Также по теме

РАДИЙ

РАДИЙ – радиоактивный химический элемент II группы периодической системы, аналог бария; относится к щелочноземельным элементам. Стабильных изотопов не имеет; наиболее долгоживущие – 226Ra (период полураспада t1/2 = 1600 лет) и 228Ra (t1/2 = 5,75 года). Остальные изотопы (всего их известно 25) «живут» значительно меньше, некоторые – доли секунды; почти все они получены искусственно.

Радий в природе и его свойства.

Несмотря на сравнительно малое время жизни по сравнению с возрастом Земли (около пяти миллиардов лет), некоторые изотопы радия, хотя и в очень малых количествах, встречаются в природе. Происходит это благодаря существованию в природе трех радиоактивных рядов, в которых изотопы радия непрерывно образуются при распаде долгоживущих (так называемых материнских) радионуклидов: урана-238 (из него получается 226Ra), урана-235 (он дает 223Ra, t1/2 = 11,4 суток) и тория-232 (дает 228Ra и 224Ra, t1/2 = 3,7 суток). Очевидно, что чем меньше период полураспада данного радионуклида, тем меньше его содержание в минералах, даже самый долгоживущий, 226Ra, содержится в земной коре в количестве всего одной десятимиллиардной доли процента, обычно в тех же породах, в которых содержится уран.

Чистый радий – блестящий серебристо-белый металл, быстро тускнеющий на воздухе из-за образования на его поверхности оксида и нитрида. С водой реагирует более энергично, чем барий, выделяя водород. Плавится радий при 969° С, кипит при 1507° С, плотность – около 6 г/см3. Любые физические и химические свойства радия изучать трудно из-за его очень высокой радиоактивности. Радий непрерывно выделяет теплоту, и если нет условий для теплоотвода, металл быстро нагревается и может даже расплавиться. Продукт распада радия – радиоактивный газ радон. Радий вместе с продуктами своего распада излучает все три вида радиации – a-, b- и g-лучи. Из-за высокой радиоактивности радий и его соединения светятся в темноте, его бесцветные соли быстро желтеют, а затем приобретают коричневую, вплоть до черной, окраску; их водные растворы разлагают воду, выделяя из нее водород и кислород.

Если не считать сильной радиоактивности, химические свойства радия и его соединений мало отличаются от аналогичных свойств бария. Как и у бария, легко растворимы хлорид, бромид, иодид, нитрат радия, а фторид, карбонат и сульфат почти нерастворимы. Гидроксид Ra(OH)2 – сильная щелочь.

В поисках новых радиоактивных элементов.

Радий неотделим от имени открывших его супругов Кюри, которые посвятили его поискам, выделению и изучению свойств многие годы. Открытые в 1896 А.Беккерелем «урановые лучи» заинтересовали многих ученых, среди них были французский физик Пьер Кюри и его жена Мария Склодовская-Кюри.

      ПОЧТОВЫЕ МАРКИ, посвященные Марии Склодовской-Кюри

Если Беккереля в основном волновали свойства «урановых лучей» и источник их энергии, то Кюри, будучи скорее химиком, задалась вопросом, является ли уран уникальным в этом отношении и нет ли других элементов с подобными свойствами Нужно было научиться точно измерять степень радиации. Сейчас такой вопрос решается просто с помощью приборов, например, счетчиков Гейгера, но они появились только в 1908, а фотопластинки были слишком грубым инструментом и требовали много времени для экспозиции и последующего проявления. Скорость опадания золотых листочков электроскопа тоже зависела от многих невоспроизводимых факторов. П.Кюри сконструировал электрометр, позволяющий точно измерять очень малые токи, измеряемые триллионными долями ампера – пикоамперами (пА). В приборе использовался открытый им вместе с братом Жаком пьезоэлектрический эффект – появление на гранях некоторых кристаллов при их сдавливании электрических зарядов (этот эффект используется, например, в кварцевых часах, в пьезозажигалках). Точно дозируя давление на кристалл, можно было компенсировать и, таким образом, измерять очень малые токи. Конструкция состояла из двух расположенных горизонтально с небольшим зазором металлических дисков, на которые подавалось напряжение около 100 В. Если между дисками находился только слой воздуха, тока не было, но если на нижний диск насыпали тонким слоем определенное количество какого-либо соединения урана, воздух благодаря ионизации под действием «урановых лучей» становился проводником, при этом между дисками протекал очень слабый ток, который можно было измерить и таким образом количественно и довольно точно определить мощность излучения.

Используя этот метод, Кюри начала тестировать одно вещество за другим – все, которые она только могла достать, одолжить в химических лабораториях, выпросить в минералогических музеях (она не только аккуратно возвратила образцы владельцам, но и выразила им благодарность в своей публикации). Из всех веществ, не содержащих уран, активность проявили только соединения тория.

Аналогичными исследованиями занимались и другие ученые. Одновременно и независимо от нее радиоактивность тория обнаружил немецкий физик Герхард Карл Шмидт (1865–1949). Это неудивительно: торий и уран были последними, самыми тяжелыми, элементами в таблице Менделеева тех времен, поэтому от них можно было ждать всяких неожиданностей. Об этом написал в последнем прижизненном издании (1906) своего учебника Основы химии и сам Менделеев: «Наивысшая, из известных, концентрация массы весомого вещества в неделимую массу атома, существующая в уране, уже a priori должна влечь за собою выдающиеся особенности».

Неожиданными оказались количественные результаты измерений. Так, взятый у Муассана металлический уран (он был получен восстановлением оксида углем и содержал примесь углерода) дал ток 23–24 пА; природный монацит (смешанный фосфат редких земель и тория) – 5 пА; чрезвычайно редкий минерал самарскит (смесь оксидов редкоземельных элементов, U, Fe, Nb, Ta и Ti) – 11 пА; черный торит ThSiO4 (обычно содержит примесь урана) – 14 пА, а прозрачные оранжевые кристаллы оранжита (невыветренный силикат тория) – 20 пА; черный оксид урана U2O5 – 27 пА; урановая смоляная руда (урановая смолка) из разных источников (она образует минералы уранинит или настуран примерного состава UO2) – от 16 до 83 пА; желтый минерал отенит Ca(UO2)2(PO4)2·(10–12)H2O – 27 пА; редкий природный минерал хальколит (торбернит) красивого зеленого цвета Cu(UO2)2(PO4)2·(8–12)H2O – 52 пА; желтый минерал карнотит K2(UO2)2V2O8·3H2O – 62 пА.

Результаты не соответствовали содержанию в минералах известных радиоактивных элементов – урана и тория. Так, хальколит, в котором масса урана составляет лишь около 50%, оказался вдвое активнее, чем чистый уран, синтезированный собственноручно М.Кюри искусственный хальколит (двойной фосфат меди – уранила) показал небольшую активность, которая приблизительно соответствовала содержанию в этой соли урана. Стало ясно, что в природных минералах, которые проявили наибольшую активность, содержится, помимо урана, какой-то другой, неизвестный элемент. «Активность этих минералов не представляла бы ничего удивительного, – записала Мария в лабораторном журнале, – если бы была пропорциональна количеству содержащегося в них урана или тория. Но это было не так. Некоторые из этих минералов проявили активность в три или четыре раза большую, чем надлежало по расчету для урана. Я тщательно проверила этот поразительный факт и не могла больше сомневаться в его правильности... Аномальная активность хальколита, обусловлена не его химическим составом; минерал, конечно, содержит в слабой пропорции элемент более активный, чем уран...». Не последнюю роль, возможно, сыграла и «подсказка» самого Беккереля: когда-то в беседе с Пьером Кюри он высказал предположение о том, что обнаруженная им радиоактивность урана может быть связана с какими-то очень активными примесями в этом элементе.

Все известные элементы были уже изучены и не обладали нужным свойством. Химический анализ радиоактивных минералов соответствовал их формуле, это означало, что нового элемента в этих минералах исключительно мало, поэтому этот элемент (возможно, не он один) быть очень активным! Как только стало ясно, что в урановых и ториевых рудах содержится неизвестное вещество с очень высокой радиоактивностью, началась работа по его выделению. Завершилась она выдающимся открытием новых химических элементов – полония и радия.

Впоследствии Кюри писала по этому поводу: «Я назвала радиоактивностью способность испускать такие лучи и создала новый термин, принятый с тех пор в науке». На латыни radius – палочка, спица в колесе, а также радиус круга и луч; radiare – испускать лучи, сиять; в английском слово radiant (излучающий) появилось еще в 15 в., т.е. термин, введенный Кюри, должен был означать самопроизвольное («активное») излучение некоторыми веществами.