Ra · Элемент 88 · Щёлочноземельный металл
Элемент, светившийся в темноте на циферблатах часов и убивший женщин, которые их расписывали.
Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение радий среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 221 pm — это 0,221 нм, поэтому около 2,26 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Радий находится в жидком состоянии в диапазоне 1037 K — от 973 K до 2010 K.
История
Элемент, светившийся в темноте на циферблатах часов и убивший женщин, которые их расписывали.
Радий был открыт в 1898 году Мари и Пьером Кюри в Париже вместе с полонием при изучении загадочной радиоактивности урановой руды. Мари Кюри заметила, что урановая руда была более радиоактивной, чем чистый уран, что указывало на присутствие неизвестных элементов. В результате кропотливого химического разделения супруги Кюри выделили фракции с высокой радиоактивностью и в конце концов идентифицировали два новых элемента, которые назвали полонием и радием.
Супруги Кюри переработали буквально тонны остатков урановой руды в переоборудованном сарае, используя примитивное оборудование и не имея средств защиты. Мари Кюри четыре года очищала радий и наконец в 1902 году выделила одну десятую грамма чистого хлорида радия. Для получения этого крошечного образца пришлось переработать более 8 тонн урановой руды, что демонстрирует исключительную редкость радия и невероятную самоотдачу, необходимую для его открытия.
Супруги Кюри обнаружили, что радий светится в темноте, непрерывно выделяет тепло и вызывает радиоактивность окружающих материалов. Эти беспрецедентные свойства произвели революцию в понимании строения атома и энергии. Пьер Кюри, по известному рассказу, носил пробирку с радием в кармане и отмечал ожоги, которые тот оставлял на коже, невольно демонстрируя как его силу, так и опасность.
Открытие радия принесло Мари и Пьеру Кюри Нобелевскую премию по физике 1903 года (совместно с Анри Беккерелем за исследования радиоактивности), а Мари Кюри — вторую Нобелевскую премию, по химии, в 1911 году за выделение чистого радия и определение его атомной массы. Мари Кюри стала первым человеком, получившим Нобелевские премии в двух разных научных областях, главным образом благодаря своим исследованиям радия.
Применение
Радий-226 исторически сыграл важнейшую роль в лечении рака с помощью брахитерапии (внутренней лучевой терапии). С 1900-х по 1970-е годы радиевые иглы и аппликаторы вводили непосредственно в опухоли или полости тела, чтобы доставить высокую дозу излучения к раковым клеткам. Хотя впоследствии радий был в основном заменён более безопасными изотопами, такими как цезий-137 и иридий-192, он заложил основы современной радиационной онкологии и спас множество жизней в период, когда существовало мало других методов лечения рака.
Радий служит первичным эталоном для измерения радиоактивности и калибровки приборов. Первоначальное определение кюри (единицы радиоактивности) основывалось на скорости распада одного грамма радия-226. Сегодня источники радия с точно измеренной активностью помогают калибровать оборудование для обнаружения излучения, проверять методы измерений и обеспечивать эталонные стандарты для национальных лабораторий по всему миру. Радий также используется в исследованиях ядерной физики, изучающих процессы альфа-распада.
До того как его опасность для здоровья была полностью изучена, радий имел множество промышленных применений. Самосветящуюся краску, содержащую радий, использовали на циферблатах часов, приборных панелях и авиационных указателях с 1917 по 1960-е годы. Эти применения обеспечивали надёжное освещение без внешних источников питания, что было особенно важно для военной и авиационной техники во время обеих мировых войн. Радий также использовали в молниеотводах и как добавку в некоторые специальные стали.
Герметичные источники радия по-прежнему играют важную роль в обучении специалистов по радиационной безопасности, медицинских физиков и инженеров-ядерщиков. Эти контролируемые источники помогают студентам понять принципы обнаружения излучения, расчёты защиты от излучения и процедуры контроля загрязнения. В современных образовательных целях используются минимальные количества радия в защищённых устройствах, предотвращающих облучение и обеспечивающих ценный практический опыт.
Большинство исторических применений радия было прекращено из-за серьёзных рисков для здоровья и окружающей среды. Потребительские товары, содержащие радий, включая светящиеся краски, общеукрепляющие средства и косметику, к 1970-м годам были запрещены в большинстве стран. Трагические истории работниц, наносивших радиевую краску на циферблаты и заболевших «радиевой челюстью» и другими смертельными болезнями, привели к введению строгих норм и разработке современных стандартов радиационной защиты.
Сегодня использование радия ограничено строго контролируемыми областями, включая отдельные медицинские исследования, калибровку приборов и эксперименты по ядерной физике. Ra-223 (Xofigo) представляет собой современное медицинское применение — радиофармацевтический препарат, одобренный FDA для лечения костных метастазов у пациентов с раком предстательной железы. Этот изотоп, испускающий альфа-частицы, избирательно воздействует на костную ткань, доставляя излучение непосредственно к очагам рака и сводя к минимуму облучение всего тела.
Национальные лаборатории и научно-исследовательские учреждения хранят источники радия для калибровки оборудования для измерения излучения и изучения процессов ядерного распада. Для этих целей необходимы строгие лицензии, специализированные помещения и комплексные протоколы безопасности. Такое применение необходимо для поддержания точности измерений излучения, используемых в медицине, ядерной энергетике и экологическом мониторинге.
Изотопы радия служат естественными трассерами для изучения движения грунтовых вод, циркуляции океана и переноса осадков. Учёные измеряют концентрации радия, чтобы отслеживать водные массы, оценивать скорость разгрузки грунтовых вод и понимать биогеохимические процессы в водных системах. Эти применения помогают управлять водными ресурсами и отслеживать изменения окружающей среды без добавления искусственного радия.
Откуда он происходит
9,00e-7 мг/кг земной коры · более распространён, чем 28% элементов
Радий естественным образом образуется как промежуточный продукт в цепочке распада урана-238 при распаде радона-222. С периодом полураспада 1 600 лет радий-226 накапливается в урансодержащих рудах и породах, достигая равновесных концентраций, определяемых соотношением между образованием и распадом. Значительные месторождения радия находятся в богатых ураном районах, включая плато Колорадо, бассейн Атабаска в Канаде, а также различные районы Австралии, Казахстана и Африки.
Радий легко растворяется в грунтовых водах, особенно в районах с урансодержащими коренными породами или осадками. Высокие концентрации радия в источниках питьевой воды затрагивают тысячи населённых пунктов по всему миру, особенно тех, которые используют глубокие скважины в ледниковых водоносных горизонтах или расположены в районах с месторождениями фосфатов. EPA устанавливает предельно допустимый уровень содержания радия-226 и радия-228 в совокупности на уровне 5 pCi/L в общественных системах водоснабжения.
Природные радиоактивные материалы (NORM), содержащие радий, накапливаются в оборудовании для добычи нефти и газа, при добыче фосфатов и в угольной золе. Радий концентрируется в рассоле и отложениях накипи в трубах и резервуарах нефтяных месторождений, создавая значительные проблемы с утилизацией для нефтяной промышленности. Фосфатные удобрения часто содержат повышенные уровни радия, способствуя радиационному воздействию на сельскохозяйственных территориях.
Некоторые строительные материалы, включая бетон, изготовленный с использованием фосфатного шлака или золы-уноса, могут содержать повышенные уровни радия. Радий в строительных материалах способствует повышению концентрации радона в помещениях, поскольку Ra-226 распадается с образованием газа радона. Некоторые природные камни, используемые в строительстве, особенно разновидности гранита, могут содержать значительные концентрации радия, требующие мониторинга и возможного принятия мер по снижению риска.
Обращение
Радий радиоактивен. У него нет стабильных изотопов — каждое ядро распадается. Для обращения требуются соответствующие средства защиты и лицензия.
Радий чрезвычайно опасен из-за своей интенсивной радиоактивности и поведения в организме. При попадании внутрь или вдыхании радий накапливается в костях, где продолжает испускать альфа-излучение в течение десятилетий. Это внутреннее облучение вызывает рак костей, лейкоз и тяжёлую анемию. Трагическая гибель маляров радиевых циферблатов в начале 1900-х годов, у которых из-за облизывания кистей, покрытых радиевой краской, развились «радиевая челюсть» и рак костей, привела к созданию современных стандартов радиационной защиты.
Любые работы с радием требуют специализированных помещений с соответствующими системами изоляции, вентиляции и мониторинга. Персонал должен носить полный комплект средств индивидуальной защиты, включая респираторы, чтобы предотвратить вдыхание радиевой пыли или радона, образующегося при распаде. Источники радия необходимо хранить в защищённых экранированных контейнерах и обрабатывать только дистанционными инструментами. Для всех, кто потенциально подвергся воздействию радия, необходим регулярный биологический контроль.
Загрязнение источников питьевой воды радием создаёт постоянные проблемы для общественного здоровья. Населённым пунктам с повышенным уровнем радия требуются системы очистки воды или альтернативные источники. Бывшие предприятия по переработке радия, включая производства по окраске циферблатов и изготовлению медицинских принадлежностей, остаются загрязнёнными спустя десятилетия после закрытия, что требует дорогостоящих работ по очистке и долгосрочного мониторинга.
Разливы радия или аварии требуют немедленной эвакуации и специализированных процедур очистки. Загрязнённые территории могут оставаться опасными в течение тысяч лет из-за периода полураспада радия, составляющего 1 600 лет. Спасатели должны быть обучены обнаружению радиации и располагать подходящим оборудованием для оценки уровня загрязнения. Медицинская помощь при воздействии радия направлена на предотвращение его всасывания и ускорение выведения из организма с помощью хелатотерапии.
Краткие ответы
Радий (символ Ra) — элемент 88 в периодической таблице, представитель семейства Щёлочноземельный металл в 7 периоде, 2 группе. Элемент, светившийся в темноте на циферблатах часов и убивший женщин, которые их расписывали. При комнатной температуре это твёрдое вещество, и оно радиоактивно.
[Rn] 7s²; она включает 7 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 32, 18, 8, 2.Радий плавится при 973 K (699.9 °C) и кипит при 2010 K (1736.9 °C).
У Радий нет стабильных изотопов, поэтому для него не существует стандартной атомной массы. Указанное значение 226 — массовое число наиболее долгоживущего известного изотопа.
Плотность Радий составляет 5.5 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Радий примерно в 5.5× тяжелее.
Электроотрицательность Радий по шкале Полинга составляет 0.9. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Такое низкое значение означает, что он легко отдаёт свои внешние электроны, образуя положительные ионы.
Радий был открыт в 1898 году Marie & Pierre Curie. Назван в честь латинское radius, «луч».
На долю Радий приходится около 9.00e-7 мг/кг земной коры — это действительно редкий элемент, поэтому он дорог.
Да. Радий не имеет стабильных изотопов — каждое его ядро распадается. Следовые количества естественным образом образуются как продукты распада более тяжёлых элементов.