Радий что за металл

Обновлено: 22.01.2025

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 α-радиоактивный 226 Ra с периодом полураспада около 1600 лет. В природе как члены естественных радиоактивных рядов (См. Радиоактивные ряды) 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 BaCl₂ и RaCl₂ (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 (См. Урановые руды), 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 α- и β-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 7s 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 Ra₃N₂. С водой Р. бурно реагирует, выделяя H₂, 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 (См. Радиоактивность). 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 (См. Бериллий)) 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.

Радий в организме. Из естественных радиоактивных изотопов наибольшее биологическое значение имеет долгоживущий 226 Ra. Р. неравномерно распределён в различных участках биосферы (См. Биосфера). 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.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Родий – роза в благородном семействе металлов

Этот металл поражает многими качествами. Особенно ценой – на биржах за грамм чистого родия выкладывают сотни долларов. Но он того стоит.

Что представляет собой

Родий – это благородный металл, платиноид. 45-й элемент периодической системы Менделеева.

Родий – самый дорогой и твердый из платиноидов.

Выглядит родий по-разному:

Соединения – розовые, красные. Поэтому новый элемент назвали родием – по-древнегречески «роза».
Металл – голубовато-серебристый, с холодным аристократичным блеском.
Порошок – серый до черноты.

Международное обозначение – Rhodium (Rh).

История открытия

Изначально металл считался отходом, побочным продуктом платинового производства.

Первым им заинтересовался в 1803 году британский химик Уильям Волластон.

Он исследовал платину с копей Южной Америки, проделав серию опытов:

После растворения образцов царской водкой жидкость стала розово-красноватой.
Когда платина с палладием выпали в осадок, образовался порошок багровых оттенков.
Его прожарили в водороде.

Результатом стал массивный сероватый порошок.

Родий и Россия

Владея сказочными уральскими залежами, Россия закупала платиноиды за кордоном.

Переломным стал 1918 год: в стране начал работу Институт по изучению благородных металлов. Успех не заставил себя ждать.

Всего через семь лет из отечественной платины впервые извлекли Rhodium.

Родий в природе

Родий классифицируется как редкий элемент.

Массовая доля родия в недрах планеты – одна миллионная процента. Почти в 500 раз богаче метеориты.

Чистой родиевой руды не существует, элемент представлен другими видами:

Компонент платиновых руд, золотоносных песков.
Элемент осмиридиевых минералов в медно-никелевых залежах.
Родистый невьянскит. Наиболее щедрый на родий минерал (более 10%).

Самостоятельного минерала Rhodium не найдено, он всегда выступает компаньоном.

Физико-химические характеристики

Родиевые соединения устойчивее к механическому, химическому воздействию, коррозии, чем платина или золото:

Механическая обработка возможна только при 810-900°C.
Раскаленная царская водка, крепкая серная кислота способны растворить лишь порошковые фракции, и то не сразу.
Без проблем сплавляется с металлами (особенно платиноидами).

На воздухе родий окисляется в диапазоне 600-800°C. На уровне выше 800°C оксидная пленка с поверхности исчезает.

Свойства атома
Название, символ, номер	Родий / Rhodium (Rh), 45
Атомная масса (молярная масса)	102,90550(2) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Kr] 4d8 5s1
Радиус атома	134 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	125 пм
Радиус иона	(+3e)68 пм
Электроотрицательность	2,28 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	+0,8в
Степени окисления	5, 4, 3, 2, 1, 0
Энергия ионизации (первый электрон)	719,5 (7,46) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	12,41 г/см³
Температура плавления	1963°C
Температура кипения	3727°C
Уд. теплота плавления	21,8 кДж/моль
Уд. теплота испарения	494 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,95 Дж/(K·моль)
Молярный объём	8,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированная
Параметры решётки	a=3,803 Å
Температура Дебая	480 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 150 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-16-6

Природный Rhodium не имеет формулы, поскольку состоит только из изотопа 103Rh.

Месторождения, способы добычи

До начала третьего тысячелетия «хранителем» большинства запасов руды была Россия с гигантскими залежами самородной платины на Урале и в Заполярье.

Сегодня лидерство по запасам у Мексики (43%), золотые пески которой перенасыщены родием. Далее идут месторождения ЮАР, Колумбии, США.

Ежегодный мировой объем добычи родия не превышает 31 тонны.

Экспортер металла номер один (80% объемов) – Южная Африка.

Добыча родия промышленных масштабов ведется закрытым (шахтным) способом. Ее усложняет состав руды: металл перемешан с золотом, палладием, платиной и серебром.

Технология получения

Получение чистого металла – сложный многоэтапный процесс.

Традиционный метод

Включает очистку платиновой руды и извлечение компонента Rhodium.

С месторождения сырье везут на обогатительный комплекс.

Здесь драгоценные компоненты и «порожняк» разделяются:

Руду измельчают, заливают водой с химическими компонентами.
Смесь насыщают воздухом под давлением.
Пена всплывает, захватывая частицы платины.
Ее снимают, отправляют сушиться.

Содержание платины достигает 110-990 граммов на тонну.

Следующий этап – металлургия. Концентрированную смесь погружают в печи, нагревают до 1500°С. Пустая порода сжигается, шлак удаляют продувкой. Содержание металла увеличивается до 1400 г на тонну.

Заключительный этап – аффинаж. Он позволяет выделить из платины другие элементы.

Для высвобождения родия используют раствор, оставшийся в процессе очистки платины. После воздействия химическими компонентами и прокаливания получается почти чистый металлический родий.

Путь от транспортировки руды с месторождения до получения чистого родия занимает пять-шесть месяцев.

Из ядерных отходов

Разрабатывается технология получения родия из отходов работы атомных электростанций. Это решает несколько проблем: увеличение количества редкого металла (в отработанном ядерном топливе его может оказаться больше, чем на всей планете) плюс экология.

Где используется

Металл, несмотря на запредельную цену, востребован в больших объемах, чем добывается.

Родиевая фольга и проволока

Промышленность

Его свойства обеспечили использование родиевых сплавов промышленным комплексом, особенно в катализаторах:

Иридиевые либо платиновые содержат приборы для определения температур порядка 2200°C.
Только на платиново-родиевых фильтрах вырастают в лабораториях некоторые кристаллы.
Сплав с платиной уменьшает цикл получения азотной кислоты.
Из них получаются нейтрализаторы выхлопов автомобилей.

Автопром – главный потребитель родия.

Потребитель металла номер два – стекольное производство. В родиево-платиновых сосудах выплавляют стекломассу, получая тончайшие нити.
Им покрывают поверхность зеркал сверхточных приборов. Все благодаря тому, что поверхность металла отражает 80% света видимой части спектра, не тускнеет от супержара.

Радиотехника как основу для изготовления деталей его не использует – слишком хрупкий, ломкий. В радиодеталях (включая советскую технику) это лишь покрытие. Родием покрыты, например, контакты (герконовые реле) РЭС 55(А).

Материал новой эпохи

Металлический родий используют как компонент материала зеркал лазерных систем, дифракционных решеток спектрометров.

Родиевыми детекторами снабжают аппараты, измеряющие поток нейтронов.

Важной сферой применения становится электроника. Из металла выполнены фильтры ЖК-мониторов (телевизоры, ноутбуки, айфоны, другие гаджеты).

Ювелирное дело

В сегменте ювелирных украшений и часов металл – напарник золота, платины, серебра.

Ювелиры оценили родирование. Это процедура покрытия поверхности ювелирных изделий тончайшим (0,11-0,26 мкм) слоем родия.

Родирование ювелирных изделий

Родиевое покрытие тоньше человеческого волоса, но творит чудеса:

Серебро, обработанное родием, начинает сиять, становится прочнее. Не тускнеет, не темнеет на воздухе.
Платина становится крепче, обретает сияние.
Поверхность рядового золота получает элитарный платиновый блеск. Изделие становится более износостойким.

Этим преимущества не исчерпываются. Благодаря родию стало возможным создание белоснежного – для эстетов и черного – поклонникам авангарда золота.

Родирование улучшает эстетические и утилитарные характеристики ювелирных изделий.

Недостатки не критичны:

Запрещена чистка абразивами, от которых слой повреждается.
После ремонта требуется покрытие украшения новым слоем.

Срок службы покрытия в ювелирных изделиях определяется толщиной и интенсивностью использования. На практике это пять-семь, при бережном отношении – десятки лет.

Кольцо покрытое родием

Предостережения

Свойства металла исследованы на предмет практического использования. Влияние на здоровье человека, другие биологические системы изучено частично.

Выяснено, что родиевые соединения – высокотоксичные канцерогены. Однако в сертифицированных ювелирных украшениях количество металла безопасно для человека.

Если сплав родия с кадмием (либо цинком) растворить соляной кислотой, профильтровать, высушить – получим порошок. Фактически это смесь, способная сдетонировать при обычных условиях.

Rhodium котируется на бирже наряду с золотом, платиной, серебром. Это самый дорогой из драгоценных металлов.

Глобальный ажиотаж достиг пика к концу 2008 года: за тройскую унцию на биржах давали $10,1 тыс., что вдесятеро больше золота.

Затем рынок поутих, цена упала ниже тысячи.

За последнее время (декабрь 2019 – декабрь 2020) цена за 1 грамм поднялась втрое: со $150 до $500. То есть стоимость унции составила $15,5 тыс.

Биржевая цена колеблется, как и на другие позиции. Но в долгосрочной перспективе все равно растет: наука, производство, технологии без этого металла не обойдутся.

Радий – полезные свойства, особенности и угроза металла

По названию этого химического элемента названо явление радиоактивности. Радий – самый радиоактивный металл на планете. Однако ему нашли применение ученые, геологи и врачи.

Радий – это химический элемент таблицы Д.И. Менделеева №88.

Металл цвета серебра – продукт многоступенчатого распада урана-238:

В темноте радий испускает голубоватый свет. По этой характеристике его легко отличить от других элементов.
В честь него назван феномен радиоактивности.

Радиоактивность измеряется в кюри (Ки). 1 Ки – это 37 миллиардов распадов ежесекундно.

Относится к щелочноземельным металлам.
Структура кристаллической решетки – объемно-центрированный куб.
Известно 35 природных и созданных изотопов элемента, все нестабильны. Самый устойчивый – 226 (период полураспада 1603 года). Некоторые «живут» доли секунды.

Международное обозначение и формула элемента – Radium (Ra).

Как был открыт

Открытие радия (1898 год) – заслуга Марии Кюри:

Годами она работала с урановой смолкой. Это были отходы с местного предприятия. После извлечения урана они должны были быть «чистыми», но «фонили» сильнее чистого урана.
Позднее к ней присоединился супруг Пьер и коллега Жан Бемон.
Лишь через 12 лет была получена первая в истории «песчинка» чистого радия.

В тонне урановой смолки, которую перерабатывали супруги Кюри, было 0,1 г радия.

Первые образцы стали самым дорогим веществом на планете: цена 1 г радия превосходила стоимость двух центнеров золота.

Попутно Мария открыла элемент, который назвала полонием – в честь своей родной страны Польши.

Отопление радием-камин 21 века. Французская карточка 1910 года

За открытие радия Марии Склодовской-Кюри присудили в 1911 году Нобелевскую премию.

В радии как металле с «подсветкой» видели неисчерпаемый источник тепла и света. Однако вскоре обнаружилась смертельная опасность радиации для биологических структур.

Название восходит к латинскому radius – луч. Так радиоактивный элемент назвали за постоянную светимость.

Ра – верховный бог Солнца у древних египтян.

Химические свойства этого щелочноземельного металла сходны с барием, но проявляются интенсивнее:

Реакция с водой сопровождается образованием водорода.
На воздухе радий тускнеет, покрываясь оксидно-нитридным слоем.
Образует самые прочные (из щелочноземельных металлов) соединения с органическими кислотами.

Главное свойство вещества – радиоактивность:

Благодаря радиоактивности радий, его соединения отсвечивают в темноте.

Свойства атома
Название, символ, номер	Ра́дий / Radium (Ra), 88
Атомная масса (молярная масса)	226,0254 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Rn] 7s2
Химические свойства
Радиус иона	(+2e) 143 пм
Электроотрицательность	0,9 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	Ra←Ra2+ −2,916 В
Степени окисления	2
Энергия ионизации (первый электрон)	1-й 509,3 (5,2785) кДж/моль (эВ) 2-й 979,0 (10,147) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	(при к.т.) 5,5 г/см³
Температура плавления	1233 K
Температура кипения	2010 K
Уд. теплота плавления	8,5 кДж/моль
Уд. теплота испарения	113 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	29,3 Дж/(K·моль)
Молярный объём	45,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая объёмноцентрированая
Параметры решётки	5,148
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) (18,6) Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-14-4

Нахождение в природе

Радий – рассеянный элемент, микроконцентрации обнаружены в различных объектах.

Радиоактивный элемент Радия

Элемент распределен по биосфере неравномерно:

Главный источник металла – урановая руда.
Радий всегда содержат руды тория.
Вымываясь оттуда, попадает в воду, нефтяные, газоносные пласты. Найден во вторичных минералах свинца.

Тонна урана из урановой руды содержит 0,34 г радия. Тонна земной коры – 1 мкг.

За более чем 120 лет – со времени открытия – на Земле удалось получить полтора кг вещества.

Все природные изотопы радия сведены в таблицу:

Изотоп	Историческое название	Семейство	Период полураспада	Тип распада	Дочерний изотоп (историческое название)
Радий-223	актиний Х (AcX)	ряд урана-235	11,435 дня	α	радон-219 (актинон, An)
Радий-224	торий Х (ThX)	ряд тория-232	3,66 дня	α	радон-220 (торон, Tn)
Радий-226	радий (Ra)	ряд урана-238	1602 года	α	радон-222 (радон, Rn)
Радий-228	мезоторий I (MsTh₁)	ряд тория-232	5,75 года	β	актиний-228 (мезоторий II, MsTh₂)

Радий выделяют из урановой руды, получение металла базируется на электролизе. Рабочим материалом выступают растворенный хлорид радия и ртуть как катод.
Второй способ получения – из природных вод, которые выщелачивают радий из минералов с ураном в составе.

Производство относится к вредным: требуются специальные средства защиты, соблюдение правил техники безопасности.

Использовать новое вещество начали сразу. Супруги Кюри не запатентовали продукт, считая его всеобщим достоянием. Предприимчивые граждане воспользовались этим.

«Философский камень»

Рынок Европы и Америки заполонила чудодейственная продукция: «молодильные» кремы, пудры, зубные пасты. Мошенники изготавливали также хлеб, печенье, шоколадки, «лечебную» воду, средство для повышения потенции.

Бум продержался двадцать лет, пока не была доказана опасность увлечения веществом.

Радий был микрокомпонентом светящейся краски. Ею снабжали циферблаты армейских компасов, часов, авиационных, морских приборов. В 1970-х радий заменили менее агрессивным тритием.

Советский армейский компас. Жёлтая краска содержит радий

Сферы применения единичны:

В сплаве с бериллием – производитель альфа-частиц в радиево-бериллиевых накопителях нейтронов.
Светящиеся составы (с сульфидом цинка).
Маркер качества литья, сварных швов.
Нейтрализация электростатических зарядов.

Применение вещества ограничивается главным недостатком – радиоактивностью.

Другие сферы

Геологи применяют радиевые изотопы для определения возраста минералов, осадочных пород.
Для геохимиков это индикатор движения океанской воды и концентрации урана.
Ювелиры облучают радием драгоценные камни для улучшения цвета.
Для медицины радий – источник газа радона (его добавляют в лечебные ванны). Кратковременное облучение радием – метод борьбы с онкологией.

Биологическое воздействие

Радий проникает в живые организмы:

В растительном мире его больше в стволах деревьев.
Организм животных и человека получает его с водой, пищей.
Четыре пятых поступившего радия оседает в костях.
Концентрация вещества определяется пищевым рационом и районом проживания.

По стандартам РФ, кубический метр воздуха не должен содержать более 0,000001 мкг радия.

Нанодозы вещества полезны, превышение чревато онкологией. Поэтому критически важно видеть барьер, после которого достоинства материала становятся недостатками.

Радий

Серебристo-белый металл

Ра́дий / Radium (Ra), 88

0,9 (шкала Полинга)

1-й 509,3 (5,2785) кДж/моль (эВ)
2-й 979,0 (10,147) кДж/моль (эВ)

Ра́дий — элемент главной подгруппы второй группы, седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 88. Обозначается символом Ra (лат. Radium ). Простое вещество радий (CAS-номер: 7440-14-4) — блестящий щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета, быстро тускнеющий на воздухе. Обладает высокой химической активностью. Радиоактивен; наиболее устойчив нуклид 226 Ra (период полураспада около 1600 лет).

Содержание

История

В России радий впервые был получен в экспериментах известного советского радиохимика В. Г. Хлопина. В 1918 году на базе Государственного рентгеновского института было организовано Радиевое отделение. Это отделение в 1922 году получило статус отдельного научного института. Одной из задач Радиевого института были исследования радиоактивных элементов, в первую очередь — радия. Директором нового института стал В. И. Вернадский, его заместителем — В. Г. Хлопин, физический отдел института возглавил Л. В. Мысовский. [3]

Многие радионуклиды, возникающие при радиоактивном распаде радия, до того, как была выполнена их химическая идентификация, получили наименования вида радий А, радий B, радий C и т. д. Хотя сейчас известно, что они представляют собой изотопы других химических элементов, их исторически сложившиеся названия по традиции иногда используются:

Изотоп
Эманация радия	222 Rn
Радий A	218 Po
Радий B	214 Pb
Радий C	214 Bi
Радий C₁	214 Po
Радий C₂	210 Tl
Радий D	210 Pb
Радий E	210 Bi
Радий F	210 Po

Названная в честь Кюри внесистемная единица радиоактивности кюри основана на активности 1 г радия-226: 3,7·10 10 распадов в секунду, или 37 ГБк.

Происхождение названия

Название «радий» связано с излучением ядер атомов Ra (лат. radius — луч).

Радий довольно редок. За прошедшее с момента его открытия время — более столетия — во всём мире удалось добыть всего только 1,5 кг чистого радия. Одна тонна урановой смолки, из которой супруги Кюри получили радий, содержит лишь около 0,0001 г радия-226. Весь природный радий является радиогенным — возникает при распаде урана-238, урана-235 или тория-232; из четырёх найденных в природе наиболее распространённым и долгоживущим изотопом (период полураспада 1602 года) является радий-226, входящий в радиоактивный ряд урана-238. В равновесии отношение содержания урана-238 и радия-226 в руде равно отношению их периодов полураспада: (4,468·10 9 лет)/(1602 года)=2,789·10 6 . Таким образом, на каждые три миллиона атомов урана в природе приходится лишь один атом радия или 1,02 мкг/т (кларк в земной коре).

Изотоп	Историческое название	Семейство	Период полураспада	Тип распада	Дочерний изотоп (историческое название)
Радий-223	актиний Х (AcX)	ряд урана-235	11,435 дня	α	радон-219 (актинон, An)
Радий-224	торий Х (ThX)	ряд тория-232	3,66 дня	α	радон-220 (торон, Tn)
Радий-226	радий (Ra)	ряд урана-238	1602 года	α	радон-222 (радон, Rn)
Радий-228	мезоторий I (MsTh₁)	ряд тория-232	5,75 года	β	актиний-228 (мезоторий II, MsTh₂)

Геохимия радия во многом определяется особенностями миграции и концентрации урана, а также химическими свойствами самого радия — активного щёлочноземельного металла. Среди процессов, способствующих концентрированию радия, следует указать в первую очередь на формирование на небольших глубинах геохимических барьеров, в которых концентрируется радий. Такими барьерами могут быть, например, сульфатные барьеры в зоне окисления. Поднимающиеся снизу хлоридные сероводородные радийсодержащие воды в зоне окисления становятся сульфатными, радий осаждается с BaSO₄ и CaSО₄, где он становится практически нерастворимым постоянным источником радона. Из-за высокой миграционной способности урана и способности его к концентрированию, формируются многие типы урановых рудообразований в гидротермах, углях, битумах, углистых сланцах, песчаниках, торфяниках, фосфоритах, бурых железняках, глинах с костными остатками рыб (литофациями). При сжигании углей зола и шлаки обогащаются 226 Ra. Также содержание радия повышено в фосфатных породах.

В результате распада урана и тория и выщелачивания из вмещающих пород в нефти постоянно образуются радионуклиды радия. В статическом состоянии нефть находится в природных ловушках, обмена радием между нефтью и подпирающими ее водами нет (кроме зоны контакта вода-нефть) и в результате имеется избыток радия в нефти. При разработке месторождения пластовые и закачиваемые воды интенсивно поступают в нефтяные пласты, поверхность раздела вода-нефть резко увеличивается и в результате радий уходит в поток фильтрующихся вод. При повышенном содержании сульфат-ионов растворенные в воде радий и барий осаждаются в виде радиобарита Ва(Ra)SО₄, который выпадает на поверхности труб, арматуры, резервуаров. Типичная объёмная активность поступающей на поверхность водонефтяной смеси по 226 Rа и 228 Rа может быть порядка 10 Бк/л (соответствует жидким радиоактивным отходам).

Основная масса радия находится в рассеянном состоянии в горных породах. Радий — химический аналог щелочных и щёлочноземельных породообразующих элементов, из которых состоят полевые шпаты, составляющие половину массы земной коры. Калиевые полевые шпаты — главные породообразующие минералы кислых магматических пород — гранитов, сиенитов, гранодиоритов и др. Известно, что граниты обладают природной радиоактивностью несколько выше фоновой из-за содержащегося в них урана. Хотя кларк урана не превышает 3 г/т, но в гранитах его содержание составляет уже 25 г/т. Но если гораздо более распространённый химический аналог радия барий входит в состав довольно редких калий-бариевых полевых шпатов (гиалофанов), а «чистый» бариевый полевой шпат, минерал цельзиан BaAl₂Si₂O₈ очень редок, то накопления радия с образованием радиевых полевых шпатов и минералов вообще не происходит из-за короткого периода полураспада радия. Радий распадается на радон, уносящийся по порам и микротрещинкам и вымывающийся с грунтовыми водами. В природе иногда встречаются молодые радиевые минералы, не содержащие уран, например радиобарит и радиокальцит, при кристаллизации которых из растворов, обогащённых радием (в непосредственной близости от легкорастворимых вторичных урановых минералов), радий сокристаллизуется с барием и кальцием благодаря изоморфизму.

Получение

Получить чистый радий в начале ХХ в. 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 ХХ в. в мире не было более дорогого металла. За 1 г радия нужно было заплатить больше 200 кг золота.

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.

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: 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),

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.

Преждевременная смерть Марии Кюри произошла вследствие хронического отравления радием, так как в то время опасность облучения ещё не была осознана.

Изотопы

Известны 25 изотопов радия. Изотопы 223 Ra, 224 Ra, 226 Ra, 228 Ra встречаются в природе, являясь членами радиоактивных рядов. Остальные изотопы могут быть получены искусственным путём. Радиоактивные свойства некоторых изотопов радия [4] :

Интересные факты

В начале века, после своего открытия, радий считался полезным и включался в состав многих продуктов и бытовых предметов: хлеб, шоколад, питьевая вода, зубная паста, пудры и кремы для лица, краска циферблатов наручных часов, средство для повышения тонуса и потенции. [5] [6]

Репродукции продуктов, содержащих радий, выпускавшихся в начала 20-го века, на витрине в Музее Марии Кюри, Париж.

Надпись на баночке: «Пудра ТО-РАДИЙ на основе радия и тория по формуле Альфреда Кюри. »

химический элемент, принадлежащий ко второй группе периодической системы и открытый г-жой Кюри при исследовании урановой смоляной руды (см. Эманация). По своим химическим свойствам радий является аналогом бария, соответственно своему атомному весу (225) занимая в периодической системе место под ним в 12-м ряду. Для выделения радия из смоляной руды сернокислые соли стронция, бария и радия переводятся кипячением с содой в углекислые, а затем растворяются, всего лучше в бромистоводородной кислоте. При фракционированной кристаллизации бромистых солей радий скопляется в первых фракциях, так как он труднее растворяется, чем бромистый барий. Этим путем Гизелю впервые удалось получить свободный от бария бромистый радий, при помощи 9 последовательных кристаллизаций. Чистая соль фосфоресцирует голубоватым светом и при внесении в пламя бунзеновской горелки вызывает карминово-красное окрашивание. Спектр радия содержит две интенсивные полосы в красно-желтой части, яркую линию в голубой и две нерезких в фиолетовой (длина воли главнейших линий 4825,896; 3649,712; 3814,661; 4682,149). Радиоактивность радия приблизительно в 1000000 больше, чем урана, и потому почти все работы, относящиеся к изучению свойств и действий лучей, производились и производятся именно с радиевыми препаратами. К сожалению, урановая смоляная руда до сих пор является почти единственным источником радия, хотя и в ней он составляет менее 1/1000000 по весу. Поэтому цена на радий все повышается, и ныне 1 мгр. стоит около 400 франков. Ни на одном элементе не изучен так хорошо радиоактивный процесс — ход распада атома, как на радии (см. Радиоактивность). Тела, подобного UrX или ThX, радий не образует, так что первым продуктом здесь является инертный газ с темп. сжижения около — 150° — эманация (см. это слово). В свою очередь, эманация образует твердый продукт — вторичную радиоактивность, оседающую на стенках сосуда с эманацией или на отрицательно заряженной металлической пластинке или проволоке, подвергающейся действию эманации. Подобно ториевой, эта вторичная активность представляет собой растворимое в кислотах и улетучивающееся при накаливании твердое тело, частицы которого заряжены положительным электричеством и, подобно ториевой, она оказалась смесью нескольких продуктов последовательного разложения атома. Тщательное изучение кривых потери силы металлических пластинок, активированных эманацией радия, показало, что мы имеем здесь дело с тремя продуктами: эманация образует RaA, который, разлагаясь (со скоростью половины в 3 минуты), образует RaB; последний продукт переходит в RaC, причем превращение половины количества RaB требует 26,7 минут. RaC разлагается дальше, выделяя α-, β- и γ-лучи, причем половина его превращается в 19 минут. Продукты дальнейшего превращения радия исследованы Резерфордом, который определил еще три ступени (RaD, RaE и RaF); эти тела характеризуются медленностью разложения и, вследствие того, значительно большей продолжительностью существования. Если активированную радием пластинку оставить на 24 часа, то RaA, RaB и RaC разлагаются совершенно, но активность не исчезает окончательно, и пройдя через минимум, начинает снова возрастать. При этом β-лучи растут быстро, в 40 дней достигая некоторой максимальной величины (половина ее достигается в 6 дней), а затем остаются постоянными. Этот процесс, совершенно напоминая образование UrX из урана, указывает, что и после исчезновения RaC на пластинке остается еще новый продукт (RaD), который и дает, в свою очередь, тело (RaE), испускающее β-лучи. Интенсивность α-лучей, как и β, сначала равна почти нулю, — вероятно, RaD не испускает лучей. Но затем сила α-лучей все растет, и, судя по кривой роста, может достигнуть максимума только через 2,8 года. Эти α-лучи зависят от RaF, который образуется из RaE и, в свою очередь, распадается далее; что при этом последнем распаде, кроме α-луча, получается, пока не выяснено. Период полураспада RaF в 143 дня; его радиоактивная константа определяется тем легче, что этот продукт удобно изолировать: при погружении в солянокислый раствор смеси RaD, RaE и RaF палочки висмута только RaF осаждается на этом металле в виде тончайшего слоя, а RaD и RaE остаются в растворе. Три продукта эти различаются и по своей летучести: так, при 1000° RaF улетучивается легко, RaD — труднее, а RaE не летит вовсе. Как радиоактивная константа, так и химические свойства заставили признать тождество RaF с открытым г-жой Кюри и признанным ею за самостоятельный элемент продуктом, которому она дала имя полония. Впрочем, полоний, по-видимому, содержит еще и RaD, ибо нацело активность его не теряется и через 3 года; более чистый RaF изолировал из той же смоляной руды Марквальд, назвав его радиотеллуром. Гофманн и Цербан описали еще один радиоактивный элемент, близкий к свинцу, вследствие чего они назвали его радиосвинцом; судя по его радиоактивным свойствам, это не что иное, как RaD. В общем, ход распада радия, по нынешним данным, может быть представлен следующей таблицей:

Что касается времени распада самого радия, то суждение о нем основывается на следующих данных. Как известно, α-лучи заряжены положительным электричеством. Резерфорд измерил количество этого электричества, отдаваемое α-лучами определенного количества радиоактивного вещества в определенный промежуток времени, и мог отсюда вычислить, принимая заряд каждого α-луча равным обыкновенному заряду иона, что 1 гр. радия испускает в 1 секунду 6,2×10 10 α-лучей. По теории дезинтеграции атомов, испускание одного α-луча означает распад одного атома, а так как 1 куб. см. водорода содержит 3,6×10 19 молекул, и атомный вес радия 225, то 1 гр. радия содержит около 3,6×10 21 атомов, из которых 6,2×10 10 в секунду разлагается; отсюда и вычислено, что половина данного количества радия разложится в 1280 лет. Где конец процесса, каков тот нерадиоактивный атом, который является стойким продуктом распада радия — пока неизвестно. Когда было доказано, что эманация радия образует гелий, то думали, что гелий и есть окончательный продукт. Оказывается, однако, что и эманация актиния дает гелий, и теперь склоняются к мысли, что гелий — это α-лучи, лишенные заряда. Есть основания предполагать, что таким конечным продуктом является свинец, всегда сопровождающий в минералах радий; но это пока совершенно не доказано. С другой стороны, атом радия настолько нестоек, что этот металл давно должен был бы разложиться, и нахождение его в древней урановой руде делает вероятным, что радий постоянно образуется заново. Естественно предположить, что исходным материалом для радия должен быть уран — этот постоянный спутник радия в минералах, и, наоборот, — всегда содержащий небольшие количества радия. Исследование показало, что отношение количеств урана и радия для всех минералов сохраняется то же, — обстоятельство, подкрепляющее гипотезу происхождения радия из урана. Наконец, были поставлены прямые опыты, которые, действительно, показали, что 1 кг очищенной от радия урановой соли через несколько месяцев начинает выделять небольшие количества эманации радия. Таким образом, приведенную таблицу можно бы дополнить так: U→UrX→. Ra и т. д.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890—1907 .

Читайте также: