Радий: различия между версиями
[отпатрулированная версия] | [непроверенная версия] |
NapalmBot (обсуждение | вклад) м Замена тегов <br clear="xxx" на шаблоны. |
|||
Строка 53: | Строка 53: | ||
== История == |
== История == |
||
Французские ученые [[Кюри, Пьер|Пьер]] и [[Склодовская-Кюри, Мария|Мария Кюри]] обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения [[уран (элемент)|урана]] из урановой руды |
Французские ученые [[Кюри, Пьер|Пьер]] и [[Склодовская-Кюри, Мария|Мария Кюри]] обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения [[уран (элемент)|урана]] из урановой руды, более радиоактивны, чем чистый уран. Из этих отходов супруги Кюри после интенсивной работы выделили два сильно радиоактивных элемента: [[полоний]] и радий. Первое сообщение об открытии радия (в виде смеси с [[барий|барием]]) Кюри сделали [[26 декабря]] [[1898 год]]а во Французской Академии наук. В 1910 году Кюри и [[Дебьерн, Андре-Луи|Андре Дебьерн]] выделили чистый радий путём [[электролиз]]а [[хлорид радия|хлорида радия]] на ртутном [[катод]]е и последующей дистилляции в [[водород]]е. Выделенный элемент представлял собой, как сейчас известно, изотоп радий-226, продукт распада [[Уран-238|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 [[Россия|России]] радий впервые был получен в экспериментах известного советского [[радиохимик]]а [[Хлопин, Виталий Григорьевич|В. Г. Хлопина]]. |
В [[Россия|России]] радий впервые был получен в экспериментах известного советского [[радиохимик]]а [[Хлопин, Виталий Григорьевич|В. Г. Хлопина]]. |
Версия от 15:50, 22 марта 2017
Радий | ||||
---|---|---|---|---|
← Франций | Актиний → | ||||
| ||||
Внешний вид простого вещества | ||||
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 | 1233 K | |||
Температура кипения | 2010 K | |||
Мол. теплота плавления | 8,5 кДж/моль | |||
Мол. 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) | |||
Номер CAS | 7440-14-4 |
88 | Радий
|
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
Французские ученые Пьер и Мария Кюри обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды, более радиоактивны, чем чистый уран. Из этих отходов супруги Кюри после 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
Название «радий» связано с излучением ядер атомов Ra (лат. radius — луч).
Нахождение в природе
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
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 установления 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
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
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:
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.
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). Иногда часы с радиевым светосоставом выпускались и в гражданском исполнении, в том числе наручные. Также радиевую светомассу в быту можно встретить в некоторых старых ёлочных игрушках, тумблерах с подсветкой кончика рычажка, на шкалах некоторых старых радиоприёмников и прочее. Характерный признак светосостава постоянного действия советского производства — краска горчично-жёлтого цвета, хотя иногда цвет бывает и другим (белым, зеленоватым, тёмно-оранжевым и прочее). Опасность таких приборов состоит в том, что они не содержали предупреждающей маркировки, выявить их можно только дозиметрами. Также люминофор с годами деградирует и краска к нашему времени зачастую перестаёт светиться, что, разумеется, не делает её менее опасной, так как радий никуда не девается. Ещё одна опасная особенность радиевой светомассы в том, что со временем краска деградирует и может начать осыпаться, и пылинка такой краски, попавшая внутрь организма с едой или при вдохе, способна причинить большой вред за счёт альфа-излучения.
Биологическая роль
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. В начале XX века радий даже 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[5][6].
Изотопы
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[7]:
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 |
-
Репродукции продуктов, содержащих радий, выпускавшихся в начале XX века, на витрине в Музее Марии Кюри, Париж.
-
Надпись на баночке: «Пудра ТО-РАДИЙ на основе радия и тория по формуле Альфреда Кюри...»
Примечания
- ↑ 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.
- ↑ WebElements Periodic Table of the Elements | Radium | crystal structures
- ↑ Мещеряков М. Г., Перфилов Н. А. Памяти Льва Владимировича Мысовского (К семидесятипятилетию со дня рождения) // Выпуск УФН : Сборник УФН. — М., 1963. — Вып. Ноябрь.
- ↑ 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.
- ↑ ANR | Radium Face Cream, 1918
- ↑ 10 Radioactive Products That People Actually Used
- ↑ Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
Литература
- Погодин С. А., Либман Э. П. Как добыли советский радий / Под ред. чл.-корр. АН СССР В. М. Вдовенко. — М.: Атомиздат, 1971. — 232 с. — (Научно-популярная библиотека Атомиздата). — 25 000 экз. (обл.)