida de l’ió +3 (un àtom que ha cedit tres electrons i s’ha convertit en un ió amb tres càrregues positives, simbolitzat com Ac + 3, etc.) de l’element concret. Per exemple, la solubilitat en aigua dels trifluorurs formats per actinoides amb un estat +3 (el tori i el protactini tenen estats +3 inestables) és extremadament baixa. El tipus d’estructura cristal·lina per a la majoria dels trifluorurs d’actinoides és el mateix que el trifluorur de lantà i, atès que el radi de l’ió és una funció regular del nombre atòmic, la circumstància permet extrapolar del compost de lantà al compost actinoide i interpolar entre compostos de la sèrie per determinar els valors que falten. Els hidròxids, fosfats, oxalats i sulfats dobles alcalins dels actinoides també són insolubles, ja que molts tenen estructures cristal·lines idèntiques o són isostructurals. Els clorurs, bromurs i iodurs (és a dir, els halurs) dels actinoides són, en la seva major part, isostructurals per a qualsevol halogen i es pot predir el tipus d’estructura a partir d’un coneixement del radi iònic. La solubilitat d'aquests halurs a l'aigua és generalment gran. Els òxids +3 dels actinoides també són isostructurals, amb la fórmula general M2O3, en què M és un element actinoide; formen cristalls cúbics (o hexagonals) i, per tant, les densitats i altres propietats d'aquests òxids i altres compostos cristal·lins són fàcilment predicibles. En general, doncs, la química dels actinoides en estat d’oxidació +3 és similar, amb diferències degudes principalment a la mida iònica. Com a conseqüència d’aquestes similituds, les separacions dels elements i dels seus components són sovint difícils, cosa que requereix l’ús de mètodes en què diferències físiques molt lleus dels àtoms o ions serveixen per separar els materials químicament gairebé idèntics. Dos mètodes són les reaccions d’intercanvi iònic, en què s’utilitzen diferències en la mida i l’enllaç dels ions per efectuar la separació, i l’extracció de dissolvents, en què s’utilitzen dissolvents no aquosos específics i reactius de complexació per retirar l’element desitjat de la solució aquosa.

Hi ha dos tipus de reaccions químiques per als estats +5 i +6. Si M simbolitza qualsevol actinoide i si O, com de costum, simbolitza l’oxigen, els ions que es troben tant en una solució aquosa (aigua) com en sòlids preparats a partir d’una solució es representen mitjançant les fórmules generals MO2 MO₂^{+ (és a dir, una molècula formada per un àtom de M amb dos d’oxigen, el conjunt té una única càrrega positiva)} i MO22 MO₂²⁺. Aquests ions tenen una forma lineal, per exemple, [O = U = O] ²⁺. En solució no aquosa i en sòlids preparats a partir d’elles, es coneixen compostos de M en els estats d’oxidació +5 i +6 que no contenen oxigen. Amb els halògens (X és la designació general d’un halogen: fluor, clor, brom o iode), es coneixen compostos que es poden representar com MX5 (és a dir, una molècula que consisteix en un àtom d’un actinoide amb cinc àtoms d’un halogen). i MX6, així com complexos del tipus que tinguin les fórmules moleculars MX6−, MX72− i MX83− per als estats +5 i MX7− i MX82− per als estats +6. El neptuni (VII) i el plutoni (VII) s’han preparat en solució bàsica i s’han identificat certs ions oxigenats (del tipus representat per MO53−) i alguns compostos sòlids amb el mateix estat d’oxidació. També s’han preparat òxids complexos amb metalls alcalins en què aquests dos elements tenen l’estat +7.