Numero atomico Nome Simbolo 89 Attinio Ac 90 Torio Th 91 Protoattinio Pa 92 Uranio U 93 Nettunio Np 94 Plutonio Pu 95 Americio Am 96 Curio Cm 97 Berkelio Bk 98 Californio Cf 99 Einsteinio Es 100 Fermio Fm 101 Mendelevio Md 102 Nobelio No 103 Laurenzio Lr
La serie degli attinoidi (in passato attinidi) si riferisce ai quindici elementi chimici compresi fra il radio e il ruterfordio sulla tavola periodica, con numeri atomici fra l'89 e il 103 inclusi.
Il nome deriva dal primo elemento della serie, l'attinio, e solitamente il generico elemento di questa categoria si indica con il simbolo An. Tutti gli attinoidi fanno parte del blocco f della tavola periodica, ovvero riempiono l'orbitale 5f; il laurenzio costituisce un'eccezione, in quanto facente parte del blocco d. Questa divergenza causa confusione sulla corretta disposizione degli elementi attinoidi nella tavola periodica.
Per caratteristiche chimiche sono molto simili agli elementi della serie dei lantanoidi: gli attinoidi con il numero atomico più alto non sono reperibili in natura per via della loro emivita molto breve: quasi tutti gli attinoidi sono fortemente radioattivi. Il plutonio, inoltre, è anche estremamente velenoso.
Possiedono poi anche una buona elettropositività: ciò significa che tendono a cedere i loro elettroni per diventare cationi (comportamento tipico dei metalli).
Le loro proprietà chimiche sono talmente simili che all'inizio l'intera serie fu considerata come un solo elemento: infatti hanno elettronegatività molto simile (1,3); tendono a fare passare l'unico elettrone del guscio 6s al guscio sottostante 5f; possiedono una densità piuttosto alta e possono produrre più allotropi. Differiscono però tra loro se si esaminano i numeri di ossidazione: se per i lantanoidi è +3, lo stesso non si può dire per gli attinoidi, i quali possiedono numeri più elevati e solo gli attinoidi pesanti tornano ad avere il numero di ossidazione +3.
Come i lantanoidi (Ln), anche gli attinoidi (An) talvolta sono rappresentati al di fuori della tavola periodica, nello stesso modo e per gli stessi motivi: occupazione da parte degli elettroni degli orbitali di tipo f ma anche una maggior chiarezza nella tavola periodica (per evitare che si allarghi eccessivamente).
Storia
Come nel caso dei lantanoidi, gli attinoidi formano una famiglia di elementi con proprietà simili in cui coesistono due gruppi sovrapposti: gli elementi transuranici, che seguono l'uranio, e gli elementi transplutonici, ovvero quelli che si susseguono al plutonio spostandosi verso destra nel periodo della tavola periodica. Rispetto ai lantanidi che, con l'eccezione del promezio, si trovano in natura in quantità abbastanza apprezzabili, gli elementi di questa serie sono piuttosto rari e prevalentemente sintetizzati in laboratorio. I più abbondanti, nonché più facili da preparare, sono l'uranio e il torio, seguiti da americio, attinio, protoattinio e nettunio.Myasoedov, p. 7
La scoperta della maggior parte di questi elementi è piuttosto recente, risalendo al secolo scorso. L'esistenza di alcuni elementi transuranici fu suggerita da Enrico Fermi, sulla base dei suoi esperimenti nucleari, già nel 1934. All'epoca erano conosciuti appena quattro lantanoidi e ancora non si ipotizzava che potessero formare una famiglia come i lantanidi. L'opinione prevalente che ha dominato nell'ambito delle ricerche scientifiche fino agli anni quaranta, era che si trattasse di regolari elementi appartenenti al 7º periodo. Lentamente la sintesi di altri elementi o composti transuranici ha minato alla base questa teoria largamente diffusa, portando i chimici a rivedere la configurazione della tavola periodica. Gli esperimenti più importanti sono quelli condotti a Berkeley, in California, tra il 1941 e il 1944 e che provarono l'esistenza dell'americio, del curio, del berkelio e di tanti altri.
Nonostante la clamorosa scoperta, fino al termine degli anni cinquanta la comunità scientifica non ha espresso un parere condiviso sulla giusta collocazione degli attinoidi all'interno del sistema periodico. Prima di allora, infatti, vigeva la cosiddetta "ipotesi attinidica" (actinide hypothesis), ovvero un insieme di varie proposte su come "catalogare" gli elementi appena scoperti.Myasoedov, p. 9
Dall'attinio all'uranio I primi attinoidi a essere scoperti sono stati, rispettivamente, l'uranio e il torio. Luranio (il cui simbolo chimico è U) fu identificato nel 1789 dal chimico tedesco Martin Heinrich Klaproth all'interno del minerale uraninite, nota anche come pechblenda. Klaproth decise di denominare l'elemento uranio in riferimento al pianeta Urano, scoperto appena otto anni prima.Greenwood, p. 1250 Lo scienziato fu, inoltre, in grado di precipitare un composto giallo (secondo alcuni studiosi moderni si trattò di diuranato sodico) sciogliendo un campione di pechblenda in acido nitrico e neutralizzando la soluzione ottenuta con un po' di idrossido di sodio. Riducendo in polvere il composto ottenuto e sfruttando del carbone, estrasse una sostanza nera che inizialmente scambiò per un metallo. Soltanto 60 anni dopo, il francese Eugène-Melchior Péligot identificò il composto di Klaproth come ossido di uranio (UO2). Sempre Péligot isolò il primo campione di uranio metallico riscaldando il tetracloruro di uranio con del potassio e calcolandone la massa atomica con un valore di circa , corretto da Dmitrij Mendeleev nel 1872 con il valore di 240 u, secondo le leggi di periodicità. I calcoli di Mendeleev furono confermati nel 1882 da K. Zimmerman.Zimmerman, Ann., 213, 290 (1882); 216, 1 (1883); Ber. 15 (1882) 849
L'ossido di torio (ThO2) fu invece scoperto da Friedrich Wöhler in un minerale rinvenuto in Norvegia nel 1827.Golub, p. 214 Jöns Jacob Berzelius analizzò e portò alla luce dettagli più interessanti di questo materiale nel 1828. Come farà poi Péligot, Berzelius ridusse il tetracloruro di torio con il potassio e isolò per la prima volta il metallo, attribuendogli il nome di torio in riferimento a Thor, il dio nordico dei fulmini, e il simbolo Th.
Quando la corsa alla ricerca di nuovi elementi sembrava avere subito una battuta d'arresto, nel 1899 André-Louis Debierne, un assistente di Marie Curie, scoprì lattinio (Ac) analizzando i rifiuti di pechblenda rimasti dopo la rimozione dal minerale di tracce di radio e polonio. Debierne descrisse la sostanza come simile al titanio e, dopo attenti studi, si convinse che fosse, al contrario, più simile al torio (1900). La scoperta dell'attinio da parte di Debierne è stata messa in discussione nel 1971 e nel 2000 delle ricerche specifiche hanno evidenziato che le pubblicazioni di Debierne del 1904 contraddicevano quelle del 1899-1900. La conclusione è che Debierne non isolò un nuovo elemento, sebbene ne predisse indirettamente l'esistenza. Vi sono dei dubbi anche sull'origine del nome. Attualmente, con una certa sicurezza, si ritiene che sia stato Victor Goldschimidt, nel 1937, ad attribuire all'elemento il nome attinio, derivato dal greco ακτίς, ακτίνος (aktis, aktinos) con il significato di "raggio di luce" o anche "fascio", poiché fu scoperto solo dall'analisi delle radiazioni emesse da nuclidi figli, ovvero radioisotopi prodotti dal suo decadimento. Recenti studi inducono a credere che attinio vero e proprio non sia stato sintetizzato prima del 1950.
Il protoattinio (Pa) fu isolato nel 1900 da William Crookes, sebbene vi siano parecchi dubbi al riguardo. D'altro canto, si è certi che fu identificato nel 1913 da Kasimir Fajans e Oswald Helmuth Göhring durante i loro studi sul decadimento dell'isotopo 238U. I due scienziati chiamarono il nuovo elemento brevium, dal latino brevis, ovvero "breve" in riferimento al tempo di dimezzamento di appena 1,17 minuti. Negli anni il nome è stato cambiato in protoattinio (dal greco πρῶτος + ἀκτίς che significa "primo raggio"), adottato dalla comunità scientifica e dalla letteratura a cominciare dal 1918 quando due gruppi di scienziati, uno guidato dall'austriaca Lise Meitner e dal tedesco Otto Hahn e l'altro con a capo Frederick Soddy e John Cranston in Gran Bretagna, scoprirono indipendentemente l'uno dall'altro l'isotopo 231Pa. Nel 1949 la IUPAC riconobbe ufficialmente l'elemento e confermò Otto Hahn e Lise Meitner come scopritori, riducendone però il nome a protattinio (sebbene alcuni testi attuali riportino entrambe le diciture e l'elemento sia comunemente noto come protoattinio). Maggiori informazioni sulle proprietà e il comportamento chimico del protoattinio arrivarono nel 1960, quando Maddock e i suoi collaboratori, nel Regno Unito, produssero circa 130 grammi di protoattinio a partire da 60 tonnellate di rifiuti rimasti dopo l'estrazione di uranio dal suo minerale principale.
La scoperta del nettunio e gli esperimenti a Berkeley Nel 1934 a Roma Enrico Fermi e la sua cerchia di collaboratori conducevano esperimenti a livello nucleare. Durante questi test emersero nuovi isotopi mai studiati prima di allora. Tuttavia la scoperta non destò scalpore e per molto tempo i cosiddetti transuranici rimasero un mistero.
Il nettunio (indicato con Np e con il nome derivato dal pianeta Nettuno, che nel sistema solare segue Urano) fu scoperto da Edwin McMillan e Philip Abelson nel 1940 a Berkeley, in California. Presso delle strutture universitarie, i due scienziati isolarono un nuovo elemento producendo l'isotopo 239Np (con una emivita stimata di 2,4 giorni) bombardando l'uranio con dei neutroni lenti. Fu il primo elemento transuranico a essere sintetizzato in laboratorio. I due chimici decisero di chiamarlo nettunio in riferimento al precedente elemento, l'uranio, mantenendo così una sorta di "denominazione cosmologica" (lo stesso dicasi per il plutonio).
+Sintesi degli elementi transuraniciGreenwood, p. 1252Nobelio e laurenzio sono stati scoperti quasi contemporaneamente da un gruppo di scienziati americani e uno di sovietici ElementoScopertaMetodo Nettunio 1940 Bombardando 238U con neutroni Plutonio 1941 Bombardando 238U con deutoni Americio 1944 Bombardando 239Pu con neutroni Curio 1944 Bombardando 239Pu con particelle α Berkelio 1949 Bombardando 241Am con particelle α Californio 1950 Bombardando 242Cm con particelle α Einsteinio 1952 Prodotto da esplosioni nucleari Fermio 1952 Prodotto di esplosioni nucleari Mendelevio 1955 Bombardando 253Es con particelle α Nobelio 1965 Bombardando 243Am con N o 238U con particelle α Laurenzio 1961-1971 Bombardando 252Cf con B Gli anni quaranta sono un periodo denso di scoperte in campo chimico. Sulla scia del successo ottenuto da McMillan e Abelson con la tecnica del bombardare l'uranio, nel 1941 e successivamente a partire dal 1944 fino agli anni cinquanta, Glenn Seaborg e il suo gruppo, all'università di Berkeley, sintetizzarono parecchi nuovi elementi: plutonio (dal nome del pianeta Plutone e con il simbolo Pu); americio (Am) dal continente America, in analogia con l'elemento al di sopra nella tavola periodica, l'europio; curio (Cm), in onore ai coniugi Pierre e Marie Curie; berkelio (in italiano trascritto anche come berchelio, Bk), dalla città di Berkeley, in California; californio (Cf), prende il nome dallo stato dove fu scoperto, la California; einsteinio (Es), in onore al fisico Albert Einstein; fermio (Fm), in onore al fisico Enrico Fermi; nobelio (No), in onore a Alfred Nobel. Negli anni a seguire fu sintetizzato anche l'elemento 106, recentemente chiamato seaborgio (Sg) in onore a Seaborg. I ricercatori individuarono, infine, oltre 100 tipi diversi di radioisotopi.
Come appena sottolineato tutti questi elementi transuranici sono prodotti in laboratorio e non si trovano in quantità apprezzabili in natura, fatte poche eccezioni. È opportuno, comunque, tenere in considerazione i numerosi test nucleari condotti sia in terra che nell'alta atmosfera. Difatti la ricaduta radioattiva seguente alle varie esplosioni nucleari verificatesi prima degli anni ottanta hanno rilasciato nell'ambiente tracce, più o meno significative, di questi elementi.