مفهوم الأكتينيدات

في الكيمياء النووية، اقترح مفهوم الأكتينيدات (المعروف أيضًا بفرضية الأكتينيدات) أن الأكتينيدات تُشكّل سلسلة انتقالية داخلية ثانية مُتماثلة مع اللانثانيدات . وتعود أصول هذا المفهوم إلى ملاحظة خصائص شبيهة باللانثانيدات في العناصر ما بعد اليورانيوم، على عكس التركيب الكيميائي المُعقد والمُميز للأكتينيدات المعروفة سابقًا. اقترح غلين ثيودور سيبورغ ، أحد الباحثين الذين قاموا بتخليق العناصر ما بعد اليورانيوم، مفهوم الأكتينيدات عام 1944 كتفسير للانحرافات المرصودة وفرضية لتوجيه التجارب المستقبلية. وقد تم قبول هذا المفهوم بعد ذلك بوقت قصير، مما أدى إلى وضع سلسلة جديدة من الأكتينيدات، تضم العناصر من 89 ( الأكتينيوم ) إلى 103 ( اللورنسيوم )، أسفل اللانثانيدات في الجدول الدوري للعناصر الذي وضعه ديمتري مندليف . ^{[ 1 ]}

في أواخر ثلاثينيات القرن العشرين، عُرفت العناصر الأربعة الأولى من الأكتينيدات (الأكتينيوم، والثوريوم، والبروتكتينيوم ، واليورانيوم). كان يُعتقد أنها تُشكّل سلسلة رابعة من الفلزات الانتقالية، تتميز بامتلاء مدارات d الستة ، حيث كان الثوريوم والبروتكتينيوم واليورانيوم نظائر متماثلة للهافنيوم والتنتالوم والتنغستن على التوالي. ^{[ 2 ]} وقد لاقى هذا الرأي قبولًا واسعًا، إذ كشفت الدراسات الكيميائية لهذه العناصر عن حالات أكسدة عالية وخصائص تُشابه إلى حد كبير الفلزات الانتقالية من سلسلة 5d. ^{[ 3 ]} ومع ذلك، اقترحت أبحاث نيلز بور في نظرية الكم، والمنشورات اللاحقة، أن هذه العناصر تُشكّل سلسلة 5f مماثلة لللانثانيدات، مع حسابات تُشير إلى أن أول إلكترون 5f يجب أن يظهر في النطاق من العدد الذري 90 (الثوريوم) إلى 99 ( الإينشتاينيوم ). وبالتالي فإن التناقضات بين النماذج النظرية والخصائص الكيميائية المعروفة جعلت من الصعب وضع هذه العناصر في الجدول الدوري . ^{[ 2 ]}

ربما كان أول ظهور لمفهوم الأكتينيدات في جدول دوري مكون من 32 عمودًا وضعه ألفريد فيرنر عام 1905. بعد تحديد ترتيب اللانثانيدات في الجدول الدوري، وضع الثوريوم كعنصر متجانس أثقل من السيريوم، وترك مساحات لعناصر مشعة افتراضية في الدورة السابعة، على الرغم من أنه لم يحدد الترتيب الصحيح للأكتينيدات المعروفة. ^{[ 4 ]}

بعد اكتشاف عنصري النبتونيوم والبلوتونيوم ، وهما عنصران عابران لليورانيوم ، عام 1940، وإجراء دراسات أولية حول خواصهما الكيميائية، تم التشكيك في تصنيفهما ضمن سلسلة الفلزات الانتقالية الرابعة. فقد أظهر هذان العنصران الجديدان خصائص متنوعة تُشير إلى تشابه كيميائي وثيق مع اليورانيوم، بدلاً من نظائرهما المفترضة من الفلزات الانتقالية ( الرينيوم والأوزميوم )، وأبرزها عدم امتلاكهما حالات أكسدة مستقرة +7 أو +8. ^{[ 3 ]} وأثارت التجارب اللاحقة التي استهدفت عنصري الأمريسيوم والكوريوم ، اللذين كانا مجهولين آنذاك ، مزيدًا من التساؤلات. فقد فشل سيبورغ وزملاؤه في تحديد هذين العنصرين انطلاقًا من فرضية كونهما فلزات انتقالية، ولكن تم فصلهما واكتشافهما بنجاح عام 1944، بناءً على افتراض تشابههما الكيميائي مع اللانثانيدات . [ ^{5 ] وأكدت} تجارب أخرى فرضية وجود سلسلة من الأكتينيدات (التي كانت تُعرف آنذاك باسم "الثوريدات" أو "اليورانييدات") ^{[ 2 ]} . أشارت دراسة طيفية أجراها ماكميلان ووال وزاكارياسن في مختبر لوس ألاموس الوطني إلى أن مدارات 5f، وليس مدارات 6d ، هي التي يتم ملؤها. ومع ذلك، لم تتمكن هذه الدراسات من تحديد العنصر الأول الذي يحتوي على إلكترونات 5f بشكل قاطع، وبالتالي تحديد العنصر الأول في سلسلة الأكتينيدات. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

دفعت اكتشافات الأمريسيوم والكوريوم، بناءً على فرضية تشابههما مع اللانثانيدات، سيبورغ إلى اقتراح مفهوم سلسلة الأكتينيدات على زملائه عام 1944، حيث كان التشابه مع اللانثانيدات وامتلاء مدارات f هو الفرضية الأساسية. ^{[ 3 ]} على الرغم من صحة الفكرة الظاهرة، لم ينصحوه بنشرها في مجلة "كيميكال آند إنجينيرينغ نيوز" ، خشية أن تكون فكرة جذرية تُسيء إلى سمعته. ^{[ 5 ]} ومع ذلك، نشرها وحظيت بقبول واسع؛ وبذلك وضعت الجداول الدورية الجديدة الأكتينيدات أسفل اللانثانيدات. ^{[ 5 ]} بعد قبول مفهوم الأكتينيدات، أثبت هذا المفهوم أهميته المحورية في وضع الأساس لاكتشافات العناصر الأثقل، مثل البركليوم عام 1949. ^{[ 6 ]} فسّر مفهوم الأكتينيدات بعض الخصائص المرصودة للأكتينيدات الأولى، وتحديدًا وجود حالات أكسدة من +4 إلى +6، واقترح تهجين المدارات 5f و6d، حيث تبين أن إلكتروناتها مرتبطة بشكل ضعيف في هذه العناصر. كما دعم النتائج التجريبية التي تشير إلى وجود اتجاه نحو حالات الأكسدة +3 في العناصر التي تلي الأمريسيوم. ^{[ 2 ]}

أدت المزيد من التوسعات في مفهوم الأكتينيدات إلى اقتراح سيبورغ سلسلتين إضافيتين من العناصر تستمران في الدورية المعروفة. فقد اقترح سلسلة ما بعد الأكتينيدات من العدد الذري 104 إلى 121 وسلسلة فوق الأكتينيدات من العدد الذري 122 إلى 153. ^{[ 3 ]}

• الأكتينيدات
• تاريخ الجدول الدوري
• العناصر التي تنبأ بها مندليف