الأكتينيوم خصائص العنصر واستخداماته

الوصف

الأكتينيوم معدن شديد النشاط الإشعاعي أبيض فضي اللون رقمه الذري 89. يُنتج هذا المعدن شديد التفاعل ضوء أزرق خافت بسبب نشاطه الإشعاعي، ويُستخدم بطريقة متخصصة للغاية في مصادر النيوترونات والأبحاث العلمية وعلاجات السرطان الناشئة. ولا يزال عنصرًا نادرًا للغاية ويصعب تنقيته في شكله المطلق.

مقدمة عن العنصر

الأكتينيوم هو مادة مشعة موجودة بشكل طبيعي والعضو الأول في سلسلة الأكتينيد. وقد اكتُشف في أواخر القرن التاسع عشر ويبدو أنه معدن فضي ناعم يبهت على الفور إذا ما تعرض للهواء. يبدو الأكتينيوم مثل اللانثانيد النموذجي من الناحية الكيميائية، خاصةً تفضيل حالة الأكسدة +3. على الرغم من أنه يبدو كمعدن، إلا أن المادة في الواقع تفاعلية للغاية لأنها تخضع باستمرار للاضمحلال الإشعاعي وتتأكسد بسهولة.

تاريخ الأكتينيوم وتطوره

اكتُشف الأكتينيوم بشكل مستقل على يد أندريه لويس ديبيرن في عام 1899 وفريدريك أوسكار جيزل في عام 1902. وكانت هويته وتصنيفه في البداية موضع جدل علمي في البداية، لكن الأبحاث المستمرة أثبتت أنه العنصر الأول من سلسلة الأكتينيوم.

وعلى مر السنين، أدى تطور العلوم النووية، ولا سيما تكنولوجيا المفاعلات والعلاج الإشعاعي، إلى زيادة الاهتمام بالأكتينيوم. وأدى اكتشاف النظير Ac-225 إلى فتح مسارات جديدة في العلاج بالأكتينيوم المستهدف، وهو علاج واعد للسرطان يستخدم إشعاع ألفا المركز لإتلاف الخلايا السرطانية مع تقليل الآثار على الأنسجة المحيطة بها.

واليوم، لا يزال التحدي المتمثل في إنتاج الأكتينيوم بكميات مجدية أحد المجالات الدافعة للبحث في توليد النظائر وتقنيات الفصل والسلامة الكيميائية الإشعاعية.

وصف الخواص الكيميائية

تُعد كيمياء الأكتينيوم نموذجية للأكتينيوم الأكتينيوم الأكتينيوم وتتميز بغلبة الحالة +3، التي تشبه اللانثانيدات. الأكتينيوم تفاعلي إلى حد ما، وعند تعريضه للهواء، فإنه يشكل بسرعة طبقة رقيقة من الأكسيد.

في المحاليل الحمضية، يذوب الأكتينيوم في المحاليل الحمضية، يذوب الأكتينيوم ليُكوِّن أيونات Ac³⁺، التي قد تتفاعل كذلك مع روابط الكلوريد أو النترات أو الفلورايد لإنتاج مجموعة متنوعة من مركبات التنسيق؛ وهذه المركبات مهمة في دراسة سلوك الأكتينيوم، وخاصة الكيمياء النووية والكيمياء الإشعاعية البيئية.

جدول بيانات الخواص الفيزيائية

لمزيد من التفاصيل، راجع Stanford Advanced Materials (SAM).

الاستخدامات الشائعة

على الرغم من عدم استخدام الأكتينيوم على نطاق واسع صناعياً، إلا أن هناك العديد من التطبيقات المتخصصة الهامة للعنصر:

- مصادر النيوترونات: يتم دمج الأكتينيوم-227 مع البريليوم لإنشاء مصادر نيوترونية للاستخدامات العلمية والمعايرة.

- العلاج الإشعاعي الموجّه: يكتسب الأكتينيوم-225 اهتماماً في علاج السرطان بسبب انبعاثات ألفا عالية الطاقة.

- الأبحاث النووية: يُستخدَم الأكتينيوم كأداة لدراسة سلوك الأكتينيوم وعمليات الاضمحلال وتقنيات الكشف عن الإشعاع.

ويعتمد كل من الباحثين والمهندسين على المواد القائمة على الأكتينيوم لتحسين الأجهزة النووية وزيادة فهم العمليات الإشعاعية.

أنواع التحضير

عادة ما يتم استخلاص الأكتينيوم كمنتج ثانوي أثناء معالجة خام اليورانيوم، حيث لا يوجد إلا بكميات ضئيلة. ويتضمن استخلاصه تنقية متعددة الخطوات. إحدى الطرق الأكثر شيوعاً هي كروماتوغرافيا التبادل الأيوني، التي تعمل بفعالية في فصل الأكتينيوم عن الأنواع المشعة الأخرى. وستضمن عملية التنقية الإضافية ثبات العينات والحد الأدنى من التلوث من الأكتينيوم أو النواتج الانشطارية الأخرى.

الآثار الضارة والمخاطر

بالنظر إلى أن الأكتينيوم عالي الإشعاع، فإن التعامل غير السليم معه يشكل مخاطر جسيمة على الصحة. ومن بين هذه المخاوف ما يلي:

- التعرُّض للإشعاع: ينبعث من الأكتينيوم جسيمات ألفا، والتي تكون ضارة عند استنشاقه أو ابتلاعه أو امتصاصه من خلال الجروح المفتوحة.

- ترسب العظام: مثل الأكتينيدات الأخرى، يترسب الأكتينيوم في العظام، وبالتالي يمكن أن يزيد من خطر الإصابة بالأضرار طويلة الأمد والسرطان.

- المخاطر البيئية: يمكن أن يؤدي التخلص غير السليم منه إلى تلويث التربة أو المياه، مما يتطلب ضوابط صارمة واحتواءً صارمًا.

وبسبب هذه المخاطر، لا يتم التعامل مع الأكتينيوم إلا من قبل موظفين مدربين في منشآت متخصصة مع اتخاذ الاحتياطات الإشعاعية المناسبة.

الأسئلة المتداولة

ما هو الاستخدام الرئيسي للأكتينيوم؟

يمكن استخدامه في مصادر النيوترونات والمعايرة النووية، وفي شكله النظيري، في العلاج الإشعاعي الموجه.

كيف يتم إنتاج الأكتينيوم عادةً؟

يتم فصله من خامات اليورانيوم عن طريق تقنيات الفصل، والتي تشمل كروماتوغرافيا التبادل الأيوني.

لماذا يُعتبر الأكتينيوم عنصراً نادراً؟

لأنه لا يوجد طبيعياً إلا بكميات ضئيلة بين خامات اليورانيوم الأخرى، مما يجعل عزله أمراً شاقاً.

ما الخصائص الكيميائية الرئيسية للأكتينيوم؟

يُفضِّل الأكتينيوم حالة الأكسدة +3؛ فهو يُكوِّن طبقة أكسيد في الهواء ويذوب في الأحماض ليُكوِّن أيونات Ac³⁺.

هل توجد منتجات صناعية تحتوي على الأكتينيوم؟

نعم. يُستخدم الأكتينيوم في كاشفات إشعاع معينة وأجهزة معايرة وعدة أجزاء من المفاعلات النووية.