Кто открыл радий


Радий - это... Что такое Радий?

Радий

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 226Ra (период полураспада около 1600 лет).

История

Французские ученые Пьер и Мария Кюри обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды (урановая смолка, добывавшаяся в городе Иоахимсталь, Чехия), более радиоактивны, чем чистый уран. Из этих отходов супруги Кюри после нескольких лет интенсивной работы выделили два сильно радиоактивных элемента: полоний и радий. Первое сообщение об открытии радия (в виде смеси с барием) Кюри сделали 26 декабря 1898 года во Французской Академии наук. В 1910 Кюри и Андре Дебьерн выделили чистый радий путём электролиза хлорида радия на ртутном катоде и последующей дистилляции в водороде. Выделенный элемент представлял собой, как сейчас известно, изотоп радий-226, продукт распада урана-238. За открытие радия и полония супруги Кюри получили Нобелевскую премию. Радий образуется через многие промежуточные стадии при радиоактивном распаде изотопа урана-238 и поэтому находится в небольших количествах в урановой руде.

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:

Названная в честь Кюри внесистемная единица радиоактивности кюри основана на активности 1 г радия-226: 3,7·1010 распадов в секунду, или 37 ГБк.

Происхождение названия

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

Нахождение в природе

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: (4,468·109 лет)/(1602 года)=2,789·106. Таким образом, на каждые три миллиона атомов урана в природе приходится лишь один атом радия или 1,02 мкг/т (кларк в земной коре).

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 (MsTh2) ряд тория-232 5,75 года β актиний-228 (мезоторий II, MsTh3)

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 226Ra. 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 226Rа и 228Rа 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, 60Co (T1/2 = 5,3 года), 137Cs (T1/2 = 30,2 года), Отопление радием: камин 21 века. Французская карточка 1910 года

До 70-х годов XX века 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 (T1/2 = 12,3 года) или править] 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.

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

Изотопы

Основная статья: Изотопы радия

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

Массовое число Период полураспада Тип распада
213 2,74(6) мин. α
219 10(3) мс α
220 17,9(14) мс α (99%)
221 28(2) с α
222 38,0(5) с α
223 (AcX) 11,43(5) дня α
224 (ThX) 3,6319(23) дня α
225 14,9(2) дня β
226 1602(7) лет α
227 42,2(5) мин. β
228 (MsTh2) 5,75(3) года β
230 93(2) мин. β

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]

  • Продукты с радием
  • 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...»

Примечания

dic.academic.ru

Кто открыл радий – теории и факты радиоактивности

В 1897 году в возрасте 30 лет Мария Склодовская, которая вышла замуж за Пьера Кюри в 1895 году, закончила учебу в Сорбонне в Париже и думала о предмете диссертации. Рентгеновские снимки, обнаруженные Вильгельмом Конрадом Рентгеном в 1895 году, по-прежнему были актуальным вопросом, но потеряли очарование новизны.

С другой стороны, урановые лучи, обнаруженные в 1896 году Анри Беккерелем, вызывали загадочную проблему. Урановые соединения и минералы, по-видимому, способны улучшить свою способность выжить в течение нескольких месяцев. Каков был источник этой неиссякаемой энергии, которая, по-видимому, нарушала принцип Карно, который нельзя трансформировать или уничтожить? Пьер Кюри, уже известный физик за свои работы по магнетизму и кристальной симметрии, чувствовал, что это явление было довольно необычным, и он помог жене в его решении. Мария Кюри, в биографии Пьера Кюри, подтвердила: «Мы считаем, что исследование этого явления очень привлекательно, так что есть потребность в новых библиографических исследованиях». И сегодня мы узнаем, кто открыл радий.

Проводящие электричество

После начального волнения интерес к новым лучам быстро исчез. Одной из причин было распространение ложных или сомнительных наблюдений за радиацией, сходных с урановыми лучами в различных веществах. Никто и не думал о том, кто открыл радий. Тема была «мертвой», когда Мария Кюри вошла в сцену. Однако в течение восьми месяцев в 1898 году она обнаружила два элемента: полоний и радий, создающие новую научную область – радиоактивность. Эта краткая история открытий восходит к трем лабораториям, в которых можно выделить работы Пьера и Мари и из трех заметок, опубликованных в Трудах Академии наук. В дополнение к почернению фотографической пластины, урановые лучи дали воздух, проводящий электричество. Это более позднее свойство было гораздо более поддающимся количественному измерению. Беккерель использовал электроскопы, но измерения были ненадежными. Это объясняет, кто открыл радий.

Урановые лучи

В этот момент не было бы никакого прогресса без гения Пьера Кюри. Если бы не он, никто бы и не задавался вопросом, кто открыл радий. В 1880 году вместе со своим братом Жаком он обнаружил пьезоэлектричество (т. е. производство электрических зарядов при применении к гемиэдрическим кристаллам, таким как кварц). Он изобрел устройство, с помощью которого заряды, производимые ураном в ионизационной камере, были компенсированы за счет использования кварца. За компенсацией последовало второе изобретение, квадрантный электрометр. Излучение урановых лучей можно было бы количественно определить по весу и времени, требуемому для компенсации зарядов, создаваемых в ионизационной камере.

Первый доклад

Доклад Мари Кюри опубликован 12 апреля 1898 года в Трудах Академии наук: «Я искала, есть ли ли вещества, отличные от соединений урана, которые делают проводку для электричества» (Кюри, М . 1898). Начиная с 11 февраля 1898 года, она проверила все образцы под рукой или заимствованных из различных коллекций, включая большое количество горных пород и минералов. В качестве эталона заняла активность металлического урана. Было обнаружено, что эти соединения активны и что смоляная обманка, массивное разнообразие уранинита из руд Иоахимсталь в Австрии и халколит, природный фосфат урана, более активны, чем сам металлический уран. И несколькими годами позже мир узнал, кто открыл радий и полоний.

Мари Кюри отметила: «Этот факт весьма примечателен и предполагает, что эти минералы могут содержать элемент, гораздо более активный, чем уран». Этот искусственный халколит не активнее других солей урана. На этом этапе охота за предметом стала вопросом первостепенной важности и срочности. Пьер Кюри был очарован выводами Мари: 18 марта он оставил свои собственные исследовательские проекты и присоединился к своей жене в изучении этого вопроса. Теперь вы знаете ответ на вопрос, кто открыл элемент радий.

В ходе систематического поиска лучей Беккереля Мария Кюри также 24 февраля обнаружила, что соединения тория также активны. Однако немецкий физик Герхардт Шмидт наблюдал за выбросами несколько недель назад. Исследования по урановым лучам теперь превратились из физики в химию. Необходимо было отделить и идентифицировать вещество, химические свойства которого неизвестны. Однако с гипотетическим элементом можно было следить за его радиоактивностью. Мари Кюри объясняет этот процесс: «Метод, который мы использовали, является новым для химических исследований, основанных на радиоактивности. Он состоит из разделов, выполняемых с обычными процедурами аналитической химии и измерения радиоактивности всех соединений, разделенных.»

Процедуры осаждения

Таким образом, можно распознать химический характер искомого радиоактивного элемента. Ни Мари, ни Пьер не были химиками, поэтому им помогал Гюстав Бемонт, который отвечал за практическую подготовку студентов в Парижской муниципальной школе физики и физики. 14 апреля трио проводило исследования на смоляной обманке, которая была более активной, чем уран. Несколько процедур использовались параллельно с различными осаждениями и осаждением твердых веществ, и активное вещество было обеспечено главным образом висмутом, из которого он мог постепенно разделиться. 27 июня Мария Кюри осадила сульфиды из раствора, содержащего свинец, висмут и активное вещество. Она подчеркнула результат в своей записной книжке: твердое вещество было в 300 раз более активным, чем уран.

Новое радиоактивное вещество

18 июля Пьер Кюри получил успех в 400 раз более активный, чем с ураном. Кюри отметил, что соединения всех элементов, в том числе редчайших веществ, неактивны. 18 июля 1898 года Пьер и Мария Кюри писали в Труды Академии наук: «У нас есть новое радиоактивное вещество, содержащееся в смоле.» «Мы считаем, что вещество, которое мы извлекли из смоляной обманки, содержит ранее неизвестный элемент, аналогично висмуту в его аналитических свойствах. Если существование этого нового металла подтверждено, мы предлагаем его назвать полонием в честь родины»(P. Curie and M. Curie 1998). Общественность признала, что именно Кюри открыла радий. Символ По, написанный Пьером Кюри, появляется в записной книжке 13 июля. Название полония имело провокационное значение с 1795 года, будучи разделенным между Пруссией, Россией и Австрийской империей.

news4auto.ru

ПОИСК

    В 1896 г. Анри Беккерель открыл радиоактивность соединений урана, а в 1898—1902 гг. Пьер и Мария Кюри выделили из остатков руды после извлечения урана новый элемент—радий (На), радиоактивность которого оказалась в миллион раз выше радиоактивности урана. По химическим свойствам радий очень близок к барию. Попутно супруги Кюри выделили полоний (Ро), а вскоре после этого Дебьерн открыл еще один радиоактивный элемент — актиний (Ас). Позднее в 1934 г. Фредерик Жолио-Кюри и Ирен Кюри открыли явление искусственной радиоактивности в результате ядерных реакций. [c.30]     Явление естественной радиоактивности открыто французским ученым Анри Беккерелем в 1896 г. Большие исследования в этой области на рубеже XIX и XX столетий проводились во Франции супругами Марией Склодовской-Кюри и Пьером Кюри. Они в 1898 г. открыли естественно-радиоактивные элементы радий и полоний. [c.383]

    Однако к моменту открытия периодического закона только лишь стали утверждаться представления о молекулах и атомах. Причем атом считался не только наименьшей, но и элементарной (т. е. неделимой) частицей. Прямым доказательством сложности строения атома было открытие самопроизвольного распада атомов некоторых элементов, названное радиоактивностью. В 1896 г. французский физик А. Беккерель обнаружил, что материалы, содержащие уран, засвечивают в темноте фотопластинку, ионизируют газы, вызывают свечение флюоресцирующих веществ. В дальнейшем выяснилось, что этой способностью обладает не только уран. Титанические усилия, связанные с переработкой огромных масс урановой смоляной руды, позволили П. Кюри и М. Склодовской открыть два новых радиоактивных элемента полоний и радий. Последовавшее за этим установление природы а-, (5- н у-лучей, образующихся при радиоактивном распаде (Э. Резерфорд, 1899 —1903 гг.), обнаружение ядер атомов диаметром 10 нм, занимающих незначительную долю объема атома (диаметр 10 нм) (Э. Резерфорд, 1909— 1911 гг.), определение заряда электрона (Р. М и л л и к е н, 1909— 1914 гг.) и доказательство дискретности его энергии в атоме (Дж. Ф р а н к, Г. Г е р ц, 1912 г.), установление заряда ядра, равного номеру элемента (Г. Мозли, 1913 г.), и, наконец, открытие протона (Э. Резерфорд, 1920 г.) и нейтрона (Дж. Чедвик, 1932 г.) позво или предложить следующую модель строения атома  [c.23]

    Они открыли полоний и радий [c.270]

    П. Кюри и М. Склодовская-Кюри открыли полоний и радий, определили их атомные массы, физические свойства и место в периодической системе элементов установили характер радиоактивного излучения и его свойства. [c.659]

    Дальнейшие исследования, проведённые М. Склодовской-Кюри и П. Кюри, показали, что природные соединения урана обладают большей радиоактивностью, чем чистые препараты этого элемента. Это можно объяснить, предположив, что в природном минерале урана содержатся еще и другие радиоактивные элементы. Выделением их и занялись супруги Кюри, в результате чего им в 1898 г. удалось открыть полоний, названный так в честь родины М. Кюри — Польши, а затем, в том же году, и радий в виде соединений. Металлический радий был выделен в 1910 г. [c.49]

    Мария Кюри-Склодовская (1867—1934). Полька по рождению, училась в Париже, где познакомилась с Пьером Кюри, за которого вышла замуж. В сотрудничестве с мужем открыла полоний и радий, дав большой толчок разработке радиоактивности основала в Париже Институт радия — бессмертный памятник гениальным супругам Кюри. Ее исследоваиия радиоактивности очень многочисленны. Написала Курс радиоактивности (2 тома, 1910), Изотопия и элементы — изотопы (1924) и другие монографии по проблемам радиоактивности. В 1903 г. супруги Кюри вместе с Беккерелем получили Нобелевскую премию по физике, а в 1911 г. Мария Кюри получила Нобелевскую премию по химии [c.404]

    У. Рамзай и М. Траверс открыли криптон, неон и ксенон. П. и М. Кюри открыли полоний и радий и ввели термин радиоактивность . [c.575]

    Первым шагом в научном решении проблемы превращения элементов было открытие А. Беккерелем в 1896 г. радиоактивности урана. Два года спустя Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри обнаружили радиоактивность у тория и открыли два новых радиоактивных элемента — полоний и радий. Объяснение радиоактивности как следствия расщепления ядер (Резерфорд, Содди, 1903) показало, что химические элементы не являются вечными и неизменными, а могут превращаться друг в друга. С этого момента получила твердые научные основы и задача искусственного превращения элементов. Закономерности превращения ядер химических элементов изучает ядерная химия. [c.657]

    В 1896 г. французский физик А. Беккерель (1852— 1908) исследовал некоторые флюоресцирующие вещества, которые могли бы служить источниками проникающего излучения типа рентгеновского. Из множества изученных им веществ только соединения урана оказали воздействие на фотопленку, защищенную черной бумагой. Беккерель установил, что все соединения урана обладают способностью испускать лучи, по свойствам идентичные рентгеновским. В том же году Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри приступили к детальному изучению открытого Беккерелем явления. Исследуя урановую руду в том же 1898 г., они сообщили об открытии нового элемента — полония. Несколько позже ими же был открыт еще один элемент — радий, который обладал радиоактивностью, во много раз большей, чем уран. Свойство веществ давать самопроизвольное излучение было названо радиоактивностью. [c.32]

    Вскоре были открыты другие радиоактивные элементы. В 1898 г. Пьер и Мария Кюри открыли радиоактивные полоний и радий, а Шмидт обнаружил радиоактивность тория. В 1899 г. Дебьерн открыл актиний. В настоящее время в природе известно около 50 различных радиоактивных атомов, [c.575]

    В 1896 г. Беккерель впервые наблюдал природную радиоактивность он заметил, что соли урана оставляют следы на фотографической пластинке. Некоторое время спустя, Пьер и Мария Кюри открыли два новых элемента, обладающих теми же свойствами полоний и радий. [c.43]

    Исследуя радиоактивность урана, его солей и минералов, М. Склодовская-Кюри и П. Кюри открыли два новых радиоактивных элемента — полоний (назван в честь Польши — родины М. Кюри) и радий. Оказалось, что радиоактивность полония и радия во много раз сильнее, чем урана. Радиоактивные свойства обнаруживают элементы 43-й, 61-й, а также все элементы после 83-го. Эти элементы называют радиоактивными (см. стр. 72). [c.64]

    Ряд великих научных открытий был сделан за небольшой период всего лишь в несколько лет, начиная с 1895 г. Эти открытия привели к огромным изменениям как в химии, так и в физике. Рентгеновские лучи были открыты в 1895 г., радиоактивность — в 1896 г., и в том же году были выделены новые радиоактивные элементы — полоний и радий, а в 1897 г. был открыт электрон. [c.58]

    В самом конце XIX в. Мария и Пьер Кюри разработали особый способ анализа радиоактивных веществ и, пользуясь им, в 1898 г. открыли радий полоний. [c.9]

    После открытия в XIX столетии радия (Ra), полония (Ро) н других радиоактивных элементов при исследовании продуктов радиоактивного распада были обнаружены две разновидности свинца, одинаковые по свойствам, но различающиеся по атомному весу . Эти разновидности были названы изотопами, поскольку,согласно периодической системе элементов, они занимают в таблице одно и то же место. В 20-х годах В. Астон открыл, что существуют два вида неона (Ne), несколько отличающихся по температурам кипения, с атомным весом 20 и 22, Он сконструировал масс-спектрограф — прибор для качественного и количественного анализов, в котором поток ионов проходит через магнитное и электрическое поля, и в результате заряженные частицы с одинаковым отношением массы к заряду mje фокусируются в одно небольшое пятно, которое регистрируется на фотопластинке. Таким способом были определены отношения т/е для многих элементов. [c.38]

    Они открыли (1898 г.) в урановых рудах два новых и более мощных источника излучения, чем сам уран. Ими оказались радиоактивные элементы полоний и радий. Было найдено, что радий претерпевает многоступенчатый спонтанный распад, который заканчивается образованием стабильного свннца. Поскольку атомы свинца качественно отличаются от атомов радия, такое превращение элементов можно объяснить только тем, что атомы обоих элементов построены из одинаковых, более мелких, чем сами атомы, частиц. Это послужило основанием для глубокого теоретического и экспериментального изучения строения атома. [c.77]

    Десятилетний период, начавшийся в 1895 г., был периодом великих открытий. Рентгеновские лучи были открыты в 1895 г., радиоактивность — в 1896 г. ив том же году были выделены новые радиоактивные элементы полоний и радий квантовая теория была разработана в 1900 г., а квант света (фотон) был открыт Эйнштейном в 1905 г., т.е. в том же году, в котором Эйнштейн разработал теорию относительности. [c.57]

    В 1896 г. французский физик Анри Беккерель открыл радиоактивность урана. В 1898 г. Мария и Пьер Кюри открыли новые радиоактивные химические элементы — полоний и радий. [c.9]

    На долю женщин-ученых не так уж часто выпадае счастье открытия новых элементов. Всем известно имя Ма рии Склодовской-Кюри, которая открыла радий и полоний Менее известна Ида Ноддак (Такке), обнаружившая ре ний. Открытие элемента № 87 связано с именем еще одно женщины — француженки Маргариты Пере, кстати, уче ницы Марии Склодовской-Кюри. 9 января 1939 г. она за явила об открытии элемента № 87. Вернемся, однако, на зад почти на 70 лет и рассмотрим историю открытия этог( элемента более подробио. [c.308]

    Основание радиохимии было положено в 1898 г. М. и П. Кюри, открывшими и выделившими радий и полоний. В результате работы ученых различных стран в течение последующих примерно 15 лет было открыто большинство естественных радиоактивных элементов и накоплены сведения по их химии, а также по превращению радиоактивных изотопов одних элементов в другие. В этот период Ф. Содди и К. Фаянсом было установлено правило сдвига, а в 1913 г. появилось понятие изотопии (Ф. Содди). Все вновь открытые радиоактивные элементы находят место в периодической системе Д. И. Менделеева и в радиоактивных семействах (см. рис. 8.17). [c.13]

    В 1896 г. французский физик А. Беккерель обнаружил, что соли урана и урановая руда испускают какие-то лучи, которые действуют на фотопластинку, завернутую в черную бумагу, непроницаемую для обычных лучей, и ионизируют воздух. Продолжив изучение этого явления, Мария Склодовская-Кюри и ее муж Пьер Кюри открыли в 1898 г. два новых элемента — радий и полоний с атомными массами 226 и 210. Излучение у обоих открытых ими элементов было значительно сильнее, чем у урана. Позднее было обнаружено, что такими же свойствами обладают торий, актиний и другие элементы, стоящие в конце периодической системы Д. И. Менделеева. [c.30]

    Исследуя остатки урановой смолки, из которой у были удалены и радий и полоний, он обнаружил слаС излучение. Значит, знаменитая смолка содержала е] один новый элемент Такое предположение после откр тия радия и полония казалось естественным и неоспор [c.328]

    В 1896 г. Анри Беккерель (1852— 1908) открыл радиоактивность солей урана в 1898 г. Г. К. Шмидт наблюдал, что сопи тория также обладают способностью к радиационному излучению. Однако открытием, которое поистине революционизировало физику и химию, было открытие радия, осуществленное в 1898 г. в Париже супругами Пьером Кюри и Марией Склодовской , переработавшими несколько тонн остатков урановой смоляной руды в трудных условиях — при ограниченности средств и без подходящей лаборатории. Незадолго до этого супруги Кюри открыли полоний Вскоре открытия в группе радиоактивных элементов стали следовать одно за другим. В 1899 г. Дебьерн открыл актиний, в 1901 г. Гофман и Штраус — радиосвинец, в 1902 г. Гизель — эманацию (радон), в 1903 г. Марквальд — радиотеллур, в 1906 г. Болтвуд — ионий, в 1906—1907 гг. Ган — радиоактиний и мезо-торий. Эти открытия привели к основанию новой науки — науки о радиоактивности , в развитии которой, кроме упомянутых исследователей, принимали участие Мария Кюри (после трагической смерти Пьера Кюри), Дебьерн и их ученики в Париже Крукс, Рамзай, Резерфорд, Содди в Англии, Фаянс в Австрии, Дорн, Генрих и другие в Германии .  [c.415]

    Как уже отмечалось ранее (П1 2), почти одновременно с радием был открыт и другой радиоактивный элемент — полоний, характеризующийся длиной пробега испускаемых им а-частиц, равной 3,84 см, а с химической стороны являющийся аналогом теллура. Ближайшее изучение наведенной радиоактивности показало, что Ро содержится среди продуктов распада радона. С другой стороны, было известно, что радий всегда содержится в урановых рудах, причем последние обязательно содержат и один нерадиоактиБный элемент — свинец. Таким образом, естественно возникала мысль, что перечисленные элементы — и, Ка, Кп, Ро, РЬ, несмотря на различие их атомных масс и химических свойств, как-то родственно связаны друг с другом. Дальнейшая разработка вопроса подтвердила эго предположение оказалось, что все они действительно являются членами одного радиоактивного ряда, начинающегося с урана и кончающегося свинцом. Подобные же ряды известны для актиния и тория. Все три ряда показаны в приведенной на с. 492, 493 таблице. [c.494]

    Кюри ( urie) Пьер (1859—1906) — французский физик. Работал в области магнетизма и по изучению свойств кристаллов. Вместе с братом, Жаком Кюри, открыл новое явление — пьезоэлектричество. Последние годы жизни занимался исследованиями радиоактивности. Эти работы, проведённые им совместно с женою, М. Кюри-Склодовской, привел к открытию полония, радия и другим важным результатам. [c.160]

    Исследуя самопроизвольное излучение урана, обнаруженное А. Бек-керелем, М. Склодовская-Кюри и П. Кюри открыли (1898) радий и полоний и положили начало интенсивному изучению явления радиоактивности. Открытие ядерного строения атомов Э. Резерфордом (1911) и установление атомных номеров элементов по характеристическим спектрам элементов Мозли (1913) позволили определить, что между водородом и ураном должно находиться 90 элементов. Классические работы Н. Бора установили дискретное строение электронных оболочек. С развитием современной атомной физики периодический закон получил незыблемый теоретический фундамент. Создание квантовой механики Б. Гейзенбергом, М. Борном, П. Дираком, Э. Шредингером, Л. де Бройлем и другими выдающимися физиками нашего времени, открытие О. Стонером и В. Паули принципа заполнения электронных уровней и обнаружение спина электрона Гаудс-митом и Уленбеком завершили строгое теоретическое обоснование периодического закона. [c.10]

    Радиоактивное излучение урана и тория весьма слабо, его трудно уловить. Изучая радиоактивность минералов урана, Кюри обнаружила, что ряд минералов с низким содержанием урана, например смоляная обманка, обладают большей интенсивностью излучения, чем чистый уран. Кюри пришла к выводу, что в этом минерале кроме урана содержится еще какой-то радиоактивный элемент. Поскольку она знала, что все компоненты, содержащиеся в смоляной обманке в заметных количествах, нерадиоактивны, то неизвестный элемент, содержание которого заведомо было весьма низким, должен был быть чрезвычайно радиоактивным . В течение 1898 г. Мария и Пьер Кюри переработали большое количество смоляной обманки, пытаясь обнаружить новый элемент. И в июле того же года этот новый элемент был найден. В честь родины Марии Кюри его назвали полонием. В декабре был открыт еще один элемент — радий. Радиоактивность радня оказалась чрезвычайно высокой интенсивность его излучения в 300 ООО раз больше, чем у урана. Содержание радия в руде весьма мало. Так, из одной тонны руды супругам Кюри удалось получить только около 0,1 г радия. [c.146]

    Один из основателей учения о радиоактивности. Научные работы посвящены также исследованию кристаллических тел, магнетизму. Совместно с женой М. Склодовской-Кюри открыл (1898) полоний и радий, определил их атомные массы, физические свойства и место в периодической системе элементов установил характер радиоактивного излучения и его свойства. Независимо от А. Беккереля обнаружил (1901) биологическое действие радиоактивного излучения. Предложил использовать период полураспада для установления абсолютного возрабта земных пород. [c.32]

    Является одним из основоположников учения о радиоактивности. Пришла к выводу (1897), что радиоактивность солей урана обусловлена свойствами атомов урана. Совместно с П. Кюри открыла (1898) химические элементы полоний и радий, определила их атомные массы, физические свойства и место в периодической системе установила характер радиоактивного излучения и его свойства. Разработала метод извлечения этих элементов из отходов урановой руды. Высказала (1899) гипотезу о сущности радиоактивного излучения, ввела термин радиоактивность . Изучала (1899) действие радиоактивного излучения на живые клетки и впервые ввела в медицинскую практику облуче- [c.464]

    Радий был открыт в 1898 г. супругами Кюри и Вемопом ( urie, Bemont). Этот элемент был открыт на основании наблюдаемого ими явления, а именно, что существуют урановые минералы, гораздо более активные, чем это соответствует содержанию в них урана. На этом основании Кюри предположила, что аномально высокая радиоактивность этих минералов вызывается тем обстоятельством, что в них, кроме урана, содержится еще одно или несколько радиоактивных веществ. Благодаря этому супругам Кюри удалось выделить из урановой смоляной обманки сначала новый элемент — полоний (см. стр. 808) и вскоре и второй новый элемент — радий.  [c.274]

    Радий (Ra) радиоактивный серебристо-белый блестящий металл, быстро тускнеющий на воздухе. Существование радия предсказано Д. И. Менделеевым в 1871 г. Об открытии соединений радия сообщили в 1898 г. супруги Пьер Кюри и Мария Кюри-Склодовская. Тщательное изучение урановой смолки позволило открыть сначала полоний, а чуть позже и радий. Металлический радий впервые получили в 1910 г. М. Кюри-Склодовская и французский химик Дебьерн. Они использовали метод электролиза водного раствора хлорида радия с ртутным катодом с последующей перегонкой амальгамы радия. В ходе выделения радия за его появлением следили по излучению, отсюда элемент получил свое название (от латинского radius — луч). [c.120]

    Одновременно с возникновением рентгеновых лучей в разрядной трубке наблюдается свечение ее стеклянной оболочки (флюоресценция) видимым светом. Это дало повод французскому физику Беккерелю предположить, что флюоресценция всегда связана с возникновением невидимых проницающих лучей. Для проверки этой гипотезы он взял соль металла урана, флюоресцирующую на свет)у зеленым светом, и положил кучку ее кристалликов на фотопластинку, завернутую, в черную бумагу. При проявлении фотопластинки, на ней выступило черное пятно как раз в том месте, над которым на ней только что лежали кристлллики урановой соли. Таким образом, руководствуясь ложной идеей и случайно избрав для, ее проверки из числа флюоресцирующих веществ именно урановую соль, Беккерель открыл явление радиоактивности ( радиус — луч). За работой Беккереля последовали фундаментальные работы Марии Склодовской-Кюри и Пьера 1Кюри. Ими было доказано, что радиоактивность есть свойство, проявляющееся у урана в одинаковой степени, независимо от того, находится ли уран в свободном состоянии или в соединениях с какими-либо другими элементами. При этом в составе урановой руды были открыты новые, ранее неизвестные элементы, несравненно в большей степени радиоактивные, чем уран радий (в переводе — лучистый ) и полоний ( польский ). [c.124]

    Этот недостающий элемент был открыт в 1898 г. М. Кюри и П. Кюри [С45, С48], в результате сделанного М. Кюри наблюдения, что радиоактивность урановой смолки (руда, содержащая окисел идОд, источник получения природных радиоактивных элементов) оказалась в 5 раз больще, чем следовало по содержанию в ней урана. М. Кюри и П. Кюри переработали большие количества урановой руды из Иоахимсталя. Сильно радиоактивное вещество было осаждено из растворов в соляной кислоте при использовании в качестве носителя сульфида висмута затем это вещество было сконцентрировано путем дробного гидролитического осаждения нитрата висмутила, причем процесс концентрирования контролировался по измерениям радиоактивности. Химические эксперименты, проведенные со следами вещества, показали, что это радиоактивное вещество является новым элементом, и М. Кюри дала ему название полоний (символ Ро) в честь своей родины Польши. Полоний был первым элементом, открытым с применением радиохимических методов, и проведенное Кюри исследование процесса выделения полония и радия из урановой руды положило начало новой науке— радиохимии. Огромные возможности этого нового метода исследования были показаны, в диссертации М. Кюри [С48], несомненно являющейся одной из наиболее замечательных работ, когда-либо представленных на соискание докторской степени. [c.159]

    Мария Кюри-Склодов-ская и ее муж Пьер Кюри открыли два новых радиоактивных элемента. Один из них был назван радием, а другой получил назва- 1ие полония, в честь родины Кюри-Склодов-ской — Польши. [c.243]

chem21.info

РАДИЙ

Содержание статьи

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.

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)h3O – 27 пА; редкий природный минерал хальколит (торбернит) красивого зеленого цвета Cu(UO2)2(PO4)2·(8–12)h3O – 52 пА; желтый минерал карнотит K2(UO2)2V2O8·3h3O – 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.

Стало ясно, что в урановой смолке присутствует неизвестный радиоактивный элемент (или несколько элементов). Тщательный химический анализ этого вещества привел в 1898 к открытию нового радиоактивного элемента – полония.

В первом исследовании урановой смолки супруги Кюри упустили важное обстоятельство. Оказалось, что если из азотнокислого раствора осадить сульфат бария (потом его перевели в растворимый хлорид), он обнаруживает радиоактивность. Стало очевидным, что это еще один радиоактивный элемент – на этот раз аналог не висмута, а бария. Для того чтобы сконцентрировать этот элемент, был использован метод многократной перекристаллизации – тот самый, с помощью которого были разделены очень близкие по свойствам редкоземельные элементы. В данном случае он был основан на разной растворимости солей бария и радия. Так, в 100 г воды при 20° С растворяется 35,7 г хлорида бария, а хлорида радия – почти в два раза меньше, поэтому если из раствора выделить в осадок 1/3 хлорида бария, то хлорида радия выделится 2/3. По этому методу (он называется фракционной кристаллизацией) раствор хлоридов частично выпаривают до образования кристаллов, в которых доля радия выше, чем в растворе. Эти кристаллы снова растворяют и повторяют все сначала. Таким образом, доля радия в выпадающих кристаллах постепенно растет. Раствор, обедненный радием, не выбрасывают, а подвергают дробной кристаллизации. Кроме бария и радия (и урана) исходный минерал содержал довольно много свинца, кремния, тантала, протактиния, железа, тория, актиния, полония, и все эти элементы следовало предварительно отделить от бария (с ничтожной примесью радия). Этот метод требует очень большого числа операций, но другого способа выделить новый элемент не было. На каждой стадии соответствующую фракцию с помощью электрометра проверяли на радиоактивность и таким образом контролировали степень обогащения.

Постепенно супруги Кюри (с помощью Бемона) получили препарат бария, который был в 60 раз активнее, чем чистый уран, после еще нескольких перекристаллизаций – уже в 900 раз более активный, Но опыты пришлось прекратить: последняя, самая активная, фракция была такой маленькой, что дальше работать с ней было уже невозможно – для выделения нового элемента нужны были не граммы, и даже не килограммы руды, а тонны.

26 декабря 1898 была опубликована статья Мосье Пьера Кюри, мадам П. Кюри и мосье Г.Бемона, О новом сильно радиоактивном веществе, содержащемся в урановой смолке, в которой сообщалось, что был исследован спектр обогащенного препарата, который был в 60 раз активнее урана, и в нем обнаружена едва заметная новая линия в ультрафиолетовой области (длина волны 381 нм), эта же линия была отчетливо видна в последнем образце, в 900 раз более активном, чем уран. Интенсивность спектральной полосы была пропорциональна радиоактивности препаратов, что служило хорошим доводом приписать ее новому радиоактивному элементу. Его решили назвать радием. Попытки определить атомную массу нового элемента (без этого химики не признали бы его за новый элемент, а не радиоактивный изотоп бария) дали значение, почти не отличающееся от бария. Вывод в статье был однозначным: «В новом веществе все еще очень велико содержание бария. Поэтому радиоактивность радия должна быть огромной».

С этой радиоактивностью не все было в порядке. Так, 13 июля 1899 П.Кюри отметил в лабораторном журнале непонятный факт – препарат сульфата радия, активность которого в начале года составляла от 150 до 200 единиц, в середине июля показывал уже 600. На той же странице – аналогичная запись М.Кюри – карбонат радия с активностью 1200 вдруг через полгода показал активность 3000. Объяснить это супруги не могли, лишь впоследствии из работ Резерфорда стало известно, что из радия образуются другие короткоживущие радиоактивные элементы, так что только a-активность радия должна примерно через три недели увеличиться вчетверо. Но при одном условии: препарат должен находиться в закрытом сосуде, так как первый продукт превращения радия – газообразный радон.

Определение атомной массы даже самого активного препарата давало значение, мало отличающееся от атомной массы бария (137). Это означало, что концентрация радия в урановой смолке очень мала. Значит, для выделения нового элемента нужно будет переработать очень много дорогого минерала, которого у них в нужном количестве не было, и сколько его потребуется, не знал никто. В статье от 26 декабря было примечание, в котором говорилось, что «профессор Венского университета мосье Зюсс любезно согласился уговорить австрийское правительство выслать в Париж 100 кг отходов от переработки урановой смолки на шахтах Иоахимсталя».

Как выяснилось, и 100 кг было мало. Урановую смолку добывали в Богемии (латинизированное название Чехии), вблизи знаменитых шахт Иоахимсталя (ныне – город в Чехии Яхимов). Урановую руду сплавляли с содой при доступе воздуха. Плав обрабатывали сначала водой – уран при этом переходил в раствор в виде карбонатного комплекса, затем разбавленной серной кислотой – получался сульфатный комплекс урана. Соединения урана использовали для производства дорогого богемского уранового стекла и глазури по фарфору. Остаток руды после извлечения урана, который содержал весь радий, выбрасывали, и постепенно скопились целые горы отходов, которые сваливали в ближайшем сосновом лесу. Супруги Кюри в конечном счете получили не 100 кг, а более 10 тонн.

Сейчас на стене Парижской Высшей школы физики и химии укреплена памятная доска с надписью: «В 1898 году в лаборатории этой Школы Пьер и Мария Кюри, при помощи Густава Бемона, открыли радий».

Выделение радия.

Работа предстояла огромная – химическая переработка (вручную) многих тонн материала; она заняла четыре года. Вначале остатки кипятили с большим избытком концентрированного раствора соды – при этом содержащиеся в них не растворимые ни в воде, ни в кислотах сульфаты бария и радия (и частично кальция) переходили в карбонаты: Ba(Ra)SO4 + Na2CO3 ® Ba(Ra)CO3 + Na2SO4. Раствор Na2SO4 сливали, а осадок карбонатов бария и радия уже легко растворялся в разбавленной соляной кислоте: Ba(Ra)CO3 + 2HCl ® Ba(Ra)Cl2 + CO2 + h3O. Раствор отфильтровывали от примесей и добавлением серной кислоты из него снова выделяли сульфаты кальция, бария и радия – их получалось от 10 до 20 кг из тонны исходного вещества. Затем весь цикл повторяли, пока не получались чистые соли бария и радия (примерно 8 кг из тонны), отделенные от более растворимого кальция. Использовали и другие химические приемы, необходимые для отделения радия от следов других радиоактивных элементов. Так, свинец, висмут и сопровождающий его полоний осаждали сероводородом в виде нерастворимых сульфидов. Актиний осаждался вместе с железом, алюминием и редкоземельными элементами с помощью раствора аммиака. Затем методом дробной кристаллизации выделяли все более чистую соль радия. По мере увеличения доли радия выпадающие вначале бесцветные кристаллы со временем под действием собственного излучения желтели, затем становились оранжевыми или розовыми, а после растворения снова дали бесцветный раствор.

Сама Кюри много лет спустя призналась, что не уверена, проявила ли бы она такую настойчивость, если бы знала, как мало радия содержится в руде и какая титаническая работа предстоит для получения хотя бы мизерного его количества. Для работы директор Школы выделил им старый сарай с застекленной крышей, где раньше была прозекторская. По подсчетам австрийского физика Стефана Мейера (1872–1950) М.Кюри пришлось переработать вручную свыше 11 тонн отходов, неудивительно, что к вечеру она буквально падала от усталости. Тем не менее, впоследствии она признавалась, что именно в этом сарае провела свои лучшие и счастливейшие годы.

Затем появились помощники и работа пошла быстрее.Весной 1902, после переработки тонны урановых отходов, масса радия (в виде RaCl2) достигла 0,1 г. Позднее подсчитали, что тонна урановой смолки теоретически содержит 0,17 г радия в виде хлорида. Таким образом, потери оказались сравнительно невелики, если учесть колоссальный объем работы в неподходящих условиях и исключительно малое содержание радия в руде: 34 миллионные доли процента. Это и позволило В.Маяковскому написать известные строчки:

Поэзия –

та же добыча радия.

В грамм добыча,

в год труды.

Изводишь,

единого слова ради,

Тысячи тонн

словесной руды.

Чистота препарата была подтверждена Демарсе с помощью спектрального анализа. Полученного вещества было достаточно, чтобы определить атомную массу радия традиционным методом: точную навеску RaCl2 растворяли, осаждали нитратом серебра нерастворимый AgCl, который высушивали и взвешивали. Получилось 225 – именно это значение стояло на месте предполагаемого, еще не открытого элемента в таблице, помещенной Менделеевым в первом издании своего учебника Основы химии.

После переработки восьми тонн у М.Кюри был уже целый грамм радия. Активность нового элемента оказалась в миллион (!) раз выше, чем у урана. Под действием его излучения светились алмазы, а бумага и хлопчатобумажная ткань разрушались, на коже появлялись ожоги, а потом язвы. Необычные свойства нового элемента требовали все больших его количеств. К концу 1903 Кюри имели уже 10 тонн отходов из 20, зарезервированных для них при содействии Венской академии наук. Возросли и расходы на доставку – их оплатил банкир Эдмонд Ротшильд. Исходного сырья стало так много, что обработать его в сарае было уже невозможно. Пьер Кюри организовал первоначальную обработку отходов на химическом заводе в Ножан-на-Марне – небольшом городке к востоку от Парижа. На нем использовали несколько упрощенную методику Марии Кюри, а дробную кристаллизацию осуществляли не с хлоридами, а с бромидами бария и радия (для них коэффициент разделения оказался выше). Промышленную добычу радия консультировали супруги Кюри и их друг и коллега французский физикохимик Андре Луи Дебьерн (1874–1949), который в 1899 открыл в урановой смолке еще один радиоактивный элемент – актиний. Финансовую помощь пришла из нескольких источников (среди них были и анонимные). Французская академия наук предоставила грант в 20 000 франков (около 4000 долл.). Когда в других странах также начались работы по добыче радия, супруги Кюри могли заработать намного больше, чем получили за Нобелевскую премию. Однако они отказались взять патент на свое открытие, хотя цена радия уже достигла 750 тыс. франков за грамм. Кюри безвозмездно снабжала своим радием всех ученых, которые хотели изучать это замечательное вещество. Супруги Кюри убедили Беккереля вернуться к исследованию радиоактивности нового элемента. Он доказал, что сильно отклоняемые магнитным полем b-лучи идентичны «катодным лучам», т.е. представляют собой быстро летящие электроны.

По мере увеличения количества добытого радия стало возможным более подробно исследовать его свойства, а также свойства его соединений. Оказалось, что под влиянием собственного излучения как сами бесцветные соединения радия, так и стеклянные сосуды, в которых они хранятся, со временем темнеют. Все соединения радия в темноте испускают голубоватое свечение (светятся возбужденные атомы азота).

Пьер и Мария Кюри обнаружили потемнение стекла под влиянием излучения радия (сейчас стекла для очков тонируются тоже с помощью радиации). Немецкий физик Ф.О.Гизель обнаружил, что лучи радия окрашивают и природные кристаллы каменной соли (NaCl) и плавикового шпата (CaF2). Он же показал, что RaBr2 окрашивает пламя в карминовый цвет (как стронций), а в спектре радия есть линии в красной, сине-зеленой и фиолетовой областях спектра.

В 1904 Пьер Кюри в Королевском институте в Лондоне продемонстрировал, как писали английские ученые, «поразительный эксперимент». Ему помогал английский физик и химик Джеймс Дьюар (1842–1923), который в 1898 впервые получил большое количество жидкого водорода и изобрел «сосуды Дьюара» для хранения сжиженных газов (в быту их называют «термосами»). Эксперимент показывал, что излучение радия и выделяемая им теплота не меняются при охлаждении до температуры жидкого воздуха (около –190° С) и даже жидкого водорода (–252,8° С). Измерения показали, что сам радий (за счет a-излучения) выделяет в час более 105 Дж/г, а радий вместе с продуктами его распада – почти 590 Дж/ч, причем на долю a-частиц приходится около 89%, на долю b-частиц – 4,5%, остальное дает g-излучение.

В 1910 М.Кюри и Дебьерн впервые получили металлический радий. Они использовали метод, примененный ранее для выделения бария. Для этого водный раствор RaCl2 был подвергнут электролизу с ртутным катодом и платино-иридиевым анодом. Образовавшуюся на катоде амальгаму радия нагревали в потоке водорода, постепенно повышая температуру до 700° С (почти до плавления радия), чтобы отогнать ртуть (она кипит при 357° С).

На Международном конгрессе по радиоактивности и электричеству, собравшемся в Брюсселе в 1910, М.Кюри была поручена подготовка международного эталона радия; он был нужен в качестве стандарта радиоактивности. Несмотря на заметное ухудшение здоровья (помимо переутомления, начала сказываться лучевая болезнь, о которой в то время ничего не знали и потому не предпринимали никаких мер безопасности), Мария приготовила эталон в течение одного месяца. В последующие годы на основании этого эталона были изготовлены многочисленные вторичные эталоны, которые были переданы в Австрию, Германию, Англию, Францию, США, Канаду, Швецию, Японию, Португалию, Данию, Бельгию, Чехословакию, Венгрию, СССР, Австралию Конгресс, свидетельству английских физиков, дал название единице радиоактивности «кюри» в честь Марии Кюри. Однако сама Мария писала, что «конгресс пожелал дать этой единице название кюри, чтобы почтить память Пьера Кюри и его труды в области радиоактивности».

В ноябре 1911 года впервые Нобелевская премия была вручена повторно. Как было отмечено в протокольном решении Шведской академии наук, премия по химии присуждалась «Марии Склодовской-Кюри в знак признания ее вклада в развитие химии, который она внесла открытием радия и полония, определением свойств радия и выделением радия в металлической форме, и, наконец, за ее эксперименты с этим элементом».

«Радиевый бум».

Отказ супругов Кюри на извлечение материальных выгод из своего открытия открыл дорогу к получению и применению радия для ученых всех стран. Начали выходить специальные журналы, посвященные радию и радиоактивности. В 1913 осуществилась мечта Пьера Кюри – в Париже был организован Институт радия. Руководителем одной из двух его лабораторий была Мария Кюри. В том же году был основан Национальный институт радия в США. Еще раньше, в 1910, Институт радия открылся в Вене, его директором был назначен Стефан Мейер. В 1913 лаборатория по радиоактивности открылась в Варшаве. В 1932 при активной помощи сестры Марии Брониславы был создан варшавский Институт радия (ныне – Онкологический институт имени Марии Склодовской-Кюри). В 1922 Радиевый институт был основан в Петрограде; его директором стал В.И.Вернадский (1863–1945). За год до этого в нашей стране первые препараты радия из отечественной ферганской руды получили радиохимик Виталий Григорьевич Хлопин (в будущем – академик и директор Института) и физикохимик и металлург Иван Яковлевич Башилов (1892–1953), предложивший технологию извлечения радия, урана и ванадия (эти элементы содержатся в минерале карнотите).

Когда выяснилась возможность использования радия в медицине, в мире развернулась настоящая «радиевая лихорадка». На всех континентах интенсивно велся поиск и добыча радиоактивных урановых руд, из которых радий добывали в основном по методу М.Кюри.

Цена на радий начала стремительно расти и вскоре значительно превысила стоимость алмазов (в середине 1910-х – почти 180 тыс. долл. за грамм). При тогдашней цене золота (35 долл. за унцию) 1 г радия стоил столько же, сколько 160 кг золота.

Резкое подорожание радия в начале века было связано также с тем, что в конце 1903 австрийское правительство наложило эмбарго на вывоз из Иоахимсталя как самой урановой руды, так и остатков от ее переработки и вскоре само построило там завод по добыче радия. К 1910 на нем получили уже 13 граммов радия, и до 1922 этот завод оставался европейским лидером по производству радия. Огромная цена радия стимулировала поиск его руд и добычу на всех континентах. В 1920–1930-е один за другим открывались новые предприятия по переработке урановых руд и добыче радия – как на своем сырье, так и на привозном. Завод в Ножане, организованный еще Пьером Кюри, работал на разнообразном сырье: урановую смолку ввозили из Венгрии, Швеции, Канады и Колорадо, отенит добывался в самой Франции, а также привозился из Португалии, хальколит – из Богемии, карнотит – из Португалии и Юты (США), а торианит (содержащий уран ThO2) – даже из Цейлона. Добывали торианит и в Японии. В Лондоне перерабатывали руду, добываемую на шахтах юго-западной оконечности Англии (полуостров Корнуолл), часть этой руды перевозили также на переработку во Францию. На заводе близ Стокгольма радий добывали из собственных урансодержащих сланцев и урановой смолки из Норвегии (которая в 1905 стала независимой). В Австралии радий получали из руд, найденных в южных пустынях...

Россия включилась в гонку в 1910, переработку вела частная компания в Фергане, хотя руда оказалась довольно бедной. Во время войны работа прекратилась, но после революции был построен уже государственный завод на Каме, а в 1931 – еще один в Москве. Есть и позорные страницы в отечественной истории радия. Еще в 1930-е малограмотный горнорабочий И.Г.Прохоров начал рассказывать и писать в высокие партийные инстанции о своей мифической встрече в 1914 в Восточной Сибири с Марией Кюри, которая якобы лично подтвердила наличие богатых радиево-урановых месторождений в Минусинском уезде Енисейской губернии. Этот рассказ (вошедший даже в серьезные научные сборники) впоследствии был использован органами госбезопасности СССР для массовых репрессий против советских геологов в 1949 под предлогом сокрытия ими радиево-урановых месторождений.

С 1913 по 1922 основным поставщиком радия на мировой рынок были США. Радий там добывался в штате Колорадо, а его извлечением занималось несколько компаний, лидером была «Стандард Кемикл», которая извлекала радий из карнотитовых руд. Пик добычи пришелся на 1921 – 35 г радия, всего же с 1913 по 1923 США получили 196 г радия. Теперь уже уран выбрасывался как ненужный балласт или продавался за бесценок: основной целью был радий.

Но вскоре радиевая промышленность США пришла в упадок: с 1921 начали разрабатываться месторождения в Бельгийском Конго (провинция Катанга), и в 1922 в Бельгии заработал завод близ Антверпена. Африканская руда оказалась очень богатой: она содержала в среднем 50% оксида урана, и если для получения 1 грамма радия в США надо было переработать 300–400 тонн карнотитовой руды, то заводу в Бельгии для того же требовалось всего 10 тонн. С 1922 по 1933 там было выделено 326 г радия. Пик добычи пришелся на конец 1920-х – 60 г радия в год. Но и бельгийцам пришлось сократить производство ввиду сильной конкуренции со стороны Канады. Руду там добывали с 1932 на побережье Большого Медвежьего озера, добыча радия в 1938 достигла 75 г. Данные за последующие годы были засекречены, так как отражали добычу нового стратегического сырья – урана, известно только, что производство радия в Канаде продолжалось до 1954, а в Бельгии – до 1960. С 1930-х весь рынок радия был под контролем бельгийских и канадских компаний. В небольшом количестве радий производили также в Англии, Франции, СССР. В Чехословакии его добывали (в Яхимове) вплоть до 1937.

Общее количество добытого радия увеличивалось быстрыми темпами. Если к 1916 во всем мире было получено 48 г радия, то через 10 лет его было уже 340 г. Постепенное накопление мировых запасов радия, который практически не расходуется (за 10 лет его количество уменьшается за счет распада менее чем на 0,5%), привело к быстрому снижению цены более чем вдвое к началу 1920-х, а затем еще в несколько раз в последующие десятилетия.

Тем не менее, радий оставался очень дорогим элементом. В настоящее время радия накоплено около 3 кг, и больше его практически не добывают. Более того, при переработке урановых руд радий считается вредным побочным продуктом, требующим безопасного захоронения!

Применение радия.

В течение многих десятилетий радий применялся в основном в медицинских целях и лишь в очень малых количествах – для научных исследований. Излучением радия лечили прежде всего злокачественные опухоли, для этого использовали содержащие радий иголки, трубочки или пластинки; их накладывали на больное место или же хирургическим путем вводили на некоторое время прямо в опухоль. Когда цена радия снизилась, в некоторых больницах стали использовать «радиевые пушки» с дистанционным облучением пациентов, они содержали несколько граммов радия. Конечно, не обошлось и без шарлатанов, которые предлагали «чудодейственный радий» от всех недугов – начиная с психических заболеваний и кончая бессонницей. Дошло до продажи «радиевых удобрений», якобы повышающих урожай. В результате некоторые поля в США, Канаде и Франции были «удобрены» радиоактивными веществами.

Широко применялся радий и для получения светящихся составов; с этой целью соли радия смешивали с подходящим люминофором (см. ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ. СВЕЧЕНИЕ ВЕЩЕСТВ). Такие составы наносили на стрелки часов и компасов, на шкалы военных приборов и даже на предметы быта, не подозревая об опасности. В таких покрытиях обычно использовали сульфид цинка, содержащий от 0,0025 до 0,03% радия. Использовали также способность радия ионизировать воздух и таким образом снимать статический заряд, предотвращая возможность воспламенения горючих паров. В 1930-х в США производились даже ткани из искусственного шелка «с радием», который снимал статическое электричество и предотвращал их слипание. Все это прекратилось, когда стала широко известна опасность радиоактивного облучения и лучевой болезни, более того, после взрыва первых ядерных бомб всеобщее увлечение «радием» и радиацией сменилось прямо противоположной и тоже не всегда обоснованной радиофобией.

Сейчас радий находит лишь ограниченное применение и для этого его накопленных запасов более чем достаточно. В медицине радий иногда используют для кратковременного облучения при лечении злокачественных заболеваний кожи, слизистой оболочки носа, мочеполового тракта. Радий используют и как источник радона для приготовления радоновых ванн. Радий можно использовать и в компактных источниках нейтронов, для этого небольшие его количества помещают в ампулу вместе с бериллием, под действием альфа-излучения (ядер гелия) из бериллия выбиваются нейтроны: 9Be + 4He ® 12C + 1n. Однако сейчас есть множество более дешевых радионуклидов с нужными свойствами, которые получают на ускорителях или ядерных реакторах, например, 60Co (с периодом полураспада t1/2 = 5,3 года), 137Cs (t1/2 = 30,2 года), 182Ta (t1/2 = 115 сут), 192Ir (t1/2 = 74 сут), 198Au (t1/2 = 2,7 сут). В приборах постоянного свечения радий также заменяют теперь тритием (t1/2 = 12,3 года) или 147Pm (t1/2 = 2,6 года).

Радий сильно токсичен; допустимая его концентрация в воздухе исчезающе мала – не более 10 мг/км3 или 10–11 г/м3. При такой концентрации в 1 м3 происходит чуть больше двух распадов атомов радия в секунду. Работа с радием и его препаратами, как и с другими радиоактивными веществами, требует строгого соблюдения защитных мер.

Илья Леенсон

www.krugosvet.ru


Смотрите также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>