7592 0

Радий и продукты его распада

Радий и продукты его распада — члены радиоактивного семейства урана-238.

Радий (86Ra226) — металл, по химическим свойствам аналог бария.

Характеристики радия и основных продуктов его распада даны в таблице.

Для получения радона используют хорошо растворимые соли радия в смеси с барием, не содержащие следов ионов SO4.

Раствор соли радия на дистиллированной воде, содержащей НС1, выделяет 100 % радона.

На выделение из раствора соли радия известное влияние оказывает адсорбция радия стеклом, которая заметна при рН 6,5—4,5 и становится ничтожно малой при рН 2,3.

Сульфаты, карбонаты, хроматы, фториды, оксалаты и фосфаты радия труднорастворимы. Все соли радия под действием собственного излучения постепенно разлагаются, при этом они окрашиваются в желтый, коричневый и оранжевый цвета.

Радон (86Ra222) — инертный газ, высший гомолог ксенона, обладает нулевой валентностью и соединений, обусловленных ионной или атомной связью, не дает. Радиологические характеристики радона приведены в таблице.

Радон образуется при распаде радия. 1 Ки (37 . 103 МБк) радона при температуре 0 °С и давлении 760 мм рт. ст. занимает объем 0,65 мм3 и имеет массу 6,46 . 10-6 г. Такое количество радона образуется в состоянии радиоактивного равновесия из 1 г радия. Радон тяжелее воздуха в 7,6 раза. При температуре от -62 до -65 °С радон переходит в жидкое состояние, при температуре от -110 до -113 °С — в твердое. Жидкий радон сначала бесцветен, от продуктов распада он мутнеет. Жидкий радон вызывает зеленую флюоресценцию на стекле, твердый — светится ярким сине-стальным цветом. Часть энергии распада радона выделяется в виде тепла (1 Ки радона образует 29,8 кал/ч).

Таблица. Основные радиологические характеристики изотопов ряда Ra-226

В замкнутом объеме между жидкой и газообразной средами, например между водой и воздухом, радон распределяется по закону Генри:

(1.4)

Или

(1.5)

где Qb и Qж — количество радона в воздухе и жидкости соответственно при установившемся равновесии; Vb и Wж — объемы воздуха и жидкости; а — коэффициент распределения радона в данной жидкости по сравнению с воздухом (ав =1).

Коэффициент растворимости (а) радона в воде зависит от ее температуры.

Например, если объем воды и воздуха в сосуде равны, то при температуре 20 °С 1/4 радона будет находиться в воде, а 3/4 — в воздухе, причем с повышением температуры воды величина а уменьшается. При механическом перемешивании воды и воздуха в замкнутом 5,5 л объеме (5 л воды и 0,5 л воздуха), при помощи насоса «Малютка» с производительностью 2—3 л/мин равновесие практически достигается за 5—10 мин; при статическом режиме смешения для этого требуется 100 ч, при конвекционном — 64 ч. За одни сутки при статическом режиме в воде растворяется 0,676 от максимально растворяющегося количества радона, при конвекционном — 820.

Коэффициент растворимости радона

Имея малый коэффициент растворимости в воде и способность к диффузии, радон легко переходит из воды в воздух при их смешивании в открытом сосуде, выделяясь из воды в воздух тем быстрее, чем больше площадь их соприкосновения, чем меньше толщина слоя воды, чем выше ее температура и чем интенсивнее происходит перемешивание воды. Добавление в воду солей снижает растворимость радона, с увеличением концентрации соли влияние температуры на растворимость радона снижается и при высоких концентрациях солей становится незначительным.

В безводных растворителях радон растворяется значительно лучше, чем в воде.

Растворимость радона в смеси с другими жидкими растворителями (например, со спиртом) не больше, а меньше теоретически вычисленной по правилу смешения. В смесях неводных растворителей радон, напротив, растворяется лучше, чем в каждом отдельном компоненте смеси. В биологических средах радон растворяется также лучше, чем в воде.

Радон адсорбируется на поверхности многих твердых тел. Особенно хорошо он поглощается резиной, целлулоидом, воском, смолой, силикагелем, глиной, морской пеной и многими другими органическими коллоидными и полимерными веществами. Кровь растворяет радон в два раза лучше воды. Наилучшим адсорбентом радона является активированный уголь, поглощающий заметное количество радона даже при обычной температуре.

При понижении температуры угля от —80 до —90 °С адсорбция радона на нем заметно усиливается, при температуре жидкого воздуха радон адсорбируется на угле практически полностью и моментально. При температуре —140,7 °С (температура жидкого воздуха) радон полностью конденсируется в змеевике, через который пропускается струя сухой воздушно-радоновой смеси. При температуре 300— 400 С адсорбированный на угле радон практически полностью десорбируется.

Радон диффундирует в воздухе, жидкости и некоторых твердых телах. Коэффициент диффузии (D) радона в воздухе при нормальной температуре и давлении равен 0,1 см2/с.

Параметры сорбции радона

В таблице приведены параметры сорбции радона из воды некоторыми материалами, которые используются в технологическом оборудовании для работы с радоном. Из этой таблицы следует, что стекло и металлы наиболее пригодны для длительного хранения радоносодержащих сред. Жесткие органические полимерные материалы ограниченно пригодны для кратковременного хранения растворов радона, хотя могут применяться для изготовления трубопроводов и устройств, в которых радоновые среды движутся с достаточно большой скоростью или непрерывно обмениваются.

Из таблицы также следует, что особо осторожно следует использовать мягкие полимеры и резину для изоляции радоновых сред, поскольку эти материалы ведут себя по отношению к радону как органические растворители, их использование должно сопровождаться резким ограничением площади их контакта с радоновой средой, например только при изоляции мест сочленения стеклянных или металлических трубок. При определенных обстоятельствах резина или капрон могут быть использованы в качестве поглотителей радона из воды и воздуха для получения в нормальных условиях твердых концентратов радона.

Таблица. Параметры адсорбции радона из воды некоторыми материалами в статическом режиме

(1.6)

где QRn — количество накопившегося в сосуде радона; QRa — количество в сосуде радия в граммах или кюри; е — основание натурального логарифма; λRn — константа распада радона; t — время накопления.

Расчет величины QRn в зависимости от t обычно ведется с использованием таблиц экспоненциальных функций.

Практически радон приходит в состояние радиоактивного равновесия с радием через четыре недели после герметизации сосуда с радием. После отделения радона от радия распад радона определяется по формуле:

(1.7)

где N0 — исходное количество атомов; Nt — число атомов по прошествии времени t.

При распаде радона из него последовательно образуются RaA, RaB, RaC, RaC, которые носят название короткоживущих дочерних продуктов радона. Количество образующихся при распаде изотопов At218, Rn218 и RaC (Т1210) ничтожно и практического значения не имеет. Известны формулы, описывающие накопление и распад радиоактивного ряда изотопов (RaA, RaB, RaC).

Радиологические характеристики изотопов

RaA (изотоп полония) в присутствии радона за 20— 30 мин приходит с ним практически в состояние радиоактивного равновесия. Изолированный от радона, RaA за то же время почти полностью распадается и переходит в RaB.

RaB (изотоп свинца) — наиболее долго живущий из цепочки короткоживущих дочерних продуктов радона, поэтому он определяет время, за которое она приходит в равновесие с радоном (примерно 3 ч). За этот же срок при отделении от радона вся цепочка короткоживущих дочерних продуктов радона практически полностью распадается.

При распаде RaB образуется RaC (изотоп висмута). При распаде RaC происходит разветвление ряда, причем почти все его атомы (99,96 %) превращаются в RaC, испуская бета-частицы, и только 0,04 % переходит в RaC, испуская альфа-частицы.

Короткоживущие дочерние продукты имеют ряд общих свойств. Это атомы электрически заряженных тяжелых металлов. В воздухе они находятся в виде свободных атомов или в соединении с субмикроскопическими частицами (менее 0,035 мк) — ядрами конденсации. В виде свободных атомов в воздухе присутствуют главным образом атомы RaA (90 %) и RaB (10 %), которые очень подвижны (коэффициент диффузии 1—1,3 см/с). Атомы, связанные с ядрами конденсации, менее подвижны — коэффициент диффузии 0,045—0,015 см/с. Свободные атомы в большей степени, чем связанные, оседают на различных поверхностях, образуя активный налет дочерних продуктов радона. Время их жизни до оседания на поверхности и неактивных аэрозольных частицах не превышает 10—60 с.

В воздушно-радоновой ванне (ВРВ) практически 90 % дочерних продуктов радона за время процедуры (15— 20 мин) оседают из воздуха на внутренние стенки бокса, 5 % остается в воздухе, а остальные оседают на коже больного, находящегося в ванне.

Погруженные в радоновую воду поверхности легко покрываются осаждающимися на них дочерними продуктами радона, особенно при движении погруженного в воду тела; дочерние продукты в воде диффундируют.

Соотношение активности радона и его дочерних продуктов в воде и воздухе может колебаться в очень широких пределах — от радиоактивного равновесия всей цепочки до практически полного отсутствия дочерних продуктов в воде и воздухе.

Распад короткоживущих продуктов приводит к образованию первого долгоживущего продукта распада радона — RaD.
RaD (изотоп свинца) обладает значительно большим в сравнении с RaC периодом полураспада (22 года) и поэтому не может прийти с ним в радиоактивное равновесие, если они изолированы от Ra226.

Активность RaD при полном распаде атомов радона будет составлять только 0,005 от первоначальной активности радона. Тем не менее в старых радиевых препаратах RaD может накапливаться в заметных количествах: например, 1 г радия за 22 года дает 500 мКи RaD.

RaD переходит в RaE (изотоп висмута). Из него образуется RaF (изотоп полония), из которого в свою очередь образуется стабильный изотоп свинца Рb206.

Полоний, как и RaD, накапливается в старых радиевых препаратах. В равновесии с 1 г радия накапливается 2,24 . 10-4 г полония. Являясь сильным коллоидообразователем, полоний очень легко сорбируется пылью, фильтрами, поверхностью посуды и т.д. в умеренно кислой среде, обладает способностью образовывать большое число комплексных соединений и легко возгоняется при температуре 450 °С.

Излучение радона и его дочерних продуктов оказывает значительное действие на окружающие их вещества. Стекло (в том числе и кварцевое) под действием радиоактивных излучений постепенно становится хрупким и меняет свою окраску. Радиевые растворы своим излучением разлагают воду с образованием Н2, О2, О3 и Н2О2, т.е. с образованием гремучего газа. Радий в растворе (1 г) выделяет от 0,5 до 1 см3 газа в час.

В практике имели место случаи, когда водный раствор, содержащий 0,5—0,6 г радиевой соли, налитый до 3/4 объема в запаянный сосуд, самопроизвольно взрывался от длительного (в течение месяца) хранения при комнатной температуре. Главной причиной взрыва была недостаточная величина пространства газа над жидкостью. Возможны взрывы запаянных ампул с радиевой солью в момент их вскрытия за счет накопления в них гремучего газа.

Изотопы ряда радия в природе распространены повсюду на земной поверхности. В связи с этим радий, радон и его дочерние продукты содержатся в почве, воде и атмосферном воздухе. Содержание радона над сушей составляет в среднем 1 . 10-13 Ки/л. В почве содержание радона, как правило, в 100 раз больше. В воде рек, озер и океанов радон практически отсутствует в связи с благоприятными условиями для перехода его в атмосферу. В водах осадочных пород радон содержится в концентрациях от 1,5 до 6 . 10-11 Ки/л, радий — 2—3 . 10-12 г/л.

В водах кислых магматических пород содержание радона в среднем составляет 1 . 10-9 Ки/л, радия — 2—4 . 10-12 г/л. В водах урановых месторождений содержание радона составляет в среднем 0,5—1 . 10-8 Ки/л, радия — 6—8 . 10-11 г/л. В больших концентрациях радон содержится в водах ряда радиоактивных целебных источников, минеральные воды которых содержат не менее 5 нКи/л—10 нКи/л радона.

Уран, радий, торий

Помимо радона, в воде некоторых целебных источников могут выявляться в повышенных концентрациях уран, радий, торий.

Содержание радия или урана в минеральной воде допустимо в двенадцатикратном превышении по отношению к допустимому этих изотопов в воде источников питьевого водоснабжения. Это основано на том, что применение воды для питья на курорте не превышает 1 мес в году (питьевая же вода принимается ежедневно на протяжении всей жизни).
Отсюда следует, что в соответствии с НРБ-99 содержание радия в минеральной питьевой воде не должно превышать 0,2 . 10-9 Ки/л (7,2 Бк/л), а урана — 37,2 Бк/л.

Так или иначе поступление этих изотопов в организм с минеральной водой не должно превышать величин предельного годового поступления, приведенных в НРБ-99 (8,4 . 103 Бк/год и 6,7 . 102 Бк/год соответственно). В связи с этим прием ванн с содержанием радия выше 0,2 . 109 Ки/л нецелесообразен.

В РФ только воды Ухты не разрешены к использованию в практике курортного лечения (запрещены в 30-е годы нашего столетия).

И.И.Гусаров

Мария Кюри. Радиоактивность и элементы [Самый сокровенный секрет материи] Паес Адела Муньос

ПОЛУЧЕНИЕ РАДИЯ И ПОЛЕМИКА ВОКРУГ ПОЛОНИЯ

После того как Мария несколько лет посвятила извлечению радия, в начале 1902 года ей удалось выделить чуть больше десятой части грамма (120 мг) чистого хлорида радия, на основе чего она установила атомную массу радия, 225±1, что довольно близко к его реальному значению (226,03). Получение этого мельчайшего количества требовало не только многих лет работы, но и необычайных знаний химии, с учетом тех процессов, в которых был задействован радий. Для радиоактивного ряда, показанного в таблице Резерфорда и Содди, процесс распада никогда не прекращается; любой дочерний элемент, происходящий от распада родительского элемента, также распадается, и оба делают это в определенном ритме. Следовательно, наибольшая пропорция между дочерним и родительским элементами задана частным от их периодов полураспада. Поскольку у урана (родительского элемента) он равен 4500 миллионов лет, а у радия (дочернего элемента) - 1600 лет, в минерале, в котором содержатся они оба, наибольшая пропорция радий/ уран, которую можно найти, равна 1600/4470000000, то есть 1/2800000, примерно 1 грамм/3 тонны.

Однако Мария работала не с чистым ураном, а с остатками одной из его руд, которые были загрязнены различными примесями, так что наибольшая пропорция приближалась к 1 грамму радия на 10 тонн материала. С другой стороны, радий и барий имеют очень схожие химические свойства, поэтому часть радия вполне могла быть захвачена барием, который, кроме того, имелся в опытном образце в намного большей пропорции. Что самое худшее, Мария не знала природу процессов, связанных с радиоактивностью, а также свойства радия и причины его тесной связи с ураном. Не думала она и о том, что его концентрация так ничтожна. Возможно, если бы она предполагала подобное, то просто не взялась бы за работу.

В связи с этим получение 120 мг хлорида радия было подвигом не только с химической, но и с физической и радиологической точек зрения. Кроме того, большую часть процесса Мария провела сама, поскольку как только Пьер убедился в существовании радия, он занялся исследованиями свойств лучей и их воздействия на человеческий организм.

Через некоторое время после выделения хлорида радия Мария написала своему отцу в Варшаву, сообщив ему эту долгожданную новость. Хотя его здоровье было уже сильно подорвано, у Владислава еще нашлись силы поздравить дочь и пошутить, что, судя по приложенным усилиям, это самый дорогостоящий элемент в истории человечества. Владислав умер через шесть дней, и Мария приехала на его похороны.

В декабре 1902 года, когда казалось, что проблемы с радием уже позади (хотя на самом деле они только начинались), возникла ожесточенная полемика вокруг полония. Немецкий физик Вильгельм Марквальд из Берлинского университета опубликовал статью, в которой утверждал об открытии нового химического элемента. Он назвал его радиотеллуром, поскольку химические свойства элемента были схожи со свойствами теллура из группы кислорода. Этот радиоэлемент был не чем иным, как полонием, которому Мария дала название в память о своей тогда не существующей стране, хотя это выяснилось не сразу. Полемику невольно разожгли Мария и Пьер, которые в статье 1902 года утверждали, что полоний - это разновидность висмута, и еще не доказано, что это новый элемент. В другой статье, опубликованной Пьером в следующем году, говорилось, что радий - единственный радиоактивный элемент, существование которого несомненно доказано. Однако Мария не поддерживала эту слишком болезненную реакцию на открытие Марквальда. Кроме того, немецкого ученого подбадривало и утверждение, сделанное супругами Кюри, о том, что активность полония медленно уменьшается, в то время как активность его радиотеллура оставалась постоянной.

У Марквальда был доступ к большим количествам остатков настурана в Йоахимстале, и он в своей лаборатории располагал лучшими инструментами. Однако, повторив процедуру Марии для выделения нового элемента, пользуясь последовательными осаждениями, ученый не получил радиотеллур в чистом виде и воспользовался электрохимическими методами, которые привели к победе там, где Мария потерпела поражение. Таким образом, Марквальд смог получить небольшое количество чистого вещества. Он поместил радиотеллур в группу периодической таблицы, которая ему соответствует в действительности, - группу кислорода. Через несколько месяцев после появления статьи Марквальда Мария пренебрежительно отвергла это название в приложении к своей докторской диссертации: «Выбор нового названия для этого вещества - ерунда, с учетом известного на сегодняшний день».

Но дело на этом не окончилось. Марии потребовалось девять месяцев интенсивной работы для того, чтобы опровергнуть аргументы Марквальда. Сначала она усомнилась в неизменности активности радиотеллура в течение достаточно долгого периода. Марию поддержал и Фредерик Содди, который в статье, опубликованной в 1904 году, заметил Марквальду, что постоянство радиоактивности противоречит тому, что было известно на то время о радиоактивных веществах. Также Содди утверждал: большая часть ученых будет согласна с доводами Марии о том, что наблюдается явная попытка дать новое название полонию. Наконец, Содди предоставил окончательный аргумент, который означал победу Марии, - закон о распаде радиоактивных веществ.

Повторив и дополнив свои эксперименты, Марквальд убедился, что Мария и Содди оказались правы: активность радиотеллура со временем уменьшается. Он определил, что время полураспада элемента составляет 139,8 дня. В свою очередь, Мария на основе пяти образцов, полученных осаждением, и еще одного, обретенного «очень подходящим методом электролиза», который предложил Марквальд, определила, что для полония этот период составляет 140 дней. Мария сделала вывод: это определенно доказывает, что речь идет об одном и том же элементе. Так как она не была членом Французской академии наук, Пьер, которого в конце концов туда приняли, взял на себя представление от ее имени этих результатов, что и произошло 29 января 1906 года, и это стало его последним научным сообщением перед смертью. Кроме того, Мария опубликовала опровержение на немецком, чтобы доказать соотечественникам Марквальда, до какой степени тот ошибся. В конце концов Марквальд благородно отказался от названия «радиотеллур» и согласился на «полоний». Пытаясь скрыть свою уязвленность, немецкий физик несколько иронично процитировал слова Уильяма Шекспира:

Что значит имя? Роза пахнет розой, хоть розой назови ее, хоть нет.

Но у полония, без сомнения, было что-то от радиотеллура, поскольку, как мы уже сказали, теллур и полоний входят в одну группу периодической таблицы. С тех пор было принято, что период полураспада - это подходящий показатель для идентификации радиоэлемента.

Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Кондрашов Анатолий Павлович

Из книги Занимательно об астрономии автора Томилин Анатолий Николаевич

Из книги Молния и гром автора Стекольников И С

Из книги Пять нерешенных проблем науки автора Уиггинс Артур

3. И наконец, вокруг… «Внимание, говорит Москва! Работают все радиостанции Советского Союза! Сегодня, 3 ноября 1957 года, в Советском Союзе успешно осуществлен запуск второго искусственного спутника…»Безостановочным потоком идет на приемные пункты информация. Сообщения,

Из книги Движение. Теплота автора Китайгородский Александр Исаакович

3. И наконец, вокруг да около Почему магнит притягивает? Пока это никому не ясно. Как рождается его сила? А для Большого магнита, как с легкой руки Гильберта вот уже более трех с половиной столетий называют Землю, не только «как?», но и «где?» берет начало магнетизм?Вопросы

Из книги Твиты о вселенной автора Чаун Маркус

7. Получение электричества через влияние Теперь, когда мы знаем, что атомы каждого тела состоят из частиц, содержащих как положительное, так и отрицательное электричество, мы можем объяснить важное явление - получение электричества через влияние. Это поможет нам понять,

Из книги Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей автора Дмитриев Александр Станиславович

Получение атмосферного газа После того как заработала солнечная ядерная топка, солнечный ветер (разреженная плазма большей частью из протонов и электронов, движущаяся ныне со скоростью около 400 км/ч) выдул почти весь первичный водород с гелием, а внутренние планеты

Из книги Механика от античности до наших дней автора Григорьян Ашот Тигранович

Получение или утрата атмосферного газа Теперь приложим данные закономерности к внутренним планетам и посмотрим, как их первичная атмосфера приобрела нынешние очертания.Начнем с Венеры и Марса, а Землю прибережем напоследок.Венера Основное различие между нашими

Из книги Интерстеллар: наука за кадром автора Торн Кип Стивен

Получение низких температур Существенного уменьшения температуры можно достигнуть разными способами. Но идея всех способов одна и та же: надо заставить тело, которое мы хотим охладить, затратить свою внутреннюю энергию.Как же это сделать? Один из способов – заставить

Из книги автора

XVI. Энергия вокруг нас Как превратить энергию в работу Человеку нужны машины, для этого надо уметь создавать движение – двигать поршни, вращать колеса, тянуть вагоны поезда. Движение машин требует работы. Как получить ее?Казалось бы, этот вопрос мы уже обсуждали; работа

Из книги автора

82. Сколько галактик-спутников вокруг нашего Млечного Пути? Так же как планеты имеют спутники (луны), галактики имеют галактики-спутники. У Млечного Пути их около 25 в гравитационном рабстве.Два крупнейших спутника - Большое и Малое Магеллановы Облака (LMC и SMC) - легко видны

Из книги автора

4 Капиллярные явления вокруг нас Для опыта нам потребуются: две чашки, хлопчатобумажная веревка или шнурок длиной 10 сантиметров. Оказывается, еще в далекой древности капиллярные явления были известны и использовались нашими предками. Одним из самых простых на вид, но

Из книги автора

75 Разные потоки вокруг нас Для опыта нам потребуется: обычная свечка. Если говорить про воздушные и водные потоки, то при всем их многообразии существует два принципиально различных потока. Один тип называется ламинарным, то есть спокойным, а другой – турбулентным, то

Из книги автора

ЗАДАЧА О ВРАЩЕНИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА ВОКРУГ НЕПОДВИЖНОЙ ТОЧКИ Проблема вращения твердого тела - характерный пример тех механико-математических проблем, которые стояли в центре теоретической механики во второй половине XIX в. Начиная с С.В. Ковалевской (1850-1891), русские ученые

Из книги автора

Нейтронная звезда на орбите вокруг черной дыры Волны исходили от нейтронной звезды, вращающейся вокруг черной дыры. Звезда весила в 1,5 раза больше Солнца, а черная дыра – в 4,5 раза больше Солнца, при этом дыра быстро вращалась. Образованный этим вращением

Из книги автора

Взрыв на орбите вокруг планеты Манн Такой подход к конструированию корабля приносит свои плоды, когда доктор Манн невольно инициирует сильный взрыв, который размыкает кольцо «Эндюранс», уничтожает два модуля и еще два повреждает (рис. 20.2). Рис. 20.2. Вверху: взрыв

Радий (лат. radium), ra, радиоактивный химический элемент ii группы периодической системы Менделеева, атомный номер 88. Известны изотопы Р. с массовыми числами 213, 215, 219-230. Самым долгоживущим является a -радиоактивный 226 ra с периодом полураспада около 1600 лет. В природе как члены естественных радиоактивных рядов встречаются 222 ra (специальное название изотопа - актиний-икс, символ acx), 224 ra (торий-икс, thx), 226 ra и 228 ra (мезоторий-i, msthi).

Об открытии Р. сообщили в 1898 супруги П. и М. Кюри совместно с Ж. Бемоном вскоре после того, как А. Беккерель впервые (в 1896) на солях урана обнаружил явление радиоактивности. В 1897 работавшая в Париже М. Склодовская-Кюри установила, что интенсивность излучения, испускаемого урановой смолкой (минерал уранинит ), значительно выше, чем можно было ожидать, учитывая содержание в смолке урана. Склодовская-Кюри предположила, что это вызвано присутствием в минерале ещё неизвестных сильно радиоактивных веществ. Тщательное химическое исследование урановой смолки позволило открыть два новых элемента - сначала полоний , а чуть позже - и Р. В ходе выделения Р. за поведением нового элемента следили по его излучению, поэтому и назвали элемент от лат. radius - луч. Чтобы выделить чистое соединение Р., супруги Кюри в лабораторных условиях переработали около 1 т заводских отходов, оставшихся после извлечения урана из урановой смолки. Было выполнено, в частности, не менее 10 000 перекристаллизаций из водных растворов смеси bacl 2 и racl 2 (соединения бария служат т. н. изоморфными носителями при извлечении Р.). В итоге удалось получить 90 мг чистого raci 2.

В СССР работы по выделению Р. из отечественного сырья были начаты вскоре после Октябрьской революции 1917 по прямому указанию В. И. Ленина. Первые препараты Р. были получены в СССР в 1921 В. Г. Хлопиным и И. Я. Башиловым. Образцы солей Р. демонстрировались в мае 1922 участникам 3-го Менделеевского съезда.

Р. - чрезвычайно редкий элемент. В урановых рудах , являющихся главным его источником, на 1 т u приходится не более 0,34 г ra. Р. принадлежит к сильно рассеянным элементам и в очень малых концентрациях обнаружен в самых различных объектах.

Все соединения Р. на воздухе обладают бледно-голубоватым свечением. За счёт самопоглощения a - и b -частиц, испускаемых при радиоактивном распаде 226 ra и его дочерних продуктов, каждый грамм 226 ra выделяет около 550 дж (130 кал ) теплоты в час, поэтому температура препаратов Р. всегда немного выше окружающей.

Р. - серебристо-белый блестящий металл, быстро тускнеющий на воздухе. Решётка кубическая объёмноцентрированная, расчётная плотность 5,5 г/см 3 . По разным источникам, t пл. составляет 700-960 °С, t kип около 1140 °С. На внешней электронной оболочке атома Р. находятся 2 электрона (конфигурация 7 s 2). В соответствии с этим Р. имеет только одну степень окисления +2 (валентность ii). По химическим свойствам Р. больше всего похож на барий, но более активен. При комнатной температуре Р. соединяется с кислородом, давая окисел rao, и с азотом, давая нитрид ra 3 n 2 . С водой Р. бурно реагирует, выделяя h 2 , причём образуется сильное основание ra (oh) 2 . Хорошо растворимы в воде хлорид, бромид, иодид, нитрат и сульфид Р., плохо растворимы карбонат, сульфат, хромат, оксалат.

Изучение свойств Р. сыграло огромную роль в развитии научного познания, т.к. позволило выяснить многие вопросы, связанные с явлением радиоактивности. Долгое время Р. был единственным элементом, радиоактивные свойства которого находили практическое применение (в медицине; для приготовления светящихся составов и т.д.). Однако сейчас в большинстве случаев выгоднее использовать не Р., а более дешёвые искусственные радиоактивные изотопы др. элементов. Р. сохранил некоторое значение в медицине как источник радона при лечении радоновыми ваннами. В небольших количествах Р. расходуется на приготовление нейтронных источников (в смеси с бериллием ) и при производстве светосоставов (в смеси с сульфидом цинка).

Лит.: Вдовенко В. М., Дубасов Ю. В., Аналитическая химия радия, Л., 1973; Погодин С. А., Либман Э. П., Как добыли советский радий, М., 1971.

С. С. Бердоносов.

Радий в организме. Из естественных радиоактивных изотопов наибольшее биологическое значение имеет долгоживущий 226 ra. Р. неравномерно распределён в различных участках биосферы. Существуют геохимические провинции с повышенным содержанием Р. Накопление Р. в органах и тканях растений подчиняется общим закономерностям поглощения минеральных веществ и зависит от вида растения и условий его произрастания. Как правило, в корнях и листьях травянистых растений Р. больше, чем в стеблях и органах размножения; больше всего Р. в коре и древесине. Среднее содержание Р. в цветковых растениях 0,3-9,0 ? 10 -11 кюри / кг, в мор. водорослях 0,2-3,2 ? 10 -11 кюри / кг.

В организм животных и человека поступает с пищей, в которой он постоянно присутствует (в пшенице 20-26 ? 10 -15 г / г , в картофеле 67-125 ? 10 -15 г / г , в мясе 8 ? 10 -15 г / г ) , а также с питьевой водой. Суточное поступление в организм человека 226 ra с пищей и водой составляет 2,3 ? 10 -12 кюри, а потери с мочой и калом 0,8 ? 10 -13 и 2,2 ? 10 -12 кюри. Около 80% поступившего в организм Р. (он близок по химическим свойствам ca) накапливается в костной ткани. Содержание Р. в организме человека зависит от района проживания и характера питания. Большие концентрации Р. в организме вредно действуют на животных и человека, вызывая болезненные изменения в виде остеопороза , самопроизвольных переломов, опухолей. Содержание Р. в почве свыше 1 ? 10 -7 - 10 -8 кюри / кг заметно угнетает рост и развитие растений.

Лит.: Вернадский В. И., О концентрации радия растительными организмами, «Докл. АН СССР. Сер. А», 1930, № 20; Радиоэкологические исследования в природных биогеоценозах, М., 1972.

В. А. Кальченко, В. А. Шевченко.

История

Получение

Получить чистый радий в начале XX века стоило огромного труда. Мария Кюри трудилась 12 лет, чтобы получить крупинку чистого радия. Чтобы получить всего 1 г чистого радия, нужно было несколько вагонов урановой руды, 100 вагонов угля, 100 цистерн воды и 5 вагонов разных химических веществ. Поэтому на начало XX века в мире не было более дорогого металла. За 1 г радия нужно было заплатить больше 200 кг золота.

Обычно радий добывается из урановых руд. В рудах, достаточно старых для установления векового радиоактивного равновесия в ряду урана-238, на тонну урана приходится 333 миллиграмма радия-226.

Существует также способ добычи радия из радиоактивных природных вод, выщелачивающих радий из урансодержащих минералов. Содержание радия в них может доходить до 7,5×10 −9 г/г . Так, на месте нынешнего поселка Водный Ухтинского района Республики Коми с 1931 по 1956 год действовало единственное в мире предприятие, где радий выделяли из подземных минерализованных вод Ухтинского месторождения, так называемый «Водный промысел» .

Из анализа документов, сохранившихся в архиве правопреемника этого завода (ОАО Ухтинский электрокерамический завод «Прогресс»), было подсчитано, что до закрытия на «Водном промысле» было выпущено примерно 271 г радия. В 1954 году мировой запас добытого радия оценивался в 2,5 кг . Таким образом, к началу 1950-х годов примерно каждый десятый грамм радия был получен на «Водном промысле» .

Физические и химические свойства

Радий при нормальных условиях представляет собой блестящий белый металл, на воздухе темнеет (вероятно, вследствие образования нитрида радия). Реагирует с водой. Ведёт себя подобно барию и стронцию , но более химически активен. Обычная степень окисления - +2. Гидроксид радия Ra(OH) 2 - сильное, коррозионное основание.

Ввиду сильной радиоактивности все соединения радия светятся голубоватым светом (радиохемилюминесценция), что хорошо заметно в темноте , а в водных растворах его солей происходит радиолиз .

Применение

В настоящее время радий иногда используют в компактных источниках нейтронов, для этого небольшие его количества сплавляются с бериллием . Под действием альфа-излучения (ядер гелия-4) из бериллия выбиваются нейтроны:

9 B e + 2 4 α → 12 C + 1 n . {\displaystyle {\mathsf {^{9}Be+_{2}^{4}\alpha \to ^{12}C+^{1}n}}.}

В медицине радий используют как источник радона для приготовления радоновых ванн (хотя в настоящее время их полезность оспаривается). Кроме того, радий применяют для кратковременного облучения при лечении злокачественных заболеваний кожи, слизистой оболочки носа, мочеполового тракта.

Однако в настоящее время существует множество более подходящих для этих целей радионуклидов с нужными свойствами, которые получают на ускорителях или в ядерных реакторах, например, 60 Co (T 1/2 = 5,3 года ), 137 Cs (T 1/2 = 30,2 года ), 182 Ta (T 1/2 = 115 сут ), 192 Ir (T 1/2 = 74 сут ), 198 Au (T 1/2 = 2,7 сут ) и т. д.

До 1970-х годов радий часто использовался для изготовления светящихся красок постоянного свечения (для разметки циферблатов авиационных и морских приборов, специальных часов и других приборов), однако сейчас его обычно заменяют менее опасными изотопами: тритием (T 1/2 = 12,3 года ) или 147 Pm (T 1/2 = 2,6 года ). Иногда часы с радиевым светосоставом выпускались и в гражданском исполнении, в том числе наручные. Также радиевую светомассу в быту можно встретить в некоторых старых ёлочных игрушках, тумблерах с подсветкой кончика рычажка, на шкалах некоторых старых радиоприёмников и прочее. Характерный признак светосостава постоянного действия советского производства - краска горчично-жёлтого цвета, хотя иногда цвет бывает и другим (белым, зеленоватым, тёмно-оранжевым и прочее). Опасность таких приборов состоит в том, что они не содержали предупреждающей маркировки, выявить их можно только дозиметрами. Также люминофор с годами деградирует и краска к нашему времени зачастую перестаёт светиться, что, разумеется, не делает её менее опасной, так как радий никуда не девается. Ещё одна опасная особенность радиевой светомассы в том, что со временем краска деградирует и может начать осыпаться, и пылинка такой краски, попавшая внутрь организма с едой или при вдохе, способна причинить большой вред за счёт альфа-излучения.

Биологическая роль

Радий чрезвычайно радиотоксичен. В организме он ведёт себя подобно кальцию - около 80 % поступившего в организм радия накапливается в костной ткани. Большие концентрации радия вызывают остеопороз , самопроизвольные переломы костей и злокачественные опухоли костей и кроветворной ткани. Опасность представляет также радон - газообразный радиоактивный продукт распада радия.

Изотопы

Известны 35 изотопов радия в диапазоне массовых чисел от 201 до 235 . Изотопы 223 Ra , 224 Ra , 226 Ra , 228 Ra встречаются в природе, являясь членами радиоактивных рядов урана-238, урана-235 и тория-232. Остальные изотопы могут быть получены искусственным путём. Большинство известных изотопов радия претерпевают альфа-распад в изотопы радона с массовым числом, на 4 меньшим, чем у материнского ядра. Нейтронодефицитные изотопы радия имеют также дополнительный канал бета-распада с эмиссией позитрона или захватом орбитального электрона ; при этом образуется изотоп франция с тем же массовым числом, что и у материнского ядра. У нейтронно-избыточных изотопов радия (диапазон массовых чисел от 227 до 235) обнаружен только бета-минус-распад; он происходит с образованием ядер