Actinium

2025-06-19T10:09:30Z

2003:D1:73D:C600:6287:CFF0:D14B:1E1C: Ergänzung der Einheit Kelvin bei Siedepunkt.

{{Infobox Chemisches Element
| Name = Actinium
| Symbol = Ac
| Ordnungszahl = 89
| Serie = Üm
| Gruppe = 3
| Periode = 7
| Block = d
| Aussehen = silbrig
| CAS = {{CASRN|7440-34-8}}
| EG-Nummer =
| ECHA-ID =
| Massenanteil = 6 · 10−14 ppm<ref name="Harry H. Binder">[[Harry H. Binder]]: ''Lexikon der chemischen Elemente'', S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.</ref>
| Hauptquelle = <ref>Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus [https://www.webelements.com/actinium/ www.webelements.com (Actinium)] entnommen.</ref>
| Atommasse = 227,0278
| Atomradius = 195
| AtomradiusBerechnet =
| KovalenterRadius = 215
| VanDerWaalsRadius =
| Elektronenkonfiguration = [[[Radon|Rn]]] 6[[D-Orbital|d]]1 7[[S-Orbital|s]]2
| Austrittsarbeit =
| Ionisierungsenergie_1 = {{ZahlExp|5,380226|suffix=(24)|post=[[Elektronenvolt|eV]]<ref name="NIST-ASD-actinium">{{NIST-ASD|actinium|Abruf=2020-06-13}}</ref>}} ≈ {{ZahlExp|519,11|post=[[Joule|kJ]]/[[mol]]<ref name="Webelements-actinium">{{Webelements|actinium|atoms|Abruf=2020-06-13}}</ref>}}
| Ionisierungsenergie_2 = {{ZahlExp|11,75|suffix=(3)|post=eV<ref name="NIST-ASD-actinium" />}} ≈ {{ZahlExp|1134|post=kJ/mol<ref name="Webelements-actinium" />}}
| Ionisierungsenergie_3 = {{ZahlExp|17,431|suffix=(20)|post=eV<ref name="NIST-ASD-actinium" />}} ≈ {{ZahlExp|1682|post=kJ/mol<ref name="Webelements-actinium" />}}
| Ionisierungsenergie_4 = {{ZahlExp|44,8|suffix=(1,4)|post=eV<ref name="NIST-ASD-actinium" />}} ≈ {{ZahlExp|4320|post=kJ/mol<ref name="Webelements-actinium" />}}
| Ionisierungsenergie_5 = {{ZahlExp|55,0|suffix=(1,9)|post=eV<ref name="NIST-ASD-actinium" />}} ≈ {{ZahlExp|5310|post=kJ/mol<ref name="Webelements-actinium" />}}
| Aggregatzustand = fest
| Modifikationen =
| Kristallstruktur = [[Kubisches Kristallsystem|kubisch flächenzentriert]]
| Dichte = 10,07 g/cm3
| RefTempDichte_K =
| Mohshärte =
| Magnetismus =
| Schmelzpunkt_K = 1323
| Schmelzpunkt_C = 1050
| Siedepunkt_K = 3573 K
| Siedepunkt_C = 3300
| MolaresVolumen = 22,55 · 10−6
| Verdampfungswärme = 400 kJ/mol
| Schmelzwärme = 14
| Dampfdruck =
| RefTempDampfdruck_K =
| Schallgeschwindigkeit =
| RefTempSchallgeschwindigkeit_K =
| SpezifischeWärmekapazität = 
| ElektrischeLeitfähigkeit =
| Wärmeleitfähigkeit = 12
| Oxidationszustände = +3
| Normalpotential = −2,13 [[Volt|V]] (Ac3+ + 3 e− → Ac)
| Elektronegativität = 1,1
| Quelle GHS-Kz = NV
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|/}}
| GHS-Signalwort =
| H = {{H-Sätze|/}}
| EUH = {{EUH-Sätze|/}}
| P = {{P-Sätze|/}}
| Quelle P =
| Radioaktiv = Ja
| Isotope = {{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 224
| Symbol = Ac
| NH = 0
| Halbwertszeit = 2,9 [[Stunde|h]]
| AnzahlZerfallstypen = 3
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp1ZE = 1,403
| Zerfallstyp1ZP = [[Radium|224Ra]]
| Zerfallstyp2ZM = [[Alphastrahlung|α]]
| Zerfallstyp2ZE = 9,100
| Zerfallstyp2ZP = [[Francium|220Fr]]
| Zerfallstyp3ZM = [[Betastrahlung|β−]]
| Zerfallstyp3ZE = 0,232
| Zerfallstyp3ZP = [[Thorium|224Th]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 225
| Symbol = Ac
| NH = 0
| Halbwertszeit = 10 [[Tag|d]]
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Zerfallstyp1ZM = [[Alphastrahlung|α]]
| Zerfallstyp1ZE = 5,935
| Zerfallstyp1ZP = [[Francium|221Fr]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 226
| Symbol = Ac
| NH = 0
| Halbwertszeit = 29,4 [[Stunde|h]]
| AnzahlZerfallstypen = 3
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β−]]
| Zerfallstyp1ZE = 0,640
| Zerfallstyp1ZP = [[Thorium|226Th]]
| Zerfallstyp2ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp2ZE = 1,116
| Zerfallstyp2ZP = [[Radium|226Ra]]
| Zerfallstyp3ZM = [[Alphastrahlung|α]]
| Zerfallstyp3ZE = 5,536
| Zerfallstyp3ZP = [[Francium|222Fr]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 227
| Symbol = Ac
| NH = '''100'''
| Halbwertszeit = 21,773 [[Jahr|a]]
| AnzahlZerfallstypen = 2
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β−]]
| Zerfallstyp1ZE = 0,045
| Zerfallstyp1ZP = [[Thorium|227Th]]
| Zerfallstyp2ZM = [[Alphastrahlung|α]]
| Zerfallstyp2ZE = 5,536
| Zerfallstyp2ZP = [[Francium|223Fr]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 228
| Symbol = Ac
| NH = -1
| Halbwertszeit = 6,15 h
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β−]]
| Zerfallstyp1ZE = 2,127
| Zerfallstyp1ZP = [[Thorium|228Th]]
}}
| NMREigenschaften =
}}

'''Actinium''' ist ein [[Radioaktivität|radioaktives]] [[chemisches Element]] mit dem [[Elementsymbol]] '''Ac''' und der [[Ordnungszahl]] 89. Im [[Periodensystem der Elemente]] steht es in der 3. [[Gruppe des Periodensystems|IUPAC-Gruppe]], der [[Scandiumgruppe]]. Das Element ist ein [[Metalle|Metall]] und gehört zur [[Periode-7-Element|7. Periode]], [[Block des Periodensystems|d-Block]]. Es ist der Namensgeber der Gruppe der [[Actinoide]], der ihm folgenden 14 Elemente.

== Geschichte ==
[[Datei:Periodensystem Mendelejews.jpg|mini|hochkant=2|ohne|Mendelejews Periodensystem von 1871 mit einer Lücke für Actinium am unteren Rand, vor Thorium (''Th = 231'')]]

Das Actinium wurde im Jahr 1899 von dem französischen Chemiker [[André-Louis Debierne]] entdeckt, der es aus [[Pechblende]] isolierte und ihm zunächst Ähnlichkeiten mit dem [[Titan (Element)|Titan]]<ref>André-Louis Debierne: „Sur une nouvelle matière radio-active“, in: ''[[Comptes rendus]]'', '''1899''', ''129'', S. 593–595 ({{Gallica |ID=bpt6k3085b|Seite=593}}).</ref> oder dem [[Thorium]]<ref>André-Louis Debierne: „Sur un nouvel élément radio-actif : l’actinium“, in: ''[[Comptes rendus]]'', '''1900''', ''130'', S. 906–908 ({{Gallica |ID=bpt6k3086n|Seite=906}}).</ref> zuschrieb; seine Bezeichnung leitete er wegen der [[Radioaktivität]] von [[Griechische Sprache|griechisch]] ἀκτίς ''aktís'' ‚Strahl‘ ab.<ref name="fg">N. A. Figurowski, ''Die Entdeckung der chemischen Elemente und der Ursprung ihrer Namen'', in deutscher Übersetzung von Leo Korniljew/Ernst Lemke, Moskau 1981, ISBN 3-7614-0561-8, S. 64.</ref> [[Friedrich Giesel]] entdeckte das Element unabhängig davon im Jahr 1902<ref>Friedrich Oskar Giesel: „Ueber Radium und radioactive Stoffe“, in: ''[[Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft]]'', '''1902''', ''35'' (3), S. 3608–3611 ([[doi:10.1002/cber.190203503187]]).</ref> und beschrieb eine Ähnlichkeit zum [[Lanthan]]; er gab ihm den Namen '''Emanium''',<ref>Friedrich Oskar Giesel: „Ueber den Emanationskörper (Emanium)“, in: ''[[Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft]]'', '''1904''', ''37'' (2), S. 1696–1699 ([[doi:10.1002/cber.19040370280]]).</ref> eine Bildung zu [[lateinisch]] ''emano'' ‚ausfließen‘, ebenfalls mit Bezug zur abgegebenen Strahlung.<ref name="fg" /> Nachdem Actinium und Emanium im Jahre 1904 als identisch erkannt worden waren, wurde Debiernes Namensgebung der Vorzug gegeben, da er es zuerst entdeckt hatte.<ref>Friedrich Oskar Giesel: „Ueber Emanium“, in: ''[[Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft]]'', '''1905''', ''38'' (1), S. 775–778 ([[doi:10.1002/cber.190503801130]]).</ref>

Die Geschichte der Entdeckung wurde in Publikationen von 1971<ref>H. W. Kirby: „The Discovery of Actinium“, in: ''[[Isis (Zeitschrift, 1912)|Isis]]'', '''1971''', ''62'' (3), S. 290–308 ({{JSTOR|229943}}).</ref> und später im Jahr 2000<ref>J. P. Adloff: „The centenary of a controversial discovery: actinium“, in:'' [[Radiochimica Acta|Radiochim. Acta]]'', '''2000''', ''88'', S. 123 ([[doi:10.1524/ract.2000.88.3-4.123]]).</ref> immer noch als fraglich beschrieben. Sie zeigen, dass die Publikationen von 1904 einerseits und die von 1899 und 1900 andererseits Widersprüche aufweisen.

== Gewinnung und Darstellung ==
Da in [[Uran]]erzen nur wenig Actinium vorhanden ist, spielt diese Quelle keine Rolle für die Gewinnung. Technisch wird das Isotop 227Ac durch Bestrahlung von 226Ra mit [[Neutron]]en in [[Kernreaktor]]en hergestellt.

:<math>\mathrm{^{226}_{\ 88}Ra\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow \ ^{227}_{\ 88}Ra\ \xrightarrow[42,2 \ min]{\beta^-} \ ^{227}_{\ 89}Ac}</math>

:Die Zeitangaben sind [[Halbwertszeit]]en.

Durch den schnellen Zerfall des Actiniums waren stets nur geringe Mengen verfügbar. Die erste künstliche Herstellung von Actinium wurde im [[Argonne National Laboratory]] in [[Chicago]] durchgeführt.

== Eigenschaften ==
=== Physikalische Eigenschaften ===
Das Metall ist silberweiß glänzend<ref name="blueglow" /> und relativ weich.<ref>Frederick Seitz, David Turnbull: ''Solid state physics: advances in research and applications'', Academic Press, 1964, ISBN 0-12-607716-9, S. 289–291 ({{Google Buch |BuchID=F9V3a-0V3r8C |Seite=289}}).</ref> Aufgrund seiner starken Radioaktivität leuchtet Actinium im Dunkeln in einem hellblauen Licht.<ref name="blueglow" />

Actinium ist das namensgebende Element der [[Actinoide]]n, ähnlich wie [[Lanthan]] für die [[Lanthanoide]]n. Die Gruppe der Elemente zeigt deutlichere Unterschiede als die Lanthanoide; daher dauerte es bis 1945, bis [[Glenn T. Seaborg]] die wichtigsten Änderungen zum Periodensystem von Mendelejew vorschlagen konnte: die Einführung der Actinoide.<ref>Glenn T. Seaborg: „The Transuranium Elements“, in: ''[[Science]]'', '''1946''', ''104'', Nr. 2704, S. 379–386 ([[doi:10.1126/science.104.2704.379]]; PMID 17842184).</ref>

=== Chemische Eigenschaften ===
Es ist sehr reaktionsfähig und wird von Luft und Wasser angegriffen, überzieht sich aber mit einer Schicht von Actiniumoxid, wodurch es vor weiterer Oxidation geschützt ist.<ref name="blueglow">Joseph G. Stites, Murrell L. Salutsky, Bob D. Stone: „Preparation of Actinium Metal“, in: ''[[J. Am. Chem. Soc.]]'', '''1955''', ''77'' (1), S. 237–240 ([[doi:10.1021/ja01606a085]]).</ref> Das Ac3+-Ion ist farblos. Das chemische Verhalten von Actinium ähnelt sehr dem [[Lanthan]]. Actinium ist in allen zehn bekannten Verbindungen dreiwertig.<ref>J. J. Katz, W. M. Manning: „Chemistry of the Actinide Elements“, in: ''[[Annual Review of Nuclear Science]]'', '''1952''', ''1'', S. 245–262 ([[doi:10.1146/annurev.ns.01.120152.001333]]).</ref>

== Isotope ==
Bekannt sind 26 [[Isotop]]e, wovon nur zwei natürlich vorkommen. Das langlebigste Isotop 227Ac ([[Halbwertszeit]] 21,8 Jahre) hat zwei [[Zerfallskanal|Zerfallskanäle]]: es ist ein [[Alphastrahlung|Alpha-]] und [[Betastrahlung|Betastrahler]]. 227Ac ist ein Zerfallsprodukt des Uranisotops 235U und kommt zu einem kleinen Teil in Uranerzen vor. Daraus lassen sich wägbare Mengen 227Ac gewinnen, die somit ein verhältnismäßig einfaches Studium dieses Elementes ermöglichen. Da sich unter den radioaktiven Zerfallsprodukten einige [[Gammastrahlung|Gammastrahler]] befinden, sind aber aufwändige Strahlenschutzvorkehrungen nötig.

== Verwendung ==
Actinium wird zur Erzeugung von Neutronen eingesetzt, die bei [[Neutronenaktivierungsanalyse|Aktivierungsanalysen]] eine Rolle spielen. Außerdem wird es für die [[Radionuklidbatterie#Wandler|thermoionische Energieumwandlung]] genutzt.

Beim dualen Zerfall des 227Ac geht der größte Teil unter Emission von Beta-Teilchen in das [[Thorium]]<nowiki />isotop 227Th, aber ca. 1 % zerfällt durch Alpha-Emission zu [[Francium]] 223Fr. Eine Lösung von 227Ac ist daher als Quelle für das kurzlebige 223Fr verwendbar. Letzteres kann dann regelmäßig abgetrennt und untersucht werden.

== Sicherheitshinweise ==
Einstufungen nach der [[Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP)|CLP-Verordnung]] liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen und eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf der [[Radioaktivität]] beruhenden Gefahren spielen. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.

== Verbindungen ==
Nur eine geringe Anzahl von Actiniumverbindungen ist bekannt. Mit Ausnahme von AcPO4 sind sie alle den entsprechenden Lanthanverbindungen ähnlich und enthalten Actinium in der Oxidationsstufe +3.<ref name="j2">Sherman Fried, French Hagemann, W. H. Zachariasen: „The Preparation and Identification of Some Pure Actinium Compounds“, in: ''[[J. Am. Chem. Soc.]]'', '''1950''', ''72'', S. 771–775 ([[doi:10.1021/ja01158a034]]).</ref> Insbesondere unterscheiden sich die Gitterkonstanten der jeweiligen Lanthan- und Actinium-Verbindungen nur in wenigen Prozent.<ref name="j2" />

{| class="wikitable" style="text-align:center; margin-left:1.5em;"
! Formel
! Farbe
! Symmetrie
! [[Raumgruppe]]
! [[Pearson-Symbolik|Pearson-Symbol]]
! ''a'' (pm)
! ''b'' (pm)
! ''c'' (pm)
! ''Z''
! Dichte, g/cm3
|-
| Ac
| silber
| ''fcc''<ref name="ach">J. D. Farr, A. L. Giorgi, M. G. Bowman, R. K. Money: „The crystal structure of actinium metal and actinium hydride“, in: ''[[Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry]]'', '''1961''', ''18'', S. 42–47 ([[doi:10.1016/0022-1902(61)80369-2]]).</ref>
| {{Raumgruppe|Fm-3m|kurz}}
| cF4
| 531,1
| 531,1
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|
| kubisch<ref name="ach" />
| {{Raumgruppe|Fm-3m|kurz}}
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| Ac2O3
| weiß<ref name="blueglow" />
| trigonal<ref name="aco">W. H. Zachariasen: „Crystal Chemical Studies of the 5''f''-Series of Elements. XII. New Compounds Representing known Structure Types“, in: ''[[Acta Crystallographica]]'', '''1949''', ''2'', S. 388–390 ([[doi:10.1107/S0365110X49001016]]).</ref>
| {{Raumgruppe|P-3m1|kurz}}
| hP5
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| 408
| 630
| 1
| 9,18
|-
| Ac2S3
|
| kubisch<ref name="acs">W. H. Zachariasen: „Crystal Chemical Studies of the 5''f''-Series of Elements. VI. The Ce2S3–Ce3S4 Type of Structure“, in: ''[[Acta Crystallographica]]'', '''1949''', ''2'', S. 57–60 ([[doi:10.1107/S0365110X49000126]]).</ref>
| {{Raumgruppe|I-43d|kurz}}
| cI28
| 778,56
| 778,56
| 778,56
| 4
| 6,71
|-
| AcF3
| weiß<ref name="m71">Gerd Meyer, Lester R. Morss: ''Synthesis of lanthanide and actinide compounds'', Springer, 1991, ISBN 0-7923-1018-7, S. 71 ({{Google Buch |BuchID=bnS5elHL2w8C |Seite=71}}).</ref>
| hexagonal<ref name="aco" /><ref name="j2" />
| {{Raumgruppe|P-3c1|kurz}}
| hP24
| 741
| 741
| 755
| 6
| 7,88
|-
| AcCl3
|
| hexagonal<ref name="accl">W. H. Zachariasen: „Crystal Chemical Studies of the 5''f''-Series of Elements. I. New Structure Types“, in: ''[[Acta Crystallographica]]'', '''1948''', ''1'', S. 265–268 ([[doi:10.1107/S0365110X48000703]]).</ref><ref name="j2" />
| {{Raumgruppe|P63/m|kurz}}
| hP8
| 764
| 764
| 456
| 2
| 4,8
|-
| AcBr3
| weiß<ref name="j2" />
| hexagonal<ref name="accl" />
| {{Raumgruppe|P63/m|kurz}}
| hP8
| 764
| 764
| 456
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|-
| AcOF
| weiß<ref name="m87">Gerd Meyer, Lester R. Morss: ''Synthesis of lanthanide and actinide compounds'', Springer, 1991, ISBN 0-7923-1018-7, S. 87–88 ({{Google Buch |BuchID=bnS5elHL2w8C |Seite=87}}).</ref>
| kubisch<ref name="j2" />
| {{Raumgruppe|Fm-3m|kurz}}
|
| 593,1
|
|
|
| 8,28
|-
| AcOCl
|
| tetragonal<ref name="j2" />
|
|
| 424
| 424
| 707
|
| 7,23
|-
| AcOBr
|
| tetragonal<ref name="j2" />
|
|
| 427
| 427
| 740
|
| 7,89
|-
| AcPO4 · 0,5 H2O
|
| hexagonal<ref name="j2" />
|
|
| 721
| 721
| 664
|
| 5,48
|}

=== Oxide ===
[[Actinium(III)-oxid]] (Ac2O3) kann durch Erhitzen des [[Actinium(III)-hydroxid|Hydroxids]] bei 500 °C oder des [[Actinium(III)-oxalat|Oxalats]] bei 1100 °C im Vakuum erhalten werden. Das Kristallgitter ist isotyp mit den Oxiden der meisten dreiwertigen [[Seltenerdmetalle]].<ref name="j2" />

=== Halogenide ===
[[Actinium(III)-fluorid]] (AcF3) kann entweder in Lösung oder durch Feststoffreaktion dargestellt werden. Im ersten Fall gibt man bei Raumtemperatur [[Flusssäure]] zu einer Ac3+-Lösung und fällt das Produkt aus. im anderen Fall wird Actinium-Metall mit Fluorwasserstoff bei 700 °C in einer Platinapparatur behandelt.

[[Actinium(III)-chlorid]] (AcCl3) wird durch Umsetzung von Actiniumhydroxid oder -oxalat mit [[Tetrachlormethan]] bei Temperaturen oberhalb von 960 °C erhalten.<ref name="j2" />

Die Reaktion von [[Aluminiumbromid]] und Actinium(III)-oxid führt zum [[Actinium(III)-bromid]] (AcBr3) und Behandlung mit feuchtem Ammoniak bei 500 °C führt zum Oxibromid AcOBr.<ref name="j2" />

=== Weitere Verbindungen ===
Gibt man [[Natriumdihydrogenphosphat]] (NaH2PO4) zu einer Lösung von Actinium in Salzsäure, erhält man weiß gefärbtes [[Actiniumphosphat]] (AcPO4 · 0,5 H2O); ein Erhitzen von [[Actinium(III)-oxalat]] mit [[Schwefelwasserstoff]] bei 1400 °C für ein paar Minuten führt zu schwarzem [[Actinium(III)-sulfid]] (Ac2S3).<ref name="j2" />

== Literatur ==
* Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Joseph J. Katz, Jean Fuger (Hrsg.): ''The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements'', Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, S. 18–51 ([[doi:10.1007/1-4020-3598-5_2]]).

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
{{Commonscat}}
* {{RömppOnline|ID=RD-01-00659|Name=Actinium|Abruf=2015-01-03}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Periodensystem}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=4523163-1|LCCN=sh/85/000706}}

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