Радиоактивные металлы — это металлы, которые самопроизвольно излучают поток элементарных частиц во внешнюю среду. Этот процесс называют альфа(α), бета(β), гамма(γ) излучением или просто радиоактивным излучением .

Все радиоактивные металлы со временем распадаются и превращаются в стабильные элементы (иногда проходя целую цепочку превращений). У разных элементов радиоактивный распад может длиться от нескольких миллисекунд до нескольких тысяч лет.

Рядом с названием радиоактивного элемента часто указывается массовое число его изотопа . Например, Технеций-91 или 91 Tc . Разные изотопы одного и того же элемента как правило имеют общие физические свойства и различаются лишь длительностью радиоактивного распада.

Список радиоактивных металлов

Название рус. Название eng. Самый стабильный изотоп Период распада
Технеций Technetium Tc-91 4.21 x 10 6 лет
Прометий Promethium Pm-145 17.4 года
Полоний Polonium Po-209 102 года
Астат Astatine At-210 8.1 часов
Франций Francium Fr-223 22 минут
Радий Radium Ra-226 1600 лет
Актиний Actinium Ac-227 21.77 лет
Торий Thorium Th-229 7.54 x 10 4 лет
Протактиний Protactinium Pa-231 3.28 x 10 4 лет
Уран Uranium U-236 2.34 x 10 7 лет
Нептуний Neptunium Np-237 2.14 x 10 6 лет
Плутоний Plutonium Pu-244 8.00 x 10 7 лет
Америций Americium Am-243 7370 лет
Кюрий Curium Cm-247 1.56 x 10 7 лет
Беркелий Berkelium Bk-247 1380 лет
Калифорний Californium Cf-251 898 лет
Эйнштейний Einsteinium Es-252 471.7 дней
Фермий Fermium Fm-257 100.5 дней
Менделевий Mendelevium Md-258 51.5 дней
Нобелий Nobelium No-259 58 минут
Лоуренсий Lawrencium Lr-262 4 часа
Резенфордий Rutherfordium Rf-265 13 часов
Дубний Dubnium Db-268 32 часа
Сиборгий Seaborgium Sg-271 2.4 минуты
Борий Bohrium Bh-267 17 секунд
Ганий Hassium Hs-269 9.7 секунд
Мейтнерий Meitnerium Mt-276 0.72 секунды
Дармштадий Darmstadtium Ds-281 11.1 секунды
Рентгений Roentgenium Rg-281 26 секунд
Коперниций Copernicium Cn-285 29 секунд
Унунтрий Ununtrium Uut-284 0.48 секунд
Флеровий Flerovium Fl-289 2.65 секунд
Унунпентий Ununpentium Uup-289 87 миллисекунд
Ливерморий Livermorium Lv-293 61 миллисекунда

Радиоактивные элементы делятся на естественные (существующие в природе) и искусственные (получаемые в результате лабораторного синтеза). Естественных радиоактивных металлов не много — это полоний, радий, актиний, торий, протактиний и уран. Их наиболее стабильные изотопы встречаются в природе, чаще в виде руды. Все остальные металлы из списка созданы человеком.

Самый радиоактивный металл

Самый радиоактивный металл на данный момент — ливерморий . Его изотоп Ливерморий-293 распадается всего за 61 милисекунду. Впервые этот изотоп был получен в Дубне, в 2000 году.

Другой очень радиоактивный металл — унунпентий . Изотоп унунпентий-289 имеет чуть больший период распада (87 милисекунд).

Из более-менее стабильных, практически применяемых веществ, самым радиоактивным металлом считается полоний (изотоп полоний-210 ). Это серебристый белый радиоактивный металл. Хотя его период полураспада достигает 100 и более дней, даже один грамм этого вещества раскаляется до 500°C, а излучение может мгновенно убить человека.

Что такое радиация

Всем известно, что радиация очень опасна и лучше держаться подальше от радиоактивного излучения. С этим трудно поспорить, хотя в реальности мы постоянно подвержены влиянию радиации, где бы не находились. В земле залегает довольно большое количество радиоактивной руды , а из космоса на Землю постоянно прилетают заряженные частицы .

Кратко говоря, радиация это самопроизвольное испускание элементарных частиц. От атомов радиоактивного вещества отделяются протоны и нейтроны, «улетая» во внешнюю среду. Ядро атома при этом постепенно изменяется, превращаясь в другой химический элемент. Когда все нестабильные частицы отделяются от ядра, атом перестает быть радиоактивным. Например, торий-232 в конце своего радиоактивного распада превращается в стабильный свинец .

Наука выделяет 3 основных вида радиоактивного излучения

Альфа излучение (α) — поток альфа-частиц, положительно заряженных. Они сравнительно большие по размеру и плохо проходят даже через одежду или бумагу.

Бета излучение (β) — поток бета-частиц, негативно заряженных. Они довольно малы, легко проходят через одежду и проникают внутрь клеток кожи, что наносит большой вред здоровью. Но бета-частицы не проходят через плотные материалы, такие как алюминий.

Гамма излучение (γ) — это высокочастотная электромагнитная радиация. Гамма-лучи не имеют заряда, но содержат очень много энергии. Скопление гамма-частиц излучает яркое свечение. Гамма-частицы проходят даже через плотные материалы, что делает их очень опасными для живых существ. Их останавливают только самые плотные материалы, например, свинец.

Все эти виды излучения так или иначе присутствуют в любой точке планеты. Они не представляют опасности в малых дозах, но при высокой концентрации могут причинить очень серьезный ущерб.

Изучение радиоактивных элементов

Первооткрывателем радиоактивности является Вильгельм Рентген . В 1895 году этот Прусский физик впервые наблюдал радиоактивное излучение. На основе этого открытия был создан знаменитый медицинский прибор, названый в честь ученого.

В 1896 г изучение радиоактивности продолжил Анри Беккерель , он экспериментировал с солями урана.

В 1898 г Пьер Кюри в чистом виде получил первый радиоактивный металл — Радий. Кюри хоть и открыл первый радиоактивный элемент, однако, не успел толком его изучить. И выдающиеся свойства радия привели к быстрой гибели ученого, который беспечно носил свое «детище» в нагрудном кармане. Великое открытие отомстило своему первооткрывателю — Кюри умер в возрасте 47 лет от мощной дозы радиоактивного облучения.

В 1934 г был впервые синтезирован искусственный радиоактивный изотоп.

Сейчас изучением радиоактивности занимаются множество ученых и организаций.

Добыча и синтез

Даже естественные радиоактивные металлы не встречаются в природе в чистом виде. Их синтезируют из урановой руды. Процесс получения чистого металла чрезвычайно трудоемок. Состоит он из нескольких стадий:

  • концентрирование (дробление и выделение осадка с ураном в воде);
  • выщелачивание - то есть, перевод уранового осадка в раствор;
  • выделение чистого урана из полученного раствора;
  • перевод урана в твердое состояние.

В итоге, из тонны урановой руды можно получить всего несколько граммов урана.

Синтез искусственных радиоактивных элементов и их изотопов проходит в специальных лабораториях, в которых создаются условия для работы с подобными веществами.

Практическое применение

Чаще всего, радиоактивные металлы используют для выработки энергии.

Ядерные реакторы — это устройства, использующие уран для нагревания воды и создания потока пара, который вращает турбину, с помощью чего вырабатывается электричество.

Вообще, сфера применения радиоактивных элементов довольно широка. Они используются для изучения живых организмов, диагностирования и лечения болезней, выработки энергии и для мониторинга промышленных процессов. Радиоактивные металлы являются основой для создания ядерного оружия — самого разрушительного оружия на планете.

В почвах и почвообразующих породах широко представлены радиоактивные элементы (радионуклиды). Радиоактивность (естественная) – это явление самопроизвольного превращения (распада) неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотоп другого, сопровождающееся ά-, β- и γ-излучениями. Радиоактивность почв обусловлена присутствием в них радиоактивных элементов естественного и антропогенного происхождения. В связи с этим различают естественную и искусственную радиоактивность. Она выражается количеством ядерных распадов в единицу времени и измеряется в беккерелях (1 Бк=1 распад/с) или в единицах активности радиоактивных изотопов – кюри (1 Ки=3,7·10 10 Бк).

Естественная радиоактивность. Естественными радионуклидами принято считать такие, которые образовались и постоянно вновь образуются без участия человека.

Естественная радиоактивность обусловлена двумя группами радиоактивных элементов: первичными, которые содержатся в материнских породах и вошли в состав почв, и космогенными – поступающими в почву из атмосферы, образование которых происходит при взаимодействии космического излучения с ядрами стабильных элементов.

Все первичные естественные радиоактивные элементы в основном долгоживущие, с периодом полураспада 10 8 -10 17 лет, возникшие, вероятно, одновременно с образованием Земли. Наибольший вклад в естественную радиоактивность почв вносят радиоактивный изотоп 40 К, на долю которого приходится более 50 % естественной радиоактивности почв, а также кальций (48 Са), рубидий (87 Rb), уран (238 U), радий (226 Ra), торий (232 Th). Главный источник этих элементов в почвах – почвообразующие породы. Они существенно различаются между собой концентрацией естественных радиоактивных элементов.

Наибольший вклад в дозу облучения из большого числа космогенных радиоактивных элементов вносят тритий (3 Н), бериллий (7 Ве, 10 Ве), углерод (14 С, 13 С), фосфор (32 Р, 33 Р), сера (35 S), хлор (35 Сl) и натрий (22 Nа). На естественную радиоактивность почв влияют следующие космогенные изотопы: радиоуглерод (14 С) и тритий (3 Н) – сверхтяжелый изотоп водорода, поступающие в почву из атмосферы. Эти радиоизотопы относятся к сравнительно короткоживущим. У радиоуглерода период полураспада составляет 5760 лет, у трития – 12,3 лет. Поскольку они поступают в почву из атмосферы, то их содержание поддерживается на относительно постоянном уровне.

Всего известно более 300 естественных радионуклидов, присутствие которых в почве определяет ее естественную радиоактивность. Концентрация естественных радионуклидов в природе варьирует в широких пределах. В земной коре из всех радиоактивных веществ больше всего содержится калия (примерно 2,5 %), тогда как содержание урана и тория в десятки и сотни, а радия в миллионы раз меньше по сравнению с содержанием радиоактивного калия (40 К). Этот элемент в природе представлен смесью трех изотопов: 39 К, 40 К и 41 К, два из которых (39 К и 41 К) – стабильные и один (40 К) – долгоживущий радиоактивный, период полураспада которого измеряется сотнями миллионов лет (Анненков Б.Н., Юдинцева Е.В., 1991).

Валовое содержание радионуклидов в почвах зависит, прежде всего, от материнских пород. Максимальная радиоактивность обнаружена у почв, развившихся на кислых магматических породах, чем в почвах, образовавшихся на основных и ультраосновных породах, а наиболее высокая концентрация радионуклидов наблюдается в мелкодисперсной фракции почв – в глинистых частицах. Например, почвы, сформировавшиеся на обогащенных фосфором породах, содержат повышенные концентрации урана.

Покровные и лессовидные суглинки, лессы и ленточные глины содержат в 2-4 раза больше радиоактивных элементов, чем песчаные и супесчаные флювиогляциальные отложения. В почвах, сформировавшихся на элювии карбонатных пород, содержание радиоактивных элементов в несколько раз выше, чем в породах. Эти элементы накапливаются в почве при преобразовании (выветривании) карбонатных пород.

В почвах естественные радиоактивные элементы присутствуют в ультромикроконцентрациях в пределах n10 -4 - n10 -12 %. На земном шаре встречаются районы с повышенным уровнем естественной радиоактивности почв. Естественно-радиоактивные вещества в повышенных концентрациях обнаруживают в местах их добычи, технического использования и захоронения.

Таблица 33

Концентрация основных естественных радиоизотопов в почвах (Ковриго В.П., 2008)

Особенность распределения радиоактивности в вертикальной плоскости (по генетическим горизонтам) зависит от характера почвообразовательного процесса.

В дерново-карбонатных почвах наиболее высокое содержание естественных радионуклидов отмечается в гумусовых горизонтах и постепенно убывает при переходе к почвообразующей породе.

В черноземах, темно-серых лесных, каштановых, полупустынных и пустынных почвах, формирование которых не связано с активным преобразованием и передвижением компонентов твердой фазы, распределение естественных радиоактивных элементов по почвенному профилю отличается слабой дифференциацией. В лесостепных почвах и почвах степных областей профильная дифференциация содержания радиоэлементов совпадает с типичными профильными закономерностями изменений в них гранулометрического состава, оксидов железа и алюминия.

Оподзоливание, осолодение, лессиваж, осолонцевание приводят к выносу естественных радионуклидов из элювиальных (верхних) горизонтов в иллювиальные с последующей аккумуляцией, где концентрация радионуклидов возрастает в 1,5-3 раза по сравнению с почвообразующей породой. Уран осаждается на глеевых барьерах, в связи с чем происходит обогащение этим элементом гидроморфных почв.

Искусственная радиоактивность. В настоящее время известно более 1300 искусственных радионуклидов, из которых наибольшую опасность представляют изотопы 90 Sr, 137 Cs, 144 Ce. Период полураспада у стронция – 28 лет, у цезия – 30 лет. Они отличаются высокой энергией излучения и способны активно включаться в биологический круговорот. Искусственные (техногенные) радионуклиды условно разделены на три группы: радиоактивные продукты деления (наиболее значимые из которых 89 Sr, 90 Sr, 137 Cs, 134 Cs, 131 I, 131 Ce, 144 Ce); продукты наведенной активации (в том числе 54 Мn, 60 Co, 55 Fe. 59 Fe, 65 Zn); трансурановые элементы (среди которых наиболее долгоживущие 237 Np, 239 Np, 239 Pu, 244 Pu, 241 Am, 242 Cm, 243 Cm, 244 Cm).

Искусственная радиоактивность обусловлена поступлением в почву радиоактивных изотопов, образующихся в результате атомных и термоядерных взрывов, в виде отходов атомной промышленности, в результате аварий на атомных предприятиях, внесения фосфорных удобрений (часто содержащих изотопы урана), зольными выбросами тепловых электростанций, работающих на угле и горючих сланцах, содержащих уран, радий, торий, полоний. Радиоэлементы разносятся ветром, дождевыми и талыми потоками, расширяя зоны радиоактивных загрязнений почвенного покрова и природных вод, подвергая радиоактивному облучению живые организмы. При работе АЭС во внешнюю среду поступают интенсивно мигрирующие продукты деления – 90 Sr, 137 Cs, 131 I, а также нуклиды с наведенной активностью – 54 Мn, 60 Co, 65 Zn.

Содержание радионуклидов в почве увеличивается при внесении мелиорантов, органических и минеральных удобрений, содержащих радиоактивные вещества. Так, активность 1 кг фосфорных удобрений составляет: суперфосфата – 120 Бк, обогащенного концентрата – 70 Бк. При средних дозах внесения этих удобрений (60 кг/га) в почву дополнительно вовлекаются радионуклиды, активность которых в 60 кг удобрений равна 1,35· 10 6 Бк. Повышается радиоактивность почвы при известковании за счет 48 Са, концентрация которого в естественной смеси изотопов кальция составляет 0,19 %.

Радиоактивное загрязнение почвы не влияет на уровень плодородия, но приводит к накоплению радионуклидов в продукции растениеводства. Однако с увеличением уровня плодородия концентрация радионуклидов в урожае снижается за счет увеличения биомассы урожая. Усиление антагонизма между ионами радионуклидов и вносимых солей (Са – Sr, К – Cs) препятствует поступлению стронция и цезия в растения.

В настоящее время почва является основным источником поступления радионуклидов в сельскохозяйственную продукцию. (Рекомендации, 1991). Большинство искусственных радионуклидов закрепляется компонентами твердой фазы почвы, благодаря чему они аккумулируются в верхней части почвенного профиля. В почвах легкого гранулометрического состава радионуклиды проникают более глубоко, чем в тяжелых почвах, в результате чего они могут достигать уровня почвенно-грунтовых вод и поступать с ними в речную сеть.

На фиксацию радионуклидов влияют содержание гумуса, гранулометрический и минералогический составы, реакция среды. По мере увеличения содержания органического вещества и степени дисперсности почвенных частиц сорбция 90 Sr усиливается. В сорбции 137 Cs основную роль играют глинистые минералы, особенно иллит, вермикулит. При подкислении среды подвижность искусственных радионуклидов обычно возрастает, а в нейтральных и щелочных почвах снижается. Основное количество стронция и цезия, поступившее в растение, накапливается в их надземной массе, а остальных радионуклидов – в корнях.

В целом наиболее высокая сорбция радионуклидов отмечается у почв тяжелого гранулометрического состава с высоким содержанием гумуса и минералов типа вермикулита, монтмориллонита, гидрослюд. В таких почвах происходит прочное закрепление искусственных радионуклидов компонентами ППК, что предотвращает вовлечение их в миграционные процессы и поступление в растения.

Миграция радионуклидов в почвах протекает медленно, и основное их количество в настоящее время находится в слое 0-5 см. Хозяйственная деятельность человека, в частности перепашка угодий, приводит к достаточно равномерному распределению радионуклидов в пределах пахотного слоя. Вспашка с оборотом пласта обуславливает перемещение радионуклидов в глубь почвы, а внесение удобрений и извести резко снижает поступление их в культурные растения (в 4-5 раз).

Уран, торий и некоторые другие элементы обладают свойством непрерывно и без каких-либо внешних воздействий (т. е. под влиянием внутренних причин) испускать невидимое излучение, которое подобно рентгеновскому излучению способно проникать сквозь непрозрачные экраны и оказывать фотографическое и ионизационное действия.

Свойство самопроизвольного испускания подобного излучения получило название радиоактивности. Элементы, обладающие этим свойством, называются радиоактивными элементами, а испускаемое ими излучение - радиоактивным излучением. Радиоактивные свойства были впервые обнаружены в 1896 г. у урана французским физиком Антуаном Анри Беккерелем (1852-1908).

Открытие радиоактивности произошло вслед за открытием рентгеновского излучения. Испускание рентгеновского излучения впервые было замечено при бомбардировке стеклянных стенок разрядной трубки катодными лучами. Наиболее эффективным результатом такой бомбардировки является интенсивное зеленое свечение стекла, люминесценция (см. том II, § 102). Это обстоятельство навело на мысль, что рентгеновское излучение есть продукт люминесценции и сопровождает всякую люминесценцию, и сопровождает «осужденную светом.

Опытной проверкой этого предположения занялся Беккерель. Он возбуждал люминесцирующие вещества светом, а затем подносил их к обёрнутой в черную бумагу фотопластинке. Испускание проникающего излучения должно было бы обнаружиться по почернению фотопластинки после проявления. Из всех испытанных Беккерелем люминесцирующих веществ почернение пластики сквозь черную бумагу вызывала лишь соль урана. Но при этом оказалось, что образец, предварительно возбужденный сильным освоением, давал такое же почернение, как и невозбужденный образец. Отсюда следовало, что испускаемое урановой солью излучение не связано с люминесценцией, а испускается независимо от внешних воздействий. Этот вывод подтвердился опытами с нелюминесцирующими соединениями урана - они все давали проникающие излучение.

После открытия радиоактивности урана Беккерелем польский и французский физик Мария Склодовская-Кюри (1867-1934), которая основные научные работы выполняла в сотрудничестве со своим мужем Пьером Кюри (1859-1906), исследовала большую часть известных элементов и многие их соединения с целью установить, не обладают ли какие-либо из них радиоактивными свойствами. В своих опытах М. Кюри использовала в качестве признака радиоактивности способность радиоактивных веществ ионизовать воздух. Этот признак гораздо более чувствителен, чем способность радиоактивных веществ действовать на фотопластинку. Ионизующее действие радиоактивного препарата легко обнаруживается с помощью опыта, изображенного на рис. 376 (ср. том II, § 92). Опыты М. Кюри привели к следующим результатам.

Рис. 376. Измерение ионизационного тока: 1 – корпус ионизационной камеры, 2 – электрод, отделенный от 1 изолирующей пробкой 3,4 – изучаемый препарат, 5 – электрометр. Сопротивление . При достаточно высоком напряжении батареи все ионы, образуемые в объеме камеры ионизующим излучением, собираются на электроды, и через камеру точек ток, пропорциональный ионизационному действию препарата. В отсутствие ионизующих агентов воздух в камере является непроводником, и ток равен нулю

1. Радиоактивность обнаруживают не только уран, но и все его химические соединения. Кроме того, радиоактивные свойства были обнаружены еще у одного элемента - тория и у всех его химических соединений.

2. Радиоактивность препарата с любым химическим составом равна радиоактивности чистых урана или тория, взятых в количестве, в котором они содержатся в этом препарате.

Последний результат означает, что свойства молекулы, в состав которой входит радиоактивный элемент, не влияют на радиоактивность. Таким образом, радиоактивность представляет собой не молекулярное явление, а внутреннее свойство атомов радиоактивного элемента.

Помимо чистых элементов и их соединений, Кюри исследовала также различные природные минералы. Радиоактивность минералов оказалась обусловленной присутствием в них урана или тория. При этом, однако, некоторые минералы обнаружили неожиданно большую радиоактивность. Так, урановая смоляная руда давала в четыре раза большую ионизацию, чем содержащийся в ней уран.

Повышенную активность смоляной руды можно было объяснить только примесью неизвестного радиоактивного элемента в количестве настолько малом, что он ускользал от химического анализа. Несмотря на малое содержание, этот элемент испускал больше радиоактивного излучения, чем присутствующий в большом количестве уран. Следовательно, радиоактивность этого элемента должна быть во много раз сильнее радиоактивности урана.

Исходя из этих соображений, Пьер и Мария Кюри предприняли химическое выделение гипотетического элемента из урановой смоляной руды. Контролем успешности проводимых химических операций служила радиоактивность на единицу массы получаемого продукта, которая должна была расти по мере увеличения в нем содержания нового элемента. После нескольких лет напряженной работы действительно удалось получить несколько десятых долей грамма чистого элемента, радиоактивность которого более чем в миллион раз превосходила радиоактивность урана. Элемент этот получил название радий (т. е. лучистый).

По своим химическим свойствам радий относится к щелочно-земельным металлам. Атомная масса его оказалась равной 226. На основании химических свойств и атомной массы радий был помещен в дотоле пустовавшую клетку № 88 периодической системы Менделеева.

Радий является постоянным спутником урана в рудах, но содержится в ничтожных количествах - примерно радия на урана; ввиду этого добыча радия представляет собой весьма трудоемкий процесс. Радий - один из самых редких и дорогих металлов. Он ценится как концентрированный источник радиоактивных излучений.

Дальнейшие исследования Кюри и других ученых значительно расширили число известных радиоактивных элементов.

Все элементы с порядковым номером, превышающим 83, оказались радиоактивными. Они были найдены в виде небольших примесей к урану, радию и торию.

Таким же образом были найдены радиоактивные изотопы элементов таллия , свинца и висмута . Следует отметить, что радиоактивны только редкие изотопы этих элементов, примешанные к урану, радию и торию. Обычные таллий, свинец и висмут нерадиоактивны.

Помимо элементов, образующих коней периодической системы Менделеева, радиоактивными оказались также элементы: самарий, калий, рубидий. Радиоактивность этих элементов слаба и обнаруживается с трудом.

Радиация, радиоактивность и радиоизлучение - понятия, которые даже звучат достаточно опасно. В этой статье вы узнаете, почему некоторые вещества радиоактивные, и что это значит. Почему все так боятся радиации и насколько она опасна? Где мы можем встретить радиоактивные вещества и чем нам это грозит?

Понятие радиоактивности

Радиоактивностью называю «умение» атомов некоторых изотопов расщепляться и создавать этим излучения. Термин «радиоактивность» появился не сразу. Изначально такое излучение называли лучами Беккереля, в честь ученого, открывшего его в работе с изотопом урана. Уже теперь мы называем этот процесс термином «радиоактивное излучение».

В этом достаточно сложном процессе изначальный атом превращается в атом совсем другого химического элемента. За счет выбрасывания альфа- или бета-частиц, массовое число атома изменяется и, соответственно, это перемещает его по таблице Д. И. Менделеева. Стоит заметить, что массовое число изменяется, но сама масса остается практически такой же.

Опираясь на данную информацию, можем немного перефразировать определение понятия. Итак, радиоактивность - это также способность неустойчивых ядер атомов самостоятельно превращаться в другие, более стабильные и устойчивые ядра.

Вещества - что это такое?

Перед тем как говорить о том, что такое вещества радиоактивные, давайте вообще определим, что называется веществом. Итак, в первую очередь, это разновидность материи. Логичным есть и тот факт, что эта материя состоит из частиц, и в нашем случае это чаще всего электроны, протоны и нейтроны. Здесь уже можно говорить об атомах, которые состоят из протонов и нейтронов. Ну а из атомов получаются молекулы, ионы, кристаллы и так далее.

Понятие химического вещества основывается на этих же принципах. Если в материи невозможно выделить ядро, то ее нельзя причислить к химическим веществам.

О радиоактивных веществах

Как уже говорилось выше, чтобы проявлять радиоактивность, атом должен самопроизвольно распадаться и превращаться в атом совсем другого химического элемента. Если все атомы вещества нестабильны до такой степени, чтобы распасться таким образом, значит перед вами радиоактивное вещество. Более техническим языком определение прозвучало бы так: вещества радиоактивные, если они содержат радионуклиды, причем в высокой концентрации.

Где в таблице Д. И. Менделеева находятся радиоактивные вещества?

Довольно простой и легкий способ узнать, относиться ли вещество к радиоактивным, это посмотреть в таблицу Д. И. Менделеева. Все, что находится после элемента свинец - это радиоактивные элементы, а также еще прометий и технеций. Важно помнить, какие вещества радиоактивные, ведь это может спасти вам жизнь.

Существует также ряд элементов, которые имеют хотя бы один радиоактивный изотоп в своих природных смесях. Вот их неполный список, где указаны одни из самых распространенных элементов:

  • Калий.
  • Кальций.
  • Ванадий.
  • Германий.
  • Селен.
  • Рубидий.
  • Цирконий.
  • Молибден.
  • Кадмий.
  • Индий.

К радиоактивным веществам относятся те, которые содержат любые радиоактивные изотопы.

Виды радиоактивного излучения

Радиоактивное излучение бывает нескольких типов, о которых сейчас и пойдет речь. Уже упоминалось альфа- и бета-излучение, но это не весь список.

Альфа-излучение - это самое слабое излучение, которое представляет опасность в том случае, если частицы попадают непосредственно в тело человека. Такое излучение реализуется тяжелыми частицами, и именно поэтому легко останавливается даже листом бумаги. По этой же причини альфа-лучи не пролетают больше 5 см.

Бета-излучение более сильное, чем предыдущее. Это излучение электронами, которые намного легче альфа-частиц, поэтому могут проникать на несколько сантиметров в кожу человека.

Гамма-излучение реализуется фотонами, которые достаточно легко проникают еще дальше к внутренним органам человека.

Самое мощное по проникновению излучение - это нейтронное. От него спрятаться достаточно сложно, но в природе его, по сути, и не существует, разве что в непосредственной близости к ядерным реакторам.

Воздействие радиации на человека

Радиоактивно опасные вещества часто могут быть смертельными для человека. К тому же радиационное облучение имеет необратимый эффект. Если вы подверглись облучению, значит, вы обречены. В зависимости от масштабов повреждения, человек погибает в течение нескольких часов или на протяжении многих месяцев.

Вместе с этим нужно сказать, что люди непрерывно подвергаются радиоактивному излучению. Слава Богу, оно достаточно слабое, чтобы иметь летальный исход. Например, посмотрев футбольный матч по телевиденью, вы получаете 1 микрорад радиации. До 0,2 рад в год - это вообще естественный радиационный фон нашей планеты. 3 дар - ваша порция радиации при рентгене зубов. Ну а облучение свыше 100 рад уже является потенциально опасным.

Вредные радиоактивные вещества, примеры и предостережения

Самое опасное радиоактивное вещество - это Полоний-210. Из-за излучения вокруг него даже видно своеобразную светящуюся «ауру» голубого цвета. Стоит сказать о том, что существует стереотип, будто все радиоактивные вещества светятся. Это совсем не так, хотя и встречаются такие варианты, как Полоний-210. Большинство радиоактивных веществ внешне совсем не подозрительные.

Самым радиоактивным металлом на данный момент считают ливерморий. Его изотопу Ливерморию-293 достаточно 61 миллисекунды, чтобы распасться. Это выяснили еще в 2000 году. Немного уступает ему унунпентий. Время распада Унунпентия-289 составляет 87 миллисекунды.

Также интересный факт состоит в том, что одно и то же вещество может быть как безвредным (если его изотоп стабильный), так и радиоактивным (если ядра его изотопа вот-вот разрушатся).

Ученные, которые изучали радиоактивность

Вещества радиоактивные долгое время не считались опасными, и потому из свободно изучали. К сожалению, печальные смерти научили нас тому, что с такими веществами нужна осторожность и повышенный уровень безопасности.

Одним их первых, как уже упоминалось, был Антуан Беккерель. Это великий французский физик, которому и принадлежит слава первооткрывателя радиоактивности. За свои заслуги он удостоился членства в Лондонском королевском обществе. Из-за своего вклада и эту сферу он скончался достаточно молодым, в возрасте 55 лет. Но его труд помнят по сей день. В его честь были названа сама единица радиоактивности, а также кратеры на Луне и Марсе.

Не менее великим человеком была Мария Склодовская-Кюри, которая работала с радиоактивными веществами вместе со своим мужем Пьером Кюри. Мария также была француженкой, хоть и с польскими корнями. Кроме физики она занималась преподаванием и даже активной общественной деятельностью. Мария Кюри - первая женщина лауреат Нобелевской премии сразу в двух дисциплинах: физика и химия. Открытие таких радиоактивных элементов, как Радий и Полоний, - это заслуга Марии и Пьера Кюри.

Заключение

Как мы видим, радиоактивность - достаточно сложный процесс, который не всегда остается подконтрольным человеку. Это один из тех случаев, когда люди могут оказаться абсолютно бессильными перед лицом опасности. Именно поэтому важно помнить, что действительно опасные вещи могут быть внешне очень обманчивыми.

Узнать вещество радиоактивное или нет, чаще всего можно уже попав под его воздействие. Поэтому будьте осторожны и внимательны. Радиоактивные реакции во многом нам помогают, но также не стоит забывать, что это практически не подконтрольная нам сила.

К тому же стоит помнить вклад великих ученных в изучение радиоактивности. Они передали нам невероятно много полезных знаний, которые теперь спасают жизни, обеспечивают целые страны энергией и помогаю лечить страшные заболевания. Радиоактивные химические вещества - это опасность и благословение для человечества.

Радиоактивными называются химические элементы, все изотопы которых радиоактивны, то есть совокупность радиоактивных атомов с одинаковым зарядом ядра. Известно, что в настоящее время можно получить радиоактивные изотопы практически всех элементов Периодической системы Д. И. Менделеева, но такие элементы не принято называть радиоактивными.

В основном радиоактивными являются тяжелые элементы, расположенные в конце периодической системы после висмута. Висмут является последним стабильным элементом в системе, поскольку у него достигается предельное соотношение числа нейтронов и протонов (N/Z=126/83=1,518 , еще обеспечивающее стабильность ядра. У элементов с Z> 83 число нейтронов слишком велико и начинает сказываться нестабильность самого нейтрона. Лишь два элемента- технеций (№43) и прометий (№61)- не подчиняются этому правилу. И их нестабильность связана с другим обстоятельством. Отсутствие в природе технеция и прометия и всех элементов после урана связано с двумя причинами. Во - первых, их периоды полураспада меньше, чем возраст Земли. И, во - вторых эти элементы не являются членами естественных радиоактивных рядов, поэтому их запас не возобновляется за счет радиоактивного равновесия. Кроме того отсутствие стабильных изотопов - технеция (№43) и прометия (№61) обусловлено квантово- механическими правилами отбора.

Химия радиоактивных элементов отличается от химии нерадиоактивных элементов теми особенностями, о которых упоминалось выше. В природных объектах и при искусственном получении радиоактивные элементы находятся в сверхнизких концентрациях, поэтому изучение их свойств проводится обычно с использованием специфических методов. Лишь уран и торий с первых лет их открытия изучались методами классической химии. В последние годы появилась возможность изучения таких радиоактивных элементов, как нептуний, плутоний, технеций, полоний и некоторых других в аналитических количествах.

Радиоактивные элементы делят на природные (естественные) и искусственные. К природным радиоактивным элементам относятся элементы с порядковыми номерами от 84 до 92: уран, торий и продукты их распада, полоний, астат, радон, франций, радий, актиний, и протактиний.

К искусственным элементам относят технеций, прометий, и так называемые трансурановые элементы с порядковыми номерами от 93 до 110: нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий, резерфордий (№104), дубний(№ 105),сиборгий (№106), борий (№107), хассий(108), мейтнерий (№ 109), рентгений(№110).

Элементы от актиния (№ 89) до лоуренсия (№ 103) составляют группу, которую называют актиноидами.

Деление радиоактивных элементов на естественные и искусственные условно. Астат впервые был получен искусственно, а позже его короткоживущие изотопы были обнаружены в семействах урана- 238, урана-235 и тория-232, Искусственный элемент плутоний в концентрациях 10 -14 г на 1 г урана находится в рудах урана. Радиоактивные изотопы всех естественных элементов получены искусственно.

По своей химической природе радиоактивные элементы не относятся ни к определенному периоду, ни к определенной группе элементов периодической системы. Среди них имеются sp – элементы (франций, радий, полоний, радон, астат), d – элементы (технеций, элементы с Z ≥ 104), а также f – элементы (прометий и элементы с Z = 89 ÷ 103).

Для понимания и изучения химии радиоактивных элементов чрезвычайно важное значение имеет знание свойств и поведения соответствующих стабильных аналогов .

Описание радиоактивных элементов обычно проводится по следующей схеме:

положение в периодической системе;

история открытия;

физические свойства;

химические свойства;

методы выделения;

методы определения;

применение.

В основе предлагаемой последовательности изложения свойств радиоактивных элементов лежит увеличение их порядкового номера.

11.1 ТЕХНЕЦИЙ (ЭКАМАРГАНЕЦ) 43 TC

Д.И. Менделеев предсказал существование технеция, оставив для него пустую клетку в таблице, и назвал его экамарганцем. Несколько раз объявлялось об открытии элемента под номером 43, однако каждый раз это сообщение было ошибочным. Многочисленные попытки обнаружить элемент под № 43 в природе оказались безуспешными. В 1934 году немецкий физик Маттаух сформулировал правило, согласно которому у стабильных изотопов с нечетными номерами не может быть стабильных изобаров. Так, если изотоп элемента №41 ниобий-93 стабилен, то изотопы соседних элементов - цирконий-93 и молибден-93 должны быть обязательно радиоактивными. Правило распространяется на все элементы, в том числе и на элемент № 43. Этот элемент расположен между молибденом (атомная масса 95, 92) и рутением (атомная масса 101,07). Следовательно, массовые числа стабильных изотопов этого элемента не должны выйти за пределы диапазона 96-102. Но все стабильные «вакансии» этого диапазона заняты. У молибдена стабильны изотопы с массовыми числами 96, 97, 98 и 100, у рутения- 99, 101, 102 и некоторые другие. Это значит, что у элемента № 43 не может быть ни одного нерадиоактивного изотопа. Несколько раз объявлялось об открытии элемента под номером 43, однако каждый раз это сообщение было ошибочным. В 1934 году немецкий физик Маттаух сформулировал правило, согласно которому можно установить наличие у элемента стабильных изотопов. Согласно этому правилу все изотопы элемента 43 должны быть радиоактивными. В 1937 году Э. Сегре и К. Перье в Палермо идентифицировали технеций в образце облученного в циклотроне молибдена дейтронами по реакции:

Элемент под №43 был назван технецием от греческого слова « технетос» (искусство), так это был первый искусственно полученный элемент. Поскольку молибден состоит из нескольких стабильных изотопов, то при его бомбардировке образуется несколько изотопов технеция:

; ; .

В дальнейшем технеций был получен с помощью других ядерных реакций, например

; ; .

В настоящее время технеций получают двумя путями. Один из них - облучение молибдена нейтронами в ядерном реакторе:

Период полураспада составляет 2,12·10 5 лет. При двухмесячном облучении 1 кг триоксида молибдена в реакторе с плотностью потока нейтронов 10 14 см -2 ∙с -1 образуется 10-15 мг технеция-99.

Второй путь- выделение технеция из продуктов деления урана, который и является теперь основным источником его получения. В реакторе мощностью порядка 1000 МВт в течение года накапливается около 9 кг Следовательно, он становится доступным материалом для технических целей.

В 1952- 53 г.г. спектральные линии технеция были обнаружены в спектрах Звезд. Судя по спектрам элемент № 43 распространен там не меньше, чем цирконий, ниобий, молибден, рутений, Это значит,что синтез элементов во Вселенной продолжается.

В земной коре образование технеция происходит в процессе спонтанного деления урана-235 и в результате ядерных реакций молибдена, ниобия и рутения, протекающих под влиянием космического излучения, нейтронов спонтанного деления урана и альфа-частиц, образующихся при распаде природных радиоактивных элементов. Содержание 99 Tc оценивается в 5∙10 -10 г на кг урана-235.

В настоящее время известно 20 изотопов и ядерных изомеров технеция с массовыми числами от 92 до 107 и с периодами полураспада от нескольких секунд до 2·10 6 лет. Наиболее важными из них являются изотоп и его ядерный изомер .

Элементарный технеций – металл серебристого цвета, относится к YII группе элементов Периодической системы Д. И. Менделеева. При низких температурах он обладает сверхпроводимостью.

Технеций относится к подгруппе марганца (Mn – Tc – Re). Химическая активность элементов подгруппы марганца уменьшается в рядуMn – Tc – Re. По химическим свойствам технеций ближе к рению, чем к марганцу. Как рений, так и технеций образует соединения со степенями окисления от +1 до + 7. Однако наиболее устойчивой и характерной степенью окисления технеция является +7. В низших степенях окисления технеций проявляет большее сходство с марганцем, а в высшей – с рением. Для технеция (V11) известны такие соединения как оксид Tc 2 О 7 , кислота НTcО 4 и ее соли. НTcО 4 представляет собой темно – красные гигроскопичные кристаллы, хорошо растворимые в воде. По силе технециевая кислота находится в ряду: НClО 4 > НMnО 4 > НTcО 4 >НReО 4 . Соли указанных кислот изоморфны. В этом же ряду уменьшается растворимость солей. Поэтому для них характерно образование трудно растворимых солей с такими катионами, как Cs + , Tl 3+ , [(C 6 H 5)As] + , [(C 6 H 5)P] + .

Для других степеней окисления технеция характерны реакции гидролиза, комплексообразования, которые играют важную роль в химии этого элемента.

Так как технеций содержится в продуктах деления урана и в молибденовых мишенях, важной задачей является отделение технеция от продуктов деления и от молибдена.

По степени эффективности методы выделения технеция можно расположить следующим образом: экстракционные > ионообменные > осадительные > дистилляционные > электрохимические. Например, для отделения технеция от продуктов деления могут быть использованы методы соосаждения с сульфидами тяжелых металлов и труднорастворимыми перхлоратами.После введения ClO в качестве носителя технеций осаждают хлоридом тетрафениларсония в виде [(C 6 H 5)As]TcO 4 , а затем очищают электрохимическим осаждением или дистилляцией в виде Tc 2 O 7 .

Для определения технеция используется радиометрический, активационный, спектрофотометрический, электрохимический игравиметрические методы. Весовыми формами технеция являются пертехнаты тетрафениларсония, гептасульфид. Применение технеция обусловлено как его уникальными свойствами, так и благоприятными ядерно-физическими характеристиками его основного изотопа (большой период полураспада, мягкое в – излучение). Обладая высокой коррозионной устойчивостью и малым сечением активации, технеций является перспективным материалом для антикоррозионных покрытий в реакторостроении . Пертехнат - ион в кислородсодержащих средах в при концентрации внесколько мг/ л является одним из сильнейших ингибиторов коррозии для стали. Сверхпроводимость технеция и его сплавов позволяет использовать их в качествеконструкционного материала для сверхпроводимых магнитов а также для изготовления высокотемпературных термопар. используют для приготовления в – источников, применяемых в радиографии и для проверки радиометрических и дозиметрических приборов. В медицине используется для диагностики болезней щитовидной железы, миокарда сердца, мозга, костей и урологических заболеваний. Для получения готовят изотопный генератор из , который адсорбируют из азотнокислого раствора на колонке из Al 2 O 3 , с последующим вымыванием технеция разбавленной азотной кислотой.

11.2 ПРОМЕТИЙ –

Предположение о существовании элемента с порядковым номером 61 было сделано еще Б. Браунером в 1902 г. Поиски этого элемента в природе были безуспешными. В соответствии с правилом Маттауха у ядер элемента с порядковым номером 61 не может быть стабильных изотопов, элемент радиоактивен. Впервые элемент с порядковым номером 61 был получен в 1938 г. М.Пулом и Л. Квилом облучением неодима дейтронами по ядерной реакции

Однако в этих работах химическое выделение не проводилось. Впервые прометий был выделен химически из продуктов деления урана в 1947 году Г. Маринским и Л. Гленденином с использованием ионообменного метода разделения редкоземельных элементов. Ученые, выделившие новый химический элемент назвали его в честь мифологического титана Прометея, похитившего огонь и передавшего его людям.

Обнаружить прометий в земной коре удалось только после того, как он был получен искусственным путем. В природе мог сохраниться только прометий-145, так как период его полураспада соизмерим со временем существования земной коры. В урановых рудах этот изотоп содержится в количестве 4.10 -15 мг на 1 г урана.

В настоящее время известно 22 изотопа и ядерных изомеров прометия, но наиболее доступным, имеющим практическое применение является (Т 1/2 = 2,7 года).

Основным источником получения является деление ядер урана-235. В ядерном реакторе на 100 кВт в сутки образуется 1 мг , что позволяет получать данный изотоп в килограммовых количествах.

Другим источником получения является реакция:

Является долгоживущим радиоактивным отравляющим веществом, образующимся при взрыве атомной бомбы.

Прометий входит в цериевую группу лантаноидов. Электронная конфигурация нейтрального атома прометия отвечает формуле 5f 5 6s 2 .

Ближайшие химические аналоги прометия – соседние с ним лантаноиды – неодим и самарий. По химическим свойствам весьма сходен с неодимом и другими лантаноидами. Прометий металл, Т пл. =1168,С 0 . В соответствии с положением в периодической системе единственной устойчивой степенью окисления прометия является +3. В чистом состоянии получены окись Pm 2 O 3 , хлорид PmCl 3, имеющий желтую окраску и нитрат Pm(NO 3) 3 розового цвета, а также оксалат Pm 2 (C 2 O 4) 3 ·10 Н 2 . Прометий, как и другие редкоземельные элементы, образует комплексные соединения с большим числом лигандов с координационными числами 7, 8, 9 и 12. Характер связи элемент – лиганд в основном ионный.

В крайне разбавленных растворах при рН < 3 прометий находится в ионном состоянии. При рН > 3 в результате гидролиза начинается образование радиоколлоидов. При рН 6-7 прометий сильно адсорбируется на стекле.

Важнейшими методами выделения прометия является ионообменная хроматография и экстракция. Для выделения прометия используются также процессы соосаждения, основанные на изоморфизме оксалатов и фторидов редкоземеньных элементов или на адсорбции прометия на оксидах и гидроксидах металлов. Из облученных материалов, продуктов деления урана и природных материалов прометий выделяется с фракцией редкоземельных элементов и иттрием, отделение от которых является основной задачей при получении и анализе прометия.

Наиболее распространенным методом определения является радиометрический метод. Он основан на измерении бета- активности препаратов .

Все области применения обусловлены его ядерно-физическими характеристиками (мягкое бета – излучение, Е max =0,2 МэВ, отсутствие г – фона, большой период полураспада, (1 г имеет активность около 940 Ки). используется для изготовления миниатюрных изотопных источников тока (атомных электрических батарей), в которых энергия в – излучения превращается в электрическую. Такие источники используются в космических исследованиях, в радиоизотопных стимуляторах сердечной деятельности, в слуховых аппаратах.

Рис. Атомная электрическая батарека на

Особенность в том, что он практически не дает гамма- лучей, а дает лишь мягкое в–излучение используется для изготовления изотопных ионизаторов для снятия электростатических зарядов. Как источник в – излучения прометий используется в приборах неразрушающего контроля для измерения толщины и плотности материалов небольшой толщины.

11.3 ПОЛОНИЙ

Элемент с порядковым номером 84 был предсказан в 1889 году Д. И. Менделеевым, а открыт М. Кюри при изучении аномальной радиоактивности урановых минералов. Элемент под № 84 был назван в честь родины Марии – полоний. Это первый элемент, вписанный в таблицу Д. И. Менделеева после открытия радиоактивности. Он же первый (по порядку атомных номеров) и самый легкий из элементов, не имеющих стабильных изотопов. Он же один из первых радиоактивных элементов, примененных в космических исследованиях.

Известно 6 природных изотопов, 20 радиоактивных искусственных изотопов и 9 изомера полония с массовыми числами от 192 до 218.

Наиболее важным изотопом полония является - член естественного радиоактивного ряда 238 U. Полоний в природе очень редок, он существует только как продукт радиоактивного распада в урановых, в которых образуется в результате распада урана-238:

U ............... (стаб.)

Именно с этим изотопом полония имели дело М. И П. Кюри. Таким образом, источником полония-210 может служить активный осадок радона, накапливающийся в старых радоновых ампулах. В равновесии с 1 г урана находится 7,6·10 -11 г Ро, а с 1 г Ra – 2,24·10 -4 г. Распространенность в земной коре равна 2·10 -14 масс.%.

В настоящее время получают в ядерном реакторе облучением висмутовой мишени нейтронами:

Bi (n, g) Bi Po

Более долгоживущий изотоп полония с массовым числом 209 и периодом полураспада 103 года можно получить путем облучения мишени из висмута-209 в циклотроне потоками протонов:

Химические и физические свойства полония исследованы с помощью химических микрометодов, так как исследования с большими количествами полония осложнены высокой удельной радиоктивностью полония (массовая активность составляет 1,7 ·10 14 Бк/г). Специфическим носителем при изучении поведения микроколичеств полония является теллур.

Полоний – серебристо – серый металл с желтоватым оттенком, напоминающий таллий и висмут, в темноте светится. Полоний легкоплавкий и легколетучий элемент с температурой плавления 254 0 С, кипения 962 0 С. На воздухе он быстро окисляется с образованием РоО 2 , взаимодействует с галогенами с образованием соединений типа РоГ 4 . Металлический полоний растворяется в азотной и соляной кислотах.

Электронная конфигурация полония в основном состоянии 4 f 14 5d 10 6s 2 6p 4 , поэтому стоит ожидать, что степени окисления этого элемента будут –2, +2, +4, +6.

Полоний – элемент главной подгруппы УI группы периодической системы. Наиболее устойчивой степенью окисления является +4. В электрохимическом ряду полоний занимает место между теллуром и серебром.

По химическим свойствам полоний сходен со своим аналогом по группе периодической системы теллуром, и отчасти – с висмутом.

Полоний дает изоморфные кристаллы с теллуратами свинца и калия.

В водных растворах полоний является сильнейшим коллоидообразователем, в области рН ≥ 1 все соли и комплексные соединения полония гидролизованы и образуют как истинные растворы, так и псевдоколлоиды.

В области рН = 7,5 соли полония дают истинные коллоиды и хорошо адсорбируются на стекле, бумаге.

Для отделения полония от компонентов активного осадка радона и от больших количеств облученного висмута применяют электрохимические методы, экстракцию, хроматографию и соосаждение . В лабораторной практике отделение полония от висмута осуществляется соосаждением с элементарным теллуром при их совместном восстановлении, а также с помощью бестокового осаждения, используя более положительное значение потенциала выделения полония по сравнению со свинцом, висмутом и теллуром.

Процесс экстракции полония из расплавленного висмута при 400-500 0 С с гидроксидом натрия в инертной атмосфере является технологическим способом извлечения его из облученного висмута.

Благодаря большому тепловыделению полоний в основном используют в качестве источника тепловой энергии в космических аппаратах. Недостатком полония-210 является относительно малый период полураспада, всего 138 дней, что уменьшает срок службы радиоизотопного источника тепла.

Полоний-210 находит применение в качестве наиболее доступного б – источника и для изготовления полоний – бериллиевых источников нейтронов с малой гамма - активностью. Благодаря большому тепловыделению полоний используется в качестве изотопного источника тепловой энергии в космических аппаратах.

При работе с полонием необходимо соблюдать особую осторожность. Пожалуй, это один из самых опасных радиоактивных элементов. Его активность так велика, что хотя он излучает только альфа-частицы, брать его руками нельзя, так как можно получить сильные ожоги кожи. Он легко проникает внутрь сквозь кожные покровы. Полоний опасен и на расстоянии, так как легко переходит в аэрозольную форму и заражает воздух. Поэтому работать с ним необходимо в герметичных камерах. Соблюдая эти условия, легко защититься от альфа- излучения полония.

11.4 АСТАТ

Д. И. Менделеев оставил в таблице клетку для элемента с порядковым номером 85.

В 1940 году Э. Сегре, К. Мак - Кензи и Д. Корсон на циклотроне Калифорнийского университета облучением мишени из висмута б – частицами получили искусственный элемент № 85:

или Bi (a,3n) At

Позднее было доказано, что астат образуется в семействах урана –235, 238, тория-232, но все они, являясь в- излучателями имеют очень короткие периоды полураспада. Астат наименее распространенный элемент на нашей планете. В земной коре оценивается содержание астата в 69 мг в слое 1,6 км.

Астат – в переводе с греческого языка означает нестабильный . Раньше его называли астатин, в настоящее время для стандартизации элемент называется астат.

Известно 24 изотопа астата с массовыми числами от 196 до 219. Наиболее важными из них являются долгоживущие изотопы - с периодами полураспада 8,3 и 7,2 часа соответственно. Астат не имеет долгоживущих изотопов. В связи с этим для изучения его химических свойств доступны лишь ультрамалые количества элемента. Как правило, исследования проводятся с концентрациями астата 10 -11 -10 -15 моль/л при массовой удельной активности 7.4·10 13 Бк/мг. Астат не имеет ни изотопных носителей, ни достаточно удовлетворительного специфического носителя.

Астат является наиболее тяжелым элементом группы галогенов. Свойства молекулярного астата напоминают свойства молекулярного йода, но как все тяжелые элементы обладает рядом металлических свойств. Нейтральный атом астата имеет электронную конфигурацию 4f 14 5f 10 6s 2 6p 5 .

Степени окисления –1, +1, +3, +5 и, вероятно, +7. Наиболее устойчива из них -1. Подобно висмуту и полонию, астат может образовывать радиоколлоиды и сорбироваться на стекле и других материалах.

В соответствии с методами получения астата его приходится отделять от больших количеств облученного висмута, урана, тория, а также продуктов деления. В облученной альфа-частицами висмутовой мишени практически не содержатся радиоактивные примеси других элементов. Поэтому основная задача выделения астата сводится к сбросу макроколичеств висмута из расплавленной мишени путем дистилляции. Астат по аналогии с иодом возгоняется, на чем основано его отделение от мишени. Астат при этом либо адсорбируется из газовой фазы на платине или на серебре, либо конденсируется на стекле, либо поглощается растворами сульфита или щелочи.

Единственный метод определения астата является радиометрический. Изотопы 209, 210, 211 At могут быть определены как по a- излучению, так и по g - или рентгеновскому К, L-излучению.

Элементарный астат хорошо растворим в органических растворителях, и с иодом в качестве носителя, легко ими экстрагируется. Коэффициент распределения у астата выше, чем у иода. При действии сильных окислителей (HСlO 4 , K 2 S 2 O 8 , НIO , и др.) в азотно - и хлорнокислых растворах астата образуется, очевидно, астат- ион AtO , который изоморфно соосаждается с AgIO 3 . В виде иона астатида At - изоморфно соосаждается с AgI и TlI. В организме астат ведет себя как йод (накапливается в щитовидной железе). На этом основано его использование в качестве радиофармацевтического препарата для лечения заболеваний щитовидной железы. Так как астат является альфа-излучателем, то его использование для этой цели предпочтительней, чем использование иода-131, который является источником жесткого бета-излучения. Выводится он из организма с помощью роданид-иона, дающего с астатом прочный комплекс.


11.5 РАДОН (86 Rn)

В 1899 г. М. Кюри обнаружила, что воздух вокруг соединений радия становится проводником электричества. Исследованиями процессов радиоактивного распада урана-238, тория-232 и урана-235 Р. Б. Оуэнс, У. Рамзай, Дж. Резерфорд и Ф. Дорн независимо друг от друга установили, что изотопы радия- 226 Ra , 224 Ra , 223 Ra в результате испускания a-частиц превращаются в изотопы элемента с порядковым номером 86-радон(222 Rn),торон (220 Rn ) , актинон(219 Rn). В общем случае для этого элемента принято название радон по его наиболее долгоживущему изотопу 222 Rn с Т 1/2 =3,8 дня. Благодаря тому, что уран, торий и радий широко распространены в природе(рудах, почве, воде) радон содержится в почве и земной атмосфере.

Кроме естественных изотопов радона в настоящее время получено искусственно еще более 10 короткоживущих изотопов с массовыми числами от 202 до 224. Основными методами получения искусственных изотопов радона являются реакции глубокого расщепления, протекающие при облучении ториевых мишений протонами высоких энергий.

Определение молекулярной массы радона показало, что он является одноатомным газом.

Радон самый тяжелый элемент нулевой группы. Радон бесцветен, сжижается в фосфоресцирующую жидкость с температурой кипения-61,8 0 С, затвердевающую при -71 0 С. Твердый радон светится ярко-голубым цветом, который сравнивают с электрическим.

Исследования химических свойств радона показали, что радон и его изотопы являются химическими аналогами инертных газов . Его электронная конфигурация 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 6 , т.е. его внешние электронные уровни полностью заполнены, что и определяет инертность радона. В то же время, несмотря на то, что радон принадлежит к группе инертных газов, он образует вполне определенные группы соединений. Так, радон образует клатратные соединения с водой, фенолом, толуолом и т. п. В клатратных соединениях радона связь осуществляется за счет ван-дер-ваальсовых сил.

Радон, подобно другим инертным газам, при действии сильных окислителей, например, жидкого фтора, фторидов, О 2 F 2 , при определенных условиях образует фториды-RnF 2 , а также комплексные ионы типа RnF ×MeF 6 , RnF 2 ×2Sb F 5 , RnF 2 ×2Bi F 5 и RnF 2 ×I F 5 .

Радон получают накоплением при распаде радия, находящегося в растворе в специальной вакуумной аппаратуре.

Исторически первым и наиболее распространенным методом является радиометрический метод определения радона по радиоактивности продуктов его распада. 222 Rn может быть определен и непосредственно по интенсивности собственного альфа- излучения. Удобным методом определения радона является его экстракция толуолом с последующим измерением активности толуольного раствора с помощью жидкостного сцинтилляционного счетчика.

Основная область применения радона - медицина. Радон применяют для получения искусственных радоновых ванн при лечении ревматизма, радикулита, сердечно-сосудистых, кожных и ряда других заболеваний.

Радон нашел также применение в методах неразрушающего контроля для определения утечки трубопроводов, для исследования скорости движения газов и т. п.

Так как радон чрезвычайно опасен при попадании внутрь организма, все процедуры желательно осуществлять в специальных условиях, предотвращающих возможность попадания его в дыхательную систему. Опасен не сам радон, а продукты его распада. Все исследователи, работавшие с твердым радоном, подчеркивают непрозрачность этого вещества. Причина непрозрачности- моментальное осаждение твердых продуктов распада радона, которые являются б-, в-,г – излучателями. В то же время лечебный эффект радона обусловлен не самим радоном, а благодаря налету на теле продуктов его распада.

Применительно к радону эпитет « самый» можно повторять многократно: самый тяжелый, самый редкий, самый дорогой из всех известных газов на Земле.

11.6 ФРАНЦИЙ (87 Fr)

Среди элементов, стоящих в конце периодической системы Д. И. Менделеева, есть такие, о которых многое слышали и знают неспециалисты, но есть и такие, о которых мало, что сможет сказать и специалист. К числу первых относятся, например, радий и радон. К числу вторых - их сосед по периодической системе - франций. В 1879 году Менделеев на основе созданной им периодической системы предсказал существование и описал свойства наиболее тяжелого щелочного элемента-экацезия.

Лишь в 1939 г. Маргарита Перей, ученица Марии Складовской-Кюри открыла элемент с порядковым номером 87, химически выделив его из продуктов распада ряда 235 U. Он образуется при б- распаде Ac. М. Перей назвала этот элемент в честь своей родины францием (Fr):

Из продуктов распада актиния, франций был выделен путем соосаждения с перхлоратом цезия. В природе франций в ничтожных количествах содержится во всех урановых рудах (1 атом Fr на 7,7×10 14 атомов 235 U или 3×10 18 атомов природного урана).

В астоящее время известно 27 изотопов франция с массовыми числами от 203 до 229, из них два изотопа с массовыми числами 223 и 224 встречаются в природе, являясь членами радиоактивных семейств 235 U и 232 Th. Из всех известных изотопов франция представляет интерес только 223 Fr, как наиболее долгоживущий (период полураспада 22 мин.).

Кроме выделения из продуктов распада актиния, 223 Fr получают путем облучения 226 Ra нейтронами по схеме:

226 Ra(n,g) 227 Ra 227 Ac 223 Fr

Франций интересен по двум причинам: во-первых, это самый тяжелый и самый активный щелочной металл; во-вторых, франций можно считать самым неустойчивым из первых ста элементов периодической системы. Нейтральный атом франция в основном состоянии имеет электронную конфигурацию7s 1 . Единственной степенью окисления франция является +1.

Франций не может быть выделен в весомых количествах, так как периоды полураспада всех известных в настоящее время его изотопов слишком малы. У самого долгоживущего изотопа франция- 223 Fr- период полураспада составляет всего 22 мин.

Согласно положению в периодической системе элементов, франций – один из самых электроположительных металлов. В химическом отношении франций - самый ближайший аналог цезия. Отсюда следует, что все характерные для цезия химические формы должны существовать и у франция. Большинство солей франция хорошо растворимо в воде. К трудно растворимым солям относятся перхлорат, хлороплатинат, пикратокобальтинитрит и некоторые другие соли, которые изоморфно соосаждаются с аналогичными солями цезия. Будучи самым активным щелочным металлом, франций проявляет пониженную способность к комплексообразованию и гидролизу.

Находясь в растворе в ультрамикроконцентрациях (10-9-10-13 г), франций может легко «потеряться», адсорбируясь на стенках сосудов, на поверхности осадков, на возможных примесях.

Поскольку франций не может быть получен в весомых количествах, его физико-химические характеристики найдены расчетным путем.

Химические свойства франция изучены только радиохимическими методами с использованием цезия в качестве специфического носителя. Массы франция в этих опытах не превышают 10 -15 г (массовая активность 223 Fr составляет 1,7 ·10 15 Бк/мг). Достаточно сложной проблемой является отделение франция от специфического носителя цезия. В соответствии с положением в периодической системе, франций должен иметь более отрицательный стандартный потенциал, чем цезий. Поэтому он может быть выделен только на ртутном катоде .

Франций легко адсорбируется на ионообменных смолах КУ-1 и Дауэкс-50 (сульфокатионитах) из нейтральных или слабокислых растворов. С помощью этих смол франций легко отделяется от большинства химических элементов.

Применяют франций в медицине и биологии при изучении распределения щелочных металлов в организме. Фиксируется он в основном в злокачественных опухолях, что делает его перспективным в ранней диагностике сарком.

11.7 РАДИЙ (88 Ra)

Элемент № 88 был открыт Марией и Пьером Кюри в 1898 г вслед за полонием в минерале, известном под названием урановой смолки. М. Кюри обнаружила, что интенсивность излучения смоляной руды в несколько раз сильнее, чем U 3 O 8 , полученный из металлического урана. Кюри было предположено, что руда содержит неизвестное вещество с более интенсивным излучением, чем уран. Было обнаружено, что фракции содержащие сульфид висмута и сульфат бария, обладают радиоактивностью. Это подтверждало предположение, что новый элемент является аналогом бария. В дальнейшей работе с помощью дробной кристаллизации хлористого бария, было выделено 90 мг хлорида радия высокой чистоты. Новый химический элемент с порядковым номером 88 был назван супругами Кюри радием (radius-луч).

В настоящее время известно 13 изотопов радия, из них три являются членами естественных радиоактивных семейств. Наиболее долгоживущим из природных изотопов радия является изотоп 226 Ra с периодом полураспада1622 года. 226 Ra является a-g- излучателем и содержится во всех рудах урана. В 1 т урановой смоляной руды содержится около 400 мг 226 Ra. В верхнем слое Земной коры толщиной 1,6 км содержится 1,8×10 7 т 226 Ra. Довольно много радия в некоторых природных водах – до 10 -8 г/л. В мировом океане содержится около 2·10 4 т радия.

Свежеполученный металлический радий - белый блестящий металл, темнеющий на воздухе с Ткип.=1140 С 0 и Тпл.=960 С 0 . Впервые металлический радий был получен М. Кюри и А. Дебьерном выделением на ртутном катоде при электролизе раствора RaCl 2 с последующим разложением амальгамы радия в токе водорода при нагревании до 700 С 0 .

Радий представитель щелочно-земельных металлов и является самым тяжелым металлом главной подгруппы 11 группы периодической системы. Единственной степенью окисления радия является +2. По своим химическим свойствам радий похож на барий, но химически более активен. Он энергично разлагает воду, давая гидроокись Ra(OH) 2 , более растворимую, чем Ва(ОН) 2 .

Ra +2Н 2 О= Ra(OH) 2 + Н 2

Наиболее важными соединениями радия являются его галогениды: хлорид и бромид. Все соли радия и бария изоморфны. Все свежеприготовленные соли радия имеют белый цвет с характерным голубым свечением в темноте. Химия радия в водных растворах исследована с использованием микроколичеств этого элемента из-за его большой массовой радиоактивности (радиоактивность 1 г радия составляет 3,7×10 10 Бк). Радий в растворах находится в виде ионов Ra 2+ . В ряду щелочно – земельных металлов радий проявляет наименьшую склонность к комплексообразованию и гидролизу.

Радий обладает большой склонностью к сорбции из растворов на поверхности стеклянной посуды, фильтровальной бумаги, что затрудняет определение его физико-химических констант (например, растворимость солей радия). Радий образует комплексы с лимонной, молочной и винной кислотами.

Основная проблема при выделении радия из урановых руд состоит в отделении его от больших количеств урана и продуктов распада радия. Кроме методов сокристаллизации с изоморфными солями бария и свинца, для выделения радия используется хроматографические и экстракционные методы. Перспективным для выделения радия является использование неорганических неспецифических сорбентов, таких как Al 2 O 3.

Радий сыграл огромную роль в исследовании строения атомного ядра, явления радиоактивности и становлении радиохимии и ядерной физики. Можно утверждать, что если бы 100 лет назад не был бы открыт элемент радий, то вряд ли прошлый век называли бы атомным. За открытие явления радиоактивности и радия Марии Склодовской - Кюри была дважды присуждена Нобелевская премия (первый раз по физике-1903 г., второй - по химии-1911 г.).

Основные области применения радия обусловлены его g-излучением в методах неразрушающего контроля для определения дефектов литья, в толщиномерах, при разведке месторождений урана. Альфа излучение радия позволяет использовать его для производства светящихся красок и для снятия статических зарядов. В смеси с бериллием радий используют для изготовления нейтронных источников. В медицин е радий используют как источник радона . Радий обладает большой подвижностью в природе и довольно сильно может выщелачиваться из горных пород. Поэтому большинство урановых минералов теряет значительную часть радия (иногда эти потери составляют до 85%), который легко попадает в природные воды.


11.8 АКТИНИЙ (89 Ас) И АКТИНОИДЫ

1899 году сотрудник Кюри Дебьерн в отходах от переработки урановых руд обнаружил новое радиоактивное вещество. При химико-аналитическом разделении это радиоактивное вещество осаждалось аммиаком вместе с редкоземельными элементами и торием. Радиоактивность была приписана новому радиоактивному элементу, который был назван актинием(излучающий) . В настоящее время известно 24 изотопа актиния, три из них встречаются в природе( Ac , Ac Ac). Остальные изотопы получены искусственным путем.

Таблица Радиоактивные свойства некоторых изотопов актиния:

Изотоп актиния Реакция получения Тип распада Период полураспада
221 Ac 232 Th(d,9n) 225 Pa(б)→ 221 Ac б <1 сек.
222 Ac 232 Th(d,8n) 226 Pa(б)→ 222 Ac б 4,2 сек.
223 Ac 232 Th(d,7n) 227 Pa(б)→ 223 Ac б 2,2 мин.
224 Ac 232 Th(d,6n) 228 Pa(б)→ 224 Ac б 2,9 час.
225 Ac 232 Th(n,г) 233 Th(в -)→ 233 Pa(в -) → 233 U(б)→ 229 Th(б)→ 225 Ra(в -) 225 Ac б 10 сут.
226 Ac 226 Ra(d,2n) 226 Ac б или в - или электронный захват 29 час.
227 Ac 235 U(б)→ 231 Th(в -)→ 231 Pa(б)→ 227 Ac Ra (n,g) Ra → Ac б или в - в - , б 21,7 лет 22 года
228 Ac 232 Th(б)→ 228 Ra(в -)→ 228 Ac в - 6,13 час.
229 Ac 228 Ra(n,г) 229 Ra(в -)→ 229 Ac в - 66 мин.
230 Ac 232 Th(d,б) 230 Ac в - 80 сек.
231 Ac 232 Th(г,p) 231 Ac в - 7,5 мин.
232 Ac 232 Th(n,p) 232 Ac в - 35 сек.

Есть одна причина, по которой элемент № 89 – актиний – особенно интересует сегодня многих. Этот элемент, подобно лантану, оказался родоначальником большого семейства элементов, в которое входят все три кита ядерной энергетики – уран, плутоний и торий .

Главный и долгоживущий изотоп актиния - Ac (период полураспада 22 года) является дочерним продуктом 235 U. В урановых рудах актиний содержится в микроконцентрациях.В равновесии с 1 природного урана находится ~ 10 -10 г Ac. Актиний может быть выделен из урановых и ториевых руд путем осуществления кислотного разложения руды с последующим разделением и выделением продуктов распада урана и тория и отделения актиния от примесей с лантаноидами. От лантана актиний может быть отделен хроматографически на катионите в аммонийной форме . Актиний хорошо отделяется от лантана методом электрофореза . Количество получающегося актиния настолько мало , что этот элемент входит в десятку редчайших элементов.

Из – за очень малого содержания актиния в рудах его предпочитают получать искусственным путем, Изотоп 227 Ac получают облучением радия мощным потоком нейтронов в реакторе:

Ra (n,g) Ra → Ac

Именно этим путем получены чистые препараты актиния, на которых и были определены его основные свойства. Выход, как правило, не превышает 2.15% от исходного количества радия. Количество актиния при данном способе синтеза исчисляется в граммах. От радия и дочерних продуктов распада актиний отделяют после растворения мишени в НСl довольно просто – экстракцией в раствор тиофенилкарбонила - трифторацетона в хлороформе при рН~3,6. Далее актиний осаждают в виде Ac 2 (С 2 О 4) 3, растворяют в соляной кислоте и плавиковой кислотой переводят в AcF 3 . Затем в вакууме при 1200 0 С полученную соль восстанавливают металлическим литием до металла. Выделение и очистка актиния от радия, тория и дочерних продуктов распада проводятся методами экстракции и ионного обмена.

Металлический актиний получают восстановлением трифторида актиния парами лития

Элементарный актиний довольно тяжелый серебристо-белый металл, который легко окисляется на воздухе с образованием пленки оксида, предохраняющей металл от дальнейшей коррозии. Актиний- элемент третьей группы периодической системы. Его ближайшим химическим аналогом является лантан . У него, как и у лантана такая же валентность (+ 3), близкиие атомные радиусы (1,87 нм у лантана и 2,03 нм у актиния), почти идентичное строение большинства соединений. Актиний подобно лантану химически активный элемент, быстро окисляющийся на воздухе. В то же время он имеет более основные свойства, чем лантан. В кислых растворах актиний присутствует в виде ионов. При рН>3 образуются коллоидные растворы. В микроконцентрациях актиний соосаждается гидроокисями иттрия, алюминия, железа.

Применение актиния

227 Ac в смеси с бериллием является источником нейтронов. Ac-Be-источники характеризуются малым выходом гамма-квантов, применяются в активационном анализе при определении Mn, Si, Al в рудах.

225 Ac применяется для получения 213 Bi, а также для использования в радио-иммунотерапии.

227 Ac может использоваться в радиоизотопных источниках энергии.

228 Ac применяют в качестве радиоактивного индикатора в химических исследованиях из-за его высокоэнергетического в-излучения.

Смесь изотопов 228 Ac- 228 Ra используют в медицине как интенсивный источник г-излучения.

Актиний относится к числу опасных радиоактивных ядов с высокой удельной б-активностью. Хотя абсорбция актиния из пищеварительного тракта по сравнению с радием сравнительно невелика, но наиболее важной особенностью актиния является его способность прочно удерживаться в организме в поверхностных слоях костной ткани. Первоначально актиний в значительной степени накапливается в печени, причём скорость его удаления из организма много больше скорости его радиоактивного распада. Кроме того, одним из дочерних продуктов его распада является очень опасный радон, защита от которого при работе с актинием является отдельной серьёзной задачей.

Актиний сыграл огромную роль в знаменитой актиноидной теории Г. Сиборга, предложенной в 1944 г. В соответствии с этой теории элементы с порядковыми номерами 90-103 образуют 5f –семейство и по аналогии с лантаноидами размещаются в периодической системе в виде отдельной группы . По своему химическому поведению актиноиды занимают промежуточное положение между элементами f - и d- серий. Сюда входят - торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, энштейний, фермий, менделеевий, нобелий, лоуренсий.

Таблица Наиболее важные изотопы актиноидов

Изотоп Период полураспада Изотоп Период полураспада Изотоп Период полураспада
227 Ac 22 года 244 Pu 7,6×10 7 лет 248 Bk 314 суток
232 Th 1,39×10 10 лет 241 Am 458 лет 251 Cf 660 лет
231 Pa 34300 лет 241 Am 433 года 254 Es 280 суток
233 U 1,62×10 5 лет 243 Am 7600 лет 253 Es 20,47 сут
235 U 7,13×10 8 лет 242 Cm 162,5 суток
238 U 4,5×10 9 лет 244 Cm 19 лет
235 Np 410 сут 247 Cm ³4×10 7 лет
237 Np 2,2×10 6 лет 248 Cm 4,7×10 5 лет
238 Pu 86,4 года 250 Cm 2×10 4 лет
239 Pu 24360 лет 247 Bk 1300 лет
242 Pu 3,79×10 5 лет

Согласно теории всего в слое 5f может находиться 14 электронов. Следовательно,103-й элемент должен быть последним актиноидом, так как у него будут полностью застроены уровни 5f, 6s и 6p. С другой стороны, следует ожидать, что 104-й элемент будет находиться в состоянии 6d 2 7s 2 , т.е. относиться к четвертой группе системы Менделеева, следовательно, по своим свойствам он должен быть похож на торий.

  • Глава 2. Государственная социальная помощь, оказываемая в виде предоставления гражданам набора социальных услуг 15 страница
  • Глава 2. Государственная социальная помощь, оказываемая в виде предоставления гражданам набора социальных услуг 16 страница
  • Глава 2. Государственная социальная помощь, оказываемая в виде предоставления гражданам набора социальных услуг 17 страница
  • Глава 2. Государственная социальная помощь, оказываемая в виде предоставления гражданам набора социальных услуг 18 страница
  • Глава 2. Государственная социальная помощь, оказываемая в виде предоставления гражданам набора социальных услуг 19 страница