Основы радиохимии и радиоэкологии (стр. 60 из 63)
Радий сыграл большую роль в становлении радиохимии и ядерной физики как один из первых открытых радиоактивных элементов.
Основные области применения обусловлены его g-излучением в методах неразрушающего контроля для определения дефектов литья, в тощиномерах, при разведке месторождений урана. Альфа излучение радия позволяет использовать его для производства светящихся красок и для снятия статических зарядов.В смеси с бериллием радий используют для изготовления нейтронных источников. В медицине радий используют как источник радона. Радий обладает большой подвижностью в природе и довольно сильно может выщелачиваться из горных пород. Поэтому большинство урановых минералов теряет значительную часть радия (иногда эти потери составляют до 85%), который легко попадает в природные воды.
12.8 Актиний ( 89Ас) и актиноиды
12.8.1 ОБЩИЕ СВОЙСТВА АКТИНОИДОВ
В 1898 году сотрудник Кюри Дебьерн в отходах от переработки урановых руд обнаружил новое радиоактивное вещество. При химико-аналитическом разделении это радиоактивное вещество осаждалось аммиаком вместе с редкоземельными элементами и торием. Радиоактивность была приписана радиоактивному элементу, который был назван актинием. Актиний- элемент главной подгруппы третьей группы периодической системы Д. И. Менделеева. Его ближайшим химическим аналогом является лантан. В то же время он имеет более основные свойства, чем лантан. Вопрос о положении в периодической системе элементов, расположенных за актинием, до сих пор остается дискуссионным. Наиболее широко распространенной является актиноидная гипотеза Г. Сиборга, предложенная в 1944 г.
Радиоактивные свойства некоторых изотопов актиния
| Изотоп актиния | Реакция получения | Тип распада | Период полураспада |
| 221Ac | 232Th(d,9n)225Pa(α)→221Ac | α | <1 сек. |
| 222Ac | 232Th(d,8n)226Pa(α)→222Ac | α | 4,2 сек. |
| 223Ac | 232Th(d,7n)227Pa(α)→223Ac | α | 2,2 мин. |
| 224Ac | 232Th(d,6n)228Pa(α)→224Ac | α | 2,9 час. |
| 225Ac | 232Th(n,γ)233Th(β-)→233Pa(β-)→233U(α)→229Th(α)→225Ra(β-)225Ac | α | 10 сут. |
| 226Ac | 226Ra(d,2n)226Ac | α или β- или электронный захват | 29 час. |
| 227Ac | 235U(α)→231Th(β-)→231Pa(α)→227Ac | α или β- | 21,7 лет |
| 228Ac | 232Th(α)→228Ra(β-)→228Ac | β- | 6,13 час. |
| 229Ac | 228Ra(n,γ)229Ra(β-)→229Ac | β- | 66 мин. |
| 230Ac | 232Th(d,α)230Ac | β- | 80 сек. |
| 231Ac | 232Th(γ,p)231Ac | β- | 7,5 мин. |
| 232Ac | 232Th(n,p)232Ac | β- | 35 сек. |
СИБОРГ Глен
В соответствии с этой гипотезой элементы с порядковыми номерами 90-103 образуют 5f-cемейство и по аналогии с лантаноидами размещаются в периодической системе в виде отдельной группы. Однако такое размещение трансактиноидной группы небезупречно. Актиноиды по своему химическому поведению занимают промежуточное положение между элементами f- и d- серий.
Актиний подобно лантану химически активный элемент, быстро окисляющийся на воздухе. В кислых растворах актиний присутствует в виде ионов. При рН>3 образуются коллоидные растворы. В микроконцентрациях актиний соосаждается гидроокисями иттрия, алюминия, железа. В урановых рудах актиний содежится в микроконцентрациях. Содержание актиниия в урановой руде составляет приблизительно 1/300 содержания радия.
Актиний может быть получен из урановых или ториевых руд отделением с лантаноидами, а также облучением радия нейтронами.
Ra( n,g)
Ra 
Ac .Актиний также подвергается бетта-превращению.
От ланатана актиний может быть отделен хроматографически на катионите в аммонийной форме. Хорошо актиний отделяется от лантана методом электрофореза. Из урановых руд актиний выделяется путем осуществления кислотного разложения руды и последующего разделения и выделения продуктов распада урана и отделения от примесей.
Вопрос о положении в периодической системе элементов, расположенных за актинием, до сих пор считается дискуссионным. К актиноидам относятся элементы с порядковыми номерами от 90 до 103, которые образуют 5f семейство и по аналогии с лантаноидами размещаются в периодической системе в виде отдельной группы. По своему химическому поведению актиноиды занимают промежуточное положение между элементами f - и d- серий. Сюда входят- торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, энштейний, фермий, менделеевий, нобелий, лоуренсий. Теория подсказывает, что всего в слое 5 f может находиться 14 электронов. Следовательно,103-й элемент должен быть последним актиноидом, так как у него будут полностью застроены уровни 5f, 6s и 6p. С другой стороны, следует ожидать, что 104-й элемент будет находиться в состоянии 6d2 7s2,т.е. относится к четвертой группе системы Менделеева, следовательно, по свойствам он должен быть похож на торий.
Таблица. Наиболее важные изотопы актиноидов
| Изотоп | Период полураспада | Изотоп | Период полураспада |
| 227Ac | 22 года | 242Cm | 162,5 суток |
| 232Th | 1,39×1010 лет | 244Cm | 19 лет |
| 231 Pa | 34300 лет | 247Cm | ³4×107 лет |
| 238U | 4,5×109 лет | 248Cm | 4,7×105 лет |
| 237Np | 2,2×106 лет | 250Cm | 2×104 лет |
| 239Pu | 24360 лет | 247Bk | 1300 лет |
| 242Pu | 3,79×105 лет | 248Bk | 314 суток |
| 244Pu | 7,6×107 лет | 249Cf | 360 лет |
| 241Am | 458 лет | 251Cf | 660 лет |
| 243Am | 7600 лет | 254Es | 280 суток |
Торий (90Th)
Элемент № 90 был открыт обычным химическим методом в 1828 году Яном Берцелиусом и назван торием в честь древнескандинавского божества Тора. В 1898 году М. Кюри обнаружила, что торий обладает радиоактивностью. Именно радиоактивность- основная причина нынешнего интереса к элементу с порядковым номером 90.
Радиоактивность тория была обнаружена М. Кюри и одновременно с ней независимо немецким ученым Г. Шмидтом в 1898 году. Именно радиоактивность - основная причина нынешнего интереса к элементу № 90. Природный элемент практически представляет собой изотоп 232Th. Торий-232 является родоначальником довольно большого семейства. Период полураспада тория-232 равен 1,39·1010лет.
В периодической системе 232Th расположен в четвертой группе. Торий - металл серебристого цвета, легко подвергается механической обработке. Он очень легко окисляется, поэтому его хранят под слоем керосина. Торий способен проявлять степени окисления +4, +3, +2, наиболее устойчивой является +4. Только одно соединение тория - его двуокись ThО2 имеет самостоятельное применение, остальные же важны лишь для науки и… для производства тория.
Основными источниками тория являются торийсодержащие минералы (монацит, ортит). Методы выделения тория предусматривают отделение его от сопутствующих редкоземельных элементов. В технологии для этой цели используется, в основном, экстракция тория ТБФ( трибутилфосфатом) после его отделения от основной массы редкоземельных элементов дробным осаждением менее растворимого сульфата тория.
Торий - металл серебристого цвета, легко подвергается механической обработке. Он очень легко окисляется, поэтому его хранят под слоем керосина. Торий способен проявлять степени окисления +4, +3, +2, наиболее устойчивой является +4.
Основными источниками тория являются торийсодержащие минералы (монацит, ортит). Методы выделения тория предусматривают отделение его от сопутствующих редкоземельных элементов. В технологии для этой цели используется, в основном, экстракция тория ТБФ после его отделения от основной массы редкоземельных элементов дробным осаждением менее растворимого сульфата тория. Методы соосаждения со специфическим (La, Ce) и неспецифическим Te(OH)3, BiPO4 носителями используются для получения препаратов
, применяемых в качестве радиоактивных индикаторов.Применение тория. Элементом особой важности, стратегическим металлом торий стал лишь после второй мировой войны.
Как и всякий четно-четный изотоп (четное число протонов и нейтронов), торий-232 не способен делиться тепловыми нейтронами. Но под действием тех же нейтронов с торием происходит вот что:
Th232 + n -> Th233 -> Pa233 -> U233
А U233 - отличное ядерное горючее, поддерживающее цепное деление и имеющее некоторое преимущество: при делении его ядер выделяется больше нейтронов. Каждый нейтрон, поглощенный ядром плутония-239 или урана-235, дает 2.03-2.08 новых нейтронов, а уран-233 - намного больше - 2.37.