Радиоактивный металл серебристо белого цвета

Обновлено: 16.05.2024

Актиний — химический элемент с атомным номером 89, обозначается в периодической системе элементов символом Ac ( Actinium ). Актиний был открыт в 1899 году А. Дебьерном в отходах от переработки урановой смолки, из которой удалили полоний и радий. Новый элемент был назван актинием. Вскоре после открытия Дебьерна независимо от него немецкий радиофизик Ф. Гизель из такой же фракции урановой смолки, содержащей редкоземельные элементы, получил сильно радиоактивный элемент и предложил ему название «эманий».

Дальнейшее исследование показало идентичность препаратов, полученных Дебьерном и Гизелем, хотя они наблюдали радиоактивное излучение не самого актиния, а продуктов его распада — 227 Th (радиоактиний) и 230 Th (ионий).

Происхождение названия

От лат. — Actinium, от греческого «актис» — луч.

Нахождение в природе

Актиний является одним из самых малораспространённых в природе радиоактивных элементов. Общее его содержание в земной коре не превышает 2600 т., тогда как, например, количество радия более 40 млн т.

В природе найдено 3 изотопа актиния: 225 Ac, 227 Ac, 228 Ac.

Актиний сопутствует урановым рудам. Его содержание в природных рудах соответствует равновесному. Повышенные количества актиния находят в молибденитах, халькопирите, касситерите, кварце, пиролюзите. Актиний характеризуется невысокой миграционной способностью в природных объектах и перемещается значительно медленнее, чем уран.

Свойства

У актиния нет стабильных изотопов. Известны также 24 изотопа актиния, получаемых искусственно.

Актиний — металл серебристо-белого цвета, по внешнему виду напоминает лантан. Вследствие радиоактивности, в темноте светится характерным голубым цветом.

Подобно лантану, может существовать в двух кристаллических формах, но получена только одна форма — β-Ac, имеющая кубическую гранецентрированную структуру. Низкотемпературную α-форму получить не удалось.

Атомный радиус актиния ненамного превышает атомный радиус лантана и составляет 1.88 А.

По химическим свойствам актиний также сильно похож на лантан, в соединениях принимает степень окисления +3 (Ac₂O₃, AcCl₃, Ac(OH)₃), но отличается высокой реакционноспособностью и более основными свойствами.

Получение

Получение актиния из урановых руд нецелесообразно ввиду малого его в них содержания, а также большого сходства с присутствующими там редкоземельными элементами.

В основном, изотопы актиния получают искусственным путем.

Радиоактивные свойства некоторых изотопов актиния:

Изотоп актиния	Реакция получения	Тип распада	Период полураспада
221 Ac	232 Th(d,9n) 225 Pa(α)→ 221 Ac	α
222 Ac	232 Th(d,8n) 226 Pa(α)→ 222 Ac	α	4,2 сек.
223 Ac	232 Th(d,7n) 227 Pa(α)→ 223 Ac	α	2,2 мин.
224 Ac	232 Th(d,6n) 228 Pa(α)→ 224 Ac	α	2,9 час.
225 Ac	232 Th(n,γ) 233 Th(β - )→ 233 Pa(β - )→ 233 U(α)→ 229 Th(α)→ 225 Ra(β - ) 225 Ac	α	10 сут.
226 Ac	226 Ra(d,2n) 226 Ac	α или β - или электронный захват	29 час.
227 Ac	235 U(α)→ 231 Th(β - )→ 231 Pa(α)→ 227 Ac	α или β -	21,7 лет
228 Ac	232 Th(α)→ 228 Ra(β - )→ 228 Ac	β -	6,13 час.
229 Ac	228 Ra(n,γ) 229 Ra(β - )→ 229 Ac	β -	66 мин.
230 Ac	232 Th(d,α) 230 Ac	β -	80 сек.
231 Ac	232 Th(γ,p) 231 Ac	β -	7,5 мин.
232 Ac	232 Th(n,p) 232 Ac	β -	35 сек.

Изотоп 227 Ac получают облучением радия нейтронами в реакторе. Выход, как правило, не превышает 2,15 % от исходного количества радия. Количество актиния при данном способе синтеза исчисляется в граммах. Изотоп 228 Ac получают облучением изотопа 227 Ac нейтронами.

Выделение и очистка актиния от радия, тория и дочерних продуктов распада проводятся методами экстракции и ионного обмена.

Металлический актиний получают восстановлением трифторида актиния парами лития.

Применение

227 Ac в смеси с бериллием является источником нейтронов. Ac-Be-источники характеризуются малым выходом гамма-квантов, применяются в активационном анализе при определении Mn, Si, Al в рудах.

225 Ac применяется для получения 213 Bi, а также для использования в радио-иммунотерапии.

227 Ac может использоваться в радиоизотопных источниках энергии.

228 Ac применяют в качестве радиоактивного индикатора в химических исследованиях из-за его высокоэнергетического β-излучения.

Смесь изотопов 228 Ac- 228 Ra используют в медицине как интенсивный источник γ-излучения.

Физиологическое действие

Актиний относится к числу опасных радиоактивных ядов с высокой удельной α-активностью. Хотя абсорбция актиния из пищеварительного тракта по сравнению с радием сравнительно невелика, но наиболее важной особенностью актиния является его способность прочно удерживаться в организме в поверхностных слоях костной ткани. Первоначально актиний в значительной степени накапливается в печени, причём скорость его удаления из организма много больше скорости его радиоактивного распада. Кроме того, одним из дочерних продуктов его распада является очень опасный радон, защита от которого при работе с актинием является отдельной серьёзной задачей.

Периодическая система химических элементов Менделеева

Классификация хим. элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона/

198095, г.Санкт-Петербург, ул.Швецова, д.23, лит.Б, пом.7-Н, схема проезда

Калифорний

Калифорний — искусственный радиоактивный химический элемент, актиноид, обозначаемый Cf, имеющий атомный номер 98 в периодической системе Менделеева. Известны радиоизотопы с массовыми числами 237—256. Стабильных изотопов не имеет.

Элемент был впервые синтезирован в 1950 году в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (тогда Лаборатория радиации Калифорнийского университета) путём бомбардировки кюрия альфа-частицами (ионами гелия-4). Актиноид, шестой трансурановый элемент, который был когда-либо синтезирован, и имеет вторую по величине атомную массу среди всех элементов, которые были произведены в таких количествах, чтобы их можно было разглядеть невооружённым глазом (после эйнштейния). Элемент был назван в честь штата Калифорния и университета из этого штата.

Содержание

1 История
2 Происхождение названия
3 Получение
4 Физические и химические свойства
5 Изотопы
6 Применение
7 Физиологическое действие

История

Получен искусственно в 1950 году американскими физиками С. Томпсоном, К. Стритом, А. Гиорсо и Г. Сиборгом в Калифорнийском университете в Беркли при облучении 242 Cm ускоренными α-частицами.

Первые твёрдые соединения калифорния — 249 Cf₂O₃ и 249 CfOCl получены в 1958 году.

Назван в честь Калифорнийского университета в Беркли, где и был получен. Как писали авторы, этим названием они хотели указать, что открыть новый элемент им было так же трудно, как век назад пионерам Америки достичь Калифорнии.

Калифорний производят в двух местах: НИИАР в Димитровграде (Россия), Окриджской национальной лаборатории в США.

Для производства одного грамма калифорния плутоний или кюрий подвергают длительному нейтронному облучению в ядерном реакторе, от 8 месяцев до 1,5 лет. Затем из получившихся продуктов облучения химическим путём выделяют калифорний.

Металлический калифорний получают путём восстановления фторида калифорния CfF₃ литием:

CfF₃ + 3Li ⟶ Cf + 3LiF

или оксида калифорния Cf₂O₃ кальцием:

От других актиноидов калифорний отделяют экстракционными и хроматографическими методами.

Физические и химические свойства

Калифорний представляет собой серебристо-белый актинидный металл с температурой плавления 900 ± 30° C и предполагаемой температурой кипения 1470 °C. Чистый металл податлив и легко режется лезвием. Металлический калифорний начинает испаряться при температуре выше 300 °C под вакуумом. Образует сплавы с лантаноидными металлами, но о них мало что известно.

Калифорний — чрезвычайно летучий металл. Существует в двух полиморфных модификациях. Ниже 600 °C устойчива α-модификация с гексагональной решёткой (параметры а = 0,339 нм, с = 1,101 нм), выше 600 °C — β-модификация с кубической гранецентрированной решёткой. Температура плавления металла 900 °C, температура кипения 1227 °C.

По химическим свойствам калифорний подобен актиноидам. Синтезированы галогениды калифорния — CfX₃ (X — атом галогена), оксигалогениды — CfOX. Для получения диоксида калифорния CfO₂ оксид Cf₂O₃ окисляют при нагревании кислородом под давлением 10 МПа. В растворах Cf 4+ получают, действуя на соединения Cf 3+ сильными окислителями. Синтезирован твёрдый дийодид калифорния CfI₂. Из водных растворов Cf 3+ восстанавливается до Cf 2+ электрохимически.

Изотопы

Известно 17 изотопов калифорния, наиболее стабильными из которых являются 251 Cf с периодом полураспада T_1/2 = 900 лет, 249 Cf (T_1/2 = 351 год), 250 Cf (T_1/2 = 13,08 года) и 252 Cf (T_1/2 = 2,645 года). Последний изотоп имеет высокий коэффициент размножения нейтронов (выше 3) и критическую массу около 5 кг (для металлического шара). Грамм 252 Cf испускает около 3⋅10 12 нейтронов в секунду. 251 Cf упоминается в книге Чингиза Абдуллаева «Символы распада» как элемент миниатюрной ядерной бомбы — «ядерного чемоданчика». Встречающиеся иногда оценки критической массы, составляющие порядка 10 г, относятся к водным растворам солей калифорния.

Наибольшее применение нашёл изотоп 252 Cf. Он используется как мощный источник нейтронов в нейтронно-активационном анализе, в лучевой терапии опухолей. Кроме того, изотоп 252 Cf используется в экспериментах по изучению спонтанного деления ядер. Калифорний является чрезвычайно дорогим металлом. Цена 1 грамма изотопа 252 Cf составляет около 4 млн долларов США, и она вполне оправдана, так как ежегодно получают 40—60 миллиграммов.

Продукты распада ядер калифорния-252 ( 252 Cf) с энергией порядка 80—100 МэВ используют для бомбардировки и ионизации пробы в спектрометрии (см. Плазменная десорбционная ионизация). При делении ядра 252 Cf возникают движущиеся в противоположных направлениях частицы. Одна из частиц попадает в триггерный детектор и сигнализирует о начале отсчёта времени. Другая частица попадает на матрицу пробы, выбивая ионы, которые направляются во времяпролётный масс-спектрометр.

Изотоп 249 Cf применяют в научных исследованиях. При работе с ним не требуется защита от нейтронного излучения.

Радионуклид 252 Cf высокотоксичен. ПДК в воде открытых водоёмов 1,33⋅10 −4 Бк/л.

Актиний

Акти́ний — химический элемент с атомным номером 89, обозначается в периодической системе элементов символом Ac (лат. Actinium ).

Актиний был открыт в 1899 году А. Дебьерном в отходах от переработки урановой смолки, из которой удалили полоний и радий. Новый элемент был назван актинием. Вскоре после открытия Дебьерна независимо от него немецкий радиофизик Ф. Гизель из такой же фракции урановой смолки, содержащей редкоземельные элементы, получил сильно радиоактивный элемент и предложил ему название «эманий».

Атомный радиус актиния ненамного превышает атомный радиус лантана и составляет 1,88 Å.

По химическим свойствам актиний также сильно похож на лантан, в соединениях принимает степень окисления +3 (Ac₂O₃, AcBr₃, Ac(OH)₃), но отличается высокой реакционноспособностью и более основными свойствами.

В основном, изотопы актиния получают искусственным путем. Изотоп 227 Ac получают облучением радия нейтронами в реакторе. Выход, как правило, не превышает 2,15 % от исходного количества радия. Количество актиния при данном способе синтеза исчисляется в граммах. Изотоп 228 Ac получают облучением изотопа 227 Ac нейтронами.

Природный актиний состоит из одного радиоактивного изотопа, 227 Ac. Известно тридцать шесть радиоизотопов, наиболее стабильные — 227 Ac с периодом полураспада в 21,772 лет, 225 Ac с периодом полураспада 10,0 дней и 226 Ac с периодом полураспада 29,37 часа. Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют периоды полураспада менее 10 часов, и большинство из них имеет период полураспада менее 1 минуты. Самый короткоживущий изотоп актиния — 217 Ac с периодом полураспада 69 наносекунд, который распадается через альфа-распад и электронный захват.

Очищенный 227 Ac приходит в равновесие с продуктами распада через 185 дней. Он распадается в основном с излучением β-(98,8%) и небольшого количества α-частиц (1,2%), последующие продукты распада также относятся к ряду актиния. Изотопы актиния имеют атомный вес в диапазоне от 206 до 236 а.е.м.

Изотоп актиния	Реакция получения	Тип распада	Период полураспада
221 Ac	232 Th(d,9n) 225 Pa(α)→ 221 Ac	α
222 Ac	232 Th(d,8n) 226 Pa(α)→ 222 Ac	α	4,2 сек.
223 Ac	232 Th(d,7n) 227 Pa(α)→ 223 Ac	α	2,2 мин.
224 Ac	232 Th(d,6n) 228 Pa(α)→ 224 Ac	α	2,9 час.
225 Ac	232 Th(n,γ) 233 Th(β − )→ 233 Pa(β − )→ 233 U(α)→ 229 Th(α)→ 225 Ra(β − ) 225 Ac	α	10 сут.
226 Ac	226 Ra(d,2n) 226 Ac	α или β − или электронный захват	29 час.
227 Ac	235 U(α)→ 231 Th(β − )→ 231 Pa(α)→ 227 Ac	α или β −	21,7 лет
228 Ac	232 Th(α)→ 228 Ra(β − )→ 228 Ac	β −	6,13 час.
229 Ac	228 Ra(n,γ) 229 Ra(β − )→ 229 Ac	β −	66 мин.
230 Ac	232 Th(d,α) 230 Ac	β −	80 сек.
231 Ac	232 Th(γ,p) 231 Ac	β −	7,5 мин.
232 Ac	232 Th(n,p) 232 Ac	β −	35 сек.

Актиний — химический элемент с атомным номером 89, обозначается в периодической системе элементов символом Ac (лат. Actinium ). Не имеет стабильных изотопов. При нормальных условиях представляет собой тяжёлый серебристо-белый металл.

1 История
2 Происхождение названия
3 Нахождение в природе
4 Свойства
5 Получение
6 Изотопы
7 Применение
8 Физиологическое действие
9 В литературе

От др.-греч. ἀκτίς — луч.

Актиний — металл серебристо-белого цвета, тяжелый, мягкий, по внешнему виду напоминает лантан. Вследствие радиоактивности в темноте светится характерным голубым цветом. Во влажном воздухе покрывается оксидной плёнкой. Сильный восстановитель, реагирует с водой:

В основном, изотопы актиния получают искусственным путём. Изотоп 227 Ac получают облучением радия нейтронами в реакторе. Выход, как правило, не превышает 2,15 % от исходного количества радия. Количество актиния при данном способе синтеза исчисляется в граммах. Изотоп 228 Ac получают облучением изотопа 227 Ac нейтронами.

Металлический актиний получают восстановлением трифторида актиния парами лития:

AcF₃ + 3Li → 3LiF + Ac (1300-1350 °C, в атмосфере Ar)

Очищенный 227 Ac приходит в равновесие с продуктами распада через 185 дней. Он распадается в основном с излучением β-(98,8 %) и небольшого количества α-частиц (1,2 %), последующие продукты распада также относятся к ряду актиния. Изотопы актиния имеют атомный вес в диапазоне от 206 до 236 а.е.м.

Изотоп актиния	Реакция получения	Тип распада	Период полураспада
221 Ac	232 Th(d,9n) 225 Pa(α)→ 221 Ac	α
222 Ac	232 Th(d,8n) 226 Pa(α)→ 222 Ac	α	4,2 сек.
223 Ac	232 Th(d,7n) 227 Pa(α)→ 223 Ac	α	2,2 мин.
224 Ac	232 Th(d,6n) 228 Pa(α)→ 224 Ac	α	2,9 час.
225 Ac	232 Th(n,γ) 233 Th(β − )→ 233 Pa(β − )→ 233 U(α)→ 229 Th(α)→ 225 Ra(β − ) 225 Ac	α	10 сут.
226 Ac	226 Ra(d,2n) 226 Ac	α или β − или электронный захват	29 час.
227 Ac	235 U(α)→ 231 Th(β − )→ 231 Pa(α)→ 227 Ac	α или β −	21,7 лет
228 Ac	232 Th(α)→ 228 Ra(β − )→ 228 Ac	β −	6,13 час.
229 Ac	228 Ra(n,γ) 229 Ra(β − )→ 229 Ac	β −	66 мин.
230 Ac	232 Th(d,α) 230 Ac	β −	80 сек.
231 Ac	232 Th(γ,p) 231 Ac	β −	7,5 мин.
232 Ac	232 Th(n,p) 232 Ac	β −	35 сек.

225 Ac применяется для получения 213 Bi, а также для использования в радиоиммунотерапии.

Актиний относится к числу опасных радиоактивных ядов с высокой удельной α-активностью. Хотя абсорбция актиния из пищеварительного тракта по сравнению с радием сравнительно невелика, но наиболее важной особенностью актиния является его способность прочно удерживаться в организме в поверхностных слоях костной ткани. Первоначально актиний в значительной степени накапливается в печени, причём скорость его удаления из организма намного больше скорости его радиоактивного распада. Кроме того, одним из дочерних продуктов его распада является очень опасный радон, защита от которого при работе с актинием является отдельной серьёзной задачей.

В литературе

В фантастическом рассказе Э. Гамильтона «Мои бедные железные нервы» описана добыча актиния в промышленных масштабах на вымышленном четвёртом спутнике Плутона, Дис (что невозможно, так как единственный природный и самый долгоживущий изотоп актиния имеет период полураспада меньше 22 лет). Судя по содержанию, актиний во вселенной рассказа применяется для энергетики. Добычу осуществляют автономные роботы, причём автор даёт описание в шуточном ключе: на роботов-добытчиков радиоактивное топливо действует примерно так же, как на человека — алкоголь.

Актиний (Ac)
Бромид актиния III (AcBr₃) Актиний бромистый
Гидрид актиния III (AcH₂)
Гидроксид актиния III (Ac(OH)₃) Актиний гидроокись
Йодид актиния III (AcI₃) Актиний йодистый
Нитрат актиния III (Ac(NO₃)₃) Актиний азотнокислый
Оксалат актиния III (Ac₂(C₂O₄)₃) Актиний щавелевокислый
Оксид актиния III (Ac₂O₃) Актиний окись
Оксид-бромид актиния (AcOBr)
Оксид-хлорид актиния (AcOCl)
Ортофосфат актиния III (AcPO₄) Актиний фосфорнокислый
Сульфат актиния III (Ac₂(SO₄)₃) Актиний сернокислый
Сульфид актиния III (Ac₂S₃) Актиний сернистый
Фторид актиния III (AcF₃) Актиний фтористый
Фторид-оксид актиния (AcOF)
Хлорид актиния III (AcCl₃) Актиний хлористый

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Берклий

Берклий (Bk, лат. Berkelium ) — искусственно полученный радиоактивный трансурановый химический элемент группы актиноидов с атомным номером 97. Берклий не имеет стабильных изотопов, наиболее долгоживущий нуклид 247 Bk имеет период полураспада 1380 лет.

1 История
2 Происхождение названия
3 Изотопы
4 Физические свойства
5 Химические свойства
6 Получение
7 Применение
8 Биологическая роль

Получен в 1949 г. учеными Национальной лаборатории им. Лоуренса в г. Беркли (Калифорния, США; прежнее название — Радиационная лаборатория) С. Томпсоном, Г. Сиборгом, А. Гиорсо при бомбардировке мишени из америция-241 ускоренными на 60-дюймовом циклотроне α-частицами:

97-й элемент был получен группой Сиборга вслед за элементами с номерами 94 (плутонием), 95 (америцием) и 96 (кюрием). Пятилетняя задержка после синтеза 96 элемента была связана с отсутствием материала для исходной мишени — изотопа америция 241 Am. Для химической идентификации нового элемента использовали хорошо отработанный к тому времени метод ионообменной хроматографии.

Берклий является химическим аналогом тербия, получившего название от небольшого селения Иттербю в Швеции, рядом с которым был обнаружен минерал, содержащий среди прочих редкоземельных металлов и тербий. Поэтому было решено назвать 97-й элемент по названию города Беркли, в котором он был впервые получен.

Всего известно девять изотопов берклия, с массами от 243 до 251.

Среди них есть и сравнительно долгоживущие, например, 247 Bk (Т_1/2 = 1380 лет) и 249 Bk (β-излучатель с периодом полураспада Т_1/2 = 314 дней); прочие же «живут» лишь часы. Все они образуются в ядерных реакциях в совершенно ничтожных количествах. Лишь 249 Bk удается получить в заметных количествах при облучении в реакторах урана, плутония, америция, кюрия. Способность его ядер к делению на тепловых нейтронах в несколько раз выше, чем у ядер 235 U и 239 Pu, обычно используемых в качестве делящихся материалов.

Средняя энергия α-излучения 245 Bk, 247 Bk, 249 Bk равна соответственно 7,45⋅10 −3 ; 5,70; 7,94⋅10 −5 МэВ/(Бк·с).

Физические свойства

Простое вещество берклий — радиоактивный металл серебристо-белого цвета.

Химические свойства

Установлено, что берклий очень реакционноспособен. В своих многочисленных соединениях он имеет степени окисления + 3 (преимущественно) и + 4. Существование четырехвалентного берклия позволяет отделять этот элемент от других актиноидов и лантаноидов (продуктов деления), которые либо не имеют такой валентной формы, либо труднее в неё переводятся.

Взаимодействует с кислородом (оксид и диоксид), галогенами и серой. Известны двойные соли и металлоорганические соединения берклия. Образует комплексные соединения с минеральными и органическими кислотами. Наиболее устойчивы соединения берклия в растворе при степени окисления +3. При рН, близких к щелочной среде, Bk 3+ образует нерастворимый основной гидроксид. Оксиды, фториды, фосфаты и карбонаты берклия нерастворимы в воде. В четырехвалентном состоянии берклий является сильным окислителем.

Изотопы берклия с массовыми числами до 248 получают из соответствующих изотопов америция или кюрия по реакции (α, n) или (α, p, n). 249 Bk образуется в ядерном реакторе при облучении нейтронами 238 U или 239 Pu. 250 Bk получают облучением 249 Bk по реакции (γ, n).

Нуклид 249 Bk используется для получения изотопов калифорния. Использовался для получения 117 элемента.

Биологическая роль

При введении крысам нитрата 249 Bk радионуклид распределяется между скелетом (40 %) и печенью (18 %). Небольшие количества 249 Bk определяются в мышцах (9 %), надпочечниках (7,3 %), коже (4,5 %), селезёнке (1,3 %) и почках (1,1 %). Т_б из костной ткани составляет 500—600 сут.

Выведение из организма крыс происходит в основном с мочой 18,2 % и калом 10 %. Максимальные дозы в костной ткани, не влияющие на сокращение продолжительности жизни крыс, составляют 6,3 Гр (β-излучение) при введении 37-10 8 кБк/кр массы тела крыс. В отдаленные сроки у крыс развиваются остеосаркомы.

Читайте также: