อนุกรมแอก ทิไนด์ ( / ˈ æ k t ɪ naɪ d / )หรือแอกทิโนอิด ( / ˈ æ k t ɪ n ɔɪ d / ) ครอบคลุม ธาตุโลหะอย่างน้อย 14 ธาตุ ในอนุกรม 5fซึ่งมีเลขอะตอมตั้งแต่ 89 ถึง 102 ได้แก่ แอกทิเนียมถึงโนเบเลียม โดยทั่วไปแล้ว ธาตุ ลอว์เรนเซียมเลขอะตอม 103 ก็ถูกรวมอยู่ด้วย แม้ว่าจะเป็นส่วนหนึ่งของอนุกรมทรานซิชัน 6d ก็ตาม อนุกรมแอกทิไนด์ได้ชื่อมาจากธาตุแรกในอนุกรม คือ แอกทิเนียม สัญลักษณ์ทางเคมีที่ไม่เป็นทางการAnใช้ในการอภิปรายทั่วไปเกี่ยวกับเคมีของแอกทิไนด์เพื่ออ้างถึงแอกทิไนด์ใดๆ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

หนังสือ Red Bookของ IUPACฉบับปี 1985 แนะนำให้ใช้คำว่าactinoidแทนactinideเนื่องจากคำต่อท้าย-ideโดยปกติบ่งชี้ถึงไอออนลบอย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันคำว่า actinideจึงยังคงได้รับอนุญาตอยู่

แอคติเนียมถึงโนเบเลียมเป็น ธาตุ ในกลุ่ม fในขณะที่ลอว์เรนเซียมเป็นธาตุในกลุ่ม d ^{[ 4 ] [ 5 ]}และเป็นโลหะทรานซิชัน [ ^{6 ] อนุกรม}ส่วนใหญ่สอดคล้องกับการเติมเปลือกอิเล็กตรอน 5f แม้ว่าในฐานะอะตอมเดี่ยวในสถานะพื้นฐาน หลายตัวมีโครงสร้างที่ผิดปกติซึ่งเกี่ยวข้องกับการเติมเปลือก 6d เนื่องจากการผลักกันระหว่างอิเล็กตรอน เมื่อเปรียบเทียบกับแลนทานอยด์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นธาตุในกลุ่ม f เช่นกัน แอคติไนด์แสดง ค่าวาเลนซ์ที่แปรผันได้มากกว่ามากพวกมันทั้งหมดมีรัศมีอะตอมและ ไอออนิกขนาดใหญ่มาก และแสดงคุณสมบัติทางกายภาพที่หลากหลายผิดปกติ ในขณะที่แอคติเนียมและแอคติไนด์ตอนปลาย (ตั้งแต่คูเรียมเป็นต้นไป) มีพฤติกรรมคล้ายกับแลนทานอยด์ ธาตุทอเรียมโปรแทคติเนียมและยูเรเนียมมี ความคล้ายคลึงกับ โลหะทรานซิชันมากกว่าในทางเคมี โดยมีเนปทูเนียมพลูโทเนียมและอะเมริเซียมอยู่ในตำแหน่งกลาง

ธาตุแอคติไนด์ทั้งหมดเป็นสารกัมมันตรังสีและปล่อยพลังงานออกมาเมื่อสลายตัวทางกัมมันตรังสี ยูเรเนียมและทอเรียมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ และพลูโทเนียมที่ผลิตขึ้นเอง เป็นธาตุแอคติไนด์ที่พบมากที่สุดในโลก ธาตุเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และยูเรเนียมและพลูโทเนียมเป็นองค์ประกอบสำคัญของอาวุธนิวเคลียร์ยูเรเนียมและทอเรียมยังมีประโยชน์ใช้สอยหลากหลายในปัจจุบันหรือในอดีต และอะเมริเซียมถูกใช้ในห้องไอออนไนเซชันของเครื่องตรวจจับควันสมัยใหม่ ส่วนใหญ่

เนื่องจากมีครึ่งชีวิตยาวนาน จึงพบธาตุทอเรียมและยูเรเนียมในปริมาณมากบนโลก และในอวกาศ การสลายตัวของยูเรเนียมทำให้เกิดแอคติเนียมและโปรแทคติเนียมในปริมาณชั่วคราว และอะตอมของเนปทูเนียมและพลูโทเนียมจะเกิดขึ้นเป็นครั้งคราวจากปฏิกิริยาการ แปรสภาพในแร่ยูเรเนียม ธาตุแอคติไนด์อื่นๆ เป็นธาตุสังเคราะห์ล้วนๆ^{[ 1 ] [ 7 ]}การทดสอบอาวุธนิวเคลียร์ได้ปล่อยธาตุแอคติไนด์อย่างน้อยหกชนิดที่หนักกว่าพลูโทเนียมสู่สิ่งแวดล้อมการวิเคราะห์เศษซากจาก การทดสอบ ระเบิดไฮโดรเจนครั้งแรกในปี 1952แสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของอะเมริเซียมคูเรียมเบอร์เคเลียมแคลิฟอร์เนียม และ การค้นพบไอน์สไตเนียมและเฟอร์เมียม^{[ 8 ]}

ในการนำเสนอตารางธาตุธาตุในกลุ่ม f มักจะแสดงเป็นสองแถวเพิ่มเติมด้านล่างของตารางหลัก^{[ 1 ]}ธรรมเนียมนี้เป็นเรื่องของสุนทรียศาสตร์และความสะดวกในการจัดรูปแบบโดยสิ้นเชิง ตารางธาตุแบบกว้างที่ใช้ไม่บ่อยนักจะแทรกอนุกรม 4f และ 5f ไว้ในตำแหน่งที่เหมาะสม โดยเป็นส่วนหนึ่งของแถวที่หกและเจ็ด (คาบ) ของตาราง

เช่นเดียวกับแลนทานอยด์ แอคติไนด์ก็เป็นกลุ่มธาตุที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน ภายในแอคติไนด์มีกลุ่มที่ทับซ้อนกันอยู่สองกลุ่ม ได้แก่ธาตุทรานส์ยูเรเนียมซึ่งอยู่ถัดจากยูเรเนียมในตารางธาตุและธาตุทรานส์พลูโทเนียม ซึ่งอยู่ถัดจากพลูโทเนียม เมื่อเปรียบเทียบกับแลนทานอยด์ ซึ่ง (ยกเว้นโพรมีเทียม ) พบได้ในธรรมชาติในปริมาณมาก แอคติไนด์ส่วนใหญ่หายาก ส่วนใหญ่ไม่พบในธรรมชาติ และในบรรดาธาตุที่พบนั้น มีเพียงธอร์เรียมและยูเรเนียมเท่านั้นที่พบในปริมาณมากกว่าปริมาณเล็กน้อย แอคติไนด์ที่พบมากที่สุดหรือสังเคราะห์ได้ง่ายที่สุดคือยูเรเนียมและธอร์เรียม ตามด้วยพลูโทเนียม อเมริเซียม แอคติเนียม โปรแทคติเนียม เนปทูเนียม และคูเรียม^{[ 10 ]}

การมีอยู่ของธาตุทรานส์ยูเรเนียมได้รับการเสนอแนะในปี 1934 โดยEnrico Fermiโดยอิงจากการทดลองของเขา^{[ 11 ] [ 12 ]}อย่างไรก็ตาม แม้ว่าแอคติไนด์ทั้งสี่จะเป็นที่รู้จักในเวลานั้น แต่ก็ยังไม่เป็นที่เข้าใจว่าพวกมันก่อตัวเป็นกลุ่มที่คล้ายกับแลนทานไนด์ มุมมองที่แพร่หลายซึ่งครอบงำการวิจัยในช่วงแรกเกี่ยวกับทรานส์ยูเรเนียมคือพวกมันเป็นธาตุปกติในคาบที่ 7 โดยที่ธอร์เรียม โปรแทคติเนียม และยูเรเนียมสอดคล้องกับแฮฟเนียม แทนทาลัมและทังสเตนในคาบ ที่ 6 ตามลำดับ การสังเคราะห์ทรานส์ยูเรเนียมค่อยๆ บั่นทอนมุมมองนี้ ในปี 1944 การสังเกตว่าคูเรียมไม่แสดงสถานะออกซิเดชันที่สูงกว่า 4 (ในขณะที่แพลทินัม ซึ่งเป็นโฮโมล็อกในคาบที่ 6 ที่คาดไว้ สามารถเข้าถึงสถานะออกซิเดชันที่ 6 ได้) ทำให้Glenn Seaborgกำหนด " สมมติฐานแอคติไนด์ " ขึ้นมา การศึกษาแอคติไนด์ที่รู้จักและการค้นพบธาตุทรานส์ยูเรเนียมเพิ่มเติมได้ให้ข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อสนับสนุนจุดยืนนี้ แต่คำว่า "สมมติฐานแอคติไนด์" (โดยนัยคือ "สมมติฐาน" คือสิ่งที่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์อย่างเด็ดขาด) ยังคงถูกใช้โดยนักวิทยาศาสตร์อย่างต่อเนื่องจนถึงปลายทศวรรษ 1950 ^{[ 13 ] [ 14 ]}

ในปัจจุบัน มีวิธีการผลิตไอโซโทปของธาตุทรานส์พลูโทเนียมหลักๆ สองวิธี ได้แก่ (1) การฉายรังสีธาตุที่เบากว่าด้วยนิวตรอน (2) การฉายรังสีด้วยอนุภาคประจุที่เร่งความเร็ว วิธีแรกมีความสำคัญมากกว่าสำหรับการใช้งาน เนื่องจากมีเพียงการฉายรังสีนิวตรอนโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เท่านั้นที่สามารถผลิตแอคติไนด์สังเคราะห์ได้ในปริมาณมาก อย่างไรก็ตาม วิธีนี้จำกัดเฉพาะธาตุที่ค่อนข้างเบา ข้อดีของวิธีที่สองคือสามารถผลิตธาตุที่หนักกว่าพลูโทเนียม รวมทั้งไอโซโทปที่ขาดนิวตรอน ซึ่งไม่เกิดขึ้นระหว่างการฉายรังสีนิวตรอน^{[ 15 ]}

ในช่วงปี พ.ศ. 2505–2509 มีความพยายามในสหรัฐอเมริกาที่จะผลิตไอโซโทปทรานส์พลูโทเนียมโดยใช้ชุดการระเบิดนิวเคลียร์ใต้ดิน จำนวน 6 ครั้ง ตัวอย่างหินขนาดเล็กถูกสกัดจากบริเวณที่เกิดการระเบิดทันทีหลังการทดสอบเพื่อศึกษาผลิตภัณฑ์จากการระเบิด แต่ไม่พบ ไอโซโทปที่มี เลขมวล มากกว่า 257 แม้ว่าจะมีการคาดการณ์ว่าไอโซโทปดังกล่าวจะมี ครึ่งชีวิตของการสลายตัวแบบอัลฟา ที่ค่อนข้างยาวนาน การไม่พบไอโซโทปดังกล่าวถูกระบุว่าเป็นผลมาจากการแตกตัวแบบสปอนเทเนียสเนื่องจากความเร็วสูงของผลิตภัณฑ์และช่องทางการสลายตัวอื่นๆ เช่น การปล่อยนิวตรอนและ การ แตกตัวของนิวเคลียร์^{[ 16 ]}

ยูเรเนียมและทอเรียมเป็นแอคติไนด์กลุ่มแรกที่ถูกค้นพบยูเรเนียมถูกระบุในปี 1789 โดยนักเคมีชาวเยอรมันมาร์ติน ไฮน์ริช คลาพรอธใน แร่ พิชเบลนด์ เขาตั้งชื่อมันตามดาวเคราะห์ยูเรนัส [ ^{7 ] ซึ่งถูกค้นพบเมื่อแปดปีก่อนหน้า นั้น}คลาพรอธสามารถตกตะกอนสารประกอบสีเหลือง (น่าจะเป็นโซเดียมไดอูราเนต ) โดยการละลายพิชเบลนด์ในกรดไนตริกและทำให้สารละลายเป็นกลางด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์จากนั้นเขาลดผงสีเหลืองที่ได้ด้วยถ่าน และสกัดสารสีดำออกมาซึ่งเขาเข้าใจผิดว่าเป็นโลหะ^{[ 17 ]}หกสิบปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสยูจีน-เมลคิออร์ เปลิโกต์ระบุว่ามันคือยูเรเนียมออกไซด์ เขายังแยกตัวอย่างโลหะยูเรเนียมตัวแรกได้โดยการให้ความร้อนยูเรเนียมเตตระคลอไรด์กับโพแทสเซียมโลหะ^{[ 18 ]}มวลอะตอมของยูเรเนียมถูกคำนวณได้เป็น 120 แต่ดมิทรี เมนเดเลฟในปี พ.ศ. 2415 ได้แก้ไขเป็น 240 โดยใช้กฎคาบเวลาของเขา ค่านี้ได้รับการยืนยันจากการทดลองในปี พ.ศ. 2425 โดย เค. ซิมเมอร์แมน^{[ 19 ] [ 20 ]}

ธอร์เรียมออกไซด์ถูกค้นพบโดยฟรีดริช โวห์เลอร์ในแร่ธอร์เรียนิตซึ่งพบในนอร์เวย์ (1827) ^{[ 21 ]}โยนส์ จาคอบ เบอร์เซลิอุสได้อธิบายลักษณะของวัสดุนี้อย่างละเอียดมากขึ้นในปี 1828 โดยการลดธอร์เรียมเตตระคลอไรด์ด้วยโพแทสเซียม เขาได้แยกโลหะออกมาและตั้งชื่อว่าธอร์เรียมตามเทพเจ้าแห่งฟ้าร้องและฟ้าผ่า ของชาวนอร์ ส ธอร์ [ ^{22 ] [ 23 ] ต่อ}มาเพลิโกต์ได้ใช้วิธีการแยกแบบเดียวกันนี้กับยูเรเนียม^{[ 7 ]}

แอคติเนียมถูกค้นพบในปี 1899 โดยAndré-Louis Debierneผู้ช่วยของMarie Curieในกากแร่พิชเบลนด์ที่เหลือหลังจากการกำจัดเรเดียมและโพโลเนียม เขาอธิบายสารนี้ (ในปี 1899) ว่าคล้ายกับไทเทเนียม^{[ 24 ]}และ (ในปี 1900) ว่าคล้ายกับธอร์เรียม^{[ 25 ]}อย่างไรก็ตาม การค้นพบแอคติเนียมโดย Debierne ถูกตั้งคำถามในปี 1971 ^{[ 26 ]}และ 2000 ^{[ 27 ]}โดยโต้แย้งว่าสิ่งพิมพ์ของ Debierne ในปี 1904 ขัดแย้งกับงานก่อนหน้าของเขาในปี 1899–1900 มุมมองนี้กลับให้เครดิตกับงานในปี 1902 ของFriedrich Oskar Gieselซึ่งค้นพบธาตุกัมมันตรังสีชื่ออีมาเนียมที่มีพฤติกรรมคล้ายกับแลนทานัม ชื่อแอคติเนียมมาจากภาษากรีกโบราณ : ακτίς, ακτίνος (aktis, aktinos)ซึ่งหมายถึงลำแสงหรือรังสี โลหะนี้ถูกค้นพบไม่ใช่จากการแผ่รังสีของตัวมันเอง แต่จากการแผ่รังสีของผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการสลายตัว^{[ 28 ] [ 29 ]}เนื่องจากแอคติเนียมและแลนทานัมมีความคล้ายคลึงกันมากและมีปริมาณน้อย แอคติเนียมบริสุทธิ์จึงสามารถผลิตได้ในปี 1950 เท่านั้น คำว่าแอคติไนด์น่าจะถูกนำมาใช้โดยวิกเตอร์ โกลด์ชมิดต์ในปี 1937 ^{[ 30 ] [ 31 ]}

โปรแทคติเนียมอาจถูกแยกได้ในปี พ.ศ. 2443 โดยวิลเลียม ครูกส์ [ ^{32 ] มัน}ถูกระบุครั้งแรกในปี พ.ศ. 2456 เมื่อคาซิมีร์ ฟาจานส์และออสวาลด์ เฮลมุท เกอริง พบไอโซโทป ^234m Pa ที่มีอายุสั้น(ครึ่งชีวิต 1.17 นาที) ในระหว่างการศึกษาห่วงโซ่การสลายตัวของ²³⁸ Uพวกเขาตั้งชื่อธาตุใหม่นี้ว่าเบรเวียม (จากภาษาละตินbrevisซึ่งหมายถึงสั้น) ^{[ 33 ] [ 34 ]}ชื่อถูกเปลี่ยนเป็นโปรโตแอคทิเนียม (จากภาษากรีก πρῶτος + ἀκτίς หมายถึง "ธาตุลำแสงแรก") ในปี 1918 เมื่อนักวิทยาศาสตร์สองกลุ่ม นำโดยLise Meitner ชาวออสเตรีย และOtto Hahnชาวเยอรมัน และFrederick SoddyและJohn Arnold Cranston ชาวอังกฤษ ได้ค้นพบ ²³¹ Pa ที่มีอายุยืนยาวกว่ามาก โดยอิสระ ชื่อถูกย่อเป็นโปรแทคติเนียมในปี 1949 ธาตุนี้แทบไม่มีการศึกษาลักษณะเฉพาะจนกระทั่งปี 1960 เมื่อAlfred Maddockและเพื่อนร่วมงานของเขาในสหราชอาณาจักรได้แยกโปรแทคติเนียม 130 กรัมจากของเสีย 60 ตันที่เหลือหลังจากการสกัดยูเรเนียมจากแร่^{[ 35 ]}

เนปทูเนียม (ตั้งชื่อตามดาวเนปจูนดาวเคราะห์ดวงถัดจากดาวยูเรนัส ซึ่งเป็นที่มาของชื่อยูเรเนียม) ถูกค้นพบโดยเอ็ดวิน แมคมิลแลนและฟิลิป เอช. แอเบลสันในปี 1940 ที่เบิร์กลีย์ รัฐแคลิฟอร์เนีย [ ^{36 ] พวก}เขาผลิต ไอโซโทป ²³⁹ Np (ครึ่งชีวิต 2.4 วัน) โดยการยิงยูเรเนียมด้วยนิวตรอน ช้า ^{[ 35 ]}มันเป็นธาตุทรานส์ยูเรเนียมตัวแรกที่ผลิตขึ้นโดยสังเคราะห์^{[ 37 ]}

ธาตุทรานส์ยูเรเนียมไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติในปริมาณมาก และโดยทั่วไปจะสังเคราะห์ขึ้นผ่านปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ดำเนินการด้วยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ตัวอย่างเช่น ภายใต้การฉายรังสีด้วยนิวตรอนจากเครื่องปฏิกรณ์ยูเรเนียม-238 จะเปลี่ยนไปเป็น พลูโทเนียม -239บางส่วน

${\displaystyle {\ce {{^{238}_{92}U}+{}_{0}^{1}n->{}_{92}^{239}U->[\beta ^{-}][23.5\ {\ce {min}}]{}_{93}^{239}Np->[\beta ^{-}][2.3\ {\ce {days}}]{}_{94}^{239}Pu}}\left({\ce {->[\alpha ][2.4\cdot 10^{4}\ {\ce {years}}]}}\right){\ce {^{235}_{92}U}}}$

ปฏิกิริยาการสังเคราะห์นี้ถูกใช้โดยเฟอร์มิและผู้ร่วมงานของเขาในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ที่ตั้งอยู่ที่ไซต์แฮนฟอร์ดซึ่งผลิตพลูโทเนียม-239 จำนวนมากสำหรับอาวุธนิวเคลียร์ของโครงการแมนฮัตตันและคลังอาวุธนิวเคลียร์หลังสงครามของสหรัฐอเมริกา^{[ 38 ]}

ธาตุแอคติไนด์ที่มีเลขมวลสูงสุดนั้นสังเคราะห์ขึ้นโดยการยิงยูเรเนียม พลูโทเนียม คูเรียม และแคลิฟอร์เนียมด้วยไอออนของไนโตรเจน ออกซิเจน คาร์บอน นีออน หรือโบรอนในเครื่องเร่งอนุภาคดังนั้นโนเบเลียมจึงถูกผลิตขึ้นโดยการยิงยูเรเนียม-238 ด้วยนีออน -22

${\displaystyle {\ce {_{92}^{238}U + _{10}^{22}Ne -> _{102}^{256}ไม่ + 4_0^1n}}}$.

ไอโซโทปแรกของธาตุทรานส์พลูโทเนียม ได้แก่อเมริเซียม-241และคูเรียม-242ได้รับการสังเคราะห์ขึ้นในปี พ.ศ. 2487 โดยGlenn T. Seaborg , Ralph A. JamesและAlbert Ghiorso [ ^{39 ] คูเรียม} -242 ได้รับมาจากการยิงพลูโทเนียม-239 ด้วยอนุภาคอัลฟา 32 MeV:

${\displaystyle {\ce {_{94}^{239}ปู + _2^4He -> _{96}^{242}Cm + _0^1n}}}$.

ไอโซโทปอะเมริเซียม-241 และคูเรียม-242 ก็ผลิตขึ้นโดยการฉายรังสีพลูโตเนียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เช่นกัน ธาตุหลังนี้ได้รับการตั้งชื่อตามมารี คูรีและสามีของเธอปิแอร์ซึ่งมีชื่อเสียงจากการค้นพบเรเดียมและจากผลงานของพวกเขาในด้านกัมมันตภาพรังสี^{[ 40 ]}

การระดมยิงคูเรียม-242 ด้วยอนุภาคอัลฟาทำให้เกิดไอโซโทปของแคลิฟอร์เนียม²⁴⁵ Cfในปี 1950 และกระบวนการที่คล้ายกันนี้ทำให้เกิดเบอร์เคเลียม-243จากอะเมริเซียม-241 ในปี 1949 ^{[ 41 ]}ธาตุใหม่เหล่านี้ได้รับการตั้งชื่อตาม เมือง เบิร์กลีย์ รัฐแคลิฟอร์เนียโดยเปรียบเทียบกับธาตุ แลนทานัม ที่เป็นโฮโมล็อกอย่างเทอร์เบียม ซึ่งได้รับการตั้งชื่อตามหมู่บ้านYtterbyในประเทศสวีเดน^{[ 42 ]}

ในปี พ.ศ. 2488 บีบี คันนิงแฮม ได้ผลิตสารประกอบเคมีจำนวนมากชนิดแรกของธาตุทรานส์พลูโทเนียม นั่นคืออะเมริเซียมไฮดรอก ไซด์ ^{[ 43 ]}ในช่วงไม่กี่ปีต่อมา มีการสะสมอะเมริเซียมในปริมาณมิลลิกรัมและคูเรียมในปริมาณไมโครกรัม ซึ่งทำให้สามารถผลิตไอโซโทปของเบอร์เคเลียม^{[ 44 ] [ 45 ]}และแคลิฟอร์เนียม^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]}มีการผลิตธาตุเหล่านี้ในปริมาณมากในปี พ.ศ. 2491 ^{[ 49 ]}และสารประกอบแคลิฟอร์เนียมชนิดแรก (0.3 ไมโครกรัมของ CfOCl) ได้รับในปี พ.ศ. 2503 โดยบีบี คันนิงแฮม และเจซี วอลล์แมนน์^{[ 50 ]}

ไอน์สไตเนียมและเฟอร์เมียมถูกค้นพบในช่วงปี 1952–1953 จากกัมมันตรังสีที่ตกค้างจากการทดสอบนิวเคลียร์ " ไอวี ไมค์ " (1 พฤศจิกายน 1952) ซึ่งเป็นการทดสอบระเบิดไฮโดรเจนที่ประสบความสำเร็จครั้งแรก การที่ยูเรเนียม-238 สัมผัสกับฟลักซ์นิวตรอนจำนวนมากจากการระเบิดในทันที ทำให้เกิดไอโซโทปหนักของยูเรเนียม ซึ่ง undergoes การสลายตัวแบบเบตา หลายขั้นตอน ไปเป็นนิวไคลด์ เช่นไอน์สไตเนียม-253และเฟอร์เมียม-255การค้นพบธาตุใหม่และข้อมูลใหม่เกี่ยวกับการจับนิวตรอนถูกเก็บเป็นความลับตามคำสั่งของกองทัพสหรัฐฯ จนถึงปี 1955 เนื่องจากความตึงเครียดในสงครามเย็น^{[ 8 ] [ 51 ]}อย่างไรก็ตาม ทีมงานเบิร์กลีย์สามารถเตรียมไอน์สไตเนียมและเฟอร์เมียมได้ด้วยวิธีการพลเรือน ผ่านการระดมยิงนิวตรอนของพลูโทเนียม-239 และตีพิมพ์ผลงานนี้ในปี 1954 พร้อมกับคำชี้แจงว่าไม่ใช่การศึกษาครั้งแรกที่ดำเนินการเกี่ยวกับธาตุเหล่านั้น^{[ 52 ] [ 53 ]}การศึกษา "Ivy Mike" ได้รับการเปิดเผยและตีพิมพ์ในปี 1955 ^{[ 51 ]}ไอน์สไตเนียมในปริมาณมาก (ระดับไมโครกรัม) ครั้งแรกถูกผลิตขึ้นในปี 1961 โดยคันนิงแฮมและเพื่อนร่วมงาน แต่ยังไม่ได้ดำเนินการเช่นเดียวกันสำหรับเฟอร์เมียม^{[ 54 ]}

ไอโซโทปแรกของเมนเดเลเวียม²⁵⁶ Md (ครึ่งชีวิต 87 นาที) ได้รับการสังเคราะห์โดย Albert Ghiorso, Glenn T. Seaborg, Gregory Robert Choppin , Bernard G. Harvey และStanley Gerald Thompsonเมื่อพวกเขายิงอนุภาคอัล ฟา ใส่เป้าหมาย^{253 Es ใน} ไซโคลตรอนขนาด 60 นิ้วของห้องปฏิบัติการรังสีเบิร์กลีย์ นี่เป็นไอโซโทปแรกของธาตุใดๆ ที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นทีละอะตอม^{[ 55 ]}

มีการพยายามหลายครั้งเพื่อให้ได้ไอโซโทปของโนเบเลียมโดยกลุ่มชาวสวีเดน (1957) และชาวอเมริกัน (1958) แต่ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือครั้งแรกคือการสังเคราะห์²⁵⁶ Noโดยกลุ่มชาวรัสเซียของGeorgy Flyorovในปี 1965 ซึ่งได้รับการยอมรับโดยIUPACในปี 1992 ในการทดลองของพวกเขา Flyorov และคณะได้ยิงยูเรเนียม-238 ด้วยนีออน-22 ^{[ 9 ]}

ในปี พ.ศ. 2504 Ghiorso และคณะได้ค้นพบไอโซโทปแรกของลอว์เรนเซียมโดยการฉายรังสีแคลิฟอร์เนียม (ส่วนใหญ่เป็นแคลิฟอร์เนียม-252 ) ด้วยไอออนโบรอน-10และโบรอน-11 ^{[ 9 ]}ในขณะนั้นยังไม่มีการกำหนดเลขมวลของไอโซโทปนี้อย่างชัดเจน (อาจจะเป็น 258 หรือ 259) ในปี พ.ศ. 2508 Flyorov และคณะได้สังเคราะห์²⁵⁶ Lr จาก ²⁴³ Amและ¹⁸ Oดังนั้น IUPAC จึงยอมรับทีมฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่ Dubna และ Berkeley ว่าเป็นผู้ร่วมค้นพบลอว์เรนเซียม

ไอโซโทปของแอคติเนียม 34 ชนิดและสถานะไอโซเมอร์ ที่กระตุ้น 8 สถานะ ของนิวไคลด์ บางชนิดของมัน เป็นที่รู้จัก โดยมีเลขมวลตั้งแต่ 203 ถึง 236 ^{[ 56 ]}ไอโซโทป 3 ชนิด ได้แก่²²⁵ Ac , ²²⁷ Acและ²²⁸ Acพบได้ในธรรมชาติ ส่วนไอโซโทปอื่นๆ ผลิตขึ้นในห้องปฏิบัติการ มีเพียงไอโซโทปธรรมชาติ 3 ชนิดเท่านั้นที่ใช้ในงานต่างๆ แอคติเนียม-225 เป็นสมาชิกของอนุกรมเนปทูเนียมกัมมันตรังสี^{[ 59 ]}มันถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1947 ในฐานะผลผลิตจากการสลายตัวของยูเรเนียม-233และเป็นตัวปล่อย α ที่มีครึ่งชีวิต 10 วัน แอคติเนียม-225 มีให้ใช้ได้น้อยกว่าแอคติเนียม-228 แต่มีแนวโน้มที่ดีกว่าในการใช้งานเป็นสารติดตามรังสี^{[ 29 ]}แอคติเนียม-227 (ครึ่งชีวิต 21.77 ปี) พบได้ในแร่ยูเรเนียมทั้งหมด แต่ในปริมาณน้อย ยูเรเนียม 1 กรัม (ในสภาวะสมดุลทางกัมมันตรังสี) ประกอบด้วยเพียง 2 × 10⁻¹⁰กรัมของ ²²⁷ Ac ^{[ 29 ] [ 56 ]}แอคติเนียม-228 เป็นสมาชิกของอนุกรมทอเรียมกัมมันตรังสีที่เกิดจากการสลายตัวของ ²²⁸ Ra ; ^{[ 59 ]}เป็นตัวปล่อย β ⁻ที่มีครึ่งชีวิต 6.15 ชั่วโมง ในทอเรียมหนึ่งตันมี 5 × 10⁻⁸กรัมของ ²²⁸ Ac. ถูกค้นพบโดย Otto Hahnในปี พ.ศ. 2449 ^{[ 29 ]}

มีไอโซโทปของธอร์เรียม ที่รู้จักกัน 32 ชนิด ซึ่งมีเลขมวลตั้งแต่ 207 ถึง 238 ^{[ 56 ]}ในจำนวนนี้ ไอโซโทปที่มีอายุยืนยาวที่สุดคือ^232Thซึ่งมีครึ่งชีวิตเท่ากับ1.4 × 10¹⁰  ปีหมายความว่ามันยังคงมีอยู่ในธรรมชาติในฐานะ^นิวไคลด์ดั้งเดิม ไอโซโทปที่มีอายุยืนยาวรองลงมาคือ^230Thซึ่งเป็นผลผลิตจากการสลายตัวขั้นกลางของ^238Uโดยมีครึ่งชีวิต 75,400 ปี ไอโซโทปของธอร์เรียมอื่นๆ อีกหลายชนิดมีครึ่งชีวิตมากกว่าหนึ่งวัน ไอโซโทปเหล่านี้ทั้งหมดก็เป็นเพียงสารที่เกิดขึ้นชั่วคราวในห่วงโซ่การสลายตัวของ^232Th , ^235Uและ^238U เช่น กัน

ไอโซโทปของโปรแทคติเนียม ที่รู้จักมีทั้งหมด 29 ไอโซโทป โดยมีเลขมวล 211–239 ^{[ 56 ]}รวมถึงสถานะไอโซเมอร์ ที่กระตุ้นอีก 3 สถานะ มี เพียง²³¹ Paและ²³⁴ Pa เท่านั้น ที่พบในธรรมชาติ ไอโซโทปทั้งหมดมีอายุขัยสั้น ยกเว้นโปรแทคติเนียม-231 (ครึ่งชีวิต 32,760 ปี) ไอโซโทปที่สำคัญที่สุดคือ²³¹ Pa และ²³³ Paซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในการผลิตยูเรเนียม-233 และเป็นไอโซโทปสังเคราะห์ของโปรแทคติเนียมที่ราคาไม่แพงที่สุด²³³ Pa มีครึ่งชีวิตและพลังงานของรังสีแกมมา ที่เหมาะสม จึงถูกนำมาใช้ในการศึกษาเคมีของโปรแทคติเนียมเป็นส่วนใหญ่ โปรแทคติเนียม-233 เป็นตัวปล่อยรังสีเบตาที่มีครึ่งชีวิต 26.97 วัน^{[ 56 ] [ 60 ]}

There are 27 known isotopes of uranium, having mass numbers 215–242 (except 220).^[57] Three of them, ²³⁴U, ²³⁵U and ²³⁸U, are present in appreciable quantities in nature. Among others, the most important is ²³³U, which is a final product of transformation of ²³²Th irradiated by slow neutrons. ²³³U has a much higher fission efficiency by low-energy (thermal) neutrons, compared e.g. with ²³⁵U. Most uranium chemistry studies were carried out on uranium-238 owing to its long half-life of 4.4×10⁹ years.^[61]

There are 25 isotopes of neptunium with mass numbers 219–244 (except 221);^[57] they are all highly radioactive. The most popular among scientists are long-lived ²³⁷Np (t_1/2 = 2.20×10⁶ years) and short-lived ²³⁹Np, ²³⁸Np (t_1/2 ~ 2 days).^[37]

There are 21 known isotopes of plutonium, having mass numbers 227–247.^[57] The most stable isotope of plutonium is ²⁴⁴Pu with half-life of 8.13×10⁷ years.^[56]

Eighteen isotopes of americium are known with mass numbers from 229 to 247 (with the exception of 231).^[57] The most important are ²⁴¹Am and ²⁴³Am, which are alpha-emitters and also emit soft, but intense γ-rays; both of them can be obtained in an isotopically pure form. Chemical properties of americium were first studied with ²⁴¹Am, but later shifted to ²⁴³Am, which is almost 20 times less radioactive. The disadvantage of ²⁴³Am is production of the short-lived daughter isotope ²³⁹Np, which has to be considered in the data analysis.^[62]

ในบรรดา ไอโซโทปของคูเรียม 19 ชนิดซึ่งมีเลขมวลตั้งแต่ 233 ถึง 251 ^{[ 57 ]}ไอโซโทปที่เข้าถึงได้ง่ายที่สุดคือ²⁴² Cm และ²⁴⁴ Cm ซึ่งเป็นไอโซโทปที่ปล่อยรังสีอัลฟา แต่มีอายุขัยสั้นกว่าไอโซโทปของอะเมริเซียมมาก ไอโซโทปเหล่านี้แทบจะไม่ปล่อยรังสีแกมมาเลย แต่จะเกิดการแตกตัวแบบสปอนเทเนียสพร้อมกับการปล่อยนิวตรอน ไอโซโทปของคูเรียมที่มีอายุยืนยาวกว่า ( ^245–248 Cm ซึ่งทั้งหมดเป็นไอโซโทปที่ปล่อยรังสีอัลฟา) จะเกิดขึ้นเป็นส่วนผสมระหว่างการฉายรังสีนิวตรอนของพลูโทเนียมหรืออะเมริเซียม เมื่อฉายรังสีในระยะเวลาสั้นๆ ส่วนผสมนี้จะมี²⁴⁶ Cm เป็นส่วนใหญ่ จากนั้น²⁴⁸ Cm จะเริ่มสะสม ไอโซโทปทั้งสองนี้ โดยเฉพาะ²⁴⁸ Cm มีครึ่งชีวิตที่ยาวนานกว่า (3.48 × 10ไอโซโทปของคูเรียมมีอายุการใช้งานยาวนานที่สุด (1.56 ^{× 10⁻⁵}ปี) และสะดวกกว่ามากสำหรับการทำวิจัยทางเคมีเมื่อเทียบกับ ²⁴² Cm และ ²⁴⁴ Cm แต่ก็มีอัตราการแตกตัวโดยธรรมชาติค่อนข้างสูงเช่นกัน ^{247 Cm มีอายุการใช้งานยาวนานที่สุดในบรรดาไอโซโทปของคูเรียม (1.56} × 10⁻⁵ ปี)⁽⁷ปี) แต่ไม่เกิดขึ้นในปริมาณมากเนื่องจากการแตกตัวอย่างรุนแรงที่เกิดจากนิวตรอนความร้อน

ไอโซโทปของเบอร์เคเลียมจำนวน 17 ชนิดได้รับการระบุด้วยเลขมวล 233, 234, 236, 238 และ 240–252 ^{[ 57 ]}มีเพียง²⁴⁹ Bk เท่านั้นที่มีอยู่เป็นจำนวนมาก มีครึ่งชีวิตค่อนข้างสั้นที่ 330 วัน และปล่อยอนุภาคเบตา อ่อนเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งไม่สะดวกต่อการตรวจจับรังสีอัลฟา ของมัน ค่อนข้างอ่อน (1.45 × 10⁻³ % เมื่อเทียบกับรังสีเบตา) แต่บางครั้งก็ใช้เพื่อตรวจจับไอโซโทปนี้ ^247Bkเป็นตัวปล่อยอัลฟาที่มีครึ่งชีวิตยาวนานถึง 1,380 ปี แต่หาได้ยากในปริมาณที่มากพอ มันไม่ได้เกิดขึ้นจากการฉายรังสีนิวตรอนของพลูโทเนียมเพราะการสลายตัวแบบเบตาของไอโซโทปคูเรียมที่มีเลขมวลต่ำกว่า 248 ยังไม่เป็นที่รู้จัก ^{[ 62 ]} ( ^247Cmจะปล่อยพลังงานออกมาโดยการสลายตัวแบบเบตาเป็น ^247Bkแต่ไม่เคยพบเห็นมาก่อน)

ไอโซโทปของแคลิฟอร์เนียม 20 ชนิดที่มีเลขมวล 237–256 เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์^{[ 57 ]}แคลิฟอร์เนียม-253 เป็นตัวปล่อยรังสีเบตา และส่วนที่เหลือเป็นตัวปล่อยรังสีอัลฟา ไอโซโทปที่มีเลขมวลคู่ ( ²⁵⁰ Cf, ²⁵² Cf และ²⁵⁴ Cf) มีอัตราการแตกตัวแบบสปอนเทเนียสสูง โดยเฉพาะ²⁵⁴ Cf ซึ่ง 99.7% สลายตัวด้วยการแตกตัวแบบสปอนเทเนียส แคลิฟอร์เนียม-249 มีครึ่งชีวิตค่อนข้างยาว (352 ปี) มีการแตกตัวแบบสปอนเทเนียสที่อ่อน และมีการปล่อยรังสีแกมมาที่รุนแรง ทำให้สามารถระบุได้ง่าย²⁴⁹ Cf ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นในปริมาณมากในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เนื่องจากการสลายตัวแบบเบตาที่ช้าของไอโซโทปต้นกำเนิด²⁴⁹ Bk และภาคตัดขวางขนาดใหญ่ของการปฏิสัมพันธ์กับนิวตรอน แต่สามารถสะสมได้ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ทางไอโซโทปในฐานะผลิตภัณฑ์การสลายตัวแบบเบตาของ²⁴⁹ Bk (ที่เลือกไว้ล่วงหน้า) แคลิฟอร์เนียมที่ผลิตโดยการฉายรังสีพลูโทเนียมในเครื่องปฏิกรณ์ส่วนใหญ่ประกอบด้วย²⁵⁰ Cf และ²⁵² Cf โดยที่ 252 Cf จะเป็นส่วนประกอบหลักสำหรับฟลักซ์นิวตรอนขนาดใหญ่ และการศึกษาของมันถูกขัดขวางโดยรังสีนิวตรอนที่รุนแรง^{[ 63 ]}

ในบรรดาไอโซโทปของไอน์สไตเนียม ที่รู้จัก 18 ชนิด ที่มีเลขมวลตั้งแต่ 240 ถึง 257 ^{[ 57 ]}ไอโซโทปที่ราคาไม่แพงที่สุดคือ^{253 Es ไอโซโทปนี้เป็นตัวปล่อย α ที่มีครึ่งชีวิต 20.47 วัน มีการปล่อย γ ที่ค่อนข้างอ่อน และมีอัตราการแตกตัวแบบสปอนเทเนียสต่ำเมื่อเทียบกับไอโซโทปของแคลิฟอร์เนียม การฉายรังสีนิวตรอนเป็นเวลานานยังทำให้เกิดไอโซโทป 254} Es ที่มีอายุยืนยาว(t _1/2  = 275.5 วัน) ^{[ 63 ]}

ไอโซโทปของเฟอร์เมียม ที่รู้จักมี ทั้งหมด 20 ชนิดโดยมีเลขมวล 241–260 ²⁵⁴ Fm, ²⁵⁵ Fm และ²⁵⁶ Fm เป็นตัวปล่อยอนุภาคอัลฟาที่มีครึ่งชีวิตสั้น (ไม่กี่ชั่วโมง) ซึ่งสามารถแยกออกมาได้ในปริมาณมาก²⁵⁷ Fm (t _1/2 = 100 วัน) สามารถสะสมได้เมื่อได้รับรังสีเป็นเวลานานและรุนแรง ไอโซโทปเหล่านี้ทั้งหมดมีลักษณะเฉพาะคือมีอัตราการแตกตัวแบบเกิดขึ้นเองสูง^{[ 63 ] [ 65 ]}

ในบรรดาไอโซโทปของเมนเดเลเวียม ที่รู้จัก 17 ชนิด (เลขมวลตั้งแต่ 244 ถึง 260) ^{[ 57 ]}ไอโซโทปที่ได้รับการศึกษามากที่สุดคือ²⁵⁶ Md ซึ่งสลายตัวส่วนใหญ่ผ่านการจับอิเล็กตรอน (การแผ่รังสีอัลฟาประมาณ 10%) โดยมีครึ่งชีวิต 77 นาที ไอโซโทปที่ปล่อยรังสีอัลฟาอีกชนิดหนึ่งคือ²⁵⁸ Md มีครึ่งชีวิต 53 วัน ไอโซโทปทั้งสองนี้ผลิตจากไอน์สไตเนียมที่หายาก ( ²⁵³ Es และ²⁵⁵ Es ตามลำดับ) ดังนั้นจึงจำกัดปริมาณของไอโซโทปเหล่านี้^{[ 56 ]}

ไอโซโทปของโนเบเลียมที่มีอายุยืนยาวและไอโซโทปของลอว์เรนเซียม (และธาตุที่หนักกว่า) มีครึ่งชีวิตค่อนข้างสั้น สำหรับโนเบเลียม มีไอโซโทปที่รู้จัก 13 ชนิด โดยมีเลขมวล 249–260 และ 262 คุณสมบัติทางเคมีของโนเบเลียมและลอว์เรนเซียมได้รับการศึกษาด้วย²⁵⁵ No (t _1/2  = 3 นาที) และ²⁵⁶ Lr (t _1/2  = 35 วินาที) ไอโซโทปของโนเบเลียมที่มีอายุยืนยาวที่สุดคือ²⁵⁹ No ซึ่งมีครึ่งชีวิตประมาณ 1 ชั่วโมง^{[ 56 ]}ลอว์เรนเซียมมีไอโซโทปที่รู้จัก 14 ชนิด โดยมีเลขมวล 251–262, 264 และ 266 ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดคือ²⁶⁶ Lr ซึ่งมีครึ่งชีวิต 11 ชั่วโมง

ในบรรดาไอโซโทปทั้งหมดนี้ ไอโซโทปเดียวที่เกิดขึ้นในปริมาณที่เพียงพอในธรรมชาติจนสามารถตรวจพบได้มากกว่าปริมาณเล็กน้อยและมีส่วนช่วยที่วัดได้ต่อน้ำหนักอะตอมของแอคติไนด์คือ²³² Th, ²³⁵ U และ²³⁸ U ดั้งเดิม และผลิตภัณฑ์การสลายตัวที่มีอายุยืนยาวสามชนิดของยูเรเนียมธรรมชาติ ได้แก่²³⁰ Th, ²³¹ Pa และ^{234 U ธอเรียมธรรมชาติประกอบด้วย 230} Th 0.02(2)% และ²³² Th 99.98(2)% โปรแทคติเนียมธรรมชาติประกอบด้วย²³¹ Pa 100% และยูเรเนียมธรรมชาติประกอบด้วย^{234 U 0.0054(5)% 235 U 0.7204 (} 6)% และ ²³⁸ U 99.2742(10)% ^{[ 66 ]}

แผนภาพการสร้างรูปของแอคติไนด์เป็นตารางของนิวไคลด์ โดยมีจำนวนนิวตรอนอยู่บนแกนแนวนอน (ไอโซโทป) และจำนวนโปรตอนอยู่บนแกนแนวตั้ง (ธาตุ) จุดสีแดงแบ่งนิวไคลด์ออกเป็นสองกลุ่ม ทำให้แผนภาพดูมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น นิวไคลด์แต่ละตัวแสดงด้วยสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีเลขมวลของธาตุและครึ่งชีวิต^{[ 67 ]}ไอโซโทปแอคติไนด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ (Th, U) จะถูกทำเครื่องหมายด้วยเส้นขอบหนา ไอโซโทปที่ปล่อยอัลฟาจะมีสีเหลือง และไอโซโทปที่ปล่อยเบตาจะมีสีน้ำเงิน สีชมพูแสดงถึงการจับอิเล็กตรอน ( ^{236 Np ) ในขณะที่สีขาวแสดงถึง} สถานะกึ่งเสถียรที่คงอยู่ยาวนาน( ²⁴² Am )

การก่อตัวของนิวไคลด์แอคติไนด์มีลักษณะเด่นหลักๆ ดังนี้: ^{[ 68 ]}

• ปฏิกิริยา การจับนิวตรอน (n,γ) ซึ่งแสดงในรูปด้วยลูกศรชี้ไปทางขวาสั้นๆ
• ปฏิกิริยา (n,2n) และปฏิกิริยา (γ,n) ที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนักก็ถูกนำมาพิจารณาด้วยเช่นกัน โดยทั้งสองปฏิกิริยานี้จะถูกทำเครื่องหมายด้วยลูกศรชี้ไปทางซ้ายสั้นๆ
• ปฏิกิริยา (n,3n) เกิดขึ้นได้ยากยิ่งกว่า และเกิดขึ้นได้เฉพาะจากนิวตรอนเร็วเท่านั้น ซึ่งแสดงในรูปด้วยตัวอย่างหนึ่งที่ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรยาวชี้ไปทางซ้าย

นอกเหนือจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ ที่เกิดจากนิวตรอนหรือแกมมาแล้ว การเปลี่ยนสภาพกัมมันตรังสีของนิวไคลด์แอคติไนด์ยังส่งผลต่อปริมาณนิวไคลด์ในเครื่องปฏิกรณ์ด้วย ประเภทของการสลายตัวเหล่านี้แสดงด้วยลูกศรแนวทแยงในภาพ การสลายตัวแบบเบตา ลบ (แสดงด้วยลูกศรชี้ขึ้นซ้าย) มีบทบาทสำคัญต่อความสมดุลของความหนาแน่นของอนุภาคของนิวไคลด์ นิวไคลด์ที่สลายตัวโดยการปล่อยโพซิตรอน (การสลายตัวแบบเบตาบวก) หรือการจับอิเล็กตรอน (ϵ) จะไม่เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ยกเว้นเป็นผลผลิตจากปฏิกิริยาการน็อคเอาท์ การสลายตัวของพวกมันแสดงด้วยลูกศรชี้ลงขวา เนื่องจากครึ่งชีวิตที่ยาวนานของนิวไคลด์ที่กำหนดการสลายตัวแบบอัลฟาจึงแทบไม่มีบทบาทในการก่อตัวและการสลายตัวของแอคติไนด์ในเครื่องปฏิกรณ์ไฟฟ้า เนื่องจากระยะเวลาการคงอยู่ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในแกนเครื่องปฏิกรณ์ค่อนข้างสั้น (ไม่กี่ปี) ข้อยกเว้นคือไอโซโทปที่มีอายุสั้นสองชนิด ได้แก่²⁴² Cm (ครึ่ง_{ชีวิต}  = 163 วัน) และ²³⁶ Pu (ครึ่ง_{ชีวิต}  = 2.9 ปี) เฉพาะในสองกรณีนี้เท่านั้น การสลายตัวแบบอัลฟาจะถูกทำเครื่องหมายบนแผนที่ไอโซโทปด้วยลูกศรยาวชี้ลงไปทางซ้าย ไอโซโทปแอคติไนด์ที่มีอายุยืนยาวบางชนิด เช่น²⁴⁴ Pu และ²⁵⁰ Cm ไม่สามารถผลิตได้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เนื่องจากกระบวนการจับนิวตรอนไม่เกิดขึ้นเร็วพอที่จะข้ามผ่านไอโซโทปที่สลายตัวแบบเบตาที่มีอายุสั้นอย่าง²⁴³ Pu และ ²⁴⁹ Cm ได้ อย่างไรก็ตาม ไอโซโทปเหล่านี้สามารถสร้างขึ้นได้ในการระเบิดนิวเคลียร์ ซึ่งมีฟลักซ์นิวตรอนสูงกว่ามาก

ธอร์เรียมและยูเรเนียมเป็นแอคติไนด์ที่พบมากที่สุดในธรรมชาติ โดยมีความเข้มข้นของมวลอยู่ที่ 16 ppm และ 4 ppm ตามลำดับ^{[ 69 ]}ยูเรเนียมส่วนใหญ่พบในเปลือกโลกในรูปของส่วนผสมของออกไซด์ในแร่ยูราไนต์ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าพิตช์เบลนด์เนื่องจากมีสีดำ นอกจากนี้ยังมีแร่ยูเรเนียม อื่นๆ อีกหลายสิบชนิด เช่นคาร์โนไทต์ (KUO ₂ VO ₄ ·3H ₂ O) และออทูไนต์ (Ca(UO ₂ ) ₂ (PO ₄ ) ₂ ·nH ₂ O) องค์ประกอบไอโซโทปของยูเรเนียมธรรมชาติคือ²³⁸ U (ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ 99.2742%), ²³⁵ U (0.7204%) และ²³⁴ U (0.0054%); ในจำนวนนี้²³⁸ U มีครึ่งชีวิตที่ยาวที่สุดคือ 4.51 × 10⁹ปี ^{[ 70 ] [ 71 ]}การผลิตยูเรเนียมทั่วโลกในปี 2552 มีจำนวน 50,572ตันโดย 27.3% มาจากการทำเหมืองในคาซัคสถานประเทศอื่นๆ ที่ทำเหมืองยูเรเนียมสำคัญ ได้แก่ แคนาดา (20.1%), ออสเตรเลีย (15.7%),นามิเบีย (9.1%),รัสเซีย (7.0%) และไนเจอร์ (6.4%) ^{[ 72 ]}

The most abundant thorium minerals are thorianite (ThO₂), thorite (ThSiO₄) and monazite, ((Th,Ca,Ce)PO₄). Most thorium minerals contain uranium and vice versa; and they all have significant fraction of lanthanides. Rich deposits of thorium minerals are located in the United States (440,000 tonnes), Australia and India (~300,000 tonnes each) and Canada (~100,000 tonnes).^[74]

The abundance of actinium in the Earth's crust is only about 5×10⁻¹⁵%.^[60] Actinium is mostly present in uranium-containing, but also in other minerals, though in much smaller quantities. The content of actinium in most natural objects corresponds to the isotopic equilibrium of parent isotope ²³⁵U, and it is not affected by the weak Ac migration.^[29] Protactinium is more abundant (10⁻¹²%) in the Earth's crust than actinium. It was discovered in uranium ore in 1913 by Fajans and Göhring.^[33] As actinium, the distribution of protactinium follows that of ²³⁵U.^[60]

The half-life of the longest-lived isotope of neptunium, ²³⁷Np, is negligible compared to the age of the Earth. Thus neptunium is present in nature in negligible amounts produced as intermediate decay products of other isotopes.^[37] Traces of plutonium in uranium minerals were first found in 1942, and the more systematic results on ²³⁹Pu are summarized in the table (no other plutonium isotopes could be detected in those samples). The upper limit of abundance of the longest-living isotope of plutonium, ²⁴⁴Pu, is 3×10⁻²⁰%. Plutonium could not be detected in samples of lunar soil. Owing to its scarcity in nature, most plutonium is produced synthetically.^[73]

Owing to the low abundance of actinides, their extraction is a complex, multistep process. Fluorides of actinides are usually used because they are insoluble in water and can be easily separated with redox reactions. Fluorides are reduced with calcium, magnesium or barium:^[75]

${\displaystyle {\begin{array}{l}{}\\{\ce {2AmF3{}+3Ba->[{\ce {1150-1350^{\circ }C}}]3BaF2{}+2Am}}\\{\ce {PuF4{}+2Ba->[{\ce {1200^{\circ }C}}]2BaF2{}+Pu}}\\{\ce {UF4{}+2Mg->[{\ce {>500^{\circ }C}}]U{}+2MgF2}}\\{}\end{array}}}$

ในบรรดาแอกทิไนด์ ธอร์เรียมและยูเรเนียมเป็นธาตุที่แยกได้ง่ายที่สุด ธอร์เรียมส่วนใหญ่สกัดได้จากโมนาไซต์โดยธอร์เรียม ไพโร ฟอสเฟต (ThP ₂ O ₇ ) จะทำปฏิกิริยากับกรดไนตริกและธอร์เรียมไนเตรต ที่ได้ จะถูกบำบัดด้วยไตรบิวทิลฟอสเฟต ธาตุหายากที่เป็นสารเจือปนจะถูกแยกออกโดยการเพิ่มค่า pHในสารละลายซัลเฟต^{[ 75 ]}

ในวิธีการสกัดอีกวิธีหนึ่ง โมนาไซต์จะถูกสลายด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ ในน้ำ 45% ที่อุณหภูมิ 140 °C ไฮด รอกไซด์โลหะผสมจะถูกสกัดออกมาก่อน กรองที่อุณหภูมิ 80 °C ล้างด้วยน้ำ และละลายด้วยกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นจากนั้น สารละลายที่เป็นกรดจะถูกทำให้เป็นกลางด้วยไฮดรอกไซด์จนได้ค่า pH = 5.8 ซึ่งส่งผลให้เกิดการตกตะกอนของธอร์เรียมไฮดรอกไซด์ (Th(OH) ₄ ) ที่ปนเปื้อนด้วยไฮดรอกไซด์ของธาตุหายากประมาณ 3% ส่วนที่เหลือของไฮดรอกไซด์ของธาตุหายากจะยังคงอยู่ในสารละลาย ธอร์เรียมไฮดรอกไซด์จะถูกละลายในกรดอนินทรีย์แล้วจึงทำให้บริสุทธิ์จากธาตุหายากวิธีที่มีประสิทธิภาพคือการละลายธอร์เรียมไฮดรอกไซด์ในกรดไนตริก เนื่องจากสารละลายที่ได้สามารถทำให้บริสุทธิ์ได้โดยการสกัดด้วยตัวทำละลายอินทรีย์: ^{[ 75 ]}

Th(OH) ₄ + 4 HNO ₃ → Th(NO ₃ ) ₄ + 4 H ₂ O

ธอร์เรียมโลหะจะถูกแยกออกจากออกไซด์คลอไรด์หรือฟลูออไรด์ ที่ปราศจากน้ำ โดยการทำปฏิกิริยากับแคลเซียมในบรรยากาศเฉื่อย: ^{[ 77 ]}

ThO ₂ + 2 Ca → 2 CaO + Th

บางครั้งธอร์เรียมจะถูกสกัดโดยการอิเล็กโทรไลซิสของฟลูออไรด์ในส่วนผสมของโซเดียมคลอไรด์และโพแทสเซียมคลอไรด์ที่อุณหภูมิ 700–800 °C ใน เบ้าหลอมก ราไฟต์ธอร์เรียมที่มีความบริสุทธิ์สูงสามารถสกัดได้จากไอโอไดด์ด้วยกระบวนการแท่งผลึก^{[ 78 ]}

ยูเรเนียมถูกสกัดจากแร่ด้วยวิธีการต่างๆ วิธีหนึ่งคือการเผาแร่แล้วทำปฏิกิริยากับกรดไนตริกเพื่อเปลี่ยนยูเรเนียมให้อยู่ในสถานะละลาย การบำบัดสารละลายด้วยสารละลายไตรบิวทิลฟอสเฟต (TBP) ในน้ำมันก๊าดจะเปลี่ยนยูเรเนียมให้เป็นรูปแบบอินทรีย์ UO ₂ (NO ₃ ) ₂ (TBP) ₂สิ่งเจือปนที่ไม่ละลายจะถูกกรองออก และยูเรเนียมจะถูกสกัดโดยการทำปฏิกิริยากับไฮดรอกไซด์เป็น⁽ NH ₄ ) ₂ U ₂ O ₇หรือกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นUO ₄ ·2H ₂ O ^{[ 75} ]

เมื่อแร่ยูเรเนียมมีแร่ธาตุต่างๆ เช่นโดโลไมต์แมกนีไซต์ฯลฯ ในปริมาณมาก แร่ธาตุเหล่านั้นจะดูดซับกรดจำนวนมาก ในกรณีนี้จึงใช้วิธีคาร์บอเนตในการสกัดยูเรเนียม ส่วนประกอบหลักคือสารละลายโซเดียมคาร์บอเนตในน้ำซึ่งจะเปลี่ยนยูเรเนียมให้เป็นสารประกอบเชิงซ้อน [UO ₂ (CO ₃ ) ₃ ] ⁴⁻ซึ่งมีความเสถียรในสารละลายในน้ำที่ความเข้มข้นต่ำของไอออนไฮดรอกไซด์ ข้อดีของวิธีโซเดียมคาร์บอเนตคือสารเคมีมีฤทธิ์กัดกร่อน ต่ำ (เมื่อเทียบกับไนเตรต) และโลหะที่ไม่ใช่ยูเรเนียมส่วนใหญ่จะตกตะกอนออกจากสารละลาย ข้อเสียคือสารประกอบยูเรเนียมที่มีวาเลนซี 4 ก็จะตกตะกอนด้วยเช่นกัน ดังนั้นจึงต้องนำแร่ยูเรเนียมไปทำปฏิกิริยากับโซเดียมคาร์บอเนตที่อุณหภูมิสูงและภายใต้ความดันออกซิเจน

2 UO ₂ + O ₂ + 6 CO²⁻ ₃→ 2 [UO ₂ (CO ₃ ) ₃ ] ⁴⁻

สมการนี้แสดงให้เห็นว่าตัวทำละลายที่ดีที่สุดสำหรับ การประมวลผล ยูรานิลคาร์บอเนตคือส่วนผสมของคาร์บอเนตกับไบคาร์บอเนต ที่ค่า pH สูง จะส่งผลให้เกิดการตกตะกอนของไดอูราเนตซึ่งจะถูกบำบัดด้วยไฮโดรเจนในที่ที่มีนิกเกล ทำให้เกิดยูเรเนียมเตตระคาร์บอเนตที่ไม่ละลายน้ำ^{[ 75 ]}

_{อีกวิธีหนึ่งในการแยก สาร}คือการใช้เรซินพอลิเมอร์เป็นพอลิอิเล็กโทรไลต์กระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนในเรซินส่งผลให้เกิดการแยกยูเรเนียม ยูเรเนียมจากเรซินจะถูกล้างด้วยสารละลายแอมโมเนียมไนเตรตหรือกรดไนตริก ซึ่งจะได้ยูรานิลไนเตรต UO₂ (NO₃ ₎ ₂ _· 6H₂O _{เมื่อ ให้ความ ร้อน}จะเปลี่ยนเป็นUO₃ซึ่งจะถูกเปลี่ยนเป็น_UO₂ด้วยไฮโดรเจน

UO₃ + _H₂ → _UO₂ + _H₂O​​

การทำปฏิกิริยาของยูเรเนียมไดออกไซด์กับกรดไฮโดรฟลูออริกจะเปลี่ยนเป็นยูเรเนียมเตตระฟลูออไรด์ซึ่งจะให้โลหะยูเรเนียมเมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะแมกนีเซียม: ^{[ 77 ]}

4 HF + UO ₂ → UF ₄ + 2 H ₂ O

ในการสกัดพลูโทเนียม ยูเรเนียมที่ฉายรังสีนิวตรอนจะถูกละลายในกรดไนตริก และเติมสารรีดิวซ์ ( FeSO4หรือH2O2 ₎ลงในสารละลายที่ได้ การเติมนี้จะเปลี่ยนสถานะออกซิเดชันของพลูโทเนียมจาก +6 เป็น +4 ในขณะที่ยูเรเนียมยังคงอยู่ในรูปของยูรานิลไนเตรต (UO2 ₍ NO3 ₎ 2 ₎สารละลาย_{จะถูก}บำบัดด้วยสารรีดิวซ์และทำให้เป็นกลางด้วยแอมโมเนียมคาร์บอเนตจนมี pH = 8 ซึ่งส่งผลให้เกิดการตกตะกอนของสารประกอบ Pu4 ^{+ [ 75 ]}

ในอีกวิธีหนึ่ง Pu ⁴⁺และUO²⁺ ₂ขั้นแรกจะสกัดด้วยไตรบิวทิลฟอสเฟต จากนั้นทำปฏิกิริยากับไฮดราซีนเพื่อล้างพลูโทเนียมที่กู้คืนได้^{[ 75 ]}

ความยากลำบากหลักในการแยกแอคติเนียมคือความคล้ายคลึงกันของคุณสมบัติของมันกับแลนทานัม ดังนั้นแอคติเนียมจึงถูกสังเคราะห์ขึ้นในปฏิกิริยานิวเคลียร์จากไอโซโทปของเรเดียมหรือแยกโดยใช้กระบวนการแลกเปลี่ยนไอออน^{[ 29 ]}

ธาตุแอคติไนด์มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับธาตุแลนทานไนด์ เช่นเดียวกับที่เปลือกอิเล็กตรอน 4f ถูกเติมเต็มในธาตุแลนทานไนด์ เปลือกอิเล็กตรอน 5f ก็ถูกเติมเต็มในธาตุแอคติไนด์เช่นกัน เนื่องจากเปลือก 5f, 6d, 7s และ 7p มีพลังงานใกล้เคียงกัน จึงเกิดการจัดเรียงตัวที่ไม่ปกติขึ้นมากมาย ดังนั้นในอะตอมในสถานะแก๊ส เช่นเดียวกับที่อิเล็กตรอน 4f ตัวแรกปรากฏในซีเรียมเท่านั้น อิเล็กตรอน 5f ตัวแรกก็ปรากฏขึ้นในภายหลังในโปรแทคติเนียม อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับที่แลนทานัมเป็นธาตุแรกที่ใช้เปลือก 4f ในสารประกอบ^{[ 79 ]}แอคติเนียมก็เป็นธาตุแรกที่ใช้เปลือก 5f ในสารประกอบเช่นกัน^{[ 80 ]}เปลือก f จะเติมเต็มพร้อมกันที่อิตเตอร์เบียมและโนเบเลียม^{[ 81 ]}หลักฐานเชิงทดลองแรกสำหรับการเติมเต็มเปลือก 5f ในแอกทิไนด์ได้รับโดย McMillan และ Abelson ในปี พ.ศ. 2483 ^{[ 82 ]}เช่นเดียวกับในแลนทานไนด์ (ดูการหดตัวของแลนทานไนด์ ) รัศมีไอออน ของแอกทิไนด์จะลดลงอย่างต่อเนื่องตามเลขอะตอม (ดู การหดตัวของแอกทิไนด์ด้วย) ^{[ 83 ]}

การเปลี่ยนแปลงการจัดเรียงอิเล็กตรอนในเฟสแก๊สไม่ได้สอดคล้องกับพฤติกรรมทางเคมีเสมอไป ตัวอย่างเช่น ความโดดเด่นของสถานะออกซิเดชันสูงสุดที่คล้ายกับโลหะทรานซิชันช่วงต้น ซึ่งสอดคล้องกับการกำจัดอิเล็กตรอนวาเลนซ์ทั้งหมด ขยายไปจนถึงยูเรเนียม แม้ว่าเปลือก 5f จะเริ่มเติมเต็มก่อนหน้านั้นก็ตาม ในทางกลับกัน การจัดเรียงอิเล็กตรอนที่คล้ายกับแลนทานอยด์เริ่มที่พลูโทเนียมแล้ว แม้ว่าพฤติกรรมที่คล้ายกับแลนทานอยด์จะไม่เด่นชัดจนกระทั่งครึ่งหลังของอนุกรมเริ่มต้นที่คูเรียม ธาตุระหว่างยูเรเนียมและคูเรียมก่อให้เกิดการเปลี่ยนผ่านระหว่างพฤติกรรมทั้งสองแบบนี้ โดยที่สถานะออกซิเดชันที่สูงกว่ายังคงมีอยู่ แต่สูญเสียความเสถียรเมื่อเทียบกับสถานะ +3 ^{[ 81 ]}สถานะ +2 มีความสำคัญมากขึ้นใกล้กับจุดสิ้นสุดของอนุกรม และเป็นสถานะออกซิเดชันที่เสถียรที่สุดสำหรับโนเบเลียม ซึ่งเป็นธาตุ 5f ตัวสุดท้าย^{[ 81 ]}สถานะออกซิเดชันเพิ่มขึ้นอีกครั้งหลังจากโนเบเลียม แสดงให้เห็นว่าชุดใหม่ของโลหะทรานซิชัน 6d ได้เริ่มต้นขึ้นแล้ว: ลอว์เรนเซียมแสดงสถานะออกซิเดชันเพียง +3 และรัทเทอร์ฟอร์เดียมแสดงสถานะออกซิเดชันเพียง +4 ทำให้พวกมันเป็นญาติกับลูเทเซียมและแฮฟเนียมในแถว 5d ตามลำดับ^{[ 81 ]}

คุณสมบัติของแอคติไนด์ (มวลของไอโซโทปที่มีอายุยืนยาวที่สุดอยู่ในวงเล็บเหลี่ยม) ^{[ 71 ] [ 84 ]}

องค์ประกอบ	เอซี	ไทย	ปา	ยู	เอ็นพี	ปู	เช้า	ซม.	บีเค	เปรียบเทียบ	เอส	เอฟเอ็ม	เอ็มดี	เลขที่	ล.
ค่าธรรมเนียมแกน( Z )	89	90	91	92	93	94	95	96	97	98	99	100	101	102	103
ภาพ
มวลอะตอม	[227]	232.0377(4)	231.03588(2)	238.02891(3)	[237]	[244]	[243]	[247]	[247]	[251]	[252]	[257]	[258]	[259]	[266]
จำนวนไอโซโทปธรรมชาติ[ 85 ]	3	8	3	8	3	4	0	0	0	0	0	0	0	0	0
ไอโซโทปธรรมชาติ[ 85 ] [ 86 ]	225, 227, 228	227–234	231, 233, 234	233–240	237, 239, 240	238–240, 244	—	—	—	—	—	—	—	—	—
ไอโซโทปปริมาณธรรมชาติ	—	230, 232	231	234, 235, 238	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
ไอโซโทปที่มีอายุยืนยาวที่สุด	227	232	231	238	237	244	243	247	247	251	252	257	258	259	266
ครึ่งชีวิตของไอโซโทปที่มีอายุยืนยาวที่สุด	21.8 ปี	14 พันล้านปี (1.4 × 10¹⁰ ปี )	32,500 ปี	4.47 พันล้านปี (4.47 × 10⁹ ปี )	2.14 ล้านปี (2,140,000 ปี)	80.8 ล้านปี (80,800,000 ปี)	7,370 ปี	15.6 ล้านปี (15,600,000 ปี)	1,380 ปี	900 ปี	1.29 ปี	100.5  วัน	52 วัน	58  นาที	11.00  น.
ไอโซโทปที่พบมากที่สุด	227	232	231	238	237	239	241	244	249	252	253	255	256	255	260
ครึ่งชีวิตของไอโซโทปที่พบมากที่สุด	21.8 ปี	14 พันล้านปี (1.4 × 10¹⁰ ปี )	32,500 ปี	4.47 พันล้านปี (4.47 × 10⁹ ปี )	2.14 ล้านปี (2,140,000 ปี)	24,100 ปี	433 ปี	18.1 ปี	320 วัน	2.64 ปี	20.47 วัน	20.07 น.	78 นาที	3.1 นาที	2.7 นาที
การจัดเรียงอิเล็กตรอนในสถานะพื้นฐาน (เฟสแก๊ส)	6d 1 7s 2	6d 2 7s 2	5f 2 6d 1 7s 2	5f 3 6d 1 7s 2	5f 4 6d 1 7s 2	5f 6 7s 2	5f 7 7s 2	5f 7 6d 1 7s 2	5f 9 7s 2	5f 10 7s 2	5f 11 7s 2	5f 12 7s 2	5f 13 7s 2	5f 14 7s 2	5f 14 7s 2 7p 1
สถานะออกซิเดชัน	2, 3	2, 3, 4	2, 3, 4, 5	2, 3, 4, 5, 6	3, 4, 5 , 6, 7	3, 4 , 5, 6, 7	2, 3 , 4, 5, 6, 7	2, 3 , 4, 6	2, 3 , 4	2, 3 , 4	2, 3 , 4	2, 3	2, 3	2 , 3	3
รัศมีโลหะ (นาโนเมตร)	0.203	0.180	0.162	0.153	0.150	0.162	0.173	0.174	0.170	0.186	0.186	? 0.198	? 0.194	? 0.197	? 0.171
รัศมีไอออน (นาโนเมตร): An 4+ An 3+	— 0.126	0.114 —	0.104 0.118	0.103 0.118	0.101 0.116	0.100 0.115	0.099 0.114	0.099 0.112	0.097 0.110	0.096 0.109	0.085 0.098	0.084 0.091	0.084 0.090	0.084 0.095	0.083 0.088
อุณหภูมิ (°C): จุดหลอมเหลวจุดเดือด	1050 3198	1842 4788	1568 ? 4027	1132.2 4131	639 ? 4174	639.4 3228	1176 ? 2607	1340 3110	986 2627	900 ? 1470	860 ? 996	1530 —	830 —	830 —	1630 —
ความหนาแน่น กรัม/ซม³	10.07	11.78	15.37	19.06	20.45	19.84	11.7	13.51	14.78	15.1	8.84	? 9.7	? 10.3	? 9.9	? 14.4
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน (V): E ° (An 4+ /An 0 ) E ° (An 3+ /An 0 )	— −2.13	−1.83 —	−1.47 —	−1.38 −1.66	−1.30 −1.79	−1.25 −2.00	−0.90 −2.07	−0.75 −2.06	−0.55 −1.96	−0.59 −1.97	−0.36 −1.98	−0.29 −1.96	— −1.74	— −1.20	— −2.10
สี: [M(H 2 O) n ] 4+ [M(H 2 O) n ] 3+	— ไม่มีสี	สีน้ำเงินไร้สี	สีเหลืองสีน้ำเงินเข้ม	สีเขียวม่วง	สีเหลืองเขียวม่วง	บราวน์ไวโอเล็ต	กุหลาบแดง	สี เหลืองไม่มีสี	สีเบจ เหลืองเขียว	สีเขียวสีเขียว	- สีชมพู	— —	— —	— —	— —

โครงสร้างผลึกหลักของธาตุแอคติไนด์บางชนิดเทียบกับอุณหภูมิ	รัศมี โลหะและไอออนของแอคติไนด์[ 84 ]

แอคติไนด์เป็นโลหะทั่วไป ทั้งหมดนี้อ่อนนุ่มและมีสีเงิน (แต่จะหมองในอากาศ) ^{[ 89 ]} มี ความหนาแน่น และความยืดหยุ่นค่อนข้าง สูงบางชนิดสามารถตัดได้ด้วยมีดความต้านทานไฟฟ้า ของพวกมัน แตกต่างกันไประหว่าง 15 ถึง 150 μΩ·cm ^{[ 84 ]}ความแข็งของธอร์เรียมคล้ายกับเหล็กอ่อน ดังนั้นธอร์เรียมบริสุทธิ์ที่ถูกทำให้ร้อนสามารถรีดเป็นแผ่นและดึงเป็นลวดได้ ธอร์เรียมมีความหนาแน่นเกือบครึ่งหนึ่งของยูเรเนียมและพลูโทเนียม แต่แข็งกว่าทั้งสองชนิด แอคติไนด์ทั้งหมดเป็นกัมมันตรังสี เป็นพาราแมกเนติกและยกเว้นแอคติเนียม มีเฟสผลึกหลายเฟส พลูโทเนียมมีเจ็ดเฟส และยูเรเนียม เนปทูเนียม และแคลิฟอร์เนียมมีสามเฟสโครงสร้างผลึกของโปรแทคติเนียม ยูเรเนียม เนปทูเนียม และพลูโทเนียมไม่มีอะนาล็อกที่ชัดเจนในกลุ่มแลนทาไนด์ และคล้ายกับโลหะทรานซิชัน3dมากกว่า^{[ 71 ]}

ธาตุแอคติไนด์ทั้งหมดเป็นสารไวไฟ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อถูกบดละเอียด กล่าวคือ จะลุกไหม้เองเมื่อทำปฏิกิริยากับอากาศที่อุณหภูมิห้อง^{[ 89 ] [ 90 ]}จุดหลอมเหลว ของ ธาตุแอคติไนด์ไม่มีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนกับจำนวน อิเล็กตรอน fจุดหลอมเหลวที่ต่ำผิดปกติของเนปทูเนียมและพลูโทเนียม (~640 °C) อธิบายได้ด้วยการผสมของออร์บิทัล 5 fและ 6 dและการก่อตัวของพันธะทิศทางในโลหะเหล่านี้^{[ 71 ]}

เช่นเดียวกับแลนทานอยด์ แอคติไนด์ทั้งหมดมีปฏิกิริยาสูงกับฮาโลเจนและแคลโคเจนอย่างไรก็ตาม แอคติไนด์ทำปฏิกิริยาได้ง่ายกว่า แอคติไนด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มีอิเล็กตรอน 5f จำนวนน้อยมีแนวโน้มที่จะเกิดไฮบ ริด ไดเซชัน ซึ่งอธิบายได้จากความคล้ายคลึงกันของพลังงานอิเล็กตรอนในเปลือก 5f , 7s และ 6d แอคติไนด์ส่วนใหญ่แสดงสถานะวาเลนซ์ที่หลากหลายกว่า และสถานะที่เสถียรที่สุดคือ +6 สำหรับยูเรเนียม +5 สำหรับโปรแทคติเนียมและเนปทูเนียม +4 สำหรับทอเรียมและพลูโทเนียม และ +3 สำหรับแอคติเนียมและแอคติไนด์อื่นๆ^{[ 92 ]}

แอคติเนียมมีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับแลนทานัม ซึ่งอธิบายได้จากรัศมีไอออนและโครงสร้างอิเล็กตรอนที่คล้ายคลึงกัน เช่นเดียวกับแลนทานัม แอคติเนียมมักจะมีสถานะออกซิเดชันเป็น +3 ในสารประกอบ แต่มีปฏิกิริยาน้อยกว่าและมี คุณสมบัติ เบสที่ เด่นชัดกว่า ในบรรดาแอคติไนด์ไตรวาเลนต์อื่นๆ Ac ³⁺มีความเป็นกรดน้อยที่สุด กล่าวคือมีแนวโน้มที่จะเกิดไฮโดรไลซิสในสารละลายในน้ำน้อยที่สุด^{[ 29 ] [ 71 ]}

ธอร์เรียมค่อนข้างว่องไวทางเคมี เนื่องจากขาดอิเล็กตรอนในออร์บิทัล 6d และ 5f สารประกอบธอร์เรียมสี่วาเลนซ์จึงไม่มีสี ที่ pH < 3 สารละลายเกลือธอร์เรียมจะมีแคตไอออน [Th(H ₂ O) ₈ ] ⁴⁺ เป็นหลัก ไอออน Th ⁴⁺มีขนาดค่อนข้างใหญ่ และขึ้นอยู่กับเลขโคออร์ดิเนชันจะมีรัศมีระหว่าง 0.95 ถึง 1.14 Å ส่งผลให้เกลือธอร์เรียมมีแนวโน้มที่จะไฮโดรไลซิสน้อย คุณสมบัติที่โดดเด่นของเกลือธอร์เรียมคือความสามารถในการละลายสูงทั้งในน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีขั้ว^{[ 71 ]}

โปรแทคติเนียมมีสถานะวาเลนซ์สองสถานะ คือ +5 ซึ่งเสถียร และ +4 ซึ่งออกซิไดซ์ได้ง่ายเป็นโปรแทคติเนียม(V) ดังนั้น โปรแทคติเนียมสี่วาเลนซ์ในสารละลายจึงเกิดขึ้นจากการกระทำของสารรีดิวซ์ที่แรงในบรรยากาศไฮโดรเจน โปรแทคติเนียมสี่วาเลนซ์มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับยูเรเนียม(IV) และทอเรียม(IV) ฟลูออ ไรด์ ฟอสเฟตไฮโปฟอสเฟตไอโอเดตและฟีนิลอาร์โซเนตของโปรแทคติเนียม(IV) ไม่ละลายในน้ำและกรดเจือจาง โปรแทคติเนียมก่อตัวเป็นคาร์บอเนต ที่ละลายได้ คุณสมบัติไฮโดรไลซิสของโปรแทคติเนียมห้าวาเลนซ์ใกล้เคียงกับของแทนทาลัม (V) และไนโอเบียม (V) พฤติกรรมทางเคมีที่ซับซ้อนของโปรแทคติเนียมเป็นผลมาจากการเริ่มต้นของการเติมเปลือก 5f ในธาตุนี้^{[ 60 ]}

ยูเรเนียมมีวาเลนซ์ตั้งแต่ 3 ถึง 6 โดยวาเลนซ์ 6 มีเสถียรภาพมากที่สุด ในสถานะเฮกซาวาเลนต์ ยูเรเนียมจะคล้ายคลึงกับธาตุในหมู่ 6 มาก สารประกอบของยูเรเนียม(IV) และยูเรเนียม(VI) หลายชนิดไม่เป็นไปตามสัดส่วนทางเคมี กล่าวคือ มีองค์ประกอบที่แปรผันได้ ตัวอย่างเช่น สูตรเคมีที่แท้จริงของยูเรเนียมไดออกไซด์คือ UO₂²⁺x _โดยที่xมีค่าอยู่ระหว่าง -0.4 ถึง 0.32 สารประกอบของยูเรเนียม(VI) เป็นสารออกซิไดซ์ ที่อ่อนแอ ส่วนใหญ่ประกอบด้วยหมู่ " ยูรานิล " เชิงเส้น UO₂²⁺²⁺ ₂ระหว่าง 4 ถึง 6 ลิแกนด์สามารถอยู่ในระนาบเส้นศูนย์สูตรที่ตั้งฉากกับกลุ่มยูรานิลได้ กลุ่มยูรานิลทำหน้าที่เป็นกรดแข็งและสร้างสารเชิงซ้อนที่แข็งแรงกว่ากับลิแกนด์ที่ให้ธาตุออกซิเจนมากกว่าลิแกนด์ที่ให้ธาตุไนโตรเจนNpO²⁺ ₂และPuO²⁺ ₂นอกจากนี้ยังเป็นรูปแบบทั่วไปของ Np และ Pu ในสถานะออกซิเดชัน +6 สารประกอบยูเรเนียม(IV) แสดงคุณสมบัติการลด เช่น ถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายโดยออกซิเจนในบรรยากาศ ยูเรเนียม(III) เป็นตัวรีดิวซ์ที่แรงมาก เนื่องจากมีเปลือก d ยูเรเนียม (รวมถึงแอคติไนด์อื่นๆ อีกมากมาย) จึงก่อตัวเป็นสารประกอบออร์กาโนเมทัลลิกเช่นU ^III (C ₅ H ₅ ) ₃และ U ^IV (C ₅ H ₅ ) ₄ ^{[ 71 ] [ 93 ]}

เนปทูเนียมมีสถานะวาเลนซ์ตั้งแต่ 3 ถึง 7 ซึ่งสามารถสังเกตได้พร้อมกันในสารละลาย สถานะที่เสถียรที่สุดในสารละลายคือ +5 แต่สถานะวาเลนซ์ +4 เป็นที่ต้องการในสารประกอบเนปทูเนียมที่เป็นของแข็ง โลหะเนปทูเนียมมีปฏิกิริยาไวมาก ไอออนของเนปทูเนียมมีแนวโน้มที่จะเกิดไฮโดรไลซิสและการก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อน^{[ 37 ]}

พลูโทเนียมยังมีสถานะวาเลนซ์ระหว่าง 3 ถึง 7 รวมทั้งสองสถานะด้วย ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับเนปทูเนียมและยูเรเนียม พลูโทเนียมมีปฏิกิริยาสูงและก่อตัวเป็นฟิล์มออกไซด์ในอากาศได้อย่างรวดเร็ว พลูโทเนียมทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนได้แม้ในอุณหภูมิต่ำเพียง 25–50 °C นอกจากนี้ยังก่อตัวเป็นเฮไลด์และสารประกอบโลหะระหว่างกัน ได้ง่าย ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของไอออนพลูโทเนียมที่มีสถานะออกซิเดชันต่างกันนั้นมีความหลากหลายมาก พลูโทเนียม(V) สามารถเข้าสู่ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน ได้ ^{[ 94 ] [ 95 ]}

ความหลากหลายทางเคมีที่มากที่สุดในบรรดาแอกทิไนด์พบได้ในอะเมริเซียม ซึ่งสามารถมีวาเลนซ์ได้ระหว่าง 2 ถึง 6 อะเมริเซียมที่มีวาเลนซ์ 2 จะได้มาเฉพาะในสารประกอบแห้งและสารละลายที่ไม่ใช่น้ำ ( อะซีโตไนไตรล์ ) สถานะออกซิเดชัน +3, +5 และ +6 เป็นเรื่องปกติสำหรับสารละลายในน้ำ แต่ก็พบได้ในสถานะของแข็งด้วย อะเมริเซียมที่มีวาเลนซ์ 4 ก่อตัวเป็นสารประกอบของแข็งที่เสถียร ( ไดออกไซด์ ฟลูออไรด์และไฮดรอกไซด์ ) เช่นเดียวกับสารเชิงซ้อนในสารละลายในน้ำ มีรายงานว่าในสารละลายด่าง อะเมริเซียมสามารถถูกออกซิไดซ์เป็นสถานะวาเลนซ์ 7 ได้ แต่ข้อมูลเหล่านี้พิสูจน์แล้วว่าผิดพลาด วาเลนซ์ที่เสถียรที่สุดของอะเมริเซียมคือ 3 ในสารละลายในน้ำ และ 3 หรือ 4 ในสารประกอบของแข็ง^{[ 96 ]}

วาเลนซ์ 3 เด่นในธาตุทั้งหมดถัดไปจนถึงลอว์เรนเซียม (ยกเว้นโนเบเลียม) คูเรียมสามารถมีวาเลนซ์ 4 ในของแข็ง ( ฟลูออไรด์ไดออกไซด์ ) เบอร์เคเลียม นอกจากจะมีวาเลนซ์ +3 แล้ว ยังแสดงวาเลนซ์ +4 ซึ่งเสถียรกว่าคูเรียม วาเลนซ์ 4 พบได้ในฟลูออไรด์และไดออกไซด์ ที่เป็นของแข็ง ความเสถียรของ Bk ⁴⁺ในสารละลายในน้ำใกล้เคียงกับCe ^{4+ [ 97 ]} พบวาเลนซ์ 3 เท่านั้นสำหรับแคลิฟอร์เนียม ไอน์สไตเนียม และเฟอร์เมียม สถานะวาเลนซ์ 2 ได้รับการพิสูจน์แล้วสำหรับเมนเดเลเวียมและโนเบเลียม และในโนเบเลียมนั้นเสถียรกว่าสถานะวาเลนซ์ 3 ลอว์เรนเซียมแสดงวาเลนซ์ 3 ทั้งในสารละลายและของแข็ง^{[ 96 ]}

ศักยภาพรีดอกซ์เพิ่มขึ้นจาก −0.32 V ในยูเรเนียม ผ่าน 0.34 V (Np) และ 1.04 V (Pu) ไปจนถึง 1.34 V ในอะเมริเซียม ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการรีดิวซ์ที่เพิ่มขึ้นของไอออน An ⁴⁺จากอะเมริเซียมไปจนถึงยูเรเนียม แอคติไนด์ทั้งหมดก่อตัวเป็นไฮไดรด์ AnH ₃สีดำที่มีคุณสมบัติคล้ายเกลือ แอคติไนด์ยังผลิตคาร์ไบด์ที่มีสูตรทั่วไปของ AnC หรือ AnC ₂ ( U ₂ C ₃ สำหรับยูเรเนียม) เช่นเดียวกับซัลไฟด์ An ₂ S ₃และ AnS ₂ ^{[ 92 ]}${\displaystyle {\ce {{\mathit {E}}_{\frac {M^{4}+}{AnO2^{2}+}}}}}$

• 
  ยูรานิลไนเตรต (UO ₂ (NO ₃ ) ₂ )
• 
  สารละลายในน้ำของเกลือยูเรเนียม III, IV, V, VI
• 
  สารละลายในน้ำของเกลือเนปทูเนียม III, IV, V, VI, VII
• 
  สารละลายในน้ำของเกลือพลูโทเนียม III, IV, V, VI, VII
• 
  ยูเรเนียมเตตระคลอไรด์
• 
  ยูเรเนียมเฮกซาฟลูออไรด์
• 
  U ₃ O ₈ ( เยลโลว์เค้ก )

ไดออกไซด์ของธาตุแอคติไนด์บางชนิด

สูตรเคมี	ThO 2	PaO 2	UO 2	เอ็นพีโอ2	PuO 2	AmO 2	CmO 2	บีเคโอ2	ซีเอฟโอ2
หมายเลข CAS	1314-20-1	12036-03-2	1344-57-6	12035-79-9	12059-95-9	12005-67-3	12016-67-0	12010-84-3	12015–10–0
มวลโมลาร์	264.04	263.035	270.03	269.047	276.063	275.06	270–284**	279.069	283.078
จุดหลอมเหลว[ 103 ]	3390 องศาเซลเซียส		2865 องศาเซลเซียส	2547 องศาเซลเซียส	2400 องศาเซลเซียส	2175 องศาเซลเซียส
โครงสร้างผลึก	An 4+ : __   / O 2− : __
กลุ่มอวกาศ	ฟม3ม.
หมายเลขพิกัด	อัน [8], O[4]

แอน -แอกทิไนด์**ขึ้นอยู่กับไอโซโทป**

แอคติไนด์บางชนิดสามารถมีอยู่ได้ในรูปออกไซด์หลายรูปแบบ เช่น An ₂ O ₃ , AnO ₂ , An ₂ O ₅และ AnO ₃สำหรับแอคติไนด์ทั้งหมด ออกไซด์ AnO ₃เป็นแอมโฟเทอริกและ An ₂ O ₃ , AnO ₂และ An ₂ O ₅เป็นเบส พวกมันทำปฏิกิริยากับน้ำได้ง่าย ก่อให้เกิดเบส: ^{[ 92 ]}

An ₂ O ₃ + 3 H ₂ O → 2 An(OH) ₃ .

These bases are poorly soluble in water and by their activity are close to the hydroxides of rare-earth metals.^[92] Np(OH)₃ has not yet been synthesized, Pu(OH)₃ has a blue color while Am(OH)₃ is pink and Cm(OH)₃ is colorless.^[104] Bk(OH)₃ and Cf(OH)₃ are also known, as are tetravalent hydroxides for Np, Pu and Am and pentavalent for Np and Am.^[104]

The strongest base is of actinium. All compounds of actinium are colorless, except for black actinium sulfide (Ac₂S₃).^[92] Dioxides of tetravalent actinides crystallize in the cubic system, same as in calcium fluoride.

Thorium reacting with oxygen exclusively forms the dioxide:

${\displaystyle {\ce {Th{}+O2->[{\ce {1000^{\circ }C}}]\overbrace {ThO2} ^{ทอเรียม~ไดออกไซด์}}}}$

Thorium dioxide is a refractory material with the highest melting point among any known oxide (3390 °C).^[102] Adding 0.8–1% ThO₂ to tungsten stabilizes its structure, so the doped filaments have better mechanical stability to vibrations. To dissolve ThO₂ in acids, it is heated to 500–600 °C; heating above 600 °C produces a very resistant to acids and other reagents form of ThO₂. Small addition of fluoride ions catalyses dissolution of thorium dioxide in acids.

Two protactinium oxides have been obtained: PaO₂ (black) and Pa₂O₅ (white); the former is isomorphic with ThO₂ and the latter is easier to obtain. Both oxides are basic, and Pa(OH)₅ is a weak, poorly soluble base.^[92]

Decomposition of certain salts of uranium, for example UO₂(NO₃)·6H₂O in air at 400 °C, yields orange or yellow UO₃.^[102] This oxide is amphoteric and forms several hydroxides, the most stable being uranyl hydroxide UO₂(OH)₂. Reaction of uranium(VI) oxide with hydrogen results in uranium dioxide, which is similar in its properties with ThO₂. This oxide is also basic and corresponds to the uranium hydroxide U(OH)₄.^[92]

พลูโทเนียม เนปทูเนียม และอะเมริเซียมก่อตัวเป็นออกไซด์พื้นฐานสองชนิด ได้แก่ An ₂ O ₃และ AnO ₂เนปทูเนียมไตรออกไซด์ไม่เสถียร ดังนั้นจึงสามารถผลิตได้เพียง Np ₃ O ₈ เท่านั้น อย่างไรก็ตาม ออกไซด์ของพลูโทเนียมและเนปทูเนียมที่มีสูตรเคมี AnO ₂และ An ₂ O ₃ได้รับการระบุลักษณะไว้อย่างดีแล้ว^{[ 92 ]}

ไตรคลอไรด์ของแอคติไนด์บางชนิด^{[ 105 ]}

สูตรเคมี	AcCl 3	ยูซีแอล3	เอ็นพีซีแอล3	PuCl 3	AmCl 3	ซีเอ็มซีแอล3	บีเคแอล3	ซีเอฟซีแอล3
หมายเลข CAS	22986-54-5	10025-93-1	20737-06-8	13569-62-5	13464-46-5	13537-20-7	13536-46-4	13536–90–8
มวลโมลาร์	333.386	344.387	343.406	350.32	349.42	344–358**	353.428	357.438
จุดหลอมเหลว		837 องศาเซลเซียส	800 องศาเซลเซียส	767 องศาเซลเซียส	715 องศาเซลเซียส	695 องศาเซลเซียส	603 องศาเซลเซียส	545 องศาเซลเซียส
จุดเดือด		1657 องศาเซลเซียส		1767 องศาเซลเซียส	850 องศาเซลเซียส
โครงสร้างผลึก	An 3+ : __   / Cl − : __
กลุ่มอวกาศ	พี6 3 /ม.
หมายเลขพิกัด	อัน *[9], Cl [3]
ค่าคงที่แลตติส	a = 762 pm c = 455 pm	a = 745.2 pm c = 432.8 pm		a = 739.4 pm c = 424.3 pm	a = 738.2 pm c = 421.4 pm	a = 726 pm c = 414 pm	a = 738.2 pm c = 412.7 pm	a = 738 pm c = 409 pm

* แอน -แอกทิไนด์**ขึ้นอยู่กับไอโซโทป

ธาตุแอคติไนด์ทำปฏิกิริยากับธาตุฮาโลเจนได้ง่าย เกิดเป็นเกลือที่มีสูตร MX₃ _และ MX₄ ₍ X = ฮาโลเจน ) ดังนั้น สารประกอบเบอร์คีเลียมตัวแรก_BkCl₃จึงถูกสังเคราะห์ขึ้นในปี 1962 ด้วยปริมาณ 3 นาโนกรัม เช่นเดียวกับธาตุฮาโลเจนของธาตุหายาก แอคติไนด์คลอไรด์โบรไมด์และไอโอไดด์ละลายน้ำได้ ส่วนฟลูออ ไรด์ ไม่ละลายน้ำ ยูเรเนียมให้เฮกซาฟลูออไรด์ที่ไม่มีสีได้ง่าย ซึ่งระเหิดที่อุณหภูมิ 56.5 °C เนื่องจากความผันผวนสูง จึงใช้ในการแยกไอโซโทปของยูเรเนียมด้วยเครื่องเหวี่ยงแก๊สหรือการแพร่กระจายของแก๊ส เฮ กซา ฟ ลู ออไรด์ของแอคติไนด์มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับแอนไฮไดรด์พวกมันไวต่อความชื้นมากและเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสกลาย_{เป็นAnO₂F₂} ^{[ 108 ]} ยูเรเนียมเพ นตาคลอไรด์และเฮกซาคลอไรด์ สีดำ ถูกสังเคราะห์ขึ้น แต่ทั้งสองชนิดไม่เสถียร^{[ 92 ]}

กรดทำปฏิกิริยากับธาตุแอคติไนด์ทำให้เกิดเกลือ และหากกรดนั้นไม่ใช่กรดออกซิไดซ์ ธาตุแอคติไนด์ในเกลือจะอยู่ในสถานะวาเลนซ์ต่ำ:

U + 2 H ₂ SO ₄ → U(SO ₄ ) ₂ + 2 H ₂

2 Pu + 6 HCl → 2 PuCl ₃ + 3 H ₂

อย่างไรก็ตาม ในปฏิกิริยาเหล่านี้ ไฮโดรเจนที่สร้างใหม่สามารถทำปฏิกิริยากับโลหะ ก่อให้เกิดไฮไดรด์ที่สอดคล้องกัน ยูเรเนียมทำปฏิกิริยากับกรดและน้ำได้ง่ายกว่าธอร์เรียมมาก^{[ 92 ]}

เกลือแอคติไนด์ยังสามารถได้มาจากการละลายไฮดรอกไซด์ที่เกี่ยวข้องในกรด ไนเตรต คลอไรด์ ซัลเฟต และเปอร์คลอเรตของแอคติไนด์ละลายน้ำได้ เมื่อตกผลึกจากสารละลายในน้ำ เกลือเหล่านี้จะเกิดเป็นไฮเดรต เช่นTh ₍ NO₃ ) _₄ · _6H₂O , _Th ( SO₄ ₎ ₂ _· 9H₂O _และ Pu₂ ( SO₄ ₎ ₃ _· 7H₂O เกลือของแอคติไนด์ที่มีวาเลนซ์สูงจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสได้ง่าย ดังนั้น ซัลเฟต คลอไรด์ เปอร์คลอเรต และไนเตรตที่ไม่มีสีของธอร์เรียมจะเปลี่ยนเป็นเกลือเบสที่มีสูตร Th(OH) _₂SO₄และ Th(OH)₃NO₃ _ความสามารถ_{ใน การละลายและไม่ละลายของแอคติไนด์ที่มีวาเลนซ์ สาม และ สี่}นั้นคล้ายคลึงกับเกลือของแลนทาไนด์ ดังนั้นฟอสเฟตฟลูออไร ด์ ออกซาเลต ไอโอเดต และคาร์บอเนตของแอคติไนด์จึงละลายน้ำได้น้อย พวกมันจะตกตะกอนเป็นไฮเดรต เช่นThF ₄ ·3H ₂ OและTh(CrO ₄ ) ₂ · 3H ₂ O ^{[ 92 ]}

ธาตุแอคติไนด์ที่มีสถานะออกซิเดชัน +6 ยกเว้นแคตไอออนชนิด AnO ₂ ^{2+ จะเกิดเป็น [AnO} ₄ ] ²⁻ , [An ₂ O ₇ ] ²⁻และแอนไอออนเชิงซ้อนอื่นๆ ตัวอย่างเช่น ยูเรเนียม เนปทูเนียม และพลูโทเนียม จะเกิดเป็นเกลือชนิด Na ₂ UO ₄ ( ยูราเนต ) และ (NH ₄ ) ₂ U ₂ O _{7 (ไดอูราเนต) เมื่อเปรียบเทียบกับแลนทานไนด์ แอคติไนด์จะเกิดเป็น} สารประกอบเชิงซ้อนได้ง่ายกว่าและความสามารถนี้จะเพิ่มขึ้นตามวาเลนซ์ของแอคติไนด์ แอคติไนด์ที่มีวาเลนซ์ 3 จะไม่เกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อนฟลูออไรด์ ในขณะที่ธอร์เรียมที่มีวาเลนซ์ 4 จะเกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อน K ₂ ThF ₆ , KThF ₅และแม้กระทั่ง K ₅ ThF ₉ธอร์เรียมยังก่อตัวเป็นซัลเฟต ที่สอดคล้องกัน (เช่น Na ₂ SO ₄ ·Th(SO ₄ ) ₂ ·5H ₂ O) ไนเตรตและไทโอไซยาเนตเกลือที่มีสูตรทั่วไป An ₂ Th(NO ₃ ) ₆ · n H ₂ O มีลักษณะเป็นสารประกอบเชิงซ้อน โดยมีเลขโคออร์ดิเนชันของธอร์เรียมเท่ากับ 12 การผลิตเกลือเชิงซ้อนของแอคติไนด์ที่มีวาเลนซี 5 และ 6 นั้นง่ายกว่ามาก สารประกอบเชิงซ้อนที่เสถียรที่สุดของแอคติไนด์ ได้แก่ ธอร์เรียมและยูเรเนียมที่มีวาเลนซี 4 ได้จากการทำปฏิกิริยากับไดคีโตน เช่นอะเซทิลอะซีโตน^{[ 92 ]}

แม้ว่าแอกทิไนด์จะมีการใช้งานในชีวิตประจำวันที่เป็นที่ยอมรับอยู่บ้าง เช่น ในเครื่องตรวจจับควัน (อะเมริเซียม) ^{[ 109 ] [ 110 ]}และไส้ตะเกียงแก๊ส (ทอเรียม) ^{[ 77 ]}แต่ส่วนใหญ่แล้วจะใช้ในอาวุธนิวเคลียร์และเป็นเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์^{[ 77 ]} สองด้านหลังนี้ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของแอกทิไนด์ในการปลดปล่อยพลังงานมหาศาลในปฏิกิริยานิวเคลียร์ ซึ่งภายใต้เงื่อนไขบางประการอาจกลายเป็น ปฏิกิริยาลูกโซ่ ที่ยั่งยืน ได้ ด้วยตนเอง

ไอโซโทปที่สำคัญที่สุดสำหรับ การใช้งานด้าน พลังงานนิวเคลียร์คือยูเรเนียม-235มันถูกใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ความร้อนและความเข้มข้นของมันในยูเรเนียมธรรมชาติไม่เกิน 0.72% ไอโซโทปนี้ดูดซับนิวตรอนความร้อน ได้ดี และปล่อยพลังงานออกมามาก การแตกตัวของนิวเคลียส 1 กรัมของ^235Uจะเปลี่ยนพลังงานได้ประมาณ 1 เมกะวัตต์ต่อวัน สิ่งสำคัญคือ²³⁵ ₉₂ยูเรเนียมปล่อยนิวตรอนมากกว่าที่ดูดซับ^{[ 111 ]}เมื่อถึงมวลวิกฤต²³⁵ ₉₂ยูเรเนียมเข้าสู่ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ยั่งยืนด้วยตนเอง^{[ 71 ]}โดยทั่วไป นิวเคลียสของยูเรเนียมจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนพร้อมกับการปล่อยนิวตรอน 2–3 ตัว ตัวอย่างเช่น:

²³⁵ ₉₂ยู +¹ ₀n ⟶¹¹⁵ ₄₅รh +¹¹⁸ ₄₇Ag + 3¹ ₀n

ไอโซโทปแอคติไนด์อื่นๆ ที่มีศักยภาพสำหรับการผลิตพลังงานนิวเคลียร์ ได้แก่ธ อร์เรียม-232และผลิตภัณฑ์จากวัฏจักรเชื้อเพลิงธอร์เรียมคือยูเรเนียม-233

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์[ 71 ] [ 112 ] [ 113 ]

แกนกลางของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่ 2 ส่วนใหญ่ ประกอบด้วยแท่งโลหะกลวง ซึ่งโดยทั่วไปทำจาก โลหะผสม เซอร์โคเนียมบรรจุด้วย เม็ด เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ แข็ง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นออกไซด์ คาร์ไบด์ ไนไตรด์ หรือโมโนซัลไฟด์ของยูเรเนียม พลูโทเนียม หรือทอเรียม หรือส่วนผสมของธาตุเหล่านี้ (ที่เรียกว่าเชื้อเพลิง MOX ) เชื้อเพลิงที่ใช้กันมากที่สุดคือออกไซด์ของยูเรเนียม-235 นิวตรอนเร็วจะถูกทำให้ช้าลงโดยสารลดความเร็วซึ่งประกอบด้วยน้ำคาร์บอนดิวเทอเรียมหรือเบริลเลียมในรูปของนิวตรอนความร้อนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำปฏิกิริยากับยูเรเนียม-235 อัตราการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ถูกควบคุมโดยการเติมแท่งเพิ่มเติมที่ทำจากโบรอนหรือแคดเมียมหรือสารดูดซับที่เป็นของเหลว ซึ่งโดยทั่วไปคือกรดบอริกเครื่องปฏิกรณ์สำหรับการผลิตพลูโทเนียมเรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์แบบเพาะพันธุ์หรือเครื่องเพาะพันธุ์ ซึ่งมีโครงสร้างที่แตกต่างกันและใช้นิวตรอนเร็ว

การปล่อยนิวตรอนระหว่างการแตกตัวของยูเรเนียมมีความสำคัญไม่เพียงแต่สำหรับการรักษาปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการสังเคราะห์แอคติไนด์ที่หนักกว่าด้วยยูเรเนียม-239เปลี่ยนไปเป็นพลูโทเนียม-239 ผ่านการสลายตัวแบบเบตาซึ่งเช่นเดียวกับยูเรเนียม-235 สามารถแตกตัวได้เอง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกของโลกไม่ได้สร้างขึ้นเพื่อผลิตพลังงาน แต่เพื่อผลิตพลูโทเนียม-239 สำหรับอาวุธนิวเคลียร์

ธอร์เรียมที่ผลิตได้ประมาณครึ่งหนึ่งถูกนำไปใช้เป็นวัสดุเปล่งแสงของไส้ตะเกียงแก๊ส^{[ 77 ]}ธอร์เรียมยังถูกเติมลงในโลหะผสมหลายองค์ประกอบของแมกนีเซียมและสังกะสี โลหะผสม Mg-Th มีน้ำหนักเบาและแข็งแรง แต่ยังมีจุดหลอมเหลวและความยืดหยุ่นสูง จึงถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมการบินและการผลิตขีปนาวุธธอร์เรียมยังมี คุณสมบัติ การปล่อยอิเล็กตรอน ที่ดี มีอายุการใช้งานยาวนานและมีอุปสรรคศักย์ต่ำสำหรับการปล่อย^{[ 111 ]}ปริมาณสัมพัทธ์ของไอโซโทปธอร์เรียมและยูเรเนียมถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการประมาณอายุของวัตถุต่างๆ รวมถึงดาวฤกษ์ (ดูการหาอายุด้วยวิธีเรดิโอเมตริก ) ^{[ 114 ]}

การใช้งานหลักของพลูโทเนียมคือในอาวุธนิวเคลียร์โดยไอโซโทปพลูโทเนียม-239 เป็นส่วนประกอบสำคัญเนื่องจากสามารถแตกตัวได้ง่ายและหาได้ง่าย การออกแบบที่ใช้พลูโทเนียมช่วยลดมวลวิกฤตลงเหลือประมาณหนึ่งในสามของยูเรเนียม-235 ^{[ 115 ]} ระเบิดพลูโทเนียมแบบ " แฟตแมน " ที่ผลิตขึ้นระหว่างโครงการแมนฮัตตันใช้การอัดพลูโทเนียมด้วยแรงระเบิดเพื่อให้ได้ความหนาแน่นสูงกว่าปกติอย่างมาก ร่วมกับแหล่งกำเนิดนิวตรอนส่วนกลางเพื่อเริ่มปฏิกิริยาและเพิ่มประสิทธิภาพ ดังนั้นจึงต้องการพลูโทเนียมเพียง 6.2 กิโลกรัมเพื่อให้ได้ผลผลิตระเบิดเทียบเท่ากับทีเอ็นที 20 กิโล ตัน^{[ 116 ]} (ดูเพิ่มเติมที่การออกแบบอาวุธนิวเคลียร์ ) ในทางทฤษฎีแล้ว อาจใช้พลูโทเนียมเพียง 4 กิโลกรัม—และอาจน้อยกว่านั้น—ในการสร้างระเบิดปรมาณูลูกเดียวโดยใช้การออกแบบประกอบที่ซับซ้อนมาก^{[ 117 ]}

พลูโทเนียม-238เป็นไอโซโทปที่มีศักยภาพในการมีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เนื่องจากมีมวลวิกฤตน้อยกว่ายูเรเนียม-235 แต่ยังคงปล่อยพลังงานความร้อนออกมามาก (0.56 W/g) ^{[ 110 ] [ 118 ]}จากการสลายตัวแม้ว่าปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชันจะหยุดลงด้วยแท่งควบคุม การใช้งานของมันถูกจำกัดด้วยราคาที่สูง (ประมาณ 1,000 ดอลลาร์สหรัฐ/กรัม) ไอโซโทปนี้ถูกนำไปใช้ในเทอร์โมไพล์และ ระบบ กลั่น น้ำ ของดาวเทียมและสถานีอวกาศบางแห่ง ยานอวกาศ กาลิเลโอและอพอลโล (เช่นอพอลโล 14 ^{[ 119 ]} ) มีเครื่องทำความร้อนที่ใช้พลังงานจากพลูโทเนียม-238 ออกไซด์ในปริมาณหลายกิโลกรัม ความร้อนนี้ยังถูกแปลงเป็นไฟฟ้าด้วยเทอร์โมไพล์ การสลายตัวของพลูโทเนียม-238 ก่อให้เกิดอนุภาคอัลฟาที่ค่อนข้างไม่เป็นอันตรายและไม่มีรังสีแกมมาดังนั้น ไอโซโทปนี้ (~160 มก.) จึงถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานในเครื่องกระตุ้นหัวใจ ซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าแบตเตอรี่ทั่วไปประมาณ 5 เท่า^{[ 110 ]}

แอคติเนียม-227ใช้เป็นแหล่งกำเนิดนิวตรอน พลังงานจำเพาะสูง (14.5 W/g) และความเป็นไปได้ที่จะได้รับสารประกอบที่มีความเสถียรทางความร้อนในปริมาณมาก ทำให้เป็นที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกที่มีอายุการใช้งานยาวนานสำหรับการใช้งานในพื้นที่ห่างไกล²²⁸ Ac ใช้เป็นตัวบ่งชี้กัมมันตภาพรังสีในการวิจัยทางเคมี เนื่องจากปล่อยอิเล็กตรอนพลังงานสูง (2.18 MeV) ที่สามารถตรวจจับได้ง่าย ส่วนผสมของ ²²⁸ Ac - ²²⁸ Raถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะแหล่งกำเนิดแกมมาที่มีความเข้มสูงในอุตสาหกรรมและการแพทย์^{[ 29 ]}

การพัฒนาวัสดุที่เจือด้วยแอคติไนด์ที่เรืองแสงได้เองพร้อมเมทริกซ์ผลึกที่ทนทานเป็นพื้นที่ใหม่ของการใช้แอคติไนด์ เนื่องจากการเพิ่มนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่ปล่อยอัลฟาลงในแก้วและผลึกบางชนิดอาจทำให้เกิดการเรืองแสงได้^{[ 120 ]}

สารกัมมันตรังสีสามารถเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ได้ผ่านทาง (i) การปนเปื้อนที่ผิวหนังเฉพาะที่ (ii) การสัมผัสภายในเนื่องจากการรับประทานไอโซโทปกัมมันตรังสี และ (iii) การสัมผัสมากเกินไปจากภายนอกโดยกิจกรรมเบต้าและรังสีแกมมา แอคติเนียมร่วมกับเรเดียมและธาตุทรานส์ยูเรเนียมเป็นหนึ่งในสารพิษกัมมันตรังสีที่อันตรายที่สุดที่มีกิจกรรมอัลฟา จำเพาะสูง คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของแอคติเนียมคือความสามารถในการสะสมและคงอยู่ในชั้นผิวของโครงกระดูกในระยะเริ่มต้นของการเป็นพิษ แอคติเนียมจะสะสมอยู่ในตับอันตรายอีกประการหนึ่งของแอคติเนียมคือมันสลายตัวทางกัมมันตรังสีเร็วกว่าการขับถ่ายการดูดซึมจากทางเดินอาหารมีน้อยกว่ามาก (~0.05%) สำหรับแอคติเนียมเมื่อเทียบกับเรเดียม^{[ 29 ]}

โปรแทคติเนียมในร่างกายมักสะสมอยู่ในไตและกระดูก ปริมาณสูงสุดที่ปลอดภัยของโปรแทคติเนียมในร่างกายมนุษย์คือ 0.03 ไมโครคูรีซึ่งเทียบเท่ากับ 0.5 ไมโครกรัมของ²³¹ Pa ไอโซโทปนี้อาจมีอยู่ในอากาศในรูปของละอองลอย 2.5 × 10เป็นพิษมากกว่ากรดไฮโดรไซยานิกถึง ^{8 เท่า [ 60 ]}

เมื่อพลูโทเนียมเข้าสู่ร่างกายผ่านทางอากาศ อาหาร หรือเลือด (เช่น บาดแผล) ส่วนใหญ่จะสะสมอยู่ในปอด ตับ และกระดูก โดยมีเพียงประมาณ 10% เท่านั้นที่ไปสะสมในอวัยวะอื่นๆ และจะคงอยู่ในนั้นเป็นเวลาหลายสิบปี ระยะเวลาที่พลูโทเนียมคงอยู่ในร่างกายนานนั้นส่วนหนึ่งอธิบายได้จากความสามารถในการละลายในน้ำต่ำ ไอโซโทปบางชนิดของพลูโทเนียมปล่อยรังสีอัลฟาซึ่งเป็นรังสีไอออนไนซ์ที่ทำลายเซลล์โดยรอบ ปริมาณรังสีที่ทำให้สุนัขตายครึ่งหนึ่ง (LD50 ₎ภายใน 30 วันหลังจากการฉีดพลูโทเนียมเข้าเส้นเลือดดำคือ 0.32 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมของน้ำหนักตัว ดังนั้นปริมาณรังสีที่ทำให้มนุษย์เสียชีวิตจึงอยู่ที่ประมาณ 22 มิลลิกรัมสำหรับคนที่มีน้ำหนัก 70 กิโลกรัม ปริมาณสำหรับการสัมผัสทางระบบหายใจควรจะมากกว่านี้ประมาณสี่เท่า การประมาณการอีกอย่างหนึ่งสมมติว่าพลูโทเนียมมีความเป็นพิษน้อยกว่าเรเดียม 50 เท่า ดังนั้นปริมาณพลูโทเนียมที่อนุญาตให้มีในร่างกายควรเป็น 5 ไมโครกรัมหรือ 0.3 ไมโครคูรี ปริมาณดังกล่าวแทบมองไม่เห็นภายใต้กล้องจุลทรรศน์ หลังจากการทดลองในสัตว์ ปริมาณสูงสุดที่อนุญาตนี้ลดลงเหลือ 0.65 μg หรือ 0.04 μCi การศึกษาในสัตว์ยังเผยให้เห็นว่าเส้นทางการสัมผัสพลูโทเนียมที่อันตรายที่สุดคือการสูดดม ซึ่งหลังจากนั้น 5–25% ของสารที่สูดดมเข้าไปจะคงอยู่ในร่างกาย ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาคและความสามารถในการละลายของสารประกอบพลูโทเนียม พลูโทเนียมจะสะสมอยู่ในปอดหรือในระบบน้ำเหลืองหรือถูกดูดซึมเข้าสู่กระแสเลือดแล้วขนส่งไปยังตับและกระดูก การปนเปื้อนผ่านอาหารเป็นวิธีที่มีโอกาสน้อยที่สุด ในกรณีนี้ มีเพียงประมาณ 0.05% ของสารประกอบพลูโทเนียมที่ละลายได้และ 0.01% ของสารประกอบพลูโทเนียมที่ไม่ละลายน้ำเท่านั้นที่ดูดซึมเข้าสู่กระแสเลือด ส่วนที่เหลือจะถูกขับออก การสัมผัสผิวหนังที่เสียหายกับพลูโทเนียมจะกักเก็บพลูโทเนียมไว้เกือบ 100% ^{[ 94 ]}

การใช้แอกทิไนด์ในเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ แหล่งกำเนิดรังสีแบบปิดผนึก หรือวัสดุขั้นสูง เช่น ผลึกเรืองแสงในตัวเอง มีประโยชน์หลายประการ อย่างไรก็ตาม ข้อกังวลที่สำคัญคือความเป็นพิษต่อรังสีของแอกทิไนด์ที่สูงมากและการเคลื่อนย้ายของพวกมันในสิ่งแวดล้อม^{[ 121 ]}การใช้แอกทิไนด์ในรูปแบบที่ไม่เสถียรทางเคมีใน MOX และแหล่งกำเนิดรังสีแบบปิดผนึกนั้นไม่เหมาะสมตามมาตรฐานความปลอดภัยสมัยใหม่ ความท้าทายคือการพัฒนาวัสดุที่มีแอกทิไนด์ที่เสถียรและทนทาน ซึ่งให้การจัดเก็บ การใช้งาน และการกำจัดขั้นสุดท้ายที่ปลอดภัย ความต้องการที่สำคัญคือการประยุกต์ใช้สารละลายของแข็งแอกทิไนด์ในเฟสโฮสต์ผลึกที่ทนทาน^{[ 120 ]}

• แอคติไนด์ในสิ่งแวดล้อม
• แลนทานอยด์
• แอกทิไนด์หลัก
• แอคติไนด์รอง
• ทรานส์ยูเรเนียม

• โกลับ, น. (1971) Общая и неорганическая химия (เคมีทั่วไปและอนินทรีย์) . ฉบับที่ 2.
• กรีนวูด, นอร์แมน เอ็น. ; เอิร์นชอว์, อลัน (1997). เคมีของธาตุ (ฉบับที่ 2). บัตเตอร์เวิร์ธ-ไฮเนมันน์. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.
• Myasoedov, B. (1972). เคมีวิเคราะห์ของธาตุทรานส์พลูโทเนียม . มอสโก: Nauka. ISBN 978-0-470-62715-0.

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อเกี่ยวกับแอกติไนด์

• ภาพจากห้องปฏิบัติการลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ แสดงตารางธาตุโบราณโดยซีบอร์ก ซึ่งแสดงอนุกรมแอกทิไนด์เป็นครั้งแรก
• ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ลิเวอร์มอร์เปิดเผยความลับของธาตุแอคติไนด์
• ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอะลามอส, วารสารวิจัยแอคติไนด์