Radium

Radium
←  Francium | Aktinium  →
88 Ba ↑ Ra ↓ Ubn 88 Ra
Udseende af et simpelt stof
Radiumprøve
Atom egenskaber
Navn, symbol, nummer	Radium (Ra), 88
Atommasse ( molær masse )	226.0254  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[Rn] 7s 2
Kemiske egenskaber
Ion radius	(+2e) 143  kl
Elektronegativitet	0,9 (Pauling-skala)
Elektrodepotentiale	Ra ← Ra 2+ -2,916 V
Oxidationstilstande	+2
Ioniseringsenergi (første elektron)	1. 509,3 (5,2785) kJ/mol (eV) 2. 979,0 (10,147)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof
Tæthed ( i.a. )	(ved r.t.) 5,5 g/cm³
Smeltetemperatur	1233K _
Kogetemperatur	2010 K
Oud. fusionsvarme	8,5 kJ/mol
Oud. fordampningsvarme	113 kJ/mol
Molær varmekapacitet	29,3 [1]  J/(K mol)
Molært volumen	45,0  cm³ / mol
Krystalgitteret af et simpelt stof
Gitterstruktur	Kubisk krop centreret
Gitterparametre	5.148 [2]
Andre egenskaber
Varmeledningsevne	(300 K) (18,6) W/(m K)
CAS nummer	7440-14-4
længst levede isotoper
Isotop Udbredelse _ Halvt liv Decay kanal Forfaldsprodukt 223 Ra spormængder 11.43 dage α 219 Rn 224 Ra spormængder 3.6319 dage α 220Rn _ 225Ra _ spormængder 14,9 dage β - 225 AC 226Ra _ spormængder 1600 år α 222 Rn 228 Ra spormængder 5,75 år β - 228 AC

Radium  ( kemisk symbol  - Ra , fra lat.  Radium ) - et kemisk element af den 2. gruppe (ifølge den forældede klassificering  - den vigtigste undergruppe af den anden gruppe, IIA), den syvende periode af det periodiske system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev , med atomnummer 88.

Det simple stof radium  er et skinnende , sølvhvidt jordalkalimetal , der hurtigt pletter i luften. Det er meget reaktivt og meget giftigt . Radiumforbindelser er meget mere giftige end bariumforbindelser på grund af radiums høje radioaktivitet .

Radioaktivt . Det mest stabile nuklid er 226 Ra ( halveringstid er ca. 1600 år ).

Historie

De franske videnskabsmænd Pierre og Marie Curie fandt ud af, at affaldet efter adskillelsen af ​​uran fra uranmalm ( uranharpiks udvundet i byen Joachimstal , Tjekkiet ) er mere radioaktivt end rent uran. Fra dette affald isolerede Curies efter flere års intensivt arbejde to stærkt radioaktive grundstoffer: polonium og radium. Den første rapport om opdagelsen af ​​radium (som en blanding med barium ) blev lavet af Curies den 26. december 1898 ved det franske videnskabsakademi . I 1910 isolerede Marie Curie og André Debierne rent radium ved elektrolyse af radiumchlorid på en kviksølvkatode og efterfølgende destillation i brint . Det isolerede grundstof var, som det nu er kendt, isotopen radium-226, et nedbrydningsprodukt af uran-238 . Curies blev tildelt Nobelprisen for opdagelsen af ​​radium og polonium. Radium dannes gennem mange mellemtrin i det radioaktive henfald af uran-238 isotopen og findes derfor i små mængder i uranmalm.

I Rusland blev radium først opnået i eksperimenterne fra den berømte sovjetiske radiokemiker V. G. Khlopin . I 1918, på grundlag af Statens røntgeninstitut , blev Radiumafdelingen organiseret, som i 1922 fik status som et separat videnskabeligt institut. En af Radiuminstituttets opgaver var undersøgelsen af ​​radioaktive grundstoffer , primært radium. V. I. Vernadsky blev direktør for det nye institut , V. G. Khlopin blev hans stedfortræder , L. V. Mysovsky [3] ledede instituttets fysikafdeling .

Mange radionuklider , der stammer fra radiums radioaktive henfald, fik navne på formen radium A, radium B, radium C osv., før de blev kemisk identificeret. Selvom de nu vides at være isotoper af andre kemiske grundstoffer, har de historisk etableret navne ved at tradition bruges nogle gange:

Opkaldt efter Curies var aktivitetsenheden uden for systemet for en radioaktiv kilde " curie " (Ci), svarende til 3,7⋅10 10 disintegrationer pr. sekund, eller 37 GBq , tidligere baseret på aktiviteten af ​​1 gram radium-226 . Men da det som et resultat af raffinerede målinger blev fundet, at aktiviteten af ​​1 g radium-226 er ca. 1,3 % mindre end 1 Ci , er denne enhed i øjeblikket defineret som 37 milliarder henfald pr. sekund (præcis).

Navnets oprindelse

Navnet "radium" er forbundet med strålingen fra kernerne af atomer Ra ( latin  radius  - stråle).

Fysiske og kemiske egenskaber

Den komplette elektroniske konfiguration af radiumatomet er: 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

Radium er et skinnende hvidt metal under normale forhold, der bliver mørkere i luften (sandsynligvis på grund af dannelsen af ​​radiumnitrid ). Reagerer med vand. Det opfører sig på samme måde som barium og strontium , men er mere reaktivt. Den sædvanlige oxidationstilstand  er +2. Radiumhydroxid Ra(OH) 2  er en stærk, ætsende base.

På grund af den stærke radioaktivitet lyser alle radiumforbindelser med et blåligt lys ( radiokemiluminescens ), som er tydeligt synligt i mørke [4] , og radiolyse sker i vandige opløsninger af dets salte .

I en vandig opløsning omdannes radium til Ra 2+ kationen , som er farveløs, så alle radiumforbindelser er hvide, men de gulner med tiden, og får derefter endnu mørkere farver på grund af alfastrålingen fra radium. Radiumchlorid er mindre opløseligt i vand end bariumchlorid . Radiumbromid opløses bedre end chlorid. Opløseligheden af ​​radiumnitrat falder med stigende koncentration af salpetersyre. De uopløselige salte af radium er sulfat , chromat, carbonat, iod , tetrafluorberyllat og nitrat. Alle, med undtagelse af carbonatet, er mindre opløselige end de tilsvarende bariumsalte. Radiumsulfat er det mindst opløselige sulfat kendt [5] .

Henter

At få rent radium i begyndelsen af ​​det 20. århundrede kostede meget arbejde. Marie Curie arbejdede i 12 år for at få et korn af rent radium. For at få blot 1 g rent radium var der brug for adskillige vognlæs uranmalm, 100 vognlæs kul, 100 cisterner med vand og 5 vognladninger forskellige kemikalier. Derfor var der i begyndelsen af ​​det 20. århundrede ikke noget dyrere metal i verden. For 1 g radium var det nødvendigt at betale mere end 200 kg guld.

Radium udvindes normalt fra uranmalm. I malme, der er gamle nok til at etablere sekulær radioaktiv ligevægt i uran-238-serien, er der 333 milligram radium-226 pr. ton uran.

Der er også en metode til at udvinde radium fra radioaktivt naturligt vand, der udvasker radium fra uranholdige mineraler. Indholdet af radium i dem kan nå op til 7,5×10 −9 g/g . Fra 1931 til 1956 opererede den eneste virksomhed i verden, hvor radium blev isoleret fra det underjordiske mineraliserede vand i Ukhta-forekomsten, den såkaldte "vandindustri" [6] [7] , på stedet for den nuværende landsby . af Vodny i Ukhta-regionen i Komi-republikken .

Fra analysen af ​​dokumenter, der er opbevaret i arkiverne for efterfølgeren til dette anlæg (OAO Ukhta Electroceramic Plant Progress), blev det anslået, at ca. 271 g radium var blevet frigivet ved Vodnoye Promysl før lukning. I 1954 blev verdens forsyning af udvundet radium anslået til 2,5 kg . I begyndelsen af ​​1950'erne var der således opnået cirka hvert tiende gram radium ved Vodnoy Promysly [6] .

At være i naturen

Radium er ret sjældent. I løbet af den tid, der er gået siden dens opdagelse - mere end et århundrede - er der kun udvundet 1,5 kg rent radium på verdensplan. Et ton uranbeg , hvorfra Curies opnåede radium, indeholder kun omkring 0,1 g radium-226 . Alt naturligt radium er radiogent - det forekommer under henfaldet af uranium-238 , uranium-235 eller thorium-232 ; af de fire, der findes i naturen, er den mest almindelige og langlivede isotop (halveringstid af 1602) radium-226, som er en del af den radioaktive uranium-238-serie. I ligevægt er forholdet mellem indholdet af uran-238 og radium-226 i malmen lig med forholdet mellem deres halveringstider: (4,468⋅10 9 år)/(1602 år)=2,789⋅10 6 . For hver tre millioner uranatomer i naturen er der således kun et radiumatom; clarke-tallet for radium (indholdet i jordskorpen) er ~1 µg/t .

Alle naturlige isotoper af radium er opsummeret i tabellen:

Radiums geokemi er i vid udstrækning bestemt af egenskaberne ved migration og koncentration af uran, såvel som de kemiske egenskaber af radium selv, et aktivt jordalkalimetal. Blandt de processer, der bidrager til koncentrationen af ​​radium, bør man først og fremmest pege på dannelsen af ​​geokemiske barrierer på lave dybder, hvori radium er koncentreret. Sådanne barrierer kan for eksempel være sulfatbarrierer i oxidationszonen. Stiger nedefra chloridhydrogensulfid radiumholdigt vand i oxidationszonen bliver til sulfat, radiumsulfat udfældes sammen med BaSO 4 og CaSO 4 , hvor det bliver en næsten uopløselig konstant radonkilde. På grund af urans høje migrationsevne og dets evne til at koncentrere sig, dannes mange typer uranmalmformationer i hydrotermiske farvande, kul, bitumen, kulholdig skifer, sandsten, tørveområder, fosforitter, brun jernmalm, ler med benrester af fisk ( litofacies). Når kul brændes, beriges aske og slagger med 226 Ra. Indholdet af radium øges også i fosfatbjergarter.

Som et resultat af henfaldet af uran og thorium og udvaskning fra værtsbjergarter dannes der konstant radiumradionuklider i olie. I en statisk tilstand er olie i naturlige fælder, der er ingen udveksling af radium mellem olien og vandet, der understøtter den (bortset fra vand-olie-kontaktzonen), og som et resultat er der et overskud af radium i olien . Under udviklingen af ​​et felt kommer reservoir og injiceret vand intensivt ind i oliereservoirer, vand-olie-grænsefladen øges kraftigt, og som et resultat går radium ind i strømmen af ​​filtreret vand. Med et øget indhold af sulfationer udfældes radium og barium opløst i vand i form af radiobarit Ba (Ra) SO 4 , som udfældes på overfladen af ​​rør, fittings og tanke. Den typiske volumetriske aktivitet af vand-olieblandingen, der kommer til overfladen, udtrykt i 226 Ra og 228 Ra, kan være omkring 10 Bq/l (svarende til flydende radioaktivt affald).

Størstedelen af ​​radium er i en spredt tilstand i klipper. Radium er en kemisk analog af alkaliske og jordalkali-stendannende grundstoffer, der udgør feldspat , som udgør halvdelen af ​​massen af ​​jordskorpen. Kaliumfeldspat er de vigtigste stendannende mineraler i sure magmatiske bjergarter - granitter , syenitter , granodioriter osv. Det er kendt, at granitter har naturlig radioaktivitet noget højere end baggrunden på grund af det uran, de indeholder. Selvom uran clarke ikke overstiger 3 g/t , er dens indhold i granitter allerede 25 g/t . Men hvis den meget mere almindelige kemiske analog af radium, barium, er inkluderet i de ret sjældne kalium-barium feldspater ( hyalophanes ), og den "rene" barium feldspat, det celsiske mineral BaAl 2 Si 2 O 8 er meget sjælden, så er ophobning af radium med dannelse af radiumfeldspater og mineraler forekommer slet ikke på grund af radiums korte halveringstid. Radium henfalder til radon, som føres væk gennem porer og mikrorevner og skylles ud med grundvand. I naturen findes nogle gange unge radiummineraler, der ikke indeholder uran, f.eks. radiobarit og radiocalcit , hvoraf radium fra opløsninger beriget med radium (i umiddelbar nærhed af letopløselige sekundære uranmineraler) co-krystalliserer med barium og radiocalcit. calcium på grund af isomorfi .

Handling på kroppen

Radium har, afhængig af isotopsammensætningen, høj og særligt høj radiotoksicitet [8] . I menneskekroppen opfører det sig som calcium  – omkring 80 % af det radium, der kommer ind i kroppen, ophobes i knoglevæv. Store koncentrationer af radium forårsager osteoporose , spontane knoglebrud og ondartede tumorer i knogle og hæmatopoietisk væv. Radon  , et gasformigt radioaktivt henfaldsprodukt af radium, er også farligt.

Marie Sklodowska-Curies for tidlige død skyldtes kronisk radiumforgiftning, da faren for eksponering endnu ikke var erkendt på det tidspunkt.

Isotoper

Der er 35 kendte isotoper af radium i intervallet af massetal fra 201 til 235 [9] . Isotoper 223 Ra , 224 Ra , 226 Ra , 228 Ra findes i naturen som medlemmer af den radioaktive serie uranium-238, uranium-235 og thorium-232. De resterende isotoper kan opnås kunstigt. De fleste af de kendte isotoper af radium gennemgår alfa-henfald til radonisotoper med et massetal , der er 4 mindre end forælderkernens. Neutronmangelfulde radiumisotoper har også en yderligere beta-henfaldskanal med positronemission eller orbital elektronindfangning ; i dette tilfælde dannes en isotop af francium med samme massetal som forælderkernens. I neutronrige isotoper af radium (massetalsområdet fra 227 til 235) er der kun fundet beta-minus-henfald ; det sker med dannelsen af ​​aktiniumkerner med samme massetal som moderkernen. Nogle radiumisotoper ( 221 Ra, 222 Ra, 223 Ra, 224 Ra, 226 Ra) nær beta-stabilitetslinjen udviser, ud over alfa-henfald, klyngeaktivitet med emission af en kulstof-14-kerne og dannelse af en blykerne med et massetal 14 mindre end forælderkernens (for eksempel 222 Ra → 208 Pb+ 14 C), selvom sandsynligheden for denne proces kun er 10 −8 ... 10 −10 % i forhold til alfa-henfald. Radioaktive egenskaber ved nogle radiumisotoper [9] :

Ansøgning

I begyndelsen af ​​det 20. århundrede blev radium anset for nyttigt og inkluderet i sammensætningen af ​​mange produkter og husholdningsartikler: brød, chokolade, drikkevand, tandpasta, ansigtspudder og cremer, midler til at øge tone og styrke [15] [16] .

I dag bruges radium nogle gange i kompakte neutronkilder ved at legere små mængder af det med beryllium . Under påvirkning af alfastråling ( helium-4 kerner ) slås neutroner ud af beryllium:

I medicin bruges radium som kilde til radon til klargøring af radonbade . (deres nytte er dog i øjeblikket bestridt ). Derudover bruges radium til kortvarig bestråling i behandlingen af ​​ondartede sygdomme i hud, næseslimhinde og genitourinary tract. .

Men på nuværende tidspunkt er der mange radionuklider med de ønskede egenskaber, der er mere egnede til medicinske formål , som opnås ved acceleratorer eller i atomreaktorer, for eksempel 60 Co ( T 1/2 = 5,3 år ), 137 Cs ( T 1 /2 = 30,2 år ), 182 Ta ( T 1/2 = 115 dage ), 192 Ir ( T 1/2 = 74 dage ), 198 Au ( T 1/2 = 2,7 dage ) osv., og også i isotopgeneratorer (opnåelse af kortlivede isotoper).

Indtil 1970'erne blev radium ofte brugt til at fremstille permanent lysende maling (til mærkning af skiver på luftfarts- og marineinstrumenter, specielle ure og andre enheder), men nu erstattes det normalt af mindre farlige isotoper: tritium ( T 1/2 = 12,3 år ) eller 147 pm ( T 1/2 = 2,6 år ). Nogle gange blev der også produceret ure med radiumlyssammensætning i civile udgaver, herunder armbåndsure. Også radium lysstyrke i hverdagen kan findes i nogle gamle juletræspynt. , vippekontakter med oplyst håndtagsspids, på vægten af ​​nogle gamle radioer, og så videre. Et karakteristisk træk ved den lette sammensætning af den konstante handling af sovjetisk produktion er sennepsgul maling, selvom farven nogle gange kan være anderledes (hvid, grønlig, mørk orange osv.). Faren ved sådanne anordninger er, at de ikke indeholdt advarselsmærkater; de kan kun detekteres af dosimetre. Fosforen nedbrydes under påvirkning af alfastråling, og malingen holder ofte op med at gløde, hvilket selvfølgelig ikke gør det mindre farligt, da radium ikke forsvinder nogen steder. Nedbrudt maling kan også smuldre, og en partikel af den, der kommer ind i kroppen med mad eller ved indånding, kan forårsage stor skade på grund af alfastråling.

Forskellen mellem den radioluminescerende sammensætning og de fosforescerende sammensætninger, der begyndte at blive brugt senere, er en konstant glød i mørket, som ikke falmer over tid.

Noter

1. ↑ Berdonosov S. S. Radium // Chemical Encyclopedia  : i 5 bind / Kap. udg. N.S. Zefirov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1995. - T. 4: Polymer - Trypsin. - S. 153-154. — 639 s. - 40.000 eksemplarer.  — ISBN 5-85270-039-8 .
2. ↑ WebElements grundstoffernes periodiske system | Radium | krystal strukturer . Hentet 10. august 2010. Arkiveret fra originalen 25. juli 2010. (ubestemt)
3. ↑ Meshcheryakov M. G. , Perfilov N. A. Til minde om Lev Vladimirovich Mysovsky (på hans 70-års fødselsdag)  // Uspekhi fizicheskikh nauk. - 1963. - T. 81 . - S. 575-577 . - doi : 10.3367/UFNr.0081.196311g.0575 . (Russisk)
4. ↑ Radium // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M .  : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.
5. ↑ Kirby et al., s. 4-9
6. ↑ 1 2 Kichigin A. I. , Taskaev A. I. "Vandfiskeri": historien om radiumproduktion i Komi-republikken (1931-1956)  // Spørgsmål om naturvidenskabens og teknologiens historie. - 2004. - Nr. 4 . - S. 3-30 .
7. ↑ Ievlev A. A. Vandfartøjer i Komi ASSR - forløberen for atomindustrien i Sovjetunionen. // Militærhistorisk blad . - 2011. - Nr. 2. - S. 45-47.
8. ↑ Bazhenov V. A., Buldakov L. A., Vasilenko I. Ya og andre. Skadelige kemikalier. Radioaktive stoffer: Ref. udg. / Under. udg. V. A. Filova m.fl. - L .  : Chemistry, 1990. - S. 35, 106. - ISBN 5-7245-0216-X .
9. ↑ 1 2 Audi G. , Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. Nubase2016-evalueringen af ​​nukleare egenskaber  // Kinesisk fysik  C. - 2017. - Bd. 41 , udg. 3 . - P. 030001-1-030001-138 . - doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 . - .
10. ↑ Et meget sjældent klyngehenfald af radium-221 med emission af en kulstof-14- kerne blev også opdaget ( forgreningsfaktor (1,2 ± 0,9) 10 −10 %).
11. ↑ Et meget sjældent klyngehenfald af radium-222 med emission af en kulstof-14- kerne blev også opdaget ( forgreningsfaktor (3,0 ± 1,0) 10 −8 %).
12. ↑ Et meget sjældent klyngehenfald af radium-223 med emission af en kulstof-14- kerne blev også opdaget ( forgreningsfaktor (8,9 ± 0,4) 10 −8 %).
13. ↑ Et meget sjældent klyngehenfald af radium-224 med emission af en kulstof-14- kerne blev også opdaget ( forgreningsfaktor (4,0 ± 1,2) 10 −9 %).
14. ↑ Et meget sjældent klyngehenfald af radium-226 med emission af en kulstof-14- kerne blev også opdaget ( forgreningsfaktor (2,6 ± 0,6) 10 −9 %).
15. ↑ Radium og skønhed  // New York Tribune. - 1918. - 1. november. - S. 12 .
16. ↑ Thomas Davie. 10 radioaktive produkter, som folk rent faktisk brugte (link utilgængeligt) . miljøgraffiti . Hentet 17. april 2011. Arkiveret fra originalen 4. april 2011. (ubestemt) 

Litteratur

• Pogodin S. A. , Libman E. P. Hvordan sovjetisk radium blev opnået / Ed. tilsvarende medlem USSRs Videnskabsakademi V. M. Vdovenko . — M .: Atomizdat, 1971. — 232 s. — (Atomizdats folkevidenskabelige bibliotek). — 25.000 eksemplarer. (reg.)
• Pogodin S. A. , Libman E. P. Hvordan sovjetisk radium blev opnået / Ed. tilsvarende medlem USSRs Videnskabsakademi V. M. Vdovenko . — 2. udg., rettet. og yderligere — M .: Atomizdat, 1977. — 248 s.

Links

• Radium på Webelements
• Radium på Popular Library of Chemical Elements

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk norsk Stor russer Brockhaus og Efron jorden rundt Lille Brockhaus og Efron Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
I bibliografiske kataloger BNE : XX526711 BNF : 11979118t GND : 4176842-5 J9U : 987007560614605171 LCCN : sh85110804 NDL : 00569336 NKC : ph150526