Реферат
«Радий. Области использования. Технология производства. Объёмы производства»
Аннотация: рассмотрено структуру, способ получения, радиоактивность химического элемента радия, рассмотрено его свойства гомогенности, наведены данные касательно периода полураспада, способ получения изотопов радия.
Abstract: the structure, production method, radioactivity of the chemical element radium is considered, its properties of homogeneity are considered, data on the half-life, the method of obtaining radium isotopes are presented.
Оглавление
Введение 4
1. Радий как химический элемент 5
2. Радий – история открытия, свойства, использование 7
3. Медицинское использование радия 13
4. Производство радия 14
5. Радий: радиация в истории рака 16
Заключение 19
Список использованных источников 20
Введение
Радий – радиоактивный химический элемент II группы периодической системы Менделеева, в свободном виде он представляет собой серебристо-белый металл, быстро тускнеющий на воздухе. Радий относится к щелочноземельным элементам.
Радий является очень редким рассеянным элементом. Главные его источники – урановые руды, в 1 т урана содержится примерно 0,34 г радия. В очень малых концентрациях этот химический элемент был обнаружен в самых разных объектах, например, в природных водах.
В качестве объекта исследования в данной работе выступает изучение химического элемента - радия.
Предметом исследования в этой работе является рассмотрение темы строения, производства и использования радия.
Целью исследования в данной работе является изучение свойств, технологии производства радия.
Заданием исследования в данной работе является изучение принципов строения и использования химического элемента - радия.
1. Радий как химический элемент
Химический элемент радий имеет металлический тип, обладает свойством быстрого окисления, покрывается поверхностной пленкой на воздухе, состоит с окиси радия, а также нитрида. Он вступает в бурную реакцию с водой, в процессе чего образует растворимую в воде смесь и в тоже время выделяет газообразный водород. Растворение бромида, нитрата, сульфида и хлорида радия достаточно хорошо происходит в воде. В то же время как хроматы, карбонаты и оксалаты достаточно плохо растворяются.
Химические свойства этого элемента похожие на свойства химического элемента бария, но значительно более активные. Все практически соединения химического элемента радия являются изоморфными, и соответствуют конкретным соединениям бария. Если сравнивать их с другими щелочноземельными металлообразными химическими элементами, радий обладает меньшей величиной комплексного превращения и образования. Существуют комплексы радия, включающие в себя яблочную, винную, молочную и лимонную кислоты.
Радий выделяют посредством хлорида и других солей как побочный продукт переработки урановых руд. Для этого используют способы ионного обмена, дробной кристаллизации и осаждения. С помощью электролиза на ртутном катоде получают металлический радий.
Выявляют этот химический элемент радиометрическими способами. Радий очень токсичен. В геологии его изотопы используют для определения возраста минералов и осадочных пород. В геохимии его используют как индикатор циркуляции и смещения океанических вод.
Долгое время радий был единственным радиоактивным элементом, находившим свое практическое применение в медицине, его использовали для приготовления люминофоров постоянного свечения. Однако он был вытеснен более дешевыми радионуклидами, получаемыми искусственным путем. Радий сохранил некоторое значение в медицине как источник радона для лечения радоновыми ванночками. [2]
Известно шестнадцать изотопов радуюсь. Самый распространенный изотоп – Ra-226, период полувыведения которого составляет 1620 лет.
Радий – это щелочноземельный металл. Радий имеет температуру плавления 700°C, температуру кипения 1140°C, удельный вес, по оценкам, 5, а валентность 2. Чистый металл радия ярко-белый в свежеприготовленном виде, хотя при воздействии воздуха он почернеет. Стихия разлагается в воде.
Он несколько летуче, чем элемент барий. Радий и его соли проявляют люминесценцию и придают пламя карминного цвета. Радий излучает альфа-, бета- и гамма-лучи.
В результате смешивания с бериллием образует нейтроны. Один грамм Ra-226 распадается со скоростью 3,7x10 10 распада в секунду. [Кюри (Ci) определяется как количество радиоактивности, которое имеет такую же скорость распада, как 1 грамм Ra-226.]
Грамм радия производит около 0,0001 мл (STP) газа радона (эманации) в день и около 1000 калорий в год. За 25 лет радий теряет около 1% своей активности, а конечным продуктом распада является свинец. Радий является радиологической опасностью. Сохраняющийся радий требует вентиляции для предотвращения накопления радонового газа.
Радий использовался для получения источников нейтронов, световых красок и медицинских радиоизотопов. [1]
Радий использовался для получения источников нейтронов, световых красок и медицинских радиоизотопов.
2. Радий – история открытия, свойства, использование
Радий был открытым учеными Пьером и Марией Кюри, а также при помощи их помощника Густава Бемона (по другим источникам – Жака Бемона в 1898 году).
Французские исследователи Пьер и Мария Кюри выявили, что отходы, которые остаются после выделения урана с уранового концентрата (урановая смола, добываемая в городе Яхимов, Чехия) значительно радиоактивнее в сравнении с чистым ураном.
Используя эти отходы супруги Кюри после многих лет напряжённой работы выделили два радиоактивных элемента: полоний и радий. Первое сообщение об открытии радия (в виде смеси с барием) Кюри объявили 26 декабря 1898 г. в Французской академии наук.
В 1902 году удалось Кюри и Андре Дебьерну выделить чистый радий при помощи процесса электролиза хлорида радия с использованием ртутного катода и использования последующего процесса дистилляции в водороде. Выделенный элемент являлся, как сейчас известно, изотоп радий-226, продукт распада урана-238.
За открытие радия и полония супруги Кюри были удостоенные Нобелевской премии. Радий образуется при протекании многих промежуточных процессов и стадий при радиоактивном распаде изотопа урана-238 и потому месится в небольших количествах в урановой руде.
Много радионуклидов, которые возникают в процессе радиоактивного распада радия, к тому времени, когда была произведена их химическая идентификация, было присвоено наименование типа радий А, радий B, C радий и т. д.
Хотя на данный час известно, что они представляют собой изотопы других типов химических элементов, их исторически сложившиеся названия по традиции иногда используются. [3]
Свойства. Атомная масса для самого устойчивого изотопа 226Ra (период полураспада 1620 лет) – 226,0254. Серебристо-белый металл, на воздухе приобретающий черный цвет из-за образования нитрида Ra3N2. При сжигании придает красный оттенок пламени. [3] Плотность 5500 кг/м³; tплав 969 °C; tкип ок. 1500 °C.
Вступаэт в реакцию с водой, при этом образуется сильная щёлочь Ra(OH)2. Данный химический элемент на воздухе достаточно легко окисляется, при этом образовывается RaO, а соединяясь с N, дает нитрид Ra3N2.
При этом все изотопы радия являются радиоактивны. Радий излучает α, β и γ лучи, в зависимости от типа изотопа. Все его изотопы легче 227Ra альфа-активны. 225Ra, 227Ra и все более тяжелые ядра подвержены исключительно только β-распаду. В тоже время, для 5 изотопов радия (с массовыми числами 221-224 и 226) был открыт, так называемый кластерный распад.
Альфа-частицы, которые излучают α-активные изотопы радия (и любых других элементов), при смешивании с другими легкими элементами (бериллием и др.) вызывают (α,n)-реакции на ядрах этих элементов. Такая реакция приводит к эмиссии нейтронов; такое свойство используется для создания нейтронных источников.
Среднее содержание в земной коре 10-15% массы. Как член семьи 238U, 220Ra находится во всех рудах урана (0,3 г/т). В результате вымывания из урановых руд радий находится в растворенном состоянии в воде и входит в состав вторичных минералов. В геологии изотопы радия 228Ra и др. используются для определения возраста осадочных океанических пород, а также целого ряда минералов.
Радий-226 значительно радиоактивнее, примерно в миллион раз радиоактивнее природного урана с той же атомной массой.
Изотопы. Известно 25 изотопов радия. Изотопы 223Ra, 224Ra, 226Ra, 228Ra которые встречаются в природе и входят в состав радиоактивных рядов. Остальные изотопы – искусственного происхождения. Ниже приведены свойства некоторых изотопов радия [4]:
Получение. Радий выделяется из уранового концентрата (руды) при помощи использования химических методов. В металлическом виде радий получается только электролитическим методом с раствора RaCl2 при использовании ртутного катода.
Распространение в природе. Радий является довольно редким химическим элементом. За все время с момента его открытия – это уже более века тому назад – во всем мире за это время удалось добыть всего только 1,5 кг чистого радия. Одна тонна урановой смолы, а именно с ней супруги Кюри выделили радий, содержит лишь около 0,0001 г радия-226.
Весь радий естественного происхождения является радиогенным – возникает при распаде урана-238, урана-235 или тория-232; из четырех открытых в природе и самых распространенных и продолжительных изотопов (период полураспада — 1602 года) является радий-226, входящий в радиоактивный ряд урана-238.
В равновесном состоянии, отношение содержания урана-238 и радия-226 в урановом концентрате (руде) равно отношению их периодов полураспада: (4,468×109 лет)/(1602 года) = 2,789×106. Поэтому, на каждые три миллиона атомов урана в земной коре обнаруживают только один атом радия или 1,02 мкг/т.
Процессы, которые способствуют концентрации радия, следует указать, что они происходят прежде всего на небольших глубинах, и способствуют формированию геохимических барьеров, в которых концентрируется радий.
Такими барьерами, как правило, являются, например, сульфатные барьеры, которые находятся в зоне протекания процесса окисления.
Хлоридные сероводородные радио содержащие воды, которые находятся в зоне окисления, таким образом становятся сульфатными, радий осаждается с BaSO 4 и CaSO 4, в результате чего становится практически нерастворимым постоянным источником радона. [5]
Из-за того, что уран обладает высокой миграционной способностью и способностью к концентрированию, формируются многие типы урановых рудообразований в гидротермах, а также в залежах угля, битуме, также радий содержат углистые сланцы, песчаники, торфяники, фосфориты, бурые железные руды, глины с костными остатками рыб, (литофации). В процессе сжигании угля, отходами, которыми является пепел и шлак, обогащаются 226Ra.
В процессе распада урана и тория и выщелачивания из пород нефти, содержащих нефть продуктов, наблюдается процесс постоянного образования радионуклидов радия. В статическом состоянии залежи нефти находятся в естественных ловушках, процесс обмена радием между нефтью и подпирающими ее водными пластами не наблюдается (кроме пограничной зоны контакта между водой и нефтью) и как следствие этого процесса имеется избыток радия в нефтяных залежах.
В процессе разработки месторождений пластовые, а также закаченные воды, с достаточно большой интенсивностью поступают в нефтесодержащие пласты, поэтому поверхность раздела между водой и нефтью резко увеличиваются, в результате чего радий идет в поток фильтруемых вод.
Если повышенное содержание сульфат-ионов, растворенные в воде радий и барий оседают в виде радиобарита Ва(Ra)SO4, который откладается на внутренней поверхности труб, а также на запорной арматуре, или же на стенках резервуаров. [4]
Стандартной объемной активностью нефтеводяной смеси, которая выкачивается с под земли по 226Ra и 228Ra может достигать 10 Бк/л, что стандартно по отношению к жидким отходам, которые обладают повышенной радиоактивностью.
Преобладающая масса химического элемента радия сконцентрирована и находится в рассеянном состоянии в породах горных руд. Радий является химическим аналогом типичного щелочного или же щелочноземельного типичного породообразующего элемента, который образует, например, полевые шпаты, и составляет практически половину массу литосферы земной поверхности.
Калиевые, как правило, полевые шпаты являются главными породообразующими минералами, которые образованы кислыми магматическими породами, чаще всего такими породами являются граниты, сиениты, гранодиориты и друге. [4]
Науке известно, что гранитные породы, как правило, имеют естественную радиоактивность, которая составляет значения, не много выше фоновых по планете, через наличия в структуре примесей природного урана.
Но в случае, когда более широко распространенный такой химический элемент, который является аналогом радия, и таким элементом является барий, который входит к составу достаточно редких и мало распространенных элементов как калий-бариевые полевые шпаты (гиалофанов), а «чистый» бариевый полевой шпат, минерал цельзиан BaAl 2Si2O8 очень редок.
Радий, как правило, распадается на такой инертный химический элемент как радон, который высвобождается порами, а также образовавшимися также микротрещинами, которые вымываются грунтовыми водами.
В природной среде достаточно часто встречаются достаточно молодые радиевые породы и минералы, которые не содержат урана, к примеру, радиобарит, а также радио кальцит, которые кристаллизуются из образовавшихся растворов, которые являются обогащенными радием (они являются в непосредственной близости относительно легкорастворимых урановых минералов вторичного типа), в свою очередь радий выкристаллизируется вместе с барием, а также с кальцием благодаря процессу изоморфизму.
Применение. Уже в начале XX ст. радий считали не только достаточно безопасным, но и даже полезным химическим элементом. Его с большим успехом добавляли в рецептуру пищевых продуктов, а также воду, косметические средства и средства персональной гигиены. Также химический элемент радий достаточно часто входит в рецептуру радиолюминесцентных красок, которые наносятся на циферблаты стрелок и циферблаты часов.
Использование краски без мер предосторожности приводило к увечью и смерти рабочих, что стало причиной обращения в суд некоторых женщин, работавших на фабрике U.S. Radium, Ориндж, Нью-Джерси (процесс «радиевых девушек»).
Радий применяется как источник альфа-частиц для приготовления Ra-Be источников нейтронов, для изготовления светящихся красок, в медицине - для радиотерапии и дефектоскопии, в технике - для получения радиоберилиевых источников нейтронов, как источник гамма-излучения. Радий также используется в геохимии в качестве индикатора смешивания и циркуляции вод океанов.
3. Медицинское использование радия
Нуклид радий-226 в качестве альфа-излучателя применяют для изготовления люминофоров. Кроме того, в медицинской практике его используют в качестве источника радона-222. Период полураспада составляет 1620 лет.
Другой изотоп радия – радий-224 имеет период полураспада 3,64 суток (альфа- и гамма-излучатель).
Радий является химическим аналогом кальция, поэтому при поступлении в организм обнаруживает тропность к костям. Путями инкорпорации могут быть ингаляция в виде аэрозоля или через загрязненные руки в желудочно-кишечный тракт. Впитывание из легких соединений радия довольно медленное, поэтому легкие могут получать достаточно значительную дозу облучения, в результате которой в ранние сроки развивается реакция тканей типа пульмонита, а в отдаленные — пневмосклероз и опухоли. [4]
Последние среди лиц с инкорпорацией радия в количестве порядка 0,1 мккюри встречаются вдвое чаще, чем в среднем в общей популяции. В основном развиваются опухоли костей – саркомы, а также карциномы бронхов. В клинической картине отмечается стойкая анемия, которая при значительном поступлении нуклида в организм может стать опасностью для жизни.
Краски, которые используют для изготовления светящихся циферблатов часов и приборов, содержат радий и торий, и при работе с ними следует быть очень осторожными. У рабочих таковых компаний значительно почаще наблюдались саркомы костей.
В период между 1920 и 1930 гг. для лечения некоторых неонкологических заболеваний практиковали внутреннее лечебное введение солей радия.
Дозы облучения, полученные костями в тех случаях, были около 10 Гр, но неравномерность распределения введенного радия могла вызвать в отдельных микроучастках костей на порядок более высокие уровни облучения.
4. Производство радия
Уже первые работы по получению радия носили технологический характер: за четыре года в лабораторных условиях было переработано тонн хвостов, оставшихся от выделения урана из яхимовской руды. Затем (1903 г.) по инициативе П.Кюри обработку отходов вели на химическом заводе в Ножан-на-Марне.
В начале 20-го века в разных странах также начались работы по добыче радия. Первым создал промышленную методику выделения солей радия из урановой руды профессор Ф. Гизель (г. Брауншвейг, Нижняя Саксония) – специалист по хинину.
Он занялся выделением высокоактивных веществ из промышленного руд урана в то же время, что и супруги Кюри. Гизель модернизировал методику К.Р. Фрезениус, использованную Кюри, перешел от хлорида к бромиду радия и получил чистую в то время соль радия. [1]
С начала 1903 г. Ф.Гизель начал поставлять в продажу по умеренным ценам гидрат бромистого радия, содержащий 50% чистого элемента. На препаратах радия, купленных у Гизеля, были сделаны открытия Э.Резерфорда (220 Rn (торон), цепочка распада Ra и Th, закон распада, а- и p-излучения и др.) И Рамзая и Содди (1903, образование Не из Ra и Rn), были получены оптические спектры радона и т.п.
Ю. Эльстер и Г. Гейтель первыми выразили мнение о превращении элементов в радиоактивных процессах. Перейдя от урана к высокоактивным препаратам радия, они начали работы по воздействию магнитных полей на радиацию.
В начале 20-го века приступили к промышленному производству радия и его солей. Радий добывали из урановых руд и радиевых вод. Из Яхимовского урановых руд к 1931 г. извлекли 39 г, из рудников США в 19114-1927 гг. – 202 г радия. Постепенно добыча росла.
К 1940 году по всему миру было получено 1 кг этого элемента. До развития реакторного способа получения радиоактивных изотопов радий имел широкое применение, и мировой запас его к 1954 г. составил 2,5 кг (2500 Ки), на границе 20-го – 21-го веков запасы радия в мире составляли с кг.
В 1904 г. вблизи Парижа появился первый Радиевый завод, производивший препараты радия для врачей, занимающихся лечением злокачественных опухолей.
На полупромышленной установке сначала перерабатывались концентраты смоляной руды из Яхимова, затем руды Португалии, карнотитовые концентраты из США, позже – руды из Мадагаскара. Основал завод Арми де Лилль, который субсидировал также журнал «Радий».
В 1903 г. австрийское правительство наложило эмбарго на вывоз из Яхимова урановой руды и остатков от ее переработки, и вскоре именно построило там завод по добыче радия.
К 1910 г. на нем получили 13 г радия, и к 1922 г. этот завод оставался европейским лидером по производству радия. Огромная цена радия стимулировала поиск его руд и добычу на всех континентах. В 19204-1930-6 один за другим открывались новые предприятия по переработке урановых руд и добыче радия – как на своем сырье, так и на привозном.
В Лондоне перерабатывали руду, добытую на шахтах юго-западной части Англии (полуостров Корнуолл). На заводе недалеко от Стокгольма радий извлекался из собственных урансодержащих сланцев и урановой смолки из Норвегии. В Австралии радий получали из руд, найденных в южных пустынях.
Применение.
В начале XX века. радий считался не только безопасным, но и полезным элементом. Его добавляли в пищевые продукты, воду, косметику и средства гигиены. Радий входил в состав люминесцентной краски, наносимой на стрелки и циферблаты часов.
Использование краски без мер предосторожности приводило к увечью и смерти рабочих, что стало причиной обращения в суд некоторых женщин, работавших на производстве, U.S. Радио. Ориндж, Нью-Джерси (процесс «радиевых девушек»).
Радий применяется как источник альфа-частиц для приготовления Re-Be источников нейтронов, для изготовления светящихся красок, в медицине – для радиотерапии и дефектоскопии, в технике – для получения радиобериллиевых источников нейтронов, как источник гамма-излучения. Радий также используется в геохимии в качестве индикатора смешивания и циркуляции вод океанов.
5. Радий: радиация в истории рака
Как только открытый элемент радо светился в темноте, что сразу же поразило воображение публики. Вскоре начали производить потребительские товары с радием, в том числе наручные светящиеся в темноте часы.
Тысячи молодых женщин тщательно разрисовывали циферблаты наручных часов, которых было выпущено несколько миллионов.
Согласно требованиям производства часов, эти «радиевые девушки» увлажняли щеточки во рту, невольно поглощая краску с радием. В 1922 году стало очевидно, что происходит несколько очень плохое, когда радиевые девушки стали буквально разлагаться.
У них без видимых причин выпадали зубы. Один дантист обратил внимание на то, что, когда он осторожно обследовал ротовую полость девушки, вся ее челюсть разломилась.
В 1923 году это тяжелое разрушение костей стало настолько известным, что его назвали «радиевой челюстью». Радующийся, поглощавший девушки, проникал в кости челюсти и постоянно излучал радиацию, которая, по сути, сжигала кость и близлежащую ткань.
Одна радиевая девушка умерла, когда ткани ее гортани разрушились и произошло кровоизлияние в яремную вену. Еще одна девушка, прогуливаясь по дому в темноте, заметила, что ее кости светятся в зеркале.
Тело девушки поглотило столько радости, что она буквально светилась, став похожей на призрак. У многих девушек, тела которых не превращались в прах, возникали огромные, безобразные опухоли мягких тканей, то есть развивалась саркома.
В 1930-х годах тот факт, что влияние радиоактивного излучения влечет за собой рак, стало общеизвестным. В наше время рабочие обязательно одевают свинцовые защитные халаты, однако Мария Кюри и ее коллеги изо дня в день работали без защиты в среде, которая находилась под влиянием мощнейшего радиоактивного излучения.
Их также не обошли ужасы заболеваний, вызванных радиацией — они один за другим скончались при загадочных обстоятельствах. Десятки лет воздействия радиации сделали Марию Кюри хронически больной, поскольку радий разрушал ее костный мозг (у нее развилась апластическая анемия).
В 1995 году, когда тела Марии и Пьера Кюри перевезли в Пантеон в Париже, чтобы можно было почтить этих ученых среди важнейших исторических личностей, их положили в свинцовые гробы, чтобы защитить посетителей от чрезвычайно радиоактивных останков.
Мария и Пьер Кюри останутся в этих защитных футлярах по крайней мере в течение полутора тысяч лет. Личные записи и артефакты Марии Кюри, выставленные на всеобщее обозрение, также чрезвычайно радиоактивны.
Заключение
У радия кубическая объемноцентрированная кристаллическая решетка, на наружной оболочке его атома находится 2 электрона, по этой причине у данного элемента только одна степень окисления +2. Все соединения радия обладают свойством автолюминесценции, для них характерно бледно-голубое свечение в темноте.
Многие соли радия бесцветны, однако, разлагаясь под действием собственного излучения, они приобретают коричневую или желтую окраску. Из-за самопоглощения выпускаемых при радиоактивном распаде частиц радий постоянно выделяет тепло, поэтому температура его препаратов всегда, немного выше окружающей.
Список использованных источников
1. И. А. Леенсон. Полоний: что нового? — Химия и жизнь, № 2, 2017.
2. Дмитрий Самин. Радиоактивность // 100 великих научных открытий. — Москва: «Вече 2010», 2012.
3. Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
4. Adrienne Crezo. 9 Ways People Used Radium Before We Understood the Risks
5. Малая горная энциклопедия: в 3 т./под ред. В. С. Белецкий. – Д.: Донбасс, 2017. – Т. 2: Л – Р. – 670 с.
|
Скачать 54.15 Kb.