Некоторые вещества; обладают поразительным свойством: если такое вещество подвергнуть освещению солнечными лучами, светом кварцевой лампы или другого сильного источника света, то после освещения долгое время оно светится. Это явление называют фосфоресценцией. Оно было открыто в 1602 г. болонским сапожником Винченцо Каскаролло.
Светящиеся составы временного действия впервые были получены более 300 лет назад в Италии в Болонье (откуда произошло и название их "болонские фосфоры") путем прокаливания с углем тяжелого шпата (сернокислый барий), содержащего фосфоресцирующие примеси.
Шли десятилетия. В научных журналах изредка появлялись сообщения о новых фосфоресцирующих веществах, новых опытах и наблюдениях. Однако подобные сообщения не обращали на себя внимания, не вызывали научных споров, почти не замечались. В числе исследователей, интересовавшихся явлением фосфоресценции, находился тогда еще мало кому известный парижский профессор Анри Антуан Беккерель. Его имя, однако, вскоре стало известно в научных кругах не только Франции, но и других стран. Этому способствовало следующее событие.
4 января 1896 г. выдающийся немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген подробно описал недавно открытые им лучи, обладающие большой проникающей способностью. Эти лучи, названные Рентгеном на заседании Германского физического общества икс-лучами, совершенно свободно проникали через бумагу, дерево, человеческое тело и даже через металлы. Вскоре весть об открытии "таинственных" лучей стала достоянием не только ученых, но и многих любителей естествознания. После же сообщения о том, что предприимчивый врач с помощью рентгеновских лучей определил положение пули в теле пациента и, успешно проведя операцию, спас больного, икс-лучи получили особенную популярность. В модных салонах демонстрировались схемы приборов для получения икс-лучей, а нередко в порядке развлечения показывались на экране "изображения" скелетов тех, кто желал "просветиться". Между прочим, героями таких "скелетных сеансов" очень часто являлись светские дамы.
Возможность получения изображения "скелета" объясняется тем, что лучи, открытые Рентгеном, неодинаково проникают через различные вещества. Кости организмов, а также металлы поглощают эти лучи сильнее, чем кожа, мышцы, мягкие ткани тела или одежда.
Открытие Рентгена послужило толчком и для работ Беккереля. Зная, что икс-лучи, или лучи Рентгена, как называют их обычно теперь, испускаются из светящейся части рентгеновской трубки, Беккерель решил проверить, не являются ли фосфоресцирующие вещества источником лучей Рентгена.
Для проверки этого предположения Беккерель исследует ряд известных, способных к фосфоресценции веществ. Для этого он освещает их солнечными лучами. Пользуясь способностью лучей Рентгена проникать через различные материалы, он помещает исследуемое вещество на фотопластинку, завернутую в черную, не пропускающую обычный свет бумагу. Однажды, когда день оказался пасмурным и осветить очередной образец исследуемого вещества солнечным светом Беккерелю не удалось, он в конце рабочего дня положил подготовленный образец и фотопластинки в черной бумаге в шкаф.
Четыре последующих дня были типичными для парижского января: на небе низко висели тучи, было пасмурно, моросил дождь. На пятый день утром он взял из шкафа образец и фотопластинки для исследования. Каково же было удивление Беккереля, когда при проявлении пластинок вместо мутного расплывчатого и даже сомнительного пятна обнаружился четкий, необыкновенно черный отпечаток лежавшего на пластинках кусочка вещества. Возник вопрос: почему же пластинка почернела, ведь образцы не освещались, никогда не давали таких черных пятен! А если спрятать и вещество и закрытую пластинку в совершенно темную комнату?
Беккерель провел еще один опыт, но результат был прежним. Против кусочка исследуемого вещества, а им было соединение урана, на пластинке красовался четкий отпечаток! Еще опыт, повторение его, новые условия. Все по-прежнему! Опыты повторялись со многими веществами, но только те, которые содержали уран, давали четкое пятно на закрытой фотопластинке, причем интенсивность почернения пластинки была прямо пропорциональна количеству содержащегося в данном веществе чистого урана и времени контакта. Уран, казалось, являлся единственным виновником почернения фотопластинок. Беккерель и сделал подобное заключение. Но вскоре же ему пришлось от него отказаться. Произведя исследование урановой руды, известной под названием смоляной обманки из Богемии, Беккерель обнаружил, что она действует сильнее, чем; следовало ожидать по количеству содержащегося в ней урана. Этого Беккерель не мог понять и тем более объяснить.
Фотопластинка оказалась все же не очень удобным инструментом для определения "урановых лучей". И нужен был удобный и доступный метод количественного определения потока лучей. Эту задачу успешно разрешил физик, профессор Пьер Кюри. Оказалось, что под действием ("урановых" лучей воздух становится проводником электричества. Чем больше этих лучей попадает в пространство между двумя заряженными электричеством металлическими пластинками, тем быстрее они теряют свои заряды.
Прибор был создан, его необходимо было использовать при изучении таинственных "урановых" лучей. За решение этой задачи принимается Мария Склодовская - жена Пьера Кюри. Полагая, что повышенная активность богемской руды объясняется наличием в ней неизвестного Элемента, Мария Склодовская занялась его поисками. Вскоре была одержана первая победа: Мария Склодовская установила, что лучи, подобные урану, испускаются не только соединениями урана, но и тория. Но ... и активность некоторых соединений тория была сильнее, чем следовало бы ожидать, судя по содержанию чистого тория. Это укрепляло ранее высказанную Марией Склодовской мысль о наличии в природе пока еще неизвестного радиоактивного химического элемента. Поиски его стали целью жизни супругов Кюри.
В большом количестве книг, статей, рассказов образно излагается история огромного, поистине героического труда по отысканию этого элемента. Два года шла работа в тяжелых, буквально нечеловеческих условиях труда - в сарае с дырявой крышей и асфальтовым полом. Руками двух самоотверженных людей были переработаны тонны урановой руды, полученной с большим трудом у австрийского правительства, и выделены первые крупинки солей нового элемента - полония. Соединения полония обладали огромной активностью и мощным излучением, но это был еще не чистый полоний. В нем также были примеси. Как выделить их? Как определить свойства, если крупинки соли по размерам не превышают булавочную головку? И снова за работу! Проходят еще пять месяцев, и супруги Пьер и Мария Кюри добиваются новой победы. Они получают около одной десятой грамма соли таинственного элемента. За необычайную способность к лучеиспусканию они назвали его радием (от слова "радиус" - "луч"). Само явление испускания лучей было названо радиоактивностью.
В 1910 г. электролизом хлористого радия был получен радий в чистом виде. По внешнему виду он не отличается от большинства металлов, имеющих серебристо-белый цвет, однако по свойствам радий не имеет себе подобных. Его активность в миллион с лишним раз больше активности урана, соли светятся в темноте, непрерывно излучают тепло. Количество тепла, выделяемого при этом граммом радия, в 250 000 раз больше, чем при сгорании такой же порции угля.
Новый элемент обладал необыкновенным физиологическим действием, которое впервые заметил Беккерель. Перевозя крупинку радия в Лондон для демонстрации в Лондонским королевском обществе, Беккерель некоторое время носил ампулу в кармане жилета. Вскоре он ощутил сильное жжение на теле против кармана и при осмотре обнаружил сильную красноту, похожую на пятно от ожога. Изучая действие радия на организм, Пьер Кюри добровольно подверг себя эксперименту. Он привязывал ампулу с солью радия к руке и убедился в способности вещества вызывать долго не заживающие язвы.
Радий разрушает не только здоровые ткани, но убивает и злокачественные новообразования, излечивая поверхностный рак кожи. Такие свойства давали надежду на успешную борьбу с болезнью, против которой человек не имел еще действенных средств.
В 1904 г. французский промышленник Армэ де Лиль высказал смелую для того времени мысль об организации... завода по добыче радия для медицинских целей. Проект де Лиля был претворен в жизнь, чему во многом способствовали супруги Кюри, подготовившие для этого тонкого производства опытных сотрудников. Радий стал поступать в продажу, правда, в минимальных количествах и по баснословно высоким ценам. Несмотря на это, он стал доступным для науки. Число ученых, работающих над изучением свойств радия, увеличивается с каждым годом. Опыты с радием вели десятки ученых. Они установили, что лучи радия являются сложными и способны под действием магнитного и электрического полей разлагаться на составляющие их лучи. Эти составляющие по начальным буквам греческого алфавита были названы альфа-, бета- и гамма-лучами.
Оказалось, что альфа- и бета-лучи являются потоком материальных частиц. Откуда же они исходят? Где тот неисчерпаемый источник, который, не истощаясь, непрерывно рождает иx? Ответ был необычен: атомы радия распадаются! То, что на протяжении столетий считали нерушимым, неделимым, вечным, на глазах распадалось, разрушалось на еще более мельчайшие, чем сам атом, материальные частицы. Разрушались не только атомы радия, но и старые научные представления.
Радий по своей активности превосходит в миллионы раз уран, над который проводились первые опыты. Если уран добывали тоннами и применяли его соединения для окраски стекла, то радий был и остается труднодоступным элементом. Радия в природе мало, не превышает 8-10%. Мария Склодовская получила немногим больше одного грамма радия. К 1916 г. было добыто 48 г, в 1927 г. количество добытого радия составило 340 г. Цена радия значительно превышала цену равного количества золота. Самая высокая цена на радий была в 1912 г. (510 тыс. золотых рублей за 1 г). Точно установлено, что в тонне урана находится 0,34 г радия. Если к этому добавить, что самая богатая урановая руда не столь уж богата ураном, то станет понятным, почему на земном шаре за все эти годы добыто всего около одного килограмма радия.
В периодической системе элементов место радия определилось во второй группе. Присутствие радия в природе, вообще говоря, не было большой неожиданностью, так как существование радия в 1871 г., за 27 лет до его открытия, было предсказано Д. И. Менделеевым. По своим химическим свойствам радий оказался подобным барию. Сходство их столь велико, что сернокислый барий при осаждении из раствора увлекает в осадок и сернокислый радий, если, конечно, он есть в растворе.
До самого последнего времени не были найдены сколь-либо значительные месторождения радия, хотя и установлено, что дно океанов богаче радием, чем суша. Может быть теперь это уже и не столь важно, поскольку разработаны способы искусственного получения радиоактивных элементов, вполне заменяющих радий во всех областях науки и техники. В связи с этим радий сейчас потерял первостепенное значение.
Открытие радия и явление радиоактивности знаменовали в истории развития науки новый этап в изучении вещества и начало новой эры в развитии техники.
Как памятник великому подвигу Марии Кюри на Брюссельской выставке в павильоне "Атом" демонстрировалась ее записная книжка. Через много лет страницы сохранили значительную радиоактивность. Может быть это так рано и прервало жизнь великого ученого?
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.
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.
Названная в честь Кюри внесистемная единица радиоактивности кюри основана на активности 1 г радия-226: 3,7×1010 распадов в секунду, или 37 ГБк.
Название «радий» связано с излучением ядер атомов Ra (лат. radius — луч).
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.
Источник: Википедия
| 89. Актиний-Actinium (Ac) |
Есть элементы, которым, пo-видимому, не суждено, по крайней мере в ближайшем будущем, получить широкое применение хотя бы потому, что в зем-ной коре они находятся в ничтожных количествах. К числу таких элементов можно отнести актиний, процентное содержание которого в земной коре выражается дробью, в которой значащая цифра стоит на пятнадцатом месте после запятой.
Несколько убедительнее и, пожалуй, нагляднее будет другая цифра. Актинии встречается как примесь к урану. В тонне содержится всего лишь шесть стотысячных долей грамма актиния. Это наиболее богатый источник актиния. Таким образом, чтобы добыть 1 г актиния, необходимо переработать 16 000 т урана, т. е. 1000 вагонов. О соединении актиния с серой пишут, что оно черного цвета и что у актиния, по-видимому должны быть сильно выражены основные свойства. Однако последнее заключение сделано не на основе экспериментального факта, а исходя из положения актиния в периодиче-ской системе элементов Д. И. Менделеева.
Актиний обладает радиоактивностью и является "родоначальником" семействе, актиноидов.
Получать металлический радий из его солей Марии Кюри-Склодовской помогал французский ученый А. Дебьерн. Руководствуясь методами Склодовской, он выделил из урановой руды новый элемент- актиний. Это было в 1899 г.
Актиний получают в небольших количествах в атомных реакторах при облучения радия нейтронами. Это позволяет изучить некоторые химические свойства актиния.
Актиний - серебристо-белый металл, напоминающий лантан. При обычных условиях он испускает слабое голубоватое свечение, заметное в темноте. Во влажном воздухе актиний легко окисляется с образованием белой окисной пленки, предотвращающей дальнейшее окисление. Температура плавления актиния 1000-1100°С, температура кипения - около 3300°С. В настоящее время известно 10 изотопов актиния, наиболее изученными являются изотопы актиний-227 (период полураспада 21,6 года) и актиний-228 (период полураспада 6,13 часа).
Акти́ний — химический элемент с атомным номером 89, обозначается в периодической системе элементов символом Ac (лат. Actinium).
История
Актиний был открыт в 1899 году А. Дебьерном в отходах от переработки урановой смолки, из которой удалили полоний и радий. Новый элемент был назван актинием. Вскоре после открытия Дебьерна независимо от него немецкий радиофизик Ф. Гизель из такой же фракции урановой смолки, содержащей редкоземельные элементы, получил сильно радиоактивный элемент и предложил ему название «эманий».
Дальнейшее исследование показало идентичность препаратов, полученных Дебьерном и Гизелем, хотя они наблюдали радиоактивное излучение не самого актиния, а продуктов его распада — 227Th (радиоактиний) и 230Th (ионий).
Название элемента происходит от др.-греч. ἀκτίς — луч.
Свойства
У актиния нет стабильных изотопов. Известны также 24 изотопа актиния, получаемых искусственно.
Актиний — металл серебристо-белого цвета, по внешнему виду напоминает лантан. Вследствие радиоактивности, в темноте светится характерным голубым цветом.
Подобно лантану, может существовать в двух кристаллических формах, но получена только одна форма — β-Ac, имеющая кубическую гранецентрированную структуру. Низкотемпературную α-форму получить не удалось.
Атомный радиус актиния ненамного превышает атомный радиус лантана и составляет 1,88 Å.
По химическим свойствам актиний также сильно похож на лантан, в соединениях принимает степень окисления +3 (Ac2O3, AcBr3, Ac(OH)3), но отличается высокой реакционноспособностью и более основными свойствами.
Получение
Получение актиния из урановых руд нецелесообразно ввиду малого его в них содержания, а также большого сходства с присутствующими там редкоземельными элементами.
В основном, изотопы актиния получают искусственным путем.
Изотоп 227Ac получают облучением радия нейтронами в реакторе. Выход, как правило, не превышает 2,15 % от исходного количества радия. Количество актиния при данном способе синтеза исчисляется в граммах. Изотоп 228Ac получают облучением изотопа 227Ac нейтронами.
Выделение и очистка актиния от радия, тория и дочерн |