Fünfzehn radioaktive Metalle, vier davon natürlich vorkommend und elf künstlich hergestellt

Actinoide

Von Actinium bis Lawrencium. Jedes einzelne ist radioaktiv. Nur Thorium und Uran kommen in der Natur in nutzbaren Mengen vor; der Rest sind entweder kurzlebige Zerfallsprodukte oder vollständig synthetisch. Zusammen treiben sie Raumfahrzeuge an, datieren Gesteine, behandeln Krebs und teilten das 20. Jahrhundert in zwei Hälften.

Mitglieder
15
Gruppe
f-Block, Periode 7
Konfiguration
[Rn] 5f¹⁻¹⁴ 6d⁰⁻¹ 7s²
Radioaktiv
15

Im Periodensystem hervorgehoben

Jedes Mitglied

Die 15 Actinoide

89 Ac Actinium 227 u Hochgradig radioaktiv und 150-mal stärker als Radium – Actinium leuchtet im Dunkeln blassblau. Radioaktiv Fest 90 Th Thorium 232.038 u Dreimal häufiger als Uran und ein potenzieller Reaktorbrennstoff, der sich nicht leicht zu Waffen umfunktionieren lässt. Radioaktiv Fest 91 Pa Protactinium 231.036 u Eines der seltensten und teuersten natürlichen Elemente – die Gewinnung von 125 g kostete einst eine halbe Million Dollar. Radioaktiv Fest 92 U Uran 238.029 u Das schwerste primordial vorkommende Element und jenes, das das 20. Jahrhundert in zwei Hälften spaltete. Radioaktiv Fest 93 Np Neptunium 237 u Das erste Transuran-Element, das 1940 durch Beschuss von Uran mit Neutronen hergestellt wurde. Radioaktiv Fest 94 Pu Plutonium 244 u Das Element, das das Atomzeitalter möglich machte und Raumfahrzeuge jenseits der Reichweite der Sonne antreibt. Radioaktiv Fest 95 Am Americium 243 u Das Element, das weltweit unauffällig in Millionen von Rauchmeldern steckt. Radioaktiv synthetisch Fest 96 Cm Curium 247 u Benannt nach den Curies und das Isotop, das den Boden des Mars analysiert hat. Radioaktiv synthetisch Fest 97 Bk Berkelium 247 u In Nanogramm-Mengen hergestellt und hauptsächlich als Target zur Erzeugung noch schwererer Elemente verwendet. Radioaktiv synthetisch Fest 98 Cf Californium 251 u Eine Neutronenquelle, die stark genug für Bohrlochmessungen in der Erdölindustrie und für die Krebsbehandlung ist. Radioaktiv synthetisch Fest 99 Es Einsteinium 252 u Im Fallout des ersten Tests einer Wasserstoffbombe entdeckt, in Proben, die durch die Wolke geflogen wurden. Radioaktiv synthetisch Fest 100 Fm Fermium 257 u Das schwerste Element, das durch Neutronenbeschuss in wägbaren Mengen hergestellt werden kann. Radioaktiv synthetisch Fest 101 Md Mendelevium 258 u Das erste Element, das erzeugt und Atom für Atom identifiziert wurde. Radioaktiv synthetisch Fest 102 No Nobelium 259 u Gegenstand eines jahrzehntelangen Entdeckungsstreits zwischen schwedischen, amerikanischen und sowjetischen Teams. Radioaktiv synthetisch Fest 103 Lr Lawrencium 262 u Das letzte Actinoid mit einer Elektronenkonfiguration, die das erwartete Muster durchbrach. Radioaktiv synthetisch Fest

Was sie definiert

Drei Dinge, die Actinoide ausmachen

01

Alle ausnahmslos radioaktiv

Jenseits von Bismut ist kein Atomkern wirklich stabil. Die Halbwertszeiten reichen von 14 Milliarden Jahren beim Thorium-232 – älter als die Erde und noch immer vorhanden – bis hin zu Sekundenbruchteilen bei den schwersten Elementen.

02

Vielseitiger als die Lanthanoide

Frühe Actinoide schirmen ihre 5f-Elektronen nicht so ab, wie Lanthanoide ihre 4f-Elektronen abschirmen, daher nehmen diese Elektronen an Bindungen teil. Nur Uran reicht von der Oxidationsstufe +3 bis +6. Jenseits von Americium werden die 5f-Elektronen lokalisiert und das Verhalten wird lanthanoidähnlich; es stellt sich auf +3 ein.

03

Spaltbar und brütbar

Uran-235 und Plutonium-239 erhalten Kettenreaktionen aufrecht. Uran-238 und Thorium-232 tun dies nicht, fangen aber Neutronen ein und werden zu Nukliden, die dazu in der Lage sind. Diese Unterscheidung macht das gesamte Gebiet der Kerntechnik aus.

Periodische Trends

Wie sie sich innerhalb der Familie verändern

Der Ionenradius nimmt innerhalb der Reihe ab, wie bei den Lanthanoiden. Mit steigender Ordnungszahl bricht die Stabilität zusammen: Alles hinter Fermium (100) existiert nur in Beschleunigerexperimenten, wobei jeweils nur wenige Atome hergestellt und nachgewiesen werden.

In der Welt

Wofür sie verwendet werden

Uran

Reaktorbrennstoff und Waffen. Natürliches Uran besteht zu 99,3 % aus U-238; nur die 0,7 % U-235 können eine Kettenreaktion aufrechterhalten — genau dafür dient die Anreicherung.

Plutonium

Waffen sowie — als Pu-238 — die thermoelektrischen Radioisotopengeneratoren, die Voyager 1 noch immer in mehr als 24 Milliarden km Entfernung von der Erde mit Energie versorgen.

Thorium

Dreimal häufiger als Uran und ein möglicher Reaktorbrennstoff, der sich wesentlich schwerer waffenfähig machen lässt. Gasglühstrümpfe erhellten damit ein Jahrhundert lang die Straßen.

Americium

Die Ionisierungsquelle in Millionen von Rauchmeldern in Privathaushalten – etwa 0,3 Mikrogramm pro Gerät.

Californium

Eine Neutronenquelle, die stark genug für Bohrlochmessungen und die Krebsbehandlung ist: Ein Mikrogramm emittiert 2.3 Millionen Neutronen pro Sekunde.

Actinium & Curium

Ac-225 wird zur gezielten Alphatherapie gegen ansonsten unbehandelbare Krebserkrankungen eingesetzt; Curiumquellen betrieben die Röntgenspektrometer der Marsrover.

Handhabung

Sicherheit

Die gefährlichste Familie in der Tabelle. Alle sind radiotoxisch; mehrere sind zudem chemisch toxische Schwermetalle. Alpha-Strahler wie Plutonium und Polonium sind außerhalb des Körpers relativ harmlos und in seinem Inneren äußerst gefährlich, da Alphateilchen ihre gesamte Energie auf sehr kurzer Strecke abgeben. Für jedes Actinoid jenseits von Spuren natürlichen Thoriums und Urans sind Genehmigungen, Abschirmung und Einschluss erforderlich.

Wissenswertes

  • Voyager 1 wird seit 1977 durch die Wärme von Plutonium-238 betrieben und soll voraussichtlich bis weit in die Mitte der 2020er-Jahre Daten übertragen.
  • Vor etwa 1.7 Milliarden Jahren lief in Oklo in Gabun über Hunderttausende von Jahren ein natürlicher Kernreaktor, als natürliches Uran noch ausreichend angereichert war, um von selbst kritisch zu werden.
  • Einsteinium wurde im Fallout des ersten Wasserstoffbombentests entdeckt, in Trümmern, die von Flugzeugen gesammelt wurden, die durch die Wolke flogen.

Häufige Fragen

Über die Actinoide

Warum ist Uran-235 spaltbar, Uran-238 aber nicht?

Kernpaarung. U-235 hat eine ungerade Anzahl an Neutronen, sodass das Hinzufügen eines weiteren Neutrons genügend Bindungsenergie freisetzt, um den Atomkern sofort über seine Spaltbarriere zu heben, selbst bei einem langsamen Neutron. U-238 hat eine gerade Anzahl; beim Hinzufügen eines Neutrons wird weniger Energie freigesetzt, und nur ein schnelles Neutron mit eigener kinetischer Energie kann es spalten. Deshalb bremsen Reaktoren ihre Neutronen ab und ist eine Anreicherung erforderlich.

Was ist der Unterschied zwischen spaltbaren und brütbaren Stoffen?

Ein spaltbares Nuklid kann eine Kettenreaktion selbstständig aufrechterhalten – U-235, Pu-239, U-233. Ein brütbares Nuklid kann das nicht, fängt aber ein Neutron ein und wandelt sich in etwas um, das dazu fähig ist: U-238 wird zu Pu-239 und Th-232 zu U-233. Brutreaktoren dienen dazu, diese Umwandlung gezielt durchzuführen.

Ist es sicher, sich in der Nähe von Actinoiden aufzuhalten?

Abgereichertes Uran und Thorium sind schwache Alphastrahler, und intaktes Metall wird von der Haut abgeschirmt — Menschen haben ein Jahrhundert lang Thorium-Glühstrümpfe gehandhabt. Die Gefahr besteht beim Einatmen oder Verschlucken, wenn Alphateilchen ihre gesamte Energie im lebenden Gewebe abgeben. Alles jenseits von Americium ist unter allen Umständen gefährlich und existiert nur in abgeschirmten Einrichtungen.

Weiter

Die anderen neun Familien

6 Alkalimetalle Li Na K Rb Cs Fr 6 Erdalkalimetalle Be Mg Ca Sr Ba Ra 38 Übergangsmetalle Sc Ti V Cr Mn Fe Co 12 Nachübergangsmetalle Al Ga In Sn Tl Pb Bi 7 Halbmetalle B Si Ge As Sb Te At 7 Nichtmetalle H C N O P S Se 5 Halogene F Cl Br I Ts 7 Edelgase He Ne Ar Kr Xe Rn Og 15 Lanthanoide La Ce Pr Nd Pm Sm Eu