Els empèdocles moderns – André-Louis Debierne (1899) i l’element 89 (Ac) – actini (niloctenni, Noe)

Les descobertes de nous tipus de radiacions per part de Wilhelm Röntgen i Henri Becquerel en 1895/1896 van atraure, com hem vist en setmanes anteriors, nombrosos investigadors. Els raigs Röntgen (o raigs X) foren identificats eventualment com un tipus de radiació electromagnètica, de molt alta freqüència. Si més enllà de la radiació infraroja, hom havia situat les ones hertzianes, també més enllà de la radiació ultraviolada, en el sentit contrari, es devien situar les ones röntgenianes. La natura dels raigs Becquerel resultà més complexa. Becquerel havia pensar que es tractava d’una radiació pròpia de l’urani i, efectivament, era una radiació intrínseca d’aquest element, però no tan sols d’aquest element, ja que els Curie van descobrir altres elements encara molt més radioactius que l’urani en 1898. El caràcter compost d’aquestes radiacions el van deduir en el 1899, Ernest Rutherford, a la McGill University de Montreal, i Paul Villard, a París. Efectivament, sota un camp magnètic, era possible detectar raigs diferents que, alhora, tenien diferents capacitats de penetració en els objectes. Rutherford distingí primerament entre els raigs alfa (menys penetrants i de càrrega elèctrica positiva) i els raigs beta (cent vegades més penetrants i de càrrega elèctrica negativa). En el 1903, encara distingia un tercer tipus de raigs, els raigs gamma, encara més penetrants que els raigs beta, però que no presentaven càrrega elèctrica. J. J. Thomson va identificar encara després els raigs delta i els raigs èpsilon. Rutherford estimà la massa i la càrrega elèctrica de les partícules alfa i sospità que es tractava d’ions heli (He2+), cosa que confirmà en el 1907, juntament amb Thomas Rodys. Els raigs beta, delta i èpsilon es demostraren com a electrons, és a dir la partícula que J. J. Thomson havia identificat com a responsable dels raigs catòdics. En el 1914, finalment, Rutherford comprovà que els raigs gamma eren reflectits per superfície cristal•lines, cosa que assenyalava el seu caràcter electromagnètic. Els raigs gamma ocupaven la part de l’espectre electromagnètica més energètic, superior a la dels raigs Röntgen o X. Aquestes radiacions, doncs, havien estat explicades i, alhora, el seu estudi havia mostrat que els àtoms químics eren integrats per partícules subatòmiques, les quals ajudaven a explicar el caràcter periòdic de les propietats dels elements químics.

Els diferents isòtops poden classificar-se en una taula segons el seu nombre atòmic (Z, nombre de protons) i el seu nombre màssic (N, nombre de nucleons = protons+neutrons). En el quadre tenim els tipus principals de desintegració radioactiva, i quins canvis suposen en termes de N i de Z.

André-Louis Debierne i la descoberta de l’actini

André-Louis Debierne va nàixer a París el 14 de juliol del 1874. El seu pare era arquitecte. Va estudiar a l’escola primària superior Lavoisier, i després, entre el 1890 i el 1893, a l’Escola Municipal de Física i de Química Industrials, amb Georges Urbain i d’altres com a companys de promoció. Com Urbain, començà estudis universitaris a la Facultat de Ciències de París i, el 1895, es llicencià físiques. Urbain i ell esdevingueren preparadors de la càtedra de química orgànica de la facultat, ocupada per Charles Friedel i, a partir del 1899, per Albin Haller.

En el 1899, Debierne començà a col•laborar amb el matrimoni Curie. L’any anterior, els Curie havien descobert dos nous elements radioactius, el poloni i el radi, a través de l’anàlisi de pechblenda. Els Curie encomanaren a Debierne investigar si en altres fraccions de la pechblenda podrien trobar-se altres elements químics radioactius. Debierne va fer les seves recerques en el Laboratori de Química-Física de la Sorbona. Se centrà en fraccions solubles en àcid sulfhídric, però precipitables amb amoníac o sulfhidrat amoníac. El contingut d’urani d’aquestes fraccions era baix, com baixa també era la seva radioactivitat. La major part del material consistia en òxids de ferro i alumini, i hi havia quantitats menors de zinc, manganès, crom, vanadi, urani, titani, niobi i tàntal. A més hi havia terres rares (lantà, dídim, ceri, terres ítriques).

Analitzant diferents fraccions d’aquests materials, Debierne observà com s’associava la radioactivitat amb la fracció de titani. Ulteriors subfraccionaments oferien un material cent mil vegades més radioactiu de l’urani. Aquesta fracció mostrava unes propietats químiques diferents a les del poloni i del radi, si bé emetia unes radiacions similars (capaces d’ionitzar gasos, d’induir la fosforescència del platinocianur de bari o d’impressionar plaques fotogràfiques). A diferència del radi, aquest material no era espontàniament lluminós. Debierne comunicà aquesta descoberta, que fou publicada en els Comptes rendus.

Debierne adscrigué aquest material radioactiu al grup del ferro i, més concretament, al subgrup del titani. Estudià els diferents procediments de dissolució i precipitació per concentrar més aquest material, emprant els nivells de radioactivitat com a forma de resseguir-los. L’exam espectroscòpic d’aquests materials, fet per Eugène-Anatole Demarçay, mostrà que l’element majoritari era el tori. Amb aquestes dades, Debierne proposà ja la idea que hom havia trobat un nou element radioactiu, al qual denominà “actini” (actinium, del grec ακτίς, que vol dir raig).

Debierne no sembla haver estat conscient que el nom d’actini ja havia estat utilitzat per Phipson, en el 1881, per designar un nou element metàl•lic, afí al zinc. Però com que l’actini de Phipson havia caigut en l’oblit, com un de tants “falsos elements”, ningú no hi parà esment.

Debierne havia assenyalat l’afinitat química de l’actini amb el tori. Pensà, doncs, que la radioactivitat que hom havia detectat en compostos i minerals de tori podia explicar-se potser per la presència d’actini. Alguns experiments d’Ernest Rutherford semblaven enfortir aquesta idea.

Uraninita de la Chestnut Flats Minet (Mitchell County, North Carolina). Tant Debierne com Giesel detectaren l’actini/emani de minerals d’urani

Friedrich Oskar Giesel (1852-1927), com Debierne, s’havia format en química orgànica. De fet, Giesel treballava a la Chininfabrik Braunschweig, dedicada fonamentalment a producció de quinina. Giesel compaginà aquesta feina amb recerques en radioquímica. Ja en l’estiu del 1898, treballava amb materials procedents de la planta de E. de Häen de Hannover, dedicada a la producció d’urani. Així va establir en el 1899, un procés de fabricació a gran escala de radi, que fornia material, entre d’altres, a William Ramsay i a Frederick Soddy, a uns costos de 8 xílings el mil•ligram de bromur de radi. En el 1902, suggeria l’existència d’un element radioactiu amb propietats químics similars a les del lantà. Giesel descartà que no es tractés de cap dels elements que els Curie o Debierne havien descrit i, el 1904, proposava el nom d’emani (emanium, emanationskörper).

L’estudi de les radiacions d’actini permeté la identificació de diferents productes de desintegració (A, B, C, C’, C’’, D, emanació d’actini, K, X, etc.), alhora que la seva relació amb la radioactivitat del tori (radioactini) i de l’urani (actino-urani). En el 1904, Debierne feia una estimació de la semivida de l’actini i d’algunes altres propietats. També Hariett Brooks (1904) i Otto Hahn i Otto Sackur (1905) feren estimacions de la semivida de l’actini. Aquests valors coincidien força amb els valors de semivida de l’emani de Giesel. Així, en 1906, hom assumí que l’actini i l’emani eren el mateix element, i s’atorgà prioritat al nom de Debierne. D’aquesta manera, s’adoptà el nom d’actini i el símbol químic Ac. Aquest símbol Ac ha causat alguna confusió, ja que sovint “Ac” es fa servir com a abreviatura del grup acetil (-COCH3).

En el 1905, Debierne mostrà com l’heli era un dels productes de la desintegració de l’actini i del radi.

Després de la mort de Pierre Curie (1906), Debierne esdevingué cap de treballs de la càtedra, tota vegada que Marie Curie substituïa el seu marit. En el 1910, Debierne i Marie Curie aconseguiren la purificació de radi metàl•lic en quantitats prou visibles. Això no ho pogueren repetir ni amb el poloni ni amb l’actini. En el 1912, Debierne ja s’instal•là definitivament en el laboratori de Curie, i amb ella aniria, ja després de la guerra, en fundar-se l’Institut del Radi. Des del 1912, impartí el curs de física general i de termodinàmica en l’Escola Municipal de Física i Química Industrials. En el 1914 es doctorà en ciències físiques.

En les dècades posteriors, hom elucidà la natura química dels diferents productes intermediaris de la desintegració de l’actini (A = 215Po; B = 211Pb; C = 211Bi; C’ = 211Po; C’’ = 207Tl; D = 207Pb; K = 223Fr; X = 223Ra; AcEm = 219Rn). Alhora, hom identificava els precursors de l’actini: el protactini resultava ésser un element propi (231Ac), el radioactini tori-227 i l’actino-urani era urani-235. L’anàlisi per espectrometria de masses, en el 1935, per part d’Arthur Dempster (1886-1950) establí els nombres màssics dels diferents isòtops d’aquesta sèrie, que parteix de l’urani-235. L’actini de Debierne era l’isòtop 227 d’aquest element, i d’altres isòtops apareixen com a productes de desintegració d’altres elements (el mesotori-2 resultà ser l’actini-228).

La cadena de desintegracions 4n+3 de l’urani-235 és coneguda històricament com a “sèrie de l’actini” i, més recentment, com a “cascada del plutoni”. Els seus membres, identificats en les primeres dues dècades del segle XX van rebre denominacions basades en l’actini (AcU, UY, Ac, RdAc, AcK, AcX, An, AcA, AcB, AcC, AcC’, AcC’’, AcD) abans d’ésser identificats químicament com a isòtops d’urani, protactini, tori, actini, radi, franci, radó, àstat, poloni, bismut, plom o tal•li.

La taula periòdica dels elements quedà més clara a finals dels anys 1920, en una estructura en blocs. L’actini fou inclòs en el bloc f, en el qual trobem, elements del període 6 (lantànids, o elements de terres rares) i elements del període 7. Com que el primer element del període 7 d’aquest bloc és l’actini, hom denominà actínids a tota la resta. Aquesta proposta fou defensada per Charles Janet en el 1928, però no arribà a prendre en les representacions més habituals fins que Glenn T. Seaborg la recuperà en el 1945.

Giesel, en el 1900, ja havia descrit els efectes perjudicials dels materials radioactius sobre la pell. Anys de treballs amb aquests materials, li costaren l’amputació de diversos dits de la mà dreta. Eventualment li van diagnosticar un càncer de pulmó, del qual es va morir en el 1927, a l’edat de 75 anys.

En el 1935 es moria de leucèmia Marie Curie, i Debierne la va succeir com a director de l’Institut del Radi i com a titular de la càtedra de física general i de radioactivitat. El 30 de setembre del 1946, Debierne es va retirar, i Irène Joliot-Curie, la filla de Pierre i Marie, el va succeir al capdavant de l’Institut. Debierne es va morir a París el 31 d’agost del 1949 a l’edat de 75 anys.

Mai no es va aconseguir, de fonts naturals, una purificació completa d’actini. En el 1950, hom aconseguí mil•ligrams d’actini pur per transmutació de radi en reactors nuclears, i Fried et al. (1950) pogueren d’aquesta mena preparar i identificar compostos d’actini pur.

Harold W. Kirby (1971) i d’altres autors revisaren en els anys 1970 la descoberta de l’actini/emani. Segons Kirby, hi ha discrepàncies entre els resultats obtinguts per Debierne en el 1899/1900 i els reportats en el 1904. D’acord amb això, la prioritat correspondria realment a Giesel. Adlof (2000) revisà la qüestió, atorgant a Giesel la primera preparació radioquímicament pura, de l’element 89, però anotant la prioritat de la descoberta de Debierne. En qualsevol cas, fixat nítidament el nom “actini” i el símbol “Ac”, no hi havia tampoc camí de tornada.

L’actini-227 fou postulat com a indicador de la barreja vertical de la columna d’aigua. Hom suposa que la distribució d’urani-235 en la columna d’aigua és homogènia. El protactini-231, isòtop fill de l’urani-235 precipita gradualment cap al fons. L’actini-227, isòtop fill del protactini-231, s’aparta de la distribució d’aquest com més elevats siguin els processos de barreja vertical. En el 1984, Yoshiyuki Nozaki mesurà per primera vegada l’actini-227 en mostres marines, i trobà un excés d’actini-227 en relació al protactini-231 en aigües a més de 3 km de fondària, que atribuí a aportacions d’origen sedimentari.

Melville & Allen exploraren la síntesi d’actini-225 en el ciclotró de l’Institut d’Elements Transurànids d’Alemanya i en l’accelerador lineal de partícules del St George Hospital. Com a matèria primera, empraren agulles de radi (radi-226), un material mèdic obsolet que històricament s’havia implantat en tumors, a les que sotmetien a un bombardament amb ions deuteri a 20-30 MeV.

L’actini: isòtops i abundància

Com a massa atòmica estàndard de l’actini s’empra la de 227 uma, corresponent a la de l’isòtop de més llarga semivida i més difós a la natura. El llistat d’isòtops coneguts fa:
– actini-205 (205Ac). Nucli format per 89 protons i 116 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,02 s. Decau a franci-201, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Fou sintetitzat per primera vegada per Zhang et al. (2014) per la reacció de fusió 169Tm + 40Ca → 4 n + 205Ac.
– actini-206 (206Ac; 206,01450 uma). Nucli format per 89 protons i 117 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,025 s. Posseeix dos estats metastables, un a 80 keV (206m1Ac; que té una semivida de 0,015 s) i un altre a 290 keV (206m2Ac; que té una semivida de 0,041 s).
– actini-207 (207Ac; 207,01195 uma). Nucli format per 89 protons i 118 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,031 s. Decau a franci-203, amb emissió d’un nucli d’heli-4.
– actini-208 (208Ac; 208,01155 uma).
– actini-208 (208Ac; 208,01155 uma). Nucli format per 89 protons i 119 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,097 s. Decau normalment (99%) a franci-204 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (1%), a radi-208 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (208mAc) a 506 keV, que té una semivida de 0,028 s i que decau a l’estat basal (10%) o directament a franci-204 (89%) o a radi-208 (1%).
– actini-209 (209Ac; 209,00949 uma). Nucli format per 89 protons i 120 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,092 s. Decau normalment (99%) a franci-205 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (1%), a radi-209 (amb emissió d’un positró).
– actini-210 (210Ac; 210,00944 uma). Nucli format per 89 protons i 121 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,35 s. Decau normalment (96%) a franci-206 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (4%), a radi-210 (amb emissió d’un positró).
– actini-211 (211Ac; 211,00773 uma). Nucli format per 89 protons i 122 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,213 s. Decau normalment (99,8%) a franci-207 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,2%), a radi-211 (amb emissió d’un positró).
– actini-212 (212Ac; 212,00781 uma). Nucli format per 89 protons i 123 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,92 s. Decau normalment (97%) a franci-208 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (3%), a radi-212 (amb emissió d’un positró).
– actini-213 (213Ac; 213,00661 uma). Nucli format per 89 protons i 124 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,731 s. Decau normalment a franci-209 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a radi-213 (amb emissió d’un positró).
– actini-214 (214Ac; 214,006902 uma). Nucli format per 89 protons i 125 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8,2 s. Decau majoritàriament (89%) a franci-210 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (11%), a radi-214 (amb emissió d’un positró).
– actini-215 (215Ac; 215,006454 uma). Nucli format per 89 protons i 126 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,17 s. Decau normalment (99,91%) a franci-211 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,09%), a radi-215 (amb emissió d’un positró).
– actini-216 (216Ac; 216,008720 uma). Nucli format per 89 protons i 127 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 4,4•10-4 s. Decau normalment a franci-212 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,00007%), a radi-216 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (216mAc) a 44 keV, que té una semivida de 4,43•10-4 s.
– actini-217 (217Ac; 217,009347 uma). Nucli format per 89 protons i 128 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 6,9•10-8 s. Decau normalment (98%) a franci-213 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (2%), a radi-217 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (217mAc) a 2012 keV, que té una semivida de 7,4•10-7 s.
– actini-218 (218Ac; 218,01164 uma). Nucli format per 89 protons i 129 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 1,08•10-6 s. Decau a franci-214, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Posseeix un estat metastable a 584 keV (218mAc), que té una semivida de 1,03•10-7 s.
– actini-219 (219Ac; 219,01242 uma). Nucli format per 89 protons i 130 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 1,18•10-5 s. Decau normalment a franci-215 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,000001%), a radi-219 (amb emissió d’un positró).
– actini-220 (220Ac; 220,014763 uma). Nucli format per 89 protons i 131 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,02636 s. Decau a franci-216 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,0005%), a radi-220 (amb emissió d’un positró).
– actini-221 (221Ac; 221,01559 uma). Nucli format per 89 protons i 132 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,052 s. Decau a franci-217, amb emissió d’un nucli d’heli-4.
– actini-222 (222Ac; 222,017844 uma). Nucli format per 89 protons i 133 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5 s. Decau normalment (99%) a franci-218 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (1%), a radi-222 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (222mAc) a 200 keV, que té una semivida de 63,0 s, i que decau a l’estat basal (10%) o, directament, a franci-218 (88,6%) o a radi-222 (1,4%).
– actini-223 (223Ac; 223,019137 uma). Nucli format per 89 protons i 134 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 126 s (2 minuts). Decau normalment (99%) a franci-219 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a radi-223 (1%; per captura electrònica) o a bismut-209 (0,0000000032%; amb emissió d’un nucli de carboni-14).
– actini-224 (224Ac; 224,021723 uma). Nucli format per 89 protons i 135 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,00•104 s (3 hores). Decau majoritàriament (90,9%) a radi-224 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a franci-220 (9,1%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o a tori-224 (1,6%; amb emissió d’un electró).
– actini-225 (225Ac; 225,023230 uma). Nucli format per 89 protons i 136 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8,64•105 s (10 dies). Decau normalment a franci-221 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,0000000006%), a bismut-211 (amb emissió d’un nucli de carboni-14). És present a la natura en forma de traça. Té diverses aplicacions mèdiques.

Vials que contenen actini-225

– actini-226 (226Ac; 226,026098 uma). Nucli format per 89 protons i 137 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,057•105 s (29 hores). Decau normalment (83%) a tori-226 (amb emissió d’un electró) o, alternativament, a radi-226 (17%; per captura electrònica) o a franci-222 (0,006%; amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– actini-227 (227Ac; 227,0277521 uma). Nucli format per 89 protons i 138 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,8707•108 s (22 anys). Decau normalment (98,61%) a tori-227 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (1,38%), a franci-223 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). És l’actini per antonomàsia. És present a la natura en forma de traça, com a producte intermediari de la desintegració d’urani-235. L’actini-227 purificat assoleix l’equilibri amb els seus isòtops fills (tori-227 i franci-223) en 185 dies.
– actini-228 (228Ac; 228,0310211 uma). Nucli format per 89 protons i 139 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,21•104 s (6 hores). Decau normalment a tori-228 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,0000055%), a franci-224 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). És present a la natura en forma de traça, com a producte intermediari de la desintegració de tori-232. Fou descrit originàriament com a producte precursor del tori per B. B. Boltwood en 1906, que el denominà “mesotori”. En 1907, Otto Hahn distingí entre el mesotori 1 i el mesotori 2, que eventualment serien, respectivament, identificats amb el 228Ra i el 228Ac.
– actini-229 (229Ac; 229,03302 uma). Nucli format per 89 protons i 140 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3760 s (63 minuts). Decau a tori-229, amb emissió d’un electró.
– actini-230 (230Ac; 230,03629 uma). Nucli format per 89 protons i 141 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 122 s. Decau a tori-230, amb emissió d’un electró.
– actini-231 (231Ac; 231,03856 uma). Nucli format per 89 protons i 142 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 450 s (8 minuts). Decau a tori-231, amb emissió d’un electró.
– actini-232 (232Ac; 232,04203 uma). Nucli format per 89 protons i 143 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 119 s. Decau a tori-232, amb emissió d’un electró.
– actini-233 (233Ac; 233,04455 uma). Nucli format per 89 protons i 144 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 145 s. Decau tori-233, amb emissió d’un electró.
– actini-234 (234Ac; 234,04842 uma). Nucli format per 89 protons i 145 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 44 s. Decau a tori-234, amb emissió d’un electró.
– actini-235 (235Ac; 235,05123 uma). Nucli format per 89 protons i 146 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 40 s. Decau a tori-235, amb emissió d’un electró.
– actini-236 (236Ac; 236,05530 uma). Nucli format per 89 protons i 147 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 100 s. Decau a tori-236, amb emissió d’un electró.

L’àtom neutre d’actini conté 89 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p66d17s2. Això fa que alguns autors el considerin com el primer metall de transició del període 7. El més habitual, però, és que se’l classifiqui dins del bloc f, com el primer dels actínids. Rares vegades, se l’inclou en el grup f1 (grup del lantà, amb el qui comparteix força propietats químiques). És comptat entre els metalls naturals radioactius. L’estat d’oxidació més habitual és +3 (cessió dels electrons de 6d i 7s), si bé també se’l pot trobar amb +2 (ex. AcH2) i 0. El radi covalent és de 2,15•10-10 m.

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, l’actini elemental es presenta en forma d’un sòlid metàl•lic tou, de color blanc argentí. La radioactivitat fa que, en la foscor, emeti una llum blava pàl•lida, com a conseqüència de la ionització de l’aire que l’envolta. Segueix una estructura cristal•lina cúbica centrada en el cos, amb una densitat de 10070 kg•m3.

Moltes propietats bàsiques de l’actini, degut a la seva inestabilitat, no han pogut ser determinades. Hom estima que, en condicions estàndards de pressió, el punt de fusió és a 1500 K i el punt d’ebullició a 3500 K.

L’actini elemental, exposat a l’aire, s’oxida superficialment, amb la formació d’una capa passiva de Ac2O3, que impedeix l’oxidació ulterior. En solució aquosa, els cations Ac3+ són incolors.

Entre els compostos d’actini coneguts podem citar:
– halurs: AcF3 (sòlid de color blanc, 7880 kg•m-3), AcCl3 (sòlid de color blanc, 4800 kg•m-3), AcBr3 (sòlid de color blanc, 5850 kg•m-3).
– oxihalurs: AcOF (sòlid de color blanc, 8280 kg•m-3), AcOCl (sòlid de color blanc, 7230 kg•m-3), AcOBr (sòlid de color blanc, 7890 kg•m-3).
– òxids: Ac2O3 (sòlid de clor blanc, 9180 kg•m-3.
– sulfurs: Ac2S3 (sòlid de color negre, 6710 kg•m-3).
– fosfat: AcPO4 (sòlid, de 5480 kg•m-3).
– hidrurs: AcH2 (sòlid, 8350 kg•m-3).

Ampolla de quars que conté 0,037 grams d’òxid d’actini (III)

L’abundància atòmica de l’actini en l’univers depèn dels processos de nucleosíntesi en supernoves, de la semivida dels seus isòtops i, sobretot, de les rutes de desintegració de l’urani i del tori.

En la Terra, l’actini és present, sobretot en forma d’actini-227, com a producte intermediari de la desintegració de l’urani-235. L’actini-228, més efímer, producte intermediari de la desintegració del tori-232 és molt més rar. L’actini-225, producte intermediari de la desintegració del neptuni-237, és pràcticament inexistent en el present, encara que sí devia ser present en forma de traça en la Terra primitiva. En minerals d’urani, el 227Ac assoleix concentracions de 200 ppb. En minerals de tori, el 228Ac tindria concentracions de 0,005 ppb.

La presència d’actini en la hidrosfera i l’atmosfera terrestres és negligible, com també ho és en la biosfera.

Langham & Storer (1952) estudiaren la toxicitat intravenosa de l’AcCl3 en rates, trobant tropismes cap als ossos (30%) i cap al fetge (50%) i uns efectes comparables als de l’americi i el plutoni. Com a material altament radioactiu, els treballs experimentals amb 227Ac es realitzen en cabina de guants.

Aplicacions de l’actini

La baixa concentració d’actini en minerals d’urani, i la dificultat per separar-lo del lantà i d’altres lantànids fa menys econòmica la seva purificació de fonts naturals que no pas la seva síntesi en reactors nuclears.

D’aquesta manera, l’actini-227 s’obté fonamentalment a través de la irradiació amb neutrons de radi-236 en reactors nuclears. El rendiment de la reacció és de l’ordre del 2%, i produeix també quantitats menors d’actini-228. La separació de l’actini d’altres productes (tori, poloni, plom, bismut) es pot fer amb tenoiltrifluoroacetona-benzè o amb una resina apropiada amb àcid nítric com a eluent. En cada operació s’obtenen de l’ordre de mil•ligrams d’actini.

L’actini metàl•lic pot preparar-se a través de la reducció del fluorur d’actini amb vapor de liti en el buit a temperatures de 1400-1600 K.

L’escassedat i consegüent alt preu de l’actini explica que no tingui cap ús industrial de rellevància.

Hom investigà l’ús d’actini-227 en generadors termoelèctrics de radioisòtops, però sense gaire èxit.

La font de neutrons d’actini-beril•li és més activa que les d’americi-beril•li i radi-beril•li, però força menys utilitzada. Aquestes fonts utilitzen una barreja de Ac2O3 amb beril•li, de manera que les partícules alfa emeses per l’actini-227 són capturades pel beril•li amb la consegüent generació de neutrons. Les fonts 227AcBe són utilitzades en la determinació de la quantitat d’aigua en el sòl o en el seguiment de la humitat/densitat en el decurs de la construcció d’autopistes de la construcció de carreteres.

L’actini-225 és utilitzat en radiomedicina. D’una banda, és la matèria primera de bismut-213 en generadors reutilitzables. De l’altra, és emprat directament en radioteràpia, per exemple en alfa-teràpia dirigida. L’actini-225 té una semivida més prolongada que el bismut-213, però amb l’inconvenient que els compostos d’actini tendeixen a acumular-se en ossos i fetge, constituint-hi un risc carcinogènic. Això es pot pal•liar amb l’administració d’actini-225 associat amb agents quelants (citrat, EDTA, DTPA, HEHA, DOTA).

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: