La sèrie dels actinoides o actínids comprèn els 15 elements de l'actini fins al lawrenci (nombres atòmics del 89 al 103, ambdós inclosos), que són: actini (Ac), tori (Th), protoactini (Pa), urani (U), neptuni (Np), plutoni (Pu), americi (Am), curi (Cm), berkeli (Bk), californi (Cf), einsteini (Es), fermi (Fm), mendelevi (Md), nobeli (No) i lawrenci (Lr). Tenen tots configuracions electròniques amb orbitals 5f parcialment ocupats.
Període 7 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Els actinoides són químicament similars als lantanoides. Com a sèrie, són significatius en gran part a causa de la seva radioactivitat. Els actinoides més pesants no són presents a la natura perquè tenen períodes de semidesintegració molt breus. Tot i que diversos membres del grup, inclòs l'urani, es produeixen de manera natural, la majoria són artificials. L'urani 235 s'empra com a combustible en les centrals nuclears per a produir energia elèctrica mitjançant la reacció de fissió nuclear. Amb urani i plutoni s'hi fabriquen armes nuclears. Només l'urani i el plutoni són els elements que tenen isòtops que poden produir reaccions de fissió nuclear.
Etimologia A aquesta sèrie d'elements també se'ls denomina actínids, però és un nom no recomanat per la Unió Internacional de Química Pura i Aplicada (IUPAC). El nom actínids prové dactinii amb el sufix d'origen llatí -ĭdus, -ids, que significa ‘tendent a’, ‘cap a’, per tant etimològicament actínids significa la sèrie d'elements que segueixen a l'actini. Per altra banda actinoide prové d'actini i del sufix grec εῖδος, -oide, ‘forma’, ‘aparença’, és a dir, actinoide vol dir element semblant a l'actini. Malgrat que estrictament no s'hauria d'incloure a l'actini en els actinoides, la pràctica habitual és incloure'l. En anglès actinide té la mateixa terminació que sulfide, chloride,... que són anions i no és recomanable emprar el mateix sufix perquè els actínids no són ni formen anions. Tanmateix en català no es dona el mateix problema, ja que els anions se'ls anomena amb el sufix -ur: sulfur, clorur,... i actínid no s'hi sembla. miniatura|Situació dels actínids dins la taula periòdica
El físic estatunidenc Glenn Theodore Seaborg postulà el 1942 una estreta correspondència entre lantanoides i actinoides, i admeté que cada actinoide era l'homòleg del lantanoide corresponent. Aquesta idea, encara que no sempre rigorosament vàlida, ha estat molt útil per a la identificació i estudi dels elements transplutònics. L'homogeneïtat de propietats dels actinoides prové, com en els lantanoides, de la configuració electrònica. Tots tenen dos electrons 7s, però el nivell més extern cessa d'omplir-se i a partir del protoactini els electrons addicionals passen a omplir el nivell intern 5f.
Els actinoides se situen habitualment sota del bloc principal de la taula periòdica, sota dels lantanoides.
Estat natural L'actini, el tori, el protactini i l'urani són els únics actinoides que es poden trobar a la natura. Tant l'actini com el protactini només se'ls troba en concentracions traça a l'escorça terrestre i hi són uns dels deu elements menys abundants. El tori és present a l'escorça de la Terra en una concentració mitjana de 7,2 ppm, i és 39è element més abundant. L'urani és el 48è element més abundant a l'escorça terrestre, amb una concentració mitjana de 2 ppm (a l'aigua de la mar és de 3 ppb). miniatura|Edwin Mattison McMillan, premi Nobel de Química el 1951.La resta d'actinoides, anomenats comunament transurànids, s'han sintetitzat al laboratori mitjançant el bombardeig d'actinoides naturals amb neutrons als reactors nuclears o amb ions pesants (partícules carregades) en acceleradors de partícules. Els actinoides més enllà de l'urani no es produeixen a la naturalesa (excepte, en alguns casos, en quantitats traça), perquè l'estabilitat dels seus isòtops disminueix amb l'augment del nombre atòmic i les quantitats que es puguin produir decauen massa ràpidament per acumular-se. El període de semidesintegració de l'urani 238, l'isòtop d'urani més estable, és de 4,5 × 10⁹ anys. El plutoni 239 té una semivida de 24 400 anys i es produeix en reactors en quantitats de tones, però el nobeli i el lawrenci, els elements 102 i 103, amb una semivida de segons, es produeixen uns quants àtoms a la vegada. El primer d'aquests elements actinoides sintètics que es descobrí fou el neptuni, de número atòmic 93, que es preparà mitjançant el bombardeig d'urani 238 amb neutrons per part dels investigadors estatunidencs Edwin M. McMillan (1907–1991) i Philip H. Abelson (1913–2004). Primer s'obtingué urani 239, inestable, que es desintegrà emetent una partícula beta i donà el neptuni 239:
_92^238U + _0^1n -> _92^239U + \gamma_92^239U -> _93^239Np + _{-1}^0e
Propietats Els actinoides se succeeixen al setè període de la taula periòdica. Tots tenen 86 electrons disposats com en els àtoms del radó, el gas noble que els precedeix a la taula periòdica, amb tres electrons més que es poden situar als orbitals 6d i 7s (electrons de valència), i amb electrons addicionals que se situen als orbitals interiors 5f. Per tant, la principal diferència entre els àtoms dels elements de la sèrie és la presència d'electrons situats a orbitals 5f profunds dins del núvol d'electrons. A causa de la seva posició a la cinquena capa, aquesta subcapa electrònica diferenciadora afecta de fet les propietats químiques dels actinoides de manera relativament poc significativa, per la qual cosa tenen propietats extremadament semblants.
Propietats físiques Cap element més enllà del bismut a la taula periòdica, és a dir, cap element que tingui un nombre atòmic superior a 83, no té cap isòtop estable. Els actinoides són inusuals en formar una sèrie de 15 elements que no tenen isòtops estables; tots els isòtops actinoides sofreixen una desintegració radioactiva i, com a resultat, només alguns dels membres més estables i lleugers de la sèrie (actini, tori, protactini i urani) es troben a la natura. Tres isòtops naturals de la sèrie actinoide (232Th, 235U i 238U) tenen un període de semidesintegració o semivida de l'ordre de milers de milions d'anys. Aquests isòtops s'anomenen primordials, ja que es creu que eren presents quan la Terra es formà. Alguns dels isòtops als quals es desintegren els isòtops actinoides primordials també es troben a la natura, però la semivida dels isòtops de les cadenes de desintegració 232Th, 235U o 238U és molt més curta. miniatura|Una possible fissió de l'urani 235. Les reaccions nuclears més importants, però, impliquen la captura de neutrons per un nucli actinoide, seguida de la divisió o fissió d'aquest nucli en dues parts desiguals, amb l'alliberament d'enormes quantitats d'energia més dos o més neutrons addicionals. Els reactors nuclears i les bombes atòmiques depenen de la reacció en cadena creada per aquest procés: els neutrons resultants reaccionen encara més, induint més reaccions de fissió, que produeixen més neutrons, que condueixen a reaccions de fissió encara més grans, amb el resultat que, sense control, gran quantitat d'energia s'allibera molt ràpidament. Un gram de carbó cremat produeix menys de 10 000 calories de calor. La fissió d'un gram d'urani 235 produeix 2 × 10¹⁰ calories, és a dir, aproximadament dos milions de vegades més energia. Amb un control adequat, l'energia es pot alliberar de forma útil per produir electricitat. miniatura|Cilindres d'òxid d'urani(IV) emprats als reactors nuclears. L'actinoide més important, amb diferència, per la seva fisibilitat, és l'urani, que té diversos isòtops. L'urani natural consisteix principalment en urani 238, un isòtop no fissible. L'isòtop fissible és l'urani 235, que es hom el troba a la natura en només un 0,7 %. Els mètodes que separen els isòtops en virtut de les seves masses lleugerament diferents s'utilitzen per enriquir l'urani natural respecte a l'urani 235. L'òxid d'urani(IV) UO2 és ara el combustible de gairebé tots els reactors nuclears.
Dos altres isòtops actinoides fissibles són importants. El primer és el plutoni 239, que es pot preparar mitjançant el bombardeig de neutrons contra l'urani 238 i, per tant, es forma com a subproducte en reactors d'urani en què l'urani 238 està exposat als neutrons. Primer es forma urani 239 que emet una partícula beta transformant-se en plutoni 239:
_92^238U + _0^1n -> _92^239U -> _93^239Pu + _{-1}^0e
El segon és potencialment encara més important, ja que es produeix a partir de l'element tori, del qual hi ha enormes reserves a la Terra. L'isòtop tori 232 és bombardejat per neutrons, capta un neutró i es converteix en tori 233. Aquest isòtop decau per emissió beta al protactini 233, que torna a emetre una partícula beta per donar urani 233, un isòtop fissible de l'urani.
_90^232Th + _0^1n -> _90^233Th -> _91^233Pa + _{-1}^0e -> _92^233U + _{-1}^0e
Els reactors de potència reproductora estan dissenyats de manera que es perden molt pocs neutrons per la superfície o per absorció per impureses i es produeix més material fissible (ja sigui urani 233 o plutoni 239) del que es consumeix. Si es facessin practicables aquests reactors reproductors, hi hauria subministraments interminables d'isòtops fissibles.
Propietats químiques Configuració electrònica miniatura|Configuració electrònica del curi: 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰ 4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴ 5s²5p⁶5d¹⁰5f7 6s²6p⁶6d¹ 7s² A la sèrie actinoide, igual que als lantanoides, els electrons afegits (amb un nombre atòmic creixent) entren en orbitals interns, on estan parcialment submergits i, per tant, no són químicament actius. Aquestes dues sèries es produeixen al grup 3 de la taula periòdica; com que els electrons externs o de valència d'aquests elements són sempre els mateixos, les propietats químiques dels elements de les dues sèries tendeixen a semblar-se molt. Se sap molt sobre els lantanoides que es donen a la natura com a isòtops estables. Per tant, les prediccions sobre la química dels actinoides, alguns dels quals només es poden preparar en quantitats mínimes, es poden fer amb cert èxit comparant les seves configuracions electròniques amb les dels lantanoides.
A la sèrie d'elements lantanoides cada electró afegit entra a l'orbital f de la quarta capa; això és 4f. En els elements actinoides, els electrons afegits també entren en un orbital f, de manera similar, però en el cas del cinquè nivell, els 5f. Els electrons amb nombres quàntics més grans generalment estan més allunyats del nucli que els que tenen nombres quàntics més petits i, per tant, solen estar-hi menys fortament. Com era d'esperar, doncs, els electrons dels orbitals 5f, estant més allunyats del nucli, estan molt menys units que els dels orbitals 4f i, de fet, de vegades són prou actius com per participar en reaccions químiques. El resultat és que els actinoides, en els quals s'omplen els orbitals 5f, tenen més valències variables (nombre d'electrons disponibles per a enllaços químics) que els lantanoides, en què s'omplen els orbitals 4f.
Metalls actinoides miniatura|Americi observat amb microscopi. Les similituds entre molts compostos lantanoides i actinoides són sorprenents i ofereixen una comparació útil. En certes condicions, per exemple, l'actini, americi, curi, berkeli i californi tenen la mateixa estructura cristal·lina, igual que molts dels lantanoides. L'einsteini, l'element actinoide més pesant amb isòtops prou estables per al treball químic a escala macroscòpica, té la mateixa estructura que el lantanoide europi. Diversos dels actinoides més lleugers des del tori fins al plutoni tenen estructures metàl·liques diferents i inusuals, presumiblement a causa de la barreja d'orbitals 5f i 6d en els seus àtoms, alguns electrons se situen primer en orbitals 6d abans que en els orbitals 5f esperats.