Получение радия и полемика вокруг полония. Свойства изотопов ряда радия Радий и продукты его распада
Главная » Инструменты » Получение радия и полемика вокруг полония. Свойства изотопов ряда радия Радий и продукты его распада

Получение радия и полемика вокруг полония. Свойства изотопов ряда радия Радий и продукты его распада

История

Получение

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

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

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

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

Физические и химические свойства

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

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

Применение

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

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

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

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

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

Биологическая роль

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

Изотопы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

С. С. Бердоносов.

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

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

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

В. А. Кальченко, В. А. Шевченко.

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?

Содержание статьи

РАДИЙ – радиоактивный химический элемент II группы периодической системы, аналог бария; относится к щелочноземельным элементам. Стабильных изотопов не имеет; наиболее долгоживущие – 226 Ra (период полураспада t 1/2 = 1600 лет) и 228 Ra (t 1/2 = 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 226 Ra), урана-235 (он дает 223 Ra, t 1/2 = 11,4 суток) и тория-232 (дает 228 Ra и 224 Ra, t 1/2 = 3,7 суток). Очевидно, что чем меньше период полураспада данного радионуклида, тем меньше его содержание в минералах, даже самый долгоживущий, 226 Ra, 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/см 3 . 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 ThSiO 4 (обычно содержит примесь урана) – 14 пА, а прозрачные оранжевые кристаллы оранжита (невыветренный силикат тория) – 20 пА; черный оксид урана U 2 O 5 – 27 пА; урановая смоляная руда (урановая смолка) из разных источников (она образует минералы уранинит или настуран примерного состава UO 2) – от 16 до 83 пА; желтый минерал отенит Ca(UO 2) 2 (PO 4) 2 ·(10–12)H 2 O – 27 пА; редкий природный минерал хальколит (торбернит) красивого зеленого цвета Cu(UO 2) 2 (PO 4) 2 ·(8–12)H 2 O – 52 пА; желтый минерал карнотит K 2 (UO 2) 2 V 2 O 8 ·3H 2 O – 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)SO 4 + Na 2 CO 3 ® Ba(Ra)CO 3 + Na 2 SO 4 . Раствор Na 2 SO 4 сливали, а осадок карбонатов бария и радия уже легко растворялся в разбавленной соляной кислоте: Ba(Ra)CO 3 + 2HCl ® Ba(Ra)Cl 2 + CO 2 + H 2 O. 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 RaCl 2) 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 RaCl 2 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 (CaF 2). Он же показал, что RaBr 2 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 RaCl 2 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 ThO 2) – 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: 9 Be + 4 He ® 12 C + 1 n. Однако сейчас есть множество более дешевых радионуклидов с нужными свойствами, которые получают на ускорителях или ядерных реакторах, например, 60 Co (с периодом полураспада t 1/2 = 5,3 года), 137 Cs (t 1/2 = 30,2 года), 182 Ta (t 1/2 = 115 сут), 192 Ir (t 1/2 = 74 сут), 198 Au (t 1/2 = 2,7 сут). В приборах постоянного свечения радий также заменяют теперь тритием (t 1/2 = 12,3 года) или 147 Pm (t 1/2 = 2,6 года).

Радий сильно токсичен; допустимая его концентрация в воздухе исчезающе мала – не более 10 мг/км 3 или 10 –11 г/м 3 . При такой концентрации в 1 м 3 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

Литература:

Старосельская-Никитина О.А. История радиоактивности и возникновения ядерной физики . М., 1963
Погодин С.А., Либман Э.П. Как добыли советский радий . М., 1977
Венецкий С.И. О редких и рассеянных . М., 1981
Landa E.R. The First Nuclear Industry . Scientific American, 1982, November


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

ПОЛУЧЕНИЕ РАДИЯ И ПОЛЕМИКА ВОКРУГ ПОЛОНИЯ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Из книги Занимательно об астрономии автора Томилин Анатолий Николаевич

Из книги Молния и гром автора Стекольников И С

Из книги Пять нерешенных проблем науки автора Уиггинс Артур

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

Из книги Движение. Теплота автора Китайгородский Александр Исаакович

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

Из книги Твиты о вселенной автора Чаун Маркус

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

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

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

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

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

Из книги Интерстеллар: наука за кадром автора Торн Кип Стивен

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

Из книги автора

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

Из книги автора

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

Из книги автора

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

Из книги автора

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

Из книги автора

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

Из книги автора

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

Из книги автора

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



Предыдущая статья: Следующая статья:

© 2015 .
О сайте | Контакты
| Карта сайта