Радій
Радій (англ. radium, нім. Radium, рос. радий) — радіоактивний хімічний елемент. Символ Ra, атомний номер 88. Відкритий у 1898 році П'єром Кюрі і Марією Склодовською-Кюрі.
Зміст |
Історія [ред.]
Відкритий П'єром та Марією Кюрі з допомогою їх помічника Густава Бемона[1] (за іншими джерелами — Жака Бемона[2]) у 1898 році.
Французькі вчені П'єр і Марія Кюрі виявили, що відходи, які залишаються після виділення урану з уранової руди (уранова смола, що видобувається в місті Яхимів, Чехія) радіоактивніші за чистий уран. З цих відходів подружжя Кюрі після кількох років інтенсивної роботи виділили два сильно радіоактивних елементи: полоній і радій. Перше повідомлення про відкриття радію (у вигляді суміші з барієм) Кюрі зробили 26 грудня 1898 у Французькій академії наук. У 1902 Кюрі і Андре Деб'єрн виділили чистий радій шляхом електролізу хлориду радію на ртутному катоді і подальшої дистиляції у водні. Виділений елемент був, як зараз відомо, ізотоп радій-226, продукт розпаду урану-238. За відкриття радію та полонію подружжя Кюрі отримали Нобелівську премію. Радій утворюється через багато проміжних стадій при радіоактивному розпаді ізотопу урану-238 і тому знаходиться в невеликих кількостях в урановій руді. Багато радіонуклідів, що виникають при радіоактивному розпаді радію, до того, як була виконана їх хімічна ідентифікація, отримали найменування типу радій А, радій B, C радій і т. д. Хоча зараз відомо, що вони являють собою ізотопи інших хімічних елементів, їх історично сформовані назви за традицією іноді використовуються.
Походження назви [ред.]
Назва «радій» пов'язана з випромінюванням атомів Ra: лат. radiusis — промінь.
Властивості [ред.]
Атомна маса для найстійкішого ізотопу 226Ra (період напіврозпаду бл. 1620 років) — 226,0254. Сріблясто-білий метал, на повітрі набуває чорного кольору через утворення нітриду Ra3N2. При спалюванні надає червоного відтінку полум'ю.[3] Густина 5500 кг/м³; tплав 969 °C; tкип бл. 1500 °C.
Реагує з водою з утворенням сильного лугу Ra(OH)2. На повітрі легко окиснюється з утворенням RaO, сполучаючись з N, дає нітрид Ra3N2.
Всі ізотопи радію радіоактивні. Радій випромінює α, β та γ промені, в залежності від ізотопу. Всі його ізотопи легше 227Ra альфа-активні. 225Ra, 227Ra та всі більш важкі ядра зазнають тільки β—-розпад. Крім того, для 5 ізотопів радію (з масовими числами 221–224 та 226) був відкритий кластерний розпад. Альфа-частинки, що випромінюються α-активними ізотопами радію (і будь-яких інших елементів), при змішуванні з легкими елементами (берилієм та ін.) викликають (α,n)-реакції на ядрах цих елементів, що призводить до емісії нейтронів[3]; це використовується для створення нейтронних джерел.
Середній вміст у земній корі 10—10% маси. Як член родини 238U, 220Ra є в усіх рудах урану (бл. 0,3 г/т). Внаслідок вимивання з уранових руд радій знаходиться в розчиненому стані у воді і входить до складу вторинних мінералів. У геології ізотопи радію 228Ra і ін. застосовують для визначення віку океанічних осадових порід і мінералів.
Радій-226 приблизно у мільйон разів радіоактивніший від природного урану з тією ж масою.[3]
Ізотопи [ред.]
Відомо 25 ізотопів радію. Ізотопи 223Ra, 224Ra, 226Ra, 228Ra зустрічаються в природі і входять до складу радіоактивних рядів. Решта ізотопів були отримані штучно. Нижче наведені властивості деяких ізотопів радію[4]:
| Масове число | Період напіврозпаду | Тип розпаду |
|---|---|---|
| 213 | 2,74(6) хв. | 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) дні | α |
| 224 (ThX) | 3,6319(23) дні | α |
| 225 | 14,9(2) дні | β |
| 226 | 1602(7) років | α |
| 227 | 42,2(5) хв. | β |
| 228 (MsTh1) | 5,75(3) роки | β |
| 230 | 93(2) хв. | β |
Отримання [ред.]
Радій виділяють з уранових руд хімічним методом.[1] Металевий радій отримують електролізом розчину RaCl2 на ртутному катоді.
Поширення в природі [ред.]
Радій досить рідкісний. За час з моменту його відкриття — понад століття — у всьому світі вдалося добути всього лише 1,5 кг чистого радію. Одна тонна уранової смолки, з якої подружжя Кюрі отримали радій, містить лише близько 0,0001 г радію-226. Весь природний радій є радіогенним — виникає при розпаді урану-238, урану-235 або торію-232; з чотирьох знайдених в природі найпоширенішим і найтривалішим ізотопом (період напіврозпаду — 1602 роки) є радій-226, що входить до радіоактивного ряду урану-238. У рівновазі, відношення вмісту урану-238 і радію-226 в руді дорівнює відношенню їх періодів напіврозпаду: (4,468×109 років)/(1602 роки) = 2,789 ×106. Таким чином, на кожні три мільйони атомів урану в природі можна знайти лише один атом радію або 1,02 мкг/т (кларк у земній корі).
Всі природні ізотопи радію зведено у таблиці:
| Ізотоп | Історична назва | Родина | Період напіврозпаду | Тип розпаду | Дочірний ізотоп (історична назва) |
|---|---|---|---|---|---|
| Радій-223 | актиній Х (AcX) | ряд урану-235 | 11,435 дні | α | радон-219 (актинон, An) |
| Радій-224 | торій Х (ThX) | ряд торію-232 | 3,66 дні | α | радон-220 (торон, Tn) |
| Радій-226 | радій (Ra) | ряд урану-238 | 1602 роки | α | радон-222 (радон, Rn) |
| Радій-228 | мезоторій I (MsTh1) | ряд торію-232 | 5,75 роки | β | актиній-228 (мезоторій II, MsTh2) |
Геохімія радію багато в чому визначається особливостями міграції та концентрації урану, а також хімічними властивостями самого радію — активного лужноземельного металу. Серед процесів, що сприяють концентруванню радію, слід вказати насамперед на формування на невеликих глибинах геохімічних бар'єрів, в яких концентрується радій. Такими бар'єрами можуть бути, наприклад, сульфатні бар'єри в зоні окислення. Хлоридні сірководневі радієвмісні води в зоні окиснення стають сульфатними, радій осаджується з BaSO 4 та CaSO 4, де він стає практично нерозчинним постійним джерелом радону. Через високу міграційну здатність урану і здатності його до концентрування, формуються багато типів уранових рудоутворень в гідротермах, вугіллі, бітумах, вуглистих сланцях, пісковиках, торфовищах, фосфоритах, бурих залізняках, глинах з кістковими залишками риб (літофації). При спалюванні вугілля попіл і шлаки збагачуються 226Ra. Також зміст радію підвищений в фосфатних породах.
У результаті розпаду урану і торію, та вилуговування із порід нафти, що містять нафту, постійно утворюються радіонукліди радію. У статичному стані нафта знаходиться в природних пастках, обміну радієм між нафтою і водами, що її підпирають, немає (окрім зони контакту вода-нафта) і внаслідок цього є надлишок радію в нафті. При розробці родовища пластові та закачані води інтенсивно надходять у нафтові пласти, поверхня поділу вода-нафта різко збільшується і в результаті радій йде у потік вод, що фільтруються. За підвищеного вмісту сульфат-іонів розчинені у воді радій і барій осідають у вигляді радіобариту Ва(Ra)SO4, який випадає на поверхні труб, арматури, резервуарів. Типова об'ємна активність викачуваної водонафтової суміші за 226Ra і 228Ra сягає 10 Бк/л, що відповідає рідким радіоактивним відходам.
Основна маса радію знаходиться в розсіяному стані в гірських породах. Радій — хімічний аналог лужних і лужноземельних породоутворюючих елементів, що утворюють польові шпати, які складають половину маси земної кори. Калієві польові шпати — головні породоутворюючі мінерали кислих магматичних порід — гранітів, сієнітів, гранодіоритів та інших. Відомо, що граніти мають природну радіоактивність, яка трохи вища за фонову через домішки урану. Хоча кларк урану не перевищує 3 г/т, але в гранітах його вміст становить вже 25 г/т. Але якщо набагато поширеніший хімічний аналог радію — барій — входить до складу досить рідкісних калій-барієвих польових шпатів (гіалофанів), а «чистий» барієвий польовий шпат, мінерал цельзіан BaAl 2Si2O8 дуже рідкісний, то накопичення радію з утворенням радієвих польових шпатів і мінералів взагалі не відбувається через короткий період напіврозпаду радію. Радій розпадається на інертний радон, що вивільняється порами і мікротріщинами і вимивається з ґрунтовими водами. У природі іноді зустрічаються молоді радієві мінерали, що не містять уран, наприклад радіобарит і радіокальцит, при кристалізації яких з розчинів, збагачених радієм (у безпосередній близькості від легкорозчинних вторинних уранових мінералів), радій кристалізується разом з барієм і кальцієм завдяки ізоморфізму.
Застосування [ред.]
Радій застосовується як джерело альфа-частинок для приготування Ra-Be джерел нейтронів, для виготовлення світних фарб, у медицині — для радіотерапії та дефектоскопії, в техніці — для отримання радійберилієвих джерел нейтронів, як джерело гамма-випромінення. Радій також використовується в геохімії як індикатор змішування і циркуляції вод океанів.
Біологічна роль [ред.]
Радій надзвичайно радіотоксичний. В організмі він поводить себе подібно до кальцію — близько 80% радію, що потрапляє в організм, накопичується в кістковій тканині. Великі концентрації радію викликають остеопороз, самовільні переломи і злоякісні пухлини кісток та кровотворної тканини. Небезпеку несе також радон — газоподібний радіоактивний продукт розпаду радію.
Передчасна смерть Марії Кюрі сталася внаслідок хронічного отруєння радієм, тому що в той час ще не було усвідомлено небезпеку опромінення.
Див. також [ред.]
Примітки [ред.]
- ↑ а б И. А. Леенсон. Полоний: что нового? — Химия и жизнь, № 2, 2007. (рос.)
- ↑ Дмитрий Самин. Радиоактивность // 100 великих научных открытий. — Москва: «Вече 2000», 2002. (рос.)
- ↑ а б в Про радій на сайті Webelements (англ.)
- ↑ Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
Література [ред.]
- Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
Посилання [ред.]
- Стаття на сайті нобелівського комітету про відкриття полонію та радію (англ.)
- Про відкриття радію на сайті Lateral Science (англ.)
