17 Радій (англ. Radium, нім. Radium) — радіоактивний хімічний елемент. Символ Ra, атомний номер 88. Відкритий у 1898 році п'єром Кюрі і Марією Склодовською-Кюрі.

Історія[ред. • ред. код]

Відкритий П'єром та Марією Кюрі з допомогою їх помічника Густава Бемона^[1] (за іншими джерелами — Жака Бемона^[2]) у 1898 році.

Французькі вчені П'єр і Марія Кюрі виявили, що відходи, які залишаються після виділення урану з уранової руди (уранова смола, що видобувається в місті Яхимів, Чехія) радіоактивніші за чистий уран. З цих відходів подружжя Кюрі після кількох років інтенсивної роботи виділили два сильно радіоактивних елементи: полоній і радій.

Властивості[ред. • ред. код]

Атомна маса для найстійкішого ізотопу ²²⁶Ra (період напіврозпаду бл. 1620 років) — 226,0254. Сріблясто-білий метал, на повітрі набуває чорного кольору через утворення нітриду Ra₃N₂. При спалюванні надає червоного відтінку полум'ю.^[3] Густина 5500 кг/м³; t_плав 969 °C; t_кип бл. 1500 °C.

Реагує з водою з утворенням сильного лугу Ra(OH)₂. На повітрі легко окиснюється з утворенням RaO, сполучаючись з N, дає нітрид Ra₃N₂.

Всі ізотопи радію радіоактивні. Радій випромінює α, β та γ промені, в залежності від ізотопу. Всі його ізотопи легше ²²⁷Ra альфа-активні. ²²⁵Ra, ²²⁷Ra та всі більш важкі ядра зазнають тільки β^—-розпад. Крім того, для 5 ізотопів радію (з масовими числами 221–224 та 226) був відкритий кластерний розпад. Альфа-частинки, що випромінюються α-активними ізотопами радію (і будь-яких інших елементів), при змішуванні з легкими елементами (берилієм та ін.) викликають (α,n)-реакції на ядрах цих елементів, що призводить до емісії нейтронів^[3]; це використовується для створення нейтронних джерел.

Середній вміст у земній корі 10^—10% маси. Як член родини ²³⁸U, ²²⁰Ra є в усіх рудах урану (бл. 0,3 г/т). Внаслідок вимивання з уранових руд радій знаходиться в розчиненому стані у воді і входить до складу вторинних мінералів. У геології ізотопи радію ²²⁸Ra і ін. застосовують для визначення віку океанічних осадових порід і мінералів.

Радій-226 приблизно у мільйон разів радіоактивніший від природного урану з тією ж масою.^[3]

Ізотопи[ред. • ред. код]

Відомо 25 ізотопів радію. Ізотопи ²²³Ra, ²²⁴Ra, ²²⁶Ra, ²²⁸Ra зустрічаються в природі і входять до складу радіоактивних рядів. Решта ізотопів були отримані штучно. Нижче наведені властивості деяких ізотопів радію^[4]:

Отримання[ред. • ред. код]

Радій виділяють з уранових руд хімічним методом.^[1] Металевий радій отримують електролізом розчину RaCl₂ на ртутному катоді.

Поширення в природі[ред. • ред. код]

Радій досить рідкісний. За час з моменту його відкриття — понад століття — у всьому світі вдалося добути всього лише 1,5 кг чистого радію. Одна тонна уранової смолки, з якої подружжя Кюрі отримали радій, містить лише близько 0,0001 г радію-226. Весь природний радій є радіогенним — виникає при розпаді урану-238, урану-235 аботорію-232; з чотирьох знайдених в природі найпоширенішим і найтривалішим ізотопом (період напіврозпаду — 1602 роки) є радій-226, що входить до радіоактивного ряду урану-238. У рівновазі, відношення вмісту урану-238 і радію-226 в руді дорівнює відношенню їх періодів напіврозпаду: (4,468×10⁹ років)/(1602 роки) = 2,789 ×10⁶. Таким чином, на кожні три мільйони атомів урану в природі можна знайти лише один атом радію або 1,02 мкг/т (кларк у земній корі).

Застосування[ред. • ред. код]

Радій застосовується як джерело альфа-частинок для приготування Ra-Be джерел нейтронів, для виготовлення світних фарб, у медицині — для радіотерапії та дефектоскопії, в техніці — для отримання радійберилієвих джерел нейтронів, як джерело гамма-випромінення. Радій також використовується в геохімії як індикаторзмішування і циркуляції вод океанів.

Біологічна роль[ред. • ред. код]

Радій надзвичайно радіотоксичний. В організмі він поводить себе подібно до кальцію — близько 80% радію, що потрапляє в організм, накопичується в кістковій тканині. Великі концентрації радію викликають остеопороз, самовільні переломи і злоякісні пухлини кісток та кровотворної тканини. Небезпеку несе також радон — газоподібний радіоактивний продукт розпаду радію.

Передчасна смерть Марії Кюрі сталася внаслідок хронічного отруєння радієм, тому що в той час ще не було усвідомлено небезпеку опромінення.

18 Актиній (англ. actinium, нім. Aktinium) — радіоактивний хімічний елемент III групи періодичної системи елементів, символ Ас, ат. н. 89; ат.м. 227,0278. Найдовше живе бета-радіоактивний ізотоп ²²⁷Ас. Період напіврозпаду 21,773 р. Ізотопи ²²⁷Ас і ²²⁸Ас (наз. також мезоторий II, Ms Th II) входять до складу природних радіоактивних рядів. Вміст актинію у земній корі дуже малий ( ). Актиній - сріблясто-білий метал з граноцетричною кубічною граткою.

Досить важкий (густина 10,7 г/см3) і вельми хімічно активний. Його температура плавлення, визначена експериментально, 1040±50°С, а температура кипіння, розрахована теоретично, близько 3200°С^[1]

Міститься у уранових та торієвих рудах. Високотоксичний. t_пл = 1050 °C, t_кип = 3590 °C.

Хімічні властивості[ред. • ред. код]

Конфігурація зовнішніх електронних оболонок 6d7s2; енергії послідовної іонізації відповідно дорівнюють 6,9; 12,06, 20 еВ. Металічний радіус 0,203 нм, радіус іона(+3) 0,111 нм. Значення електронегативності 1,00. За хімічними властивостями схожий на лантан. У них дуже схожі хімічні властивості: загальна валентність (3+), близькі атомні радіуси (1,87 і 2,03 А), майже ідентична будова більшості сполук. На повітрі актиній окиснюється до Ас₂О₃. Як і у лантану, більшість солей актинію забарвлена в білий колір; окис також. А те, що актиній перевершує лантан за хімічною активністю, цілком природно. Це важчий метал-аналог: валентні електрони циркулюють далі від ядра.^[1] Через високу радіоактивність світиться в темряві.

Історія[ред. • ред. код]

Актиній був відкритий у 1899 французьким хіміком А. Деб'єрном (один з небагатьох добровільних помічників П’єра і Марії Кюрі в їх дослідженнях радіоактивних елементів ^[1] ) у відходах від переробки уранової Смоли, з якої видалили полоній та радій. Новий елемент був названий актинієм. Незабаром після відкриття Деб'єрна незалежно від нього німецький радіофізик Ф. Гізель з такої ж фракції уранової смоли, яка містить рідкісноземельні елементи, отримав сильно радіоактивний елемент і запропонував йому назву "Еман". Подальше дослідження показало ідентичність препаратів, отриманих Деб'єрном і Гізелем, хоча вони спостерігали радіоактивне випромінювання не самого актинію, а продуктів його розпаду — ²²⁷ Th і ²³⁰ Th.

Походження назви[ред. • ред. код]

Актиній, від грецького «ακτίνα» — промінь, блиск, сяйво.

Отримання[ред. • ред. код]

Хоча і наявний у природніх рудах, однак добувають в ядерних реакторах за реакцією:

Металевий актиній (у міліграмових кількостях) зуміли одержати двома способами: відновлюючи AcCl₃ парами калію при 350°С і з трифториду, діючи на нього пароподібним літієм. У останньому випадку знадобилася вища температура – більше 1000°С, але одержані зразки були чистішими.^[1]

Застосування[ред. • ред. код]

Практичне використання актинію обмежується джерелами нейтронів. Нейтрони в них утворюються при опромінюванні берилію-9 альфа-частинками. А дають альфа-частинки дочірні продукти актинію-227. Є підстави вважати, що актиній-берилієві нейтронні джерела зовсім не найкращі та не найекономічніші з пристроїв такого призначення.^[1]

фізіологічні характеристики\ Для актиния характерним є гідроліз при фізіологічних рівнях рН. полімеризація і тутворення комплексів мають важливе значення в поведінці цього елементу в організмі. Для всіх з'єднань актиния коефіцієнт резорбції з ШКТ людини дорівнює 10-3. актиній, введений внутрішньовенно, концентрується в печінці, скелеті і в деякій мірі в нирках. з усього надійшов в організм актиния фракції 0,45 і 0,45 переміщуються в мінеральну кістку і печінку відповідно, фракція, що надійшла в гонади, становить 3,5 • 10-4 для яєчок і 1,1. 10-4 для яєчників. Етізначенія відповідають фракції 10-5 на 1 г тканини гонад. Інша частина актиния безпосередньо виводиться з організму. З мінеральної кістки А. виводиться з Тб = 100 рокам, з печінки - 40 рокам, з гонад - протягом невизначеного часу. Після введення 227Ас в рівновазі з продуктами розпаду в вигляді комплексу з сироватковими білками 40% введеної кількості екскретується протягом 28 діб, інша частина з Тб, рівним ~ 700 сут. При проникненні вільних іонів актиния в організм вони швидко гідролізуються, утворюють полімерні форми, взаємодіючи з різними біологічними сполуками, включаючи білки, амінокислоти, фосфоліпіди, гідроксиду, кислоти та ін. за винятком комплексу з ДТПА розподіл 227Ас мало залежить від хімічної форми вводиться з'єднання. ДТПА з тріетілентріаміногексоацетатом (ТТНА) знижують вміст А. в організмі на 60%, але тільки в тому випадку, якщо протягом починається в протягом 30 хв після впливу. Для 227Ас група радіаційної небезпеки А, МЗА = 3,7-103 Бк, для 228Ас група радіаційного небезпеки В, МЗА = 3,7.104 Бк.

19 То́рій (лат. Thorium), Th — радіоактивний хімічний елемент, перший член сімейства актиноїдів, що входять до III групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 90, атомна маса 232,038; сріблясто-білий пластичний метал.^[1] Стійкий до окиснення у чистому вигляді, але повільно тьмяніє із часом — до темного кольору. Повільно взаємодіє із водою. Легко деформується на холоді; механічні властивості торію сильно залежать від його чистоти, тому межа міцності при розтягуванні торію варіює від 150 до 290 Мн/м² (15-29 кгс/мм²), твердість за Бринелем від 450 до 700 Мн/м² (45-70 кгс/мм²). Конфігурація зовнішніх електронів атома Th 6d 27s2.

На повітрі при кімнатній температурі торій окиснюється трохи, покриваючись захисною плівкою чорного кольору; вище 400°С швидко окиснюється. ThO₂ - єдиний оксид, який плавиться при 3200°С і має високу хімічну стійкість.^[1]

Природний торій містить один ізотоп ²³²Th із періодом напіврозпаду 14 млрд років.

Радіоактивність - основна причина цікавості до торію, оскільки цей тугоплавкий, але не міцний і нестійкий до корозії метал, одразу після відкриття не становив інтересу як конструкційний матеріал.

Історія[ред. • ред. код]

1828 року видатному шведському хіміку І.Я.Берцеліусу надіслали рідкісний мінерал, який тепер називаютьторитом (ThSiO₄). Видатний хімік виділив оксид (торит містить до 77% ThO₂) і впевнившись, що це окис нового елементу, надав йому назву торій на честь наймогутнішого скандинавського божества Тора.

Відновивши калієм фтористу сполуку нового елементу Берцеліус отримав сірий металічний порошок, як пізніше з'ясувалося - дуже забруднений домішками. Ці домішки призвели до цілої низки помилок під час опису властивостей торію.

Чистий препарат торію було отримано лише 1882 року іншим видатним шведським хіміком - Ларсом Фредериком Нільсоном.

Розповсюдження[ред. • ред. код]

Торій - характерний елемент верхньої частини земної кори гранітного шару і осадочної оболонки, де його в середньому міститься відповідно 1,8-10-3% і 1,3-10-3% за масою. Торій порівняно слабомігруючий елемент; в основному він бере участь у магматичних процесах, накопичуючись у гранітах, лужних породах і пегматитах. Здатність до концентрації слабка. Відомо 12 власних мінералів торію. Торій міститься в монациті, уранініті, цирконі, апатиті, ортиті та ін. Основне промислове джерело торій – монацитові розсипи (морські і континентальні). У природних водах міститься особливо мало торію: у прісній воді 2·10-9%, у морській воді 1·10-9%. Він дуже слабо мігрує в біосфері і гідротермальних розчинах.^[1]

Отримання

Одержують ThO₂ термічним розкладанням нітрату, оксалату або гідроокису торію з воднем, при температурах вище 200°С торій реагує з утворенням порошкоподібних гідридів ThH₂, ThH₃ та ін. складу. У вакуумі при температурі 700-800°С з торію можна видалити весь водень. При нагріванні в азоті вище 800°С утворюються нітриди ThN і Th₂N_З, які розкладаються водою з виділенням аміаку. З вуглецем утворює два карбіди - ThC і ThC₂; вони розкладаються водою з виділенням метану і ацетилену. Сульфіди ThS, Th₂S₃, Th₇S₁₂, ThS₂ можуть бути одержані при нагріванні металу з парами сірки (600-800°С). Торій реагує з фтором при кімнатній температурі, з рештоюгалогенів при нагріванні з утворенням галогенідів типу ThX₄ (де X – галоген). Найважливіше промислове значення з галогенідів мають фторид ThF₄ і хлорид ThC1₄. Фторид одержують дією HF на ThO₂ при підвищених температурах; хлорид – хлоруванням суміші ThO₂ з вугіллям при підвищених температурах.

Торій добувається головним чином з монацитових концентратів, в яких він міститься у вигляді фосфату. Промислове значення мають два способи розкриття (розкладання) таких концентратів:   1) обробка концентрованою сірчаною кислотою при 200°С (сульфатизація);   2) обробка розчинами лугу при 140°С.

Застосування[ред. • ред. код]

Завдяки постійній швидкості радіоактивного розпаду та наявності у матеріалах материнських та дочірніх ізотопів торій використовують для виміру геологічного віку порід та скам'янілостей. Відповідну ідею висловив П'єр Кюрі ще у 1904 році.

Також торій використовують:

• у авіаційно-космічному конструюванні як легуючий елемент для магнію, що помітно збільшує міцність та жаростійкість його сплавів.

• для легування вольфраму, що поліпшує його структуру. Добавка 0,8-1% ThO₂ до вольфраму стабілізує структуру ниток ламп розжарювання (нитки розжарювання ламп, електроди)

• як каталізатор у процесах крекінгу нафти, виробництва азотних добрив та органічного синтезу.

• як добавка до скла, що збільшує показник його заломлення та зменшує дисперсію. Це має застосування у високоякісних лінзах для фотокінокамер та наукових інструментів.

• Торій і його сполуки широко застосовують у складі каталізаторів в органічному синтезі, для легування магнієвих і ін. сплавів, які набули великого значення в реактивній авіації і ракетній техніці. Металевий торій використовується в торієвих реакторах.

Використання як ядерного палива[ред. • ред. код]

Торій не може бути ядерним паливом безпосередньо. Але під дією нейтронів (наприклад, у ядерних реакторах) відбуваються такі ядерні реакції:

• ²³²Th + n → ²³³Th → ²³³Pa + e^-

• ²³³Pa → ²³³U + e^-

Отриманий у результаті ізотоп урану ²³³U є чудовим ядерним пальним, що за деякими показниками перевищує традиційний ²³⁵U.

Біологічна роль[ред. • ред. код]

Біологічної ролі торій не має, у біосфері не зустрічається. Якщо потрапляє до шлунку людини (у звичайному вигляді та у вигляді більшості сполук) виводиться з організму. Небезпечним є потрапляння до складу крові.

21 Плутоній (Pu) — сріблясто-білий радіоактивний метал групи актиноїдів, теплий на дотик (через свою радіоактивність). У природі зустрічається в дуже малих кількостях в уранітовій смолці й інших рудах урану тацерію, у значній кількості одержують штучно. Близько 5 тонн плутонію викинуто в атмосферу в результаті ядерних випробувань.

Історія[ред. • ред. код]

Відкритий 1940 року Гленом Сиборгом (Glenn Seaborg), Едвіном Макміланом (Edwin McMillan), Кенеді (Kennedy) та Артуром Уолхом (Arthur Wahl) 1940 року у Берклі (США) під час бомбардування уранової мішенідейтронами, прискореними у циклотроні.

Фізичні і хім. властивості

Плутоній - дуже важкий сріблясто-білий метал, блискучий подібно нікелю, коли тільки що очищений. Це вкрай електронегативний, хімічно активний елемент, набагато більшою мірою, ніж уран. Він швидко тьмяніє, утворю райдужну плівку (подібно райдужної масляної плівки), спочатку світло-жовту, з часом переходить у темно-пурпурову. Якщо окислення досить велике, на його поверхні з'являється оливково-зелений порошок оксиду (PuO2). Плутоній охоче окислюється, і швидко коррозирует навіть у присутності незначній вологості. Дивно, але він покривається іржею в атмосфері інертного газу з парами води набагато швидше, ніж на сухому повітрі або в чистому кисні. Причина цього - пряма дія кисню формує на поверхні плутонію шар оксиду, який заважає подальшому окисленню. Вплив же вологи виробляє пухку суміш з оксиду і гідриду. Для запобігання оксидування і корозії потрібно сушильна піч .. При нагріванні на повітрі швидко окислюється, а при 300 о З самозаймається. при нагріванні плутонію в присутності водню, вуглецю азоту, кисню, фосфору, миш'яку, фтору, кремнію, телуру утворює з цими елементами тверді нерозчинні сполуки. Діоксид плутонію, отриманий при низьких температурах, легко розчиняється в концентрованій соляній і азотній кислотах. навпаки, прожарений діоксид плутонію важко розчинний. Подвійні солі, утворені фторидами плутонію з лужними металами, також нерозчинні у воді. Щільність плутонію 19,84 (альфа-фазі), т.пл. 640О С, т.кіп. 3235о С. Теплота випаровування металевого плутонію 80,46 ккал / моль. Тиск пари плутонію значно вище тиску пари урану (при 1540о С в 300 разів). Плутоній може бути відігнаний від розплавленого урану. Відомі шість аллотропних модіфікаційметалліческого плутонію. При температурах менше 120о З стабільна α-модифікація з орторомбічної структурою і щільністю 19,816. Металевий плутоній може бути отриманий відновленням PuF4 барієм при 1550о С, а також термічним розкладанням галогенідів плутонію у вакуумі. відомо велика число сплавів і інтерметалевих з'єднань плутонію з Al, Be, Co, Fe, Mg, Ni, Ag. з'єднання PuBe13 є джерелом нейтронів з інтенсивністю 6,7 * 107 нейтр / сек.кг.

Отримання[ред. • ред. код]

Плутоній отримують у ядерних реакторах.

Ізотоп ²³⁸U , що складає основну масу природного урану, мало придатний до поділу. Для ядерних реакторів уран дещо збагачують, але частка ²³⁵U в ядерному паливі залишається невеликою (приблизно 5%). Основну частину у ТВЕЛах становить ²³⁸U. Під час роботи ядерного реактора частина ядер ²³⁸U захоплює нейтрони і перетворюється на ²³⁹Pu, який надалі можна виділити.

Виділити плутоній серед продуктів ядерних реакцій досить складно, тому що плутоній (як і уран, торій, нептуній) належить до дуже схожих між собою за хімічними властивостями актиноїдів. 

Основні ізотопи плутонію
ізотоп	період напіврозпаду	вид розпаду	продукт
Pu-238	86 років	α	U-234
Pu-239	24 360 років	α	U-235
Pu-240	6 537 років	α	U-236
Pu-241	14,0 років	β	Am-241
Pu-242	370 000 років	α	U-238
Pu-244	82 000 000 років	α	U-240

Застосування[ред. • ред. код]

На кінець 1995 року у світі було вироблено близько 1270 тонн плутонію, з них 257 тонн - для збройного використання, для якого придатний лише ізотоп ²³⁹Pu. Можливим є застосування ²³⁹Pu як палива у ядерних реакторах, але він програє урану за економічними показниками. Вартість переробки ядерного палива для видобутку плутонію набагато більша, ніж вартість низькозбагаченого (~5% ²³⁵U) урану. Програму енергетичного використання плутонію має лише Японія.

Біологічна роль[ред. • ред. код]

Плутоній є однією із найтоксичніших відомих речовин. Токсичність плутонію зумовлена не так хімічними властивостями (хоча плутоній, мабуть, токсичний як будь-який важкий метал), скільки його альфа-радіоактивністю. Альфа-частинки затримуються навіть незначними шарами матеріалів або тканин. Скажімо, кілька міліметрів шкіри повністю поглинуть їх потік, захищаючи внутрішні органи. Але альфа-частинки надзвичайно сильно пошкоджують тканини, з якими вони контактують. Отже, плутоній становить серйозну небезпеку, якщо потрапляє до організму. Він дуже погано всмоктується у шлунковому тракті, навіть якщо потрапляє туди у розчинному вигляді. Але поглинання пів грама плутонію може призвести до смерті протягом кількох тижнів внаслідок гострого опромінення шляхів травлення.

Вдихання десятої частки грама пилу плутонію призводить до смерті внаслідок набряку легенів протягом десяти днів. Вдихання дози у 20 мг призводить до смерті відфіброзу протягом місяця. Менші дози викликають канцерогенний ефект. Попадання до організму 1 мкг плутонію збільшує імовірність раку легенів на 1%. Отже, 100 мкг плутонію в організмі майже гарантують розвиток раку (протягом десяти років, хоча пошкодження тканин можуть виявитися і раніше).

В біологічних системах плутоній зазвичай знаходиться у ступені окислення +4 і виявляє подібність до заліза. Потрапляючи до крові, він найбільш імовірно концентруватиметься у тканинах, що містять залізо: кістковому мозку, печінці, селезінці. Якщо навіть 1-2 мікрограми плутонію осядуть у кістковому мозку, імунітет суттєво погіршиться. Період виведення плутонію з кісткової тканини становить 80-100 років, тобто він залишатиметься там практично протягом всього життя.

Міжнародна комісія з радіологічного захисту встановила величину максимального щорічного поглинання плутонію на рівні 280 нанограм.