Глава 12. Химия радиоактивных элементов

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, но такие элементы не принято называть радиоактивными. В основном радиоактивными элементами

В основном радиоактивными являются тяжелые элементы, расположенные в конце периодической системы после висмута. Среди элементов периодической системы - висмут последний практически не радиоактивный элемент. И он же открывает шеренгу тяжелых элементов - естественных альфа – излучателей. Тонкими экспериментами установлено, что стабильность висмута - кажущаяся. В действительности же ядра висмута иногда « гибнут». Период полураспада основного природного изотопа висмута ²⁰⁹Bi –более 2·10¹⁸ лет. Это примерно в полмиллиарда раз больше возраста нашей планеты. Принято считать висмут последним стабильным элементом периодической системы элементов Д.И. Менделеева., 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. 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 этих двух элементов 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 осуществляется 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 и искусственные. К природным 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 радиоактивным элементам относят технеций, прометий, и так называемые, трансурановые элементы с порядковыми номерами от 93 до 110: нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний (№99), фермий, менделеевий (№ 101), нобелий (№ 102), лоуренсий (№ 103) , дубний (№ 104), жолиотий (№ 105), резерфордий (№ 106), борий (№ 107), ганий (№ 108), мейтнерий (№ 109), унуннилуй (№110) и т. д.

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

Деление радиоактивных элементов на естесственные и искусственные условно. Астат впервые был получен искусственно, позже его короткоживущие изотопы были обнаружены в семействах урана- 238, урана-235 и тория-232, Искусственный элемент плутоний в концентрациях 10^-14г 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, 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.