Мария. Курсовая работа по химии на тему_ _Жизнь и деятельность Марии Кю. Жизнь и деятельность Марии КюриСклодовской

• Название: Жизнь и деятельность Марии КюриСклодовской
• Анкор: Мария
• Дата: 14.03.2023
• Размер: 433.5 Kb.
• Имя файла: Курсовая работа по химии на тему_ _Жизнь и деятельность Марии Кю.doc
• Тип: Реферат; #990192
• страница: 1 из 3

Отдел образования

администрации Балтайского муниципального района

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение –

средняя общеобразовательная школа с. Большие Озерки


Жизнь и деятельность Марии Кюри-Склодовской

Автор:

Усанкина Наталья Алексеевна

учитель химии

МБОУ СОШ с. Большие Озерки
Адрес ОУ:

412632, Саратовская обл.

Балтайский р-он

с. Б-Озерки,

ул. Пионерская, д.8

с. Б-Озерки, 2018 год

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. 
   ЖИЗНЬ И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МАРИИ КЮРИ-СКЛОДОВСКОЙ
   

1.1. Биография

1.1.1. Детство

1.1.2. Юность. Времена мрака

1.1.3. Призвание

1.1.4. «Луч светлый истины найдите…

…И стройте будущий Дворец для будущих людей…»

1.1.5. Выход из положения

1.2. Париж

1.2.1. Сорбонна – «конспект Вселенной»

1.2.2. «Я беру солнце и бросаю…»


1.3. Семейная жизнь? Ученая карьера?

1.3.1. Замужество

1.3.2. Лучи Беккереля. Выбор темы диссертации

1.3.3. Свойство атомов. Методы определения радиоактивности вещества

1.3.4. Первый шаг к открытию радия

1.3.5. Открытие полония и радия

1.4. Дело всей жизни

1.4.1. Одна миллионная часть урановой руды. Метод Кюри

1.4.2. Стадии технологии выделения урана

1.4.3. Четыре года в сарае

1.5. Признание в научном мире

1.5.1. Один дециграмм чистого радия. №83 и выше

1.5.2. Трудное житье. Награда

1.5.3. Закон радиоактивного распада

1.6. Дальнейшее изучение радиоактивности

3

1.6.1. Распад атомных ядер

1.6.2. α- β- γ- лучи. Их характеристики

1.6.3. Проникающая способность

1.6.4. Сбылась мечта алхимиков

1.6.5. Ряд открытий, между которыми … лет

1.6.6. Открытие нейтрона

1.7. Цена успеха

1.7.1. Терапевтическое действие радия

1.7.2. Слава

1.7.3. Гибель Пьера. Мадам Кюри – первая женщина-профессор

1.7.4. Международный эталон. Радиоактивные часы Кюри

1.7.5. Дважды лауреат Нобелевской премии. Франция – Отечество по призванию. Отечество???­­

1.8. Институт радия – корпус Кюри

1.8.1. Радий на пользу людям

1.8.2. Война. Служить Отечеству

1.8.3. Мир. Расцвет

1.8.4. Активная социальная деятельность

1.8.5. Лаборатория

1.8.6. Искусственная радиоактивность

1.8.7. Неутомимая, нечеловеческая деятельность!

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Истоки понимания сложной структуры атома – в трудах многих поколений исследователей, труды которых создали трамплин «для прыжка в бездну атома».

Первым ученым, сделавшим шаг в эту бездну, стал немецкий физик, лауреат Нобелевской премии Вильгельм Конрад Рентген, который объявил об открытии им в 1895 году неизвестного излучения (Х-лучи), способного беспрепятственно проникать через различные вещества, позже получившего называние рентгеновское излучение. В 1896 году профессором парижской Высшей технической школы А.Беккерелем было открыто явление испускания ураном лучей без воздействия солнечного света, эстафета в исследовании нового явления, получившего впоследствии название «радиоактивность» была передана А.Беккерелем его молодой сотруднице Марии Склодовской Кюри. Она продолжила исследование со своим мужем, известным уже к тому времени талантливым физиком Пьером Кюри.

Выделение носителей излучения оказалось не только трудной интеллектуальной задачей, но было сопряжено с тяжелым физическим трудом. В 1898 году молодые ученые открыли, что источником лучей Беккереля может быть не только уран, но и торий, открыли еще два новых элемента, получивших название – полоний и радий, имеющий в два миллиона большую, чем у урана активность и огромную проникающую способность.

Мария Кюри - знаменитый физик и химик - вместе со своим мужем Пьером Кюри положила начало новой эре в истории человечества - эре изучения и использования атомной энергии. Ни одна женщина-ученый XX века не пользовалась такой популярностью на всем земном шаре, как Мария Кюри.

Мария Кюри – первая женщина дважды лауреат Нобелевской премии -высшей международной почести, которой отмечается труд ученых.
5

Мария Кюри была избрана почетным членом ста шести различных научных учреждений, академий и научных обществ. Так, в частности, она была почетным членом Общества любителей естествознания, антропологии и этнографии в Москве, с 1912 года – членом Института экспериментальной медицины в Петербурге, с 1914 года – почетным членом Научного института в Москве и с 1926 года – почетным членом Академии наук СССР.


Нередко можно слышать вопрос о том, кто был гениальнее: Пьер или Мария? Кому принадлежит большая роль в сделанном открытии?

Истинная наука – это дело коллективного труда людей, и определить долю отдельных ученых в итогах научных исследований – задача трудная и подчас ненужная.

Как отмечает профессор доктор биологических наук В.В.Алпатов, Мария Кюри пережила своего мужа на двадцать восемь лет, и за это время в значительной степени ее трудами учение о радиоактивности выросло в новую отрасль физики и химии. Благодаря ее деятельности, радиоактивность нашла широкое применение в медицине, в первую очередь в лечении рака.

6 июня 1905 года Пьер Кюри выступает от себя и от имени жены перед Стокгольмской академией наук. Он говорит о последствиях открытия радия: в физике оно изменило основные представления, в химии породило смелые гипотезы об источнике той энергии, которая вызывает радиоактивные

явления. В геологии и метеорологии оно дало ключ к явлениям, до сих пор необъяснимым. В биологии действия радия на раковые клетки дало положительные результаты.


Радий обогатил Знание и послужил Благу. Но не может ли он послужить и Злу?

«…Можно себе представить и то, - говорит Пьер, - что в преступных руках радий способен быть очень опасным, и в связи с этим следует задать такой вопрос: является ли познание тайн природы выгодным для человечества, достаточно ли человечество созрело, чтобы извлекать из него

6

только пользу, или же это познание для него вредоносно?... Я лично принадлежу к людям, мыслящим…, что человечество извлечет из новых открытий больше блага, чем зла». [3, с. 186-187]

Э.Резерфорд совместно с Ф.Содди пришли к выводу, что радиоактивное излучение является результатом распада атома.

В 1922 году в Ленинграде был создан Государственный радиевый институт, внесший громадный вклад в изучение естественных и искусственных радиоактивных элементов, в том числе и актиноидов, директором которого стал академик В.И. Вернадский. В 1932 году Д.Коккорофт и Э.Уолтон, вслед за ним и К.Д. Синельников и А.К. Вальтер впервые осуществили ядерную реакцию превращения лития в гелий. Советские физики и независимо от них В.Гейзенберг предложили гипотезу, согласно которой атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. 1934 год группа советских физиков под руководством С.И. Вавилова обнаружила и теоретически объяснила эффект свечения жидкости при движении в ней электронов со скоростью большей, чем фазовая скорость света в этой жидкости, который лег в основу метода точного измерения скорости и направления движения электронов, мезонов, протонов и γ- квантов высокой энергии. В 1958 году П.Черенков, И.Франк, и И.Тамм за это открытие были удостоены Нобелевской премии. В этом же году Н.Н. Семенов опубликовал

созданную им теорию цепных химических реакций, которая позднее легла в основу теории самоподдерживающихся разветвленных ядерных реакций, на основе которой были созданы атомные реакторы. В 1956 году за общую теорию цепных реакций академик Н.Н. Семенов был удостоен Нобелевской премии.

И современная действительность подтвердила предсказания Пьера Кюри.

Явление радиоактивность раскрыло сложную структуру атома, а это привело к пересмотру коренных представлений об окружающем нас мире, к

7

ломке устоявшейся, классической картины мира. Квантовая механика была создана специально для объяснения явлений, происходящих внутри атома. Это вызвало в свою очередь пересмотр и развитие математического аппарата физики, химии и ряда других наук. Самые современные отрасли промышленности обязаны своим возникновением радиоактивным атомам, в первую очередь, конечно, атомная энергетика и связанная с ней атомная промышленность. Экономическая и военная стратегия крупнейших государств мира строится с учетом использования энергии атома.

«Мир рвался в опытах Кюри огромной атомной бомбой…» Эти слова поэта А. Белого оказались пророческими. Первый шаг к освобождению ядерной энергии и использованию ее в мирных и, к сожалению, в немирных целях был сделан в опытах второго поколения этой семьи, а именно Фредерика и Ирен Жолио-Кюри.

Как останется в памяти людей светлый июньский день 1954 года, когда в Обнинске дала промышленный ток первая в мире АЭС, так и не забудется и август 1945 года, - то страшное утро Хиросимы.

Говоря о духовном облике Марии Кюри, мы не можем вполне удовлетвориться ее служением науке и практике в отрыве от социальных проблем. Вырвавшись из мрачных условий существования поляков под властью царской России, Мария Кюри продолжала считать, что только одно национальное освобождение принесет счастье народу. Она не могла понять, что помимо национального гнета и порабощения одних народов другими на земле существует еще и гнет капиталистической системы, тормозящее свободное развитие человеческой личности.

Биография Марии Кюри одно из захватывающих жизнеописаний в мировой литературе. Образ незабвенной Марии Кюри - истинной героини в борьбе за науку, ученой, преодолевшей огромные трудности и жизненные тяготы.

1. 
   ЖИЗНЬ И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МАРИИ СКЛОДОВСКОЙ-КЮРИ
   

1.1. Биография

1.1.1. Детство.

Французский физик Мари Склодовская-Кюри (урожденная Мария Склодовская) родилась в Варшаве (Польша). Она была младшей из пяти детей в семье Владислава и Брониславы (Богушки) Склодовских. Мария воспитывалась в семье, где занятия наукой пользовались уважением. Ее отец преподавал физику в гимназии, а мать, пока не заболела туберкулезом, была директором гимназии. Мать Марии умерла, когда девочке было одиннадцать лет.

Ее старшая сестра Броня, находя, что очень скучно учить азбуку в одиночку, решила «играть в учительницу» с четырехлетней Маней. Несколько недель обе девочки занимались тем, что раскладывали буквы алфавита, вырезанные из картона. И вот, когда однажды Броня, запинаясь, стала читать родителям по складам какой-то простой текст, Маня не выдержала, взяла книгу из рук сестры и почти бегло прочла первую страницу книги. В дальнейшем, если и не сделала новых замечательных успехов, то лишь потому, что родители, как опытные и осторожные педагоги, старались не давать ей книг. Они боялись этой скороспелости в их дочери. Мария блестяще училась и в начальной, и в средней школе.
1.1.2. Юность. Времена мрака.

Жестокая судьба для поляка – быть в 1872 году «русским подданным» и в то же время принадлежать к польской интеллигенции, среди которой гнет навязанного рабства чувствуется еще острее, чем в других сословиях. После двух неудавшихся восстаний польского народа (1831, 1863 г.г.) пускаются в ход все средства, в страну вливается целая волна русификаторов – служащих полиции, чиновников, учителей. Их задача: следить за поведением поляков, преследовать их религию, запрещать крамольные книги и газеты и постепенно отучать от родного языка. В каждом учебном заведении Польши

9

гнездится глубокий антагонизм. История страны преподается тайно под прикрытием уроков рукоделия.

Склодовский слыл вольнодумцем и расположением школьного начальства не пользовался и в 1973 году он лишается места учителя, а тем самым казенной квартиры и дополнительного жалованья.

Еще в юном возрасте Мари ощутила притягательную силу науки. В 1883 году Маня Склодовская окончила гимназию с золотой медалью.
1.1.3. Призвание.

Маня Склодовская в детстве, юности, в ее учебных занятиях здорова, честна, чувствительна, и весела. Но никакие особенные способности не выделяют Маню из среды других детей, ее подруг и сверстниц. Еще ничего не указывает на особенный талант. Призвание Мари выявляется благодаря двум личностям, самым близким и родным, - отцу и старшей сестре. Маня любит своего отца, он ее покровитель, ее учитель. Склодовский знает кроме польского и русского латинский, греческий языки, свободно говорит по-французски, по-немецки, по-английски, в курсе успехов математики, химии и физики.

На пути к осуществлению мечты о высшем образовании – бедность семьи. В 16 с половиной лет Мари узнает трудности и унижения, какие ожидают репетитора. Она мужественно вступила на путь частных уроков.
1.1.4. «Луч светлый истины найдите…

…И стройте будущий Дворец для будущих людей…»

Поэт Аснык [3, с. 46].

Как и у многих молодых людей у нее была своя тайная, горячо волнующая, охваченная чувством патриотизма жизнь. Служение Польше занимало первенствующее место над вопросами личного благополучия, любви и брака. Но Маня принадлежала к той среде польской интеллигенции,

10

у которой сложилась определенная тенденция отказа от неорганизованных, стихийных выступлений за автономию. Сейчас важно одно: работать, повышать в Польше цивилизацию, поднимать народное образование. Данная эпоха отличается приобретением огромного значения точных наук в Европе. Искусство, культура отходит на второй план. Юношество, склонное к категорическим суждениям, сразу поставило химию и биологию выше литературы.

Маня вступила в тайный «Вольный университет», в котором профессоры-добровольцы, помогавшие молодежи расширить свой кругозор, читали курсы анатомии, естественной истории и социологии.

Сами слушатели «Вольного университета становятся наставниками. Мария берет на себя работниц швейной мастерской, читает им книги и составляет библиотеку на польском языке. Маня мечтает не только о математике и химии. Она мечтает изменить современный общественный порядок. Она стремится просветить народ. По своим передовым идеям Маня – социалистка в полном смысле слова. Однако она не примыкает к варшавской группе студентов–социалистов. В силу возраста она с одинаковой восторженностью отдается патриотическим чувствам, и своим интеллектуальным запросам.
1.1.5. Выход из положения.

Мари и Броня, которая уже определилась с выбором своей мечты получить высшее медицинское образование, обдумывают вместе, как им устроить свою жизнь в будущем, в связи с запретом на прием женщин в Варшавский университет. Они разработали план: Мари в течение пяти лет будет работать гувернанткой, чтобы дать возможность сестре окончить медицинский институт, после чего Броня должна взять на себя расходы на высшее образование Мари. Броня получила медицинское образование в Париже и, став врачом, приглашает к себе сестру.

11

1.2. Париж

1.2.1. Сорбонна – «конспект Вселенной».

В1891 г. Мари поступила на факультет естественных наук Парижского университета (Сорбонны). Непредвиденные трудности встают перед Мари в первые же недели ее студенчества. Уровень ее подготовки был недостаточен для университетских лекций. Легко и весело живется ей у Брони, но нет возможности сосредоточиться. Семейный совет решает, что Мари поселится в квартале по соседству с университетом, лабораториями и библиотеками. Теперь Мари полностью отключается от всего окружающего, ведет спартанский образ жизни, более трех лет будут посвящены только учению, чтобы достигнуть заветной цели - университетского диплома.
1.2.2. «Я беру солнце и бросаю…» [3, с. 80]

Чтобы услышать эту фразу, произнесенную мудрым и величественным ученым, стоило бороться и страдать все эти годы.

В 1893 г., окончив курс первой, Склодовская получила степень лиценциата по физике Сорбонны (эквивалентную степени магистра). Через год она стала лиценциатом по математике второй в своем классе. Никогда эта «вечная» студентка не бывала так довольна, так горда собой, своей бедностью, своею независимой, одинокой жизнью в чужом городе, своими достижениями в овладении человеческими знаниями. Эти четыре года Мари Кюри называла «героической эпохой».

Огромный энтузиазм придает двадцатишестилетней польке силу не обращать внимания на материальные лишения. Впоследствии любовь, материнство, супружеские заботы, ежедневный тяжелый труд изменят в реальной жизни образ Мари. Но в ту эпоху она витает в другом мире свободно и легко и на всю жизнь сохранит о нем мысль, как о единственно чистом, истинном.
12


1.3. Семейная жизнь? Ученая карьера?

1.3.1. Замужество.

В созданном Мари мире, требовательном и признающем одну страсть – науку, находят место только родственные чувства, и любовь к порабощенной отчизне. Таково жизненное кредо двадцатишестилетней девушки. Ее обуревают научные идеи, ее преследует бедность, изводит напряженная работа.

Не удивительно, что талантливая полька, обреченная самой бедностью на уединение, сохраняет себя для творческой работы. Но и талантливый ученый, француз, подсознательно ждал ее. «… умственно одаренные женщины – редкость…» [3, с. 98].

В 1894 г. в доме одного польского физика-эмигранта Мари встретила Пьера Кюри. Пьер был руководителем лаборатории при Муниципальной школе промышленной физики и химии. Мари Склодовская занималась исследованием намагниченности стали, и ее польский друг надеялся, что Пьер сможет предоставить Мари возможность поработать в своей лаборатории. Сблизившись сначала на почве увлечения физикой, Мари и Пьер через год вступили в брак.

Их дочь Ирен родилась в сентябре 1897 г. Через три месяца Мари завершила свою работу о магнитных свойствах закаленных сталей, которая появится в «Известиях Общества поощрения национальной промышленности» и начала искать тему для диссертации.
1.3.2. Лучи Беккереля. Выбор темы диссертации.

В 1896 г. А.Беккерель обнаружил, что урановые соединения испускают глубоко проникающее излучение, которое в отличие от рентгеновского, не было результатом возбуждения от внешнего источника энергии, а внутренним свойством самого урана. Кюри решила заняться изучением

этого излучения (как новой области исследований), которое она

13

впоследствии назвала радиоактивностью. Работу начала в 1898 г. с определения других веществ, обладающих подобным урану свойством.
1.3.3. Свойство атомов. Метод определения радиоактивности вещества.

Определением источника непрерывного испускания лучей и, следовательно, непрерывной, потери энергии занялась мадам Кюри.

В своих опытах М. Кюри использовала в качестве признака радиоактивности способность радиоактивных веществ ионизовать воздух (рисунок 1.1) [4, с. 514], как более чувствительный признак, чем способность радиоактивных веществ действовать на фотопластинку.

Рисунок 1.1. Измерение ионизационного тока



Примечание: 1 - корпус ионизационной камеры, 2 - электрод, отделенный от 1 изолирующей пробкой 3, 4 - изучаемый препарат, 5 - электрометр. Сопротивление  R=10⁸ – 10¹⁰ Oм. При достаточно высоком напряжении батареи все ионы, образуемые в объеме камеры ионизующим излучением, собираются на электроды, и через камеру течет ток, пропорциональный ионизационному действию препарата. В отсутствие ионизующих агентов воздух в камере является непроводником, и ток равен нулю.

Опыты М. Кюри привели к следующим результатам:

1. Радиоактивность обнаруживают не только уран, но и все его  

14

химические  соединения. Радиоактивные свойства были обнаружены

еще у одного элемента - тория и у всех его химических соединений.

2. Радиоактивность препарата с любым химическим составом равна радиоактивности чистых урана или тория, взятых в количестве, в котором они содержатся в этом препарате.

Последний результат означает, что свойства молекулы, в состав которой входит радиоактивный элемент, не влияют на радиоактивность. Таким образом, радиоактивность представляет собой не молекулярное явление, а внутреннее свойство атомов радиоактивного элемента.[4, с. 514]
1.3.4. Первый шаг к открытию радия.

Вскоре Кюри совершила гораздо более важное открытие: урановая руда (урановой смоляной обманки), испускает более сильное излучение Беккереля, чем соединения урана и тория, и в четыре раза более сильное, чем чистый уран. Она высказала предположение, что в урановой смоляной обманке содержится еще не открытый и сильно радиоактивный элемент. Весной 1898 г. она сообщила о своей гипотезе и о результатах экспериментов Французской академии наук: «…Два урановых минерала: уранит (окисел урана) и хальколит (уранилфосфат меди) – значительно активнее, чем сам уран. Этот крайне знаменательный факт вызывает мысль о том, что в данных минералах может содержаться элемент, гораздо более активный, чем уран…». [3, с. 130]

Так был сделан первый шаг к открытию радия.
1.3.5. Открытие полония и радия.

При выделении нового элемента супруги Кюри, обрабатывая урановую руду кислотами и сероводородом, разделяли ее на известные компоненты. Исследуя каждую из компонент, ими было установлено, что сильной

радиоактивностью обладают только две из них, содержащие элементы

15

висмут и барий. Поскольку открытое Беккерелем излучение не было

характерным ни для висмута, ни для бария, они заключили, что эти порции вещества содержат один или несколько ранее неизвестных элементов. В июле и декабре 1898 г. Мари и Пьер Кюри объявили об открытии двух новых элементов: «…Если существование этого металла подтвердится, мы предлагаем назвать его «полонием» - по имени страны, откуда происходит один из нас» [3, с. 132], и «…В силу различных, только что изложенных оснований мы склонны считать, что новое радиоактивное вещество содержит новый элемент, который мы предлагаем назвать радием. Новое радиоактивное вещество, несомненно, содержит также примесь бария, и даже в очень большом количестве, но, несмотря на это обладает значительной радиоактивностью.

Радиоактивность же самого радия должна быть огромной».[3, с. 135] – В «Докладах Академии наук» в 1898 году.
1.4. Дело всей жизни

1.4.1. Одна миллионная часть урановой руды. Метод Кюри.

Поскольку Кюри не выделили ни один из этих элементов, они не могли представить химикам доказательства их существования. И супруги Кюри приступили к нелегкой задаче – экстрагированию двух новых элементов из урановой руды. Они установили, что вещества, которые им предстоит найти, составляют лишь одну миллионную часть урановой смоляной обманки. Чтобы экстрагировать их в измеримых количествах, исследователям необходимо было переработать огромные количества руды.

Метод Кюри за­ключался в разделении обрабатываемого материала на две фрак­ции путем воздействия определенных веществ. Измерение их

ра­диоактивности показывало, в какую из этих фракций ушло иско­мое радиоактивное вещество. Эта фракция подвергалась новой обработке и

разделению на две части - и снова находилась фрак­ция, содержащая

16

радиоактивное вещество, и т. д. (рисунок 1.2). После каждого нового

разделения получались фракции, все более богатые данным радиоэлементом, пока не удалось выделить чистое вещество в виде его соли. Метод Кюри получил с тех пор разнообразные примене­ния.

Рисунок (1.2) Суть метода дробной кристаллизации



Примечание: белые кружки – раствор, черные – осадок.

Первые шаги способа выделения, концентрирования и очистки заключались в выделении радия из восьми тонн руды посредством проведения 20 000 операций по перекристаллизации. Каждая такая операция (серия) заключалась в перетаскивании очередной порции в 20 кг в стоящий на огне чан, растворении солей радиоактивных элементов, а затем отделении раствора от пустой породы и выпаривания. И так 20 000 раз.[5, с. 11]
1.4.2. Стадии технологии выделения урана.

Поскольку состав руд переменный, то технология выделения урана очень трудоемкая и длительна и должна предусмотреть возможность

попутного выделения в чистом виде всех ценных компонентов руды - комплексную переработку. Включает в себя стадии:

1. 
   предварительное концентрирование руды позволяет отделить
   

17

минералы урана от других минералов, присутствующих в руде. Используют

разницу в плотности минералов (флотацию). Первичные урановые минералы (уранит или урановая смоляная руда) тяжелее других компонентов руды. Если руду размолоть и размешать в воде, то минералы урана оседают первыми и отделяются таким образом от примесей. Вторичные урановые минералы, наоборот, легче пустой породы и из взвеси осаждаются последними.

2) нагревание или обжиг выполняются с той же целью – удаляются примеси перед дальнейшей переработкой.

3) выщелачивание - процесс перевода урана из твердой фазы в водный раствор, откуда его извлекают, отделяя от примесей. Эта первая химическая операция по переработке руды. Заключается она в «разваривании» руды с кислотой или щелочью. Выбор типа вскрытия руды определяется химической природой соединений урана, и сопутствующими примесями, оставшимися после предварительной обработки.

Кислотное вскрытие заключается в обработке руды серной кислотой при перемешивании, с этой же целью проводят нагревание. Оксид UO₂ – основной компонент ураносодержащих минералов – в разбавленной серной кислоте H₂SO₄ нерастворим, поэтому процесс ведут в присутствии окислителей, которые переводят U(IV) в растворимый U(VI), - MnO_2, Cl₂, хлоратов, кислорода, солей железа (III) или ванадила:

UO + 2Fe³⁺ → UO₂²⁺ + 2Fe²⁺

UO₂ + 2VO₂⁺ + 4H⁺ → UO₂²⁺ +2VO₂²⁺ + 2H₂O

Если концентрат руды содержит много карбоновых примесей, то на их растворение идет много кислоты и процесс становится экономически

невыгодным. В таких случаях используется выщелачивание (обработка рудного концентрата раствором карбоната натрия). Метод основан на

образовании устойчивых и растворимых в воде комплексных ионов

уранилтрикарбонатов UO₂(CO₃)₃^4-, не способных образовывать компоненты

18

примесей. В составе комплексного иона уран переходит в раствор в степени окисления +6, поэтому и при карбонатном выщелачивании необходимо использование окислителей. Чаще всего кислород используется под давлением, и процесс растворения проводят при повышенной температуре:

UO₂+1/2O₂+3CO₃^2-+H₂O → UO₂(CO₃)₃^4-+2OH

Преимущество карбонатного выщелачивания неоспоримо, но для некоторых руд неэффективно.

Для селективного выделения урана его многократно переводят из одной степени окисления в другую; на каждой такой стадии он освобождается от тех или иных примесей.

Дробное осаждение и дробная фракционная кристаллизация - классические методы разделения смеси элементов. Они исключительно трудоемки (как показал опыт Мари Кюри), но практически безотказны. При дробном осаждении пользуются различной растворимостью соединений урана в той или иной степени окисления.

4) отделение урана от примесей и выделение его в чистом виде из раствора.

Из растворов после выщелачивания уран перевести в осадок проще всего восстановлением его водорастворимой формы (степень окисления +6) до нерастворимой (степень оксиления +4) и осадить уран в виде фосфата. Это справедливо и для других радиоактивных элементов.[5, с. 100-103]
1.4.3. Четыре года в сарае.

В течение последующих четырех лет Кюри работали в примитивных и вредных для здоровья условиях. Урановую смолку после извлечения из нее

урановых солей в виде отходов им предоставил директор рудников Иоахимсталя в Богемии. Они занимались химическим разделением в больших чанах, установленных в продуваемом всеми ветрами сарае. Анализы веществ им приходилось производить в крохотной,

19

плохо оборудованной лаборатории Муниципальной школы.

В таких условиях чета Кюри будет работать с 1898 по 1902 год.

В первый год они работают над химическим выделением полония и радия, добывают радиоактивные продукты, а затем измеряют интенсивность их излучения. Пьер стремиться уточнить свойства радия, изучить новый металл. Мари продолжает переработку руды, чтобы получить чистые соли радия. «Мне приходилось обрабатывать в день до двадцати килограммов первичного сырья, и в результате весь сарай был заставлен большими химическими сосудами с осадками и растворами...».[3, с. 139]

Работа блестяще продвигается вперед. В течение 1899 и 1900 годов Пьер и Мари опубликовали статью об открытии индуцированной радиоактивности, вызываемой радием, другую статью – о явлениях радиоактивности и третью – о переносе электрического заряда посредством обнаружения лучей. Для Физического конгресса 1900 года они пишут общий обзор по исследованию радиоактивных веществ, который вызывает огромный интерес в научном мире.
1.5. Признание в научном мире

1.5.1. Один дециграмм чистого радия. № 83 и выше.

Развитие новой науки о радиоактивности принимает ошеломляющий размах. Мари Кюри приближается к своей цели. Прошло то время, когда она стояла во дворе в клубах дыма и следила за тяжелыми котлами, где

растворялся исходный материал. Наступает следующий этап в работе:

очистка и дробная кристаллизация растворов высокой радиоактивности. В 1902 году Мари одерживает победу. Ей удалось выделить один дециграмм

чистого радия и установить его атомный вес, равный 225. Радий занял клетку под номером 88 в Периодической системе химических элементов. Соль радия испускала голубоватое свечение и тепло. Теперь радий получил официальное

признание. Выделить полоний им не удалось, так как тот оказался

20

продуктом распада радия.

Радий является постоянным спутником урана в рудах, но содержится в ничтожных количествах — примерно 1 г радия на 3 т урана; ввиду этого добыча радия представляет собой весьма трудоемкий процесс. Радий — один из самых редких и дорогих металлов. Он ценится как концентрированный источник радиоактивных излучений.

Дальнейшие исследования Кюри и других ученых значительно расширили число известных радиоактивных элементов. Все элементы с порядковым номером, превышающим 83, оказались радиоактивными. Они были найдены в виде небольших примесей к урану, радию и торию.

Таким же образом были найдены радиоактивные изотопы элементов таллия Z=81, свинца Z=82 и висмута Z=83.

Радиоактивными оказались также элементы: самарий, калий, рубидий.  Радиоактивность этих элементов слаба и обнаруживается с трудом.
1.5.2. Трудное житье. Награда.

В этот трудный, но увлекательный период жалованья Пьера не хватало, чтобы содержать семью. Несмотря на то, что интенсивные исследования и маленький ребенок занимали почти все ее время, Мари в 1900 г. начала преподавать физику в Севре в Высшей нормальной школе – учебном заведении, готовившем учителей средней школы. Овдовевший отец Пьера

переехал к Кюри и помогал присматривать за Ирен. С 1899 по 1904 год супруги Кюри, то вместе, то в сотрудничестве с кем-нибудь из коллег, публикуют тридцать два научных сообщения: «О химических

свойствах лучей радия» (Мари Кюри и Пьер Кюри, 1899 г.). «Об атомном

весе бария, содержащего радий» (Мари Кюри, 1900 г.). «Новые радиоактивные вещества и их лучеиспускание» (Мари Кюри и Пьер Кюри,

1900 г.). «Об индуцированной радиоактивности, вызываемой солями

радия» (Пьер Кюри и Андре Дебюрьен, 1901 г.). «О радиоактивных

21

телах (Мари Кюри и Пьер Кюри, 1901 г.). «Об атомном весе радия (Мари Кюри, 1902 г.). «Об абсолютном измерении времени (Пьер Кюри, 1902 г.). «Об индуцированной радиоактивности и эманации радия (Пьер Кюри, 1903г.).

«О теплоте, самопроизвольно выделяемой солями радия (Пьер Кюри и А. Лаборд, 1903 г.). «Исследование радиоактивных веществ (Мари Кюри, 1903 г.). «О радиоактивности газов, выделяемых минеральными водами (Пьер Кюри, М. Бушар и В. Вальтазар, 1904 г.). «Физиологическое действие эманации радия (Пьер Кюри, М. Бушар и В. Вальтазар, 1904 г.). [3, с.158-159]

Завершив исследования, Мари закончила свою докторскую диссертацию. Работа называлась «Исследования радиоактивных веществ» и была представлена Сорбонне в июне 1903 г. В нее вошло огромное количество наблюдений радиоактивности, сделанных Мари и Пьером Кюри во время поиска полония и радия. По мнению комитета, присудившего Марии научную степень, ее работа явилась величайшим вкладом, когда-либо внесенным в науку докторской диссертацией. В декабре 1903 г. Шведская королевская академия наук присудила  Нобелевскую премию по физике

Беккерелю и супругам Кюри. Мари Кюри стала первой женщиной, удостоенной Нобелевской премии.
1.5.3. Закон радиоактивного распада.

Все радиоактивные ядра неустойчивы, имеет смысл говорить о вероятности распада данного ядра за данный промежуток времени. Вероятность распада ядра прямо пропорциональна количеству ядер и промежутку времени. Вероятностные события подсчитываются

использованием закона больших чисел: поведение отдельного ядра не предоставляется возможным предвидеть, но с большой точностью можно предвидеть поведение очень большого количества ядер. Вероятность того,

что в данный промежуток времени одна из частиц распадется, тем

22

больше, чем больше число частиц.

Количество ядер ∆N_t, которое распадется за бесконечно малый промежуток времени ∆t, пропорционально общему числу частиц N_0,существующих к моменту времени t (рисунок 1.3):

∆N_t/ ∆t = - λ N_0, или N_t = N₀е^-λt,(1)

где λ - константа радиоактивного распада;

(1)- закон радиоактивного распада.

Рисунок 1.3. Кривая радиоактивного распада.


Примечание: величина τ = 1/λ – средняя продолжительность жизни ядра данного изотопа. В случае постоянной и максимальной скорости (при t = 0 и

N = N₀), то все ядра распались бы за время τ – физический смысл средней продолжительности жизни.

Скорость ядерного распада характеризуется еще одной величиной – периодом полураспада. Прологарифмируем (1) по основанию натурального логарифма:

lnN_t = ln N₀ -λt, или λt = ln N₀ - lnN; ln(N₀/N) = λt (2)

23

Величину ограничивают таким интервалом времени, за которое распадается половина от первоначального количества. Такой интервал времени называется периодом полураспада Т_1/2. Приняв t = Т_1/2, и зная, что от начального количества атомов ко времени Т_1/2 осталась половина N = N₀/2, преобразуем (2):

N₀/N = 2; t = Т_1/2 и ln2 = λ Т_1/2 ;Т_1/2 = ln2/λ = 2,3 х lg2/λ;

Т_1/2 = 0,693/λ; (3)

Т_1/2 = 0,693 τ (4)
Уравнения (1) – (4) – разные формы записи основного закона радиоактивного распада, а величины Т_1/2, λ, τ – количественные характеристики ядер данного изотопа.

Период полураспада является одной из основных характеристик радиоактивного вещества. Многочисленные опыты показали, что период полураспада радиоактивного вещества есть строго постоянная величина, которая не может быть изменена такими воздействиями (в доступных нам пределах), как охлаждение, нагрев, давление, магнитное поле, силы химического средства и др. Радиоактивный распад есть свойство атомных ядер, а для изменения атомного ядра энергия обычных земных воздействий недостаточна.

Если в результате распада получаются ядра стабильного изотопа, то

можно определить период полураспада исходного материнского вещества (ядра которого распадаются). Элемент, ядра которого образуются в результате распада, назовем дочерним. Из уравнения (2):

lgN=λ/2,303 х t +lgN₀ (5)

Практически измеряют не количество атомов элементов, а их радиоактивность с помощью различных детекторов (счетчика Гейгера-Мюллера, камеры Вильсона, пузырьковой камеры). Количественной

единицей активности является 1Ки (Кюри): радиоактивность изотопа,

24

равная активности 1 г радия, в котором за 1с происходит 37 млрд. распадов.

Связь активности А с периодом полураспада:

А=Nλ/3,7х10^11-=Nх0,693/ Т_1/2/3,7/10^11-=1,87х10^-11N/Т_1/2 (6) [5, с. 33-36]
1.6. Дальнейшее изучение радиоактивности

1.6.1. Распад атомных ядер.

Еще до того, как супруги Кюри завершили свои исследования, их работы побудили других физиков также заняться изучением радиоактивности. В 1903 г. Э.Резерфорд и Ф.Содди выдвинули теорию, согласно которой радиоактивные излучения возникают при распаде атомных ядер. При распаде (испускании некоторых частиц, образующих ядро) радиоактивные ядра превращаются в ядра других элементов. В 1906 г. Мари Кюри согласилась принять теорию Резерфорда-Содди как наиболее правдоподобное объяснение радиоактивности.
1.6.2. α -, β-,