Радий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
88 ФранцийРадийАктиний
Ra

Ubn
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
88Ra
Cubic-body-centered.svg
Electron shell 088 Radium.svg
Внешний вид простого вещества
Радий
Серебристo-белый металл
Свойства атома
Название, символ, номер

Ра́дий / Radium (Ra), 88

Атомная масса
(молярная масса)

226,0254 а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Rn] 7s2

Химические свойства
Радиус иона

(+2e) 143 пм

Электроотрицательность

0,9 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Ra←Ra2+ −2,916 В

Степени окисления

2

Энергия ионизации
(первый электрон)

 1-й 509,3 (5,2785) кДж/моль (эВ)
2-й 979,0 (10,147) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

(при к.т.) 5,5 г/см³

Температура плавления

973 K

Температура кипения

2010 K

Уд. теплота плавления

8,5 кДж/моль

Уд. теплота испарения

113 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

29,3[1] Дж/(K·моль)

Молярный объём

45,0 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

кубическая объёмноцентрированая

Параметры решётки

5,148[2]

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) (18,6) Вт/(м·К)

88
Радий
Ra
(226)
7s2

Ра́дий — элемент главной подгруппы второй группы, седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 88. Обозначается символом Ra (лат. Radium). Простое вещество радий (CAS-номер: 7440-14-4) — блестящий щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета, быстро тускнеющий на воздухе. Обладает высокой химической активностью. Радиоактивен; наиболее устойчив нуклид 226Ra (период полураспада около 1600 лет).

История[править | править вики-текст]

Французские ученые Пьер и Мария Кюри обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды (урановая смолка, добывавшаяся в городе Иоахимсталь, Чехия), более радиоактивны, чем чистый уран. Из этих отходов супруги Кюри после нескольких лет интенсивной работы выделили два сильно радиоактивных элемента: полоний и радий. Первое сообщение об открытии радия (в виде смеси с барием) Кюри сделали 26 декабря 1898 года во Французской Академии наук. В 1910 году Кюри и Андре Дебьерн выделили чистый радий путём электролиза хлорида радия на ртутном катоде и последующей дистилляции в водороде. Выделенный элемент представлял собой, как сейчас известно, изотоп радий-226, продукт распада урана-238. За открытие радия и полония супруги Кюри получили Нобелевскую премию. Радий образуется через многие промежуточные стадии при радиоактивном распаде изотопа урана-238 и поэтому находится в небольших количествах в урановой руде.

В России радий впервые был получен в экспериментах известного советского радиохимика В. Г. Хлопина.

В 1918 году на базе Государственного рентгеновского института было организовано Радиевое отделение.

Это отделение в 1922 году получило статус отдельного научного института.

Одной из задач Радиевого института были исследования радиоактивных элементов, в первую очередь — радия.

Директором нового института стал В. И. Вернадский, его заместителем — В. Г. Хлопин, физический отдел института возглавил Л. В. Мысовский[3].

Многие радионуклиды, возникающие при радиоактивном распаде радия, до того, как была выполнена их химическая идентификация, получили наименования вида радий А, радий B, радий C и т. д. Хотя сейчас известно, что они представляют собой изотопы других химических элементов, их исторически сложившиеся названия по традиции иногда используются:

Изотоп
Эманация радия 222Rn
Радий A 218Po
Радий B 214Pb
Радий C 214Bi
Радий C1 214Po
Радий C2 210Tl
Радий D 210Pb
Радий E 210Bi
Радий F 210Po

Названная в честь Кюри внесистемная единица радиоактивности кюри, равная 3,7·1010 распадов в секунду, или 37 ГБк ранее была основана на активности 1 г радия-226. Но так как активность 1 г радия-226 примерно на 1,3 % меньше, чем 1 Ки, в настоящее время эта единица определяется как 37 миллиардов распадов в секунду (точно).

Происхождение названия[править | править вики-текст]

Название «радий» связано с излучением ядер атомов Ra (лат. radius — луч).

Нахождение в природе[править | править вики-текст]

Радий довольно редок. За прошедшее с момента его открытия время — более столетия — во всём мире удалось добыть всего только 1,5 кг чистого радия. Одна тонна урановой смолки, из которой супруги Кюри получили радий, содержит лишь около 0,0001 г радия-226. Весь природный радий является радиогенным — возникает при распаде урана-238, урана-235 или тория-232; из четырёх найденных в природе наиболее распространённым и долгоживущим изотопом (период полураспада 1602 года) является радий-226, входящий в радиоактивный ряд урана-238. В равновесии отношение содержания урана-238 и радия-226 в руде равно отношению их периодов полураспада: (4,468·109 лет)/(1602 года)=2,789·106. Таким образом, на каждые три миллиона атомов урана в природе приходится лишь один атом радия или 1,02 мкг/т (кларк в земной коре).

Все природные изотопы радия сведены в таблицу:

Изотоп Историческое название Семейство Период полураспада Тип распада Дочерний изотоп (историческое название)
Радий-223 актиний Х (AcX) ряд урана-235 11,435 дня α радон-219 (актинон, An)
Радий-224 торий Х (ThX) ряд тория-232 3,66 дня α радон-220 (торон, Tn)
Радий-226 радий (Ra) ряд урана-238 1602 года α радон-222 (радон, Rn)
Радий-228 мезоторий I (MsTh1) ряд тория-232 5,75 года β актиний-228 (мезоторий II, MsTh2)

Геохимия радия во многом определяется особенностями миграции и концентрации урана, а также химическими свойствами самого радия — активного щёлочноземельного металла. Среди процессов, способствующих концентрированию радия, следует указать в первую очередь на формирование на небольших глубинах геохимических барьеров, в которых концентрируется радий. Такими барьерами могут быть, например, сульфатные барьеры в зоне окисления. Поднимающиеся снизу хлоридные сероводородные радийсодержащие воды в зоне окисления становятся сульфатными, радий осаждается с BaSO4 и CaSО4, где он становится практически нерастворимым постоянным источником радона. Из-за высокой миграционной способности урана и способности его к концентрированию, формируются многие типы урановых рудообразований в гидротермах, углях, битумах, углистых сланцах, песчаниках, торфяниках, фосфоритах, бурых железняках, глинах с костными остатками рыб (литофациями). При сжигании углей зола и шлаки обогащаются 226Ra. Также содержание радия повышено в фосфатных породах.

В результате распада урана и тория и выщелачивания из вмещающих пород в нефти постоянно образуются радионуклиды радия. В статическом состоянии нефть находится в природных ловушках, обмена радием между нефтью и подпирающими её водами нет (кроме зоны контакта вода-нефть) и в результате имеется избыток радия в нефти. При разработке месторождения пластовые и закачиваемые воды интенсивно поступают в нефтяные пласты, поверхность раздела вода-нефть резко увеличивается и в результате радий уходит в поток фильтрующихся вод. При повышенном содержании сульфат-ионов растворенные в воде радий и барий осаждаются в виде радиобарита Ва(Ra)SО4, который выпадает на поверхности труб, арматуры, резервуаров. Типичная объёмная активность поступающей на поверхность водонефтяной смеси по 226Rа и 228Rа может быть порядка 10 Бк/л (соответствует жидким радиоактивным отходам).

Основная масса радия находится в рассеянном состоянии в горных породах. Радий — химический аналог щелочных и щёлочноземельных породообразующих элементов, из которых состоят полевые шпаты, составляющие половину массы земной коры. Калиевые полевые шпаты — главные породообразующие минералы кислых магматических пород — гранитов, сиенитов, гранодиоритов и др. Известно, что граниты обладают природной радиоактивностью несколько выше фоновой из-за содержащегося в них урана. Хотя кларк урана не превышает 3 г/т, но в гранитах его содержание составляет уже 25 г/т. Но если гораздо более распространённый химический аналог радия барий входит в состав довольно редких калий-бариевых полевых шпатов (гиалофанов), а «чистый» бариевый полевой шпат, минерал цельзиан BaAl2Si2O8 очень редок, то накопления радия с образованием радиевых полевых шпатов и минералов вообще не происходит из-за короткого периода полураспада радия. Радий распадается на радон, уносящийся по порам и микротрещинкам и вымывающийся с грунтовыми водами. В природе иногда встречаются молодые радиевые минералы, не содержащие уран, например радиобарит и радиокальцит, при кристаллизации которых из растворов, обогащённых радием (в непосредственной близости от легкорастворимых вторичных урановых минералов), радий сокристаллизуется с барием и кальцием благодаря изоморфизму.

Получение[править | править вики-текст]

Получить чистый радий в начале ХХ в. стоило огромного труда. Мария Кюри трудилась 12 лет, чтобы получить крупинку чистого радия. Чтобы получить всего 1 г чистого радия, нужно было несколько вагонов урановой руды, 100 вагонов угля, 100 цистерн воды и 5 вагонов разных химических веществ. Поэтому на начало ХХ в. в мире не было более дорогого металла. За 1 г радия нужно было заплатить больше 200 кг золота.

Обычно радий добывается из урановых руд. В рудах, достаточно старых для восстановления векового радиоактивного равновесия в ряду урана-238, на тонну урана приходится 333 миллиграмма радия-226.

Существует также способ добычи радия из радиоактивных природных вод, выщелачивающих радий из урансодержащих минералов. Содержание радия в них может доходить до 7,5×10−9 г/г. Так, на месте нынешнего поселка Водный Ухтинского района Республики Коми с 1931 г. до 1956 г. действовало единственное в мире предприятие, где радий выделяли из подземных минерализованных вод Ухтинского месторождения, так называемый «Водный промысел»[4].

Из анализа документов, сохранившихся в архиве правопреемника этого завода (ОАО Ухтинский электрокерамический завод «Прогресс»), было подсчитано, что до закрытия на «Водном промысле» было выпущено примерно 271 г радия. В 1954 г. мировой запас добытого радия оценивался в 2,5 кг. Таким образом, к началу 50-х гг. примерно каждый десятый грамм радия был получен на «Водном промысле»[4].

Физические и химические свойства[править | править вики-текст]

Радий при нормальных условиях представляет собой блестящий белый металл, на воздухе темнеет (вероятно, вследствие образования нитрида радия). Реагирует с водой. Ведёт себя подобно барию и стронцию, но более химически активен. Обычная степень окисления — +2. Гидроксид радия Ra(OH)2 — сильное, коррозионное основание.

Применение[править | править вики-текст]

В настоящее время радий иногда используют в компактных источниках нейтронов, для этого небольшие его количества сплавляются с бериллием. Под действием альфа-излучения (ядер гелия-4) из бериллия выбиваются нейтроны:

\mathsf{^9Be + _2^4\alpha \rightarrow ^{12}C + ^1n}

В медицине радий используют как источник радона для приготовления радоновых ванн (хотя в настоящее время их полезность оспаривается). Кроме того, радий применяют для кратковременного облучения при лечении злокачественных заболеваний кожи, слизистой оболочки носа, мочеполового тракта.

Однако в настоящее время существует множество более подходящих для этих целей радионуклидов с нужными свойствами, которые получают на ускорителях или в ядерных реакторах, например, 60Co (T1/2 = 5,3 года), 137Cs (T1/2 = 30,2 года), 182Ta (T1/2 = 115 сут.), 192Ir (T1/2 = 74 сут.), 198Au (T1/2> = 2,7 сут.) и т. д.

Отопление радием: камин 21 века. Французская карточка 1910 года.

До 70-х годов XX века радий часто использовался для изготовления светящихся красок постоянного свечения (для разметки циферблатов авиационных и морских приборов, специальных часов и других приборов), однако сейчас его обычно заменяют менее опасными изотопами: тритием (T1/2 = 12,3 года) или 147Pm (T1/2 = 2,6 года). Опасность таких приборов состоит в том что они не содержали предупреждающей маркировки, выявить их можно только дозиметрами.

Биологическая роль[править | править вики-текст]

Радий чрезвычайно радиотоксичен. В организме он ведёт себя подобно кальцию — около 80 % поступившего в организм радия накапливается в костной ткани. Большие концентрации радия вызывают остеопороз, самопроизвольные переломы костей и злокачественные опухоли костей и кроветворной ткани. Опасность представляет также радон — газообразный радиоактивный продукт распада радия.

Преждевременная смерть Марии Кюри произошла вследствие хронического отравления радием, так как в то время опасность облучения ещё не была осознана.

Изотопы[править | править вики-текст]

Известны 25 изотопов радия. Изотопы 223Ra, 224Ra, 226Ra, 228Ra встречаются в природе, являясь членами радиоактивных рядов. Остальные изотопы могут быть получены искусственным путём. Радиоактивные свойства некоторых изотопов радия[5]:

Массовое число Период полураспада Тип распада
213 2,74(6) мин. α
219 10(3) мс α
220 17,9(14) мс α (99%)
221 28(2) с α
222 38,0(5) с α
223 (AcX) 11,43(5) дня α
224 (ThX) 3,6319(23) дня α
225 14,9(2) дня β
226 1602(7) лет α
227 42,2(5) мин. β
228 (MsTh1) 5,75(3) года β
230 93(2) мин. β

Интересные факты[править | править вики-текст]

В начале века, после своего открытия, радий считался полезным и включался в состав многих продуктов и бытовых предметов: хлеб, шоколад, питьевая вода, зубная паста, пудры и кремы для лица, краска циферблатов наручных часов, средство для повышения тонуса и потенции.[6][7]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 153-154. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—092—4
  2. WebElements Periodic Table of the Elements | Radium | crystal structures
  3. Мещеряков М. Г., Перфилов Н. А. Памяти Льва Владимировича Мысовского (К семидесятипятилетию со дня рождения) // Выпуск УФН : Сборник УФН. — М., 1963. — В. Ноябрь.
  4. 1 2 Кичигин А.И., Таскаев А.И. «Водный промысел»: история производства радия в Республике Коми (1931–1956 гг.) // Вопросы истории естествознания и техники. — 2004. — № 4. — С. 3-30.
  5. Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
  6. ANR | Radium Face Cream, 1918
  7. 10 Radioactive Products That People Actually Used

Ссылки[править | править вики-текст]