Rádium

Rádium
←  Francium | Aktinium  →
88 Ba ↑ Ra ↓ Ubn 88 Ra
Vzhled jednoduché látky
Vzorek radia
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo	Radium (Ra), 88
atomová hmotnost ( molární hmotnost )	226,0254  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace	[Rn] 7 s 2
Chemické vlastnosti
Poloměr iontů	(+2e) 143  hodin
Elektronegativita	0,9 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál	Ra ← Ra 2+ -2,916 V
Oxidační stavy	+2
Ionizační energie (první elektron)	1. 509,3 (5,2785) kJ/mol (eV) 2. 979,0 (10,147)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. )	(při teplotě místnosti) 5,5 g/cm³
Teplota tání	1233 tis .
Teplota varu	2010 K
Oud. teplo tání	8,5 kJ/mol
Oud. výparné teplo	113 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	29,3 [1]  J/(K mol)
Molární objem	45,0  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce	Krychlové tělo uprostřed
Parametry mřížky	5,148 [2]
Další vlastnosti
Tepelná vodivost	(300 K) (18,6) W/(m K)
Číslo CAS	7440-14-4
nejdéle žijící izotopy
Izotop Prevalence _ Poločas rozpadu Rozpadový kanál Produkt rozpadu 223 Ra stopové množství 11,43 dne α 219 Rn 224 Ra stopové množství 3,6319 dnů α 220 Rn _ 225 Ra _ stopové množství 14,9 dne β - 225 AC 226Ra _ stopové množství 1600 let α 222 Rn 228 Ra stopové množství 5,75 let β - 228 AC

Radium  ( chemická značka  - Ra , z lat.  Radium ) - chemický prvek 2. skupiny (podle zastaralé klasifikace  - hlavní podskupina druhé skupiny, IIA), sedmé období periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 88.

Jednoduchá látka radium  je lesklý , stříbřitě bílý kov alkalických zemin , který na vzduchu rychle bledne. Je vysoce reaktivní a vysoce toxický . Sloučeniny radia jsou mnohem toxičtější než sloučeniny barya kvůli vysoké radioaktivitě radia.

Radioaktivní . Nejstabilnějším nuklidem je 226 Ra ( poločas rozpadu je asi 1600 let ).

Historie

Francouzští vědci Pierre a Marie Curie zjistili, že odpad zbylý po oddělení uranu od uranové rudy ( uranová pryskyřice těžená ve městě Joachimstal , Česká republika ) je radioaktivnější než čistý uran. Z tohoto odpadu Curieovi po několika letech intenzivní práce izolovali dva vysoce radioaktivní prvky: polonium a radium. První zprávu o objevu radia (jako směsi s baryem ) podali manželé Curieovi 26. prosince 1898 ve Francouzské akademii věd . V roce 1910 Marie Curie a André Debierne izolovali čisté radium elektrolýzou chloridu radia na rtuťové katodě a následnou destilací ve vodíku . Izolovaným prvkem byl, jak je nyní známo, izotop radium-226, produkt rozpadu uranu-238 . Curieovi byla udělena Nobelova cena za objev radia a polonia. Radium vzniká v mnoha mezistupních při radioaktivním rozpadu izotopu uranu-238, a proto se nachází v malých množstvích v uranové rudě.

V Rusku bylo radium poprvé získáno při pokusech slavného sovětského radiochemika V. G. Khlopina . V roce 1918 bylo na základě Státního rentgenového ústavu zřízeno radiové oddělení, které v roce 1922 získalo statut samostatného vědeckého ústavu. Jedním z úkolů Radiového ústavu bylo studium radioaktivních prvků , především radia. Ředitelem nového ústavu se stal V. I. Vernadskij , jeho zástupcem V. G. Khlopin , fyzikální oddělení ústavu vedl L. V. Myšovský [3] .

Mnoho radionuklidů vznikajících při radioaktivním rozpadu radia bylo před chemickou identifikací pojmenováno ve formě radia A, radia B, radia C atd. Ačkoli je dnes známo, že jde o izotopy jiných chemických prvků, historicky si vytvořily názvy někdy se používá tradice:

Mimosystémová jednotka aktivity radioaktivního zdroje „ curie “ (Ci), pojmenovaná po Curieových, rovna 3,7⋅10 10 rozpadů za sekundu, neboli 37 GBq , byla dříve založena na aktivitě 1 gramu radia-226. . Ale protože jako výsledek zpřesněných měření bylo zjištěno, že aktivita 1 g radia-226 je přibližně o 1,3 % menší než 1 Ci , je tato jednotka v současnosti definována jako 37 miliard rozpadů za sekundu (přesně).

Původ jména

Název "rádium" je spojen se zářením jader atomů Ra ( lat .  poloměr  - paprsek).

Fyzikální a chemické vlastnosti

Kompletní elektronová konfigurace atomu radia je: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2

Radium je za normálních podmínek lesklý bílý kov, který na vzduchu tmavne (pravděpodobně v důsledku tvorby nitridu radia ). Reaguje s vodou. Chová se podobně jako baryum a stroncium , ale je reaktivnější. Obvyklý oxidační stav  je +2. Hydroxid raditý Ra(OH) 2  je silná, žíravá báze.

Díky silné radioaktivitě všechny sloučeniny radia září namodralým světlem ( radiochemiluminiscence ), které je dobře viditelné ve tmě [4] a ve vodných roztocích jeho solí dochází k radiolýze .

Ve vodném roztoku se radium přeměňuje na kationt Ra 2+ , který je bezbarvý, takže všechny sloučeniny radia jsou bílé, ale časem žloutnou a pak získávají ještě tmavší barvy vlivem alfa záření radia. Chlorid raditý je méně rozpustný ve vodě než chlorid barnatý . Bromid raditý se rozpouští lépe než chlorid. Rozpustnost dusičnanu radia klesá s rostoucí koncentrací kyseliny dusičné. Nerozpustné soli radia jsou síran , chromát, uhličitan, jodičnan , tetrafluorberyllát a dusičnan. Všechny, s výjimkou uhličitanu, jsou méně rozpustné než odpovídající barnaté soli. Síran raditý je nejméně rozpustný známý síran [5] .

Získání

Získat čisté radium na začátku 20. století stálo hodně práce. Marie Curie pracovala 12 let na získání zrnka čistého radia. K získání pouhého 1 g čistého radia bylo potřeba několik vagonů uranové rudy, 100 vagonů uhlí, 100 cisteren vody a 5 vagonů různých chemikálií. Na začátku 20. století proto na světě nebyl dražší kov. Za 1 g radia bylo nutné zaplatit více než 200 kg zlata.

Radium se obvykle těží z uranových rud. V rudách, které jsou dostatečně staré na to, aby ustavily sekulární radioaktivní rovnováhu v řadě uranu-238, je 333 miligramů radia-226 na tunu uranu.

Existuje také metoda získávání radia z radioaktivních přírodních vod, které vyluhují radium z minerálů obsahujících uran. Obsah radia v nich může dosahovat až 7,5×10 −9 g/g . Na místě nynější vesnice tak v letech 1931 až 1956 fungoval jediný podnik na světě, kde se radium izolovalo z podzemních mineralizovaných vod ložiska Ukhta, tzv. „Vodní průmysl“ [6] [7] . města Vodny v oblasti Ukhta v republice Komi .

Z analýzy dokumentů dochovaných v archivech nástupce tohoto závodu (OAO Ukhta Electroceramic Plant Progress) bylo odhadnuto, že ve Vodnoje Promysl bylo před uzavřením uvolněno přibližně 271 g radia. V roce 1954 se světová zásoba vytěženého radia odhadovala na 2,5 kg . Počátkem 50. let 20. století byl tedy ve Vodném Promyslu získán přibližně každý desátý gram radia [6] .

Být v přírodě

Radium je poměrně vzácné. Za dobu, která uplynula od jeho objevení – více než století – bylo celosvětově vytěženo pouze 1,5 kg čistého radia. Jedna tuna uranové smoly , ze které Curieovi získali radium, obsahuje pouze asi 0,1 g radia-226 . Veškeré přírodní radium je radiogenní – vzniká při rozpadu uranu-238 , uranu-235 nebo thoria-232 ; ze čtyř nalezených v přírodě je nejběžnějším a dlouhotrvajícím izotopem (poločas rozpadu 1602) radium-226, které je součástí řady radioaktivního uranu-238. V rovnováze je poměr obsahu uranu-238 a radia-226 v rudě roven poměru jejich poločasů: (4,468⋅10 9 let)/(1602 let)=2,789⋅10 6 . Na každé tři miliony atomů uranu v přírodě tedy připadá pouze jeden atom radia; Clarkeovo číslo radia (obsah v zemské kůře) je ~1 µg/t .

Všechny přírodní izotopy radia jsou shrnuty v tabulce:

Geochemie radia je do značné míry určena charakteristikami migrace a koncentrace uranu, stejně jako chemickými vlastnostmi samotného radia, aktivního kovu alkalických zemin. Z procesů přispívajících ke koncentraci radia je třeba především poukázat na vznik geochemických bariér v malých hloubkách, ve kterých se radium koncentruje. Takovými bariérami mohou být například sulfátové bariéry v oxidační zóně. Vystupující zespodu chloridovodíkové vody obsahující radium v ​​oxidační zóně se stávají sírany, síran radium se sráží s BaSO 4 a CaSO 4 , kde se stává téměř nerozpustným konstantním zdrojem radonu. Vzhledem k vysoké migrační schopnosti uranu a jeho schopnosti koncentrovat se v hydrotermálních vodách vzniká mnoho typů formací uranové rudy, uhlí, bitumeny, uhlíkaté břidlice, pískovce, rašeliniště, fosfority, hnědá železná ruda, jíly s kostními zbytky ryb ( litofacie). Při spalování uhlí se popel a struska obohacují o 226 Ra. Obsah radia je také zvýšený ve fosfátových horninách.

V důsledku rozpadu uranu a thoria a vyplavování z hostitelských hornin se v ropě neustále tvoří radionuklidy radia. Ve statickém stavu je ropa v přirozených lapačích, nedochází k výměně radia mezi ropou a vodami, které ji podporují (kromě kontaktní zóny voda-olej), a v důsledku toho je v ropě přebytek radia . Při rozvoji pole, nádrže a injektované vody intenzivně vstupují do ropných nádrží, rozhraní voda-ropa se prudce zvětšuje a v důsledku toho se radium dostává do proudu filtrovaných vod. Při zvýšeném obsahu síranových iontů se radium a baryum rozpuštěné ve vodě sráží ve formě radiobarytu Ba (Ra) SO 4 , který se sráží na povrchu potrubí, armatur a nádrží. Typická objemová aktivita směsi voda-olej vystupující na povrch ve smyslu 226 Ra a 228 Ra může být asi 10 Bq/l (odpovídá kapalnému radioaktivnímu odpadu).

Většina radia je v rozptýleném stavu v horninách. Radium je chemická obdoba alkalických horninotvorných prvků a prvků alkalických zemin, které tvoří živce , které tvoří polovinu hmoty zemské kůry. Draselné živce jsou hlavními horninotvornými minerály kyselých vyvřelých hornin - žuly , syenity , granodiority atd. Je známo, že žuly mají přirozenou radioaktivitu poněkud vyšší než pozadí díky obsahu uranu. I když obsah uranu nepřesahuje 3 g/t , jeho obsah v granitech je již 25 g/t . Je-li však mnohem běžnější chemický analog radia, baryum, obsažen v dosti vzácných draselno-barnatých živcích ( hyalofanech ), a „čistý“ baryový živec, celsijský minerál BaAl 2 Si 2 O 8 je velmi vzácný, pak akumulace radia se vznikem radiových živců a minerálů se vzhledem ke krátkému poločasu rozpadu radia vůbec nevyskytují. Radium se rozkládá na radon, který je odváděn póry a mikrotrhlinami a vyplavován podzemní vodou. V přírodě se někdy vyskytují mladé radiové minerály, které neobsahují uran, např. radiobaryt a radiokalcit , při jejichž krystalizaci z roztoků obohacených radiem (v těsné blízkosti snadno rozpustných sekundárních uranových minerálů), radium kokrystalizuje s baryem a vápník v důsledku izomorfismu .

Působení na tělo

Radium má v závislosti na izotopovém složení vysokou a zejména vysokou radiotoxicitu [8] . V lidském těle se chová jako vápník  – asi 80 % radia, které se dostane do těla, se hromadí v kostní tkáni. Velké koncentrace radia způsobují osteoporózu , spontánní zlomeniny kostí a zhoubné nádory kosti a krvetvorné tkáně. Nebezpečný je také radon  , plynný produkt radioaktivního rozpadu radia .

Předčasná smrt Marie Sklodowské-Curie byla způsobena chronickou otravou radiem, protože v té době ještě nebylo rozpoznáno nebezpečí expozice.

Izotopy

Existuje 35 známých izotopů radia v rozsahu hmotnostních čísel od 201 do 235 [9] . Izotopy 223 Ra , 224 Ra , 226 Ra , 228 Ra se v přírodě nacházejí jako členové radioaktivní řady uran-238, uran-235 a thorium-232. Zbývající izotopy lze získat uměle. Většina známých izotopů radia podléhá rozpadu alfa na izotopy radonu s hmotnostním číslem 4 menším než má mateřské jádro. Izotopy rádia s nedostatkem neutronů mají také další kanál rozpadu beta s pozitronovou emisí nebo orbitálním záchytem elektronů ; v tomto případě se vytvoří izotop francia se stejným hmotnostním číslem jako má mateřské jádro. V izotopech radia bohatých na neutrony (rozsah hmotnostních čísel od 227 do 235) byl nalezen pouze rozpad beta mínus ; dochází k němu při tvorbě aktiniových jader se stejným hmotnostním číslem jako mateřské jádro. Některé izotopy radia ( 221 Ra, 222 Ra, 223 Ra, 224 Ra, 226 Ra) v blízkosti linie stability beta vykazují kromě rozpadu alfa, klastrovou aktivitu s emisí jádra uhlíku-14 a tvorbou jádra olova. s hmotnostním číslem 14 menším než má mateřské jádro (například 222 Ra → 208 Pb+ 14 C), ačkoli pravděpodobnost tohoto procesu je pouze 10 −8 ... 10 −10 % vzhledem k rozpadu alfa. Radioaktivní vlastnosti některých izotopů radia [9] :

Aplikace

Na počátku 20. století bylo radium považováno za užitečné a zahrnuto do složení mnoha výrobků a předmětů pro domácnost: chléb, čokoláda, pitná voda, zubní pasty, pudry a krémy na obličej, prostředky ke zvýšení tonusu a potence [15] [16] .

Dnes se radium někdy používá v kompaktních neutronových zdrojích legováním malých množství s beryliem . Pod vlivem alfa záření ( jádra helia-4 ) jsou z berylia vyraženy neutrony:

V lékařství se radium používá jako zdroj radonu pro přípravu radonových koupelí . (jejich užitečnost je však v současné době sporná ). Kromě toho se radium používá ke krátkodobému ozařování při léčbě maligních onemocnění kůže, nosní sliznice a urogenitálního traktu. .

V současnosti však existuje mnoho radionuklidů s požadovanými vlastnostmi, které jsou vhodnější pro lékařské účely , které se získávají na urychlovačích nebo v jaderných reaktorech, např. 60 Co ( T 1/2 = 5,3 roku ), 137 Cs ( T 1 /2 = 30,2 let ), 182 Ta ( T 1/2 = 115 dní ), 192 Ir ( T 1/2 = 74 dní ), 198 Au ( T 1/2 = 2,7 dne ) atd. v izotopových generátorech (získávání izotopů s krátkou životností).

Do 70. let 20. století se radium často používalo k výrobě trvalých svítících barev (pro označení číselníků leteckých a námořních přístrojů, speciálních hodinek a dalších zařízení), nyní je však obvykle nahrazováno méně nebezpečnými izotopy: tritiem ( T 1/2 = 12,3 let ) nebo 147 PM ( T 1/2 = 2,6 roku ). Někdy se hodinky s radiovým složením světla vyráběly i v civilních verzích, včetně náramkových. Také radiovou svítivost v každodenním životě lze nalézt v některých starých ozdobách vánočních stromků. , páčkové spínače s prosvětlenou pákovou špičkou, na vahách některých starých rádií a tak dále. Charakteristickým rysem světelné kompozice neustálého působení sovětské výroby je hořčicová žlutá barva, i když někdy může být barva odlišná (bílá, nazelenalá, tmavě oranžová atd.). Nebezpečí takových zařízení je, že neobsahovaly výstražné štítky, lze je detekovat pouze dozimetry. Působením alfa záření dochází k degradaci fosforu a barva často přestává svítit, což samozřejmě neznamená, že je méně nebezpečný, protože radium nikam nezmizí. Znehodnocená barva se také může drolit a její částečka, která se dostane dovnitř těla s jídlem nebo při vdechnutí, může způsobit velké škody v důsledku alfa záření.

Rozdíl mezi radioluminiscenčním složením a fosforescenčními kompozicemi, které se začaly používat později, je konstantní záře ve tmě, která časem nebledne.

Poznámky

1. ↑ Berdonosov S. S. Radium // Chemická encyklopedie  : v 5 svazcích / Ch. vyd. N. S. Žefirov . - M . : Velká ruská encyklopedie , 1995. - T. 4: Polymer - Trypsin. - S. 153-154. — 639 s. - 40 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-039-8 .
2. ↑ WebElements Periodická tabulka prvků | Radium | krystalové struktury . Získáno 10. srpna 2010. Archivováno z originálu 25. července 2010. (neurčitý)
3. ↑ Meshcheryakov M. G. , Perfilov N. A. Na památku Lva Vladimiroviče Mysovského (k jeho sedmdesátým narozeninám)  // Uspekhi fizicheskikh nauk. - 1963. - T. 81 . - S. 575-577 . - doi : 10.3367/UFNr.0081.196311g.0575 . (Ruština)
4. ↑ Radium // Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / kap. vyd. A. M. Prochorov . - 3. vyd. - M  .: Sovětská encyklopedie, 1969-1978.
5. ↑ Kirby a kol., pp. 4-9
6. ↑ 1 2 Kichigin A. I. , Taskaev A. I. „Vodní rybolov“: historie výroby radia v republice Komi (1931-1956)  // Problémy historie přírodních věd a techniky. - 2004. - č. 4 . - S. 3-30 .
7. ↑ Ievlev A. A. Vodní plavidlo v Komi ASSR - předchůdce jaderného průmyslu Sovětského svazu. // Vojenský historický časopis . - 2011. - č. 2. - S. 45-47.
8. ↑ Bazhenov V. A., Buldakov L. A., Vasilenko I. Ya. a další. Škodlivé chemikálie. Radioaktivní látky: Ref. vyd. / Pod. vyd. V. A. Filová a další - L .  : Chemie, 1990. - S. 35, 106. - ISBN 5-7245-0216-X .
9. ↑ 1 2 Audi G. , Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. Hodnocení jaderných vlastností Nubase2016  // Chinese Physics  C. - 2017. - Sv. 41 , iss. 3 . - S. 030001-1-030001-138 . - doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 . - .
10. ↑ Byl také objeven velmi vzácný rozpad klastru radia-221 s emisí jádra uhlíku-14 ( faktor větvení (1,2 ± 0,9) 10 −10 %).
11. ↑ Byl také objeven velmi vzácný rozpad klastru radia-222 s emisí jádra uhlíku-14 ( faktor větvení (3,0 ± 1,0) 10 −8 %).
12. ↑ Byl také objeven velmi vzácný rozpad klastru radia-223 s emisí jádra uhlíku-14 ( faktor větvení (8,9 ± 0,4) 10 −8 %).
13. ↑ Byl také objeven velmi vzácný rozpad klastru radia-224 s emisí jádra uhlíku-14 ( faktor větvení (4,0 ± 1,2) 10 −9 %).
14. ↑ Byl také objeven velmi vzácný rozpad klastru radia-226 s emisí jádra uhlíku-14 ( faktor větvení (2,6 ± 0,6) 10 −9 %).
15. ↑ Radium a krása  // New York Tribune. - 1918. - 1. listopadu. - S. 12 .
16. ↑ Thomas Davie. 10 radioaktivních produktů, které lidé skutečně používali (odkaz není k dispozici) . environmentální graffiti . Získáno 17. dubna 2011. Archivováno z originálu 4. dubna 2011. (neurčitý) 

Literatura

• Pogodin S. A. , Libman E. P. Jak bylo získáno sovětské radium / Ed. člen korespondent Akademie věd SSSR V. M. Vdovenko . — M .: Atomizdat, 1971. — 232 s. — (Populárně vědecká knihovna Atomizdat). — 25 000 výtisků. (reg.)
• Pogodin S. A. , Libman E. P. Jak bylo získáno sovětské radium / Ed. člen korespondent Akademie věd SSSR V. M. Vdovenko . — 2. vyd., opraveno. a doplňkové — M .: Atomizdat, 1977. — 248 s.

Odkazy

• Radium na Webelements
• Radium v ​​populární knihovně chemických prvků

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Skvělý norský Velký Rus Brockhaus a Efron okolo světa Malý Brockhaus a Efron Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
V bibliografických katalozích BNE : XX526711 BNF : 11979118t GND : 4176842-5 J9U : 987007560614605171 LCCN : sh85110804 NDL : 00569336 NKC : ph150526