Химические свойства радиоактивных элементов

 

В этой лекции мы рассмотрим химические свойства некоторых радиоактивных элементов. Нас будут интересовать те из них, которые не имеют стабильных изотопов, и которые представляют основной интерес с точки зрения ядерного топливного цикла на базе урана 235

Актиниды (от актиний и греч. eidos - вид) (актиноиды) - семейство из 14 радиоактивных химических элементов с атомными номерами 90 (Th) - 103 (Lr), расположенных в 7 периоде периодической системы элементов за актинием и относящихся, как и актиний, к III группе.

В семействе актиноидов по мере увеличения атомного номера новые электроны появляются не на внешней и даже не на предпоследней электронной оболочке, а еще ближе к ядру, в оболочке 5.

Актиноиды обладают близкими химическими свойствами, разделять их очень трудно, и "игра" на валентностях - основа большинства методов разделения.

Актиний не входит в число актиноидов, но исследование его свойств необходимо для понимания поведения следующей за ним группы элементов (так же, как знание свойств лантана помогает понять свойства семейства лантаноидов).

В 1828 году, анализируя редкий минерал, найденный в Швеции, Иенс Якоб Берцелиус обнаружил в нем окись нового элемента. Этот элемент был назван торием в честь всемогущего скандинавского божества Тора

Применение тория в качестве ядерного горючего затруднено прежде всего тем, что в побочных реакциях образуются изотопы с высокой активностью

Торий по внешнему виду и температуре плавления напоминает платину, по удельному весу и твердости - свинец. В химическом отношении у тория много сходства с церием, а по структуре электронной оболочки атома - это равноправный член семейства актиноидов

Отделение тория от большинства элементов, кроме Y, Sc и лантаноидов, производится в виде оксалата

По сравнению с возрастом Земли - 4,5-109 лет - время жизни любого изотопа очень мало

Протактиний добывают из урановой руды. Протактиний, Ра, 91й элемент периодической системы, атомный вес 231,03588. Предсказан Д.И.Менделеевым (экатантал). Протактиний почти одновременно обнаружили О.Ган и Л.Майтнер в Германии и Ф.Содди и Дж.Крэнстон в Англии (1917).

Уран, U, элемент с порядковым номером 92, самый тяжелый из встречающихся в природе.

Химически уран очень активный металл. Быстро окисляясь на воздухе, он покрывается радужной пленкой оксида. Мелкий порошок урана самовоспламеняется на воздухе, он зажигается при температуре 150-175 °C, образуя U3O8

Шестивалентный уран восстанавливается в кислых растворах до U4+ железом, цинком, алюминием, гидросульфитом натрия, амальгамой натрия (восстановление невозможно ни SO2, ни H2S.

Растворы окрашены в зеленый цвет Минералы - уранинит, урановые слюдки. Содержание U в руде незначительно. В отличие от U и U, из-за своей короткой жизни, этот изотоп образуется вследствие распада атомов U

Изотоп уран-233 с периодом полураспада 162000 лет не встречается в природе.

Его можно получить из тория-232, облучением нейтронами, на подобие производства плутония Короткий период полураспада у U делает его очень активным источником а-частиц

Нептуний, Np, - элемент с порядковым номером 93 - первый из искусственных заурановых элементов. Атомный вес 237. Назван в честь планеты Нептун. Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 237Np (Т=2,14*106 лет).

Плутоний, элемент с порядковым номером 94, открыт Г.Сиборгом, Э.Макмилланом, Дж.Кеннеди и А. Уолхом (Ваалем, Wahl) в декабре 1940 в Беркли при бомбардировки мишени из урана-238 дейтронами, ускоренными на шестидесятидюймовом циклотроне до энергии 22 Мэв

Плутоний - химический элемент, относящийся к группе актиноидов. Атомный вес 244. Радиоактивен, известно 16 радиоактивных изотопов с массовыми числами от 232 до 246. Изотопный состав плутония в отработавшем топливе разных реакторов различен.

Плутоний - очень тяжелый серебристый металл, блестящий подобно никелю, когда только что очищен. Из окислов плутония известны PuО, Pu2O3 и PuO2.

При выделении и очистке плутония широко используются различия в химическом поведении его отдельных окислительных состояний, а так же то, что плутоний легче, чем уран и нептуний восстанавливается до 4-валентного и труднее окисляется до 6-валентного состояния Поглощение 500 мг плутония как мелкораздробленного или растворенного материала может привести к смерти от острого облучения пищеварительной системы за несколько дней или недель Большое количество экспериментальных данных получено за прошедшие годы по поведению Pu в природе. Так, например, выяснено, что во многих случаях он очень плохо (с коэффициентами 10-5 — 10-8) переходит из почвы в растения.

Америций, Am, (атомный номер 95), атомный вес 243. Назван о слова «Америка» (по месту открытия). Радиоактивен, наиболее устойчив изотоп 243Am (Т=7370 лет).

У пятивалентного америция обнаружено одно очень интересное химическое свойство — способность к диспропорционированию

Кюрий, Сm, (атомный номер 96), атомный вес 247, третий синтезированный трансурановый элемент. Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 247Cm (Т=1,58*107 лет). Очевидно, потребителей 242Cm следует искать там, где особенно ценятся малый вес и компактность источника энергии.

Берклий, Bk, 97 элемент периодической системы, атомный вес 247. Получен в 1949 г. учеными Калифорнийского университета в г.Беркли (США) С. Томпсоном, Г. Сиборгом, А. Гиорсо при бомбардировке мишени из америция-241 ускоренными на 60-дюймовом циклотроне а-частицами Калифорний, Cf, атомный номер 98, атомный вес 251. Название по месту открытия (штат Калифорния, США). Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 251Cf (T = 900 лет). Т.пл. 900оС. Источник нейтронов в активационном анализе, медицине. Получить весовые количества калифорния в ядерных реакциях с заряженными частицами - задача практически невыполнимая: слишком мал выход этого элемента при слиянии двух атомных ядер

Эйнштейний - Einsteinium (Es), 99-ый элемент периодической системы. Научные исследования, проведенные в конце 1952 г., свидетельствовали о наличии этого элемента в продуктах распада термоядерного взрыва, осуществленного в Тихом океане в ноябре1952 г. под именем "Операции Майк" Менделевий -Mendelevium (Md), 101 изотоп периодической системы. Для получения первых 17, атомов этого элемента, на которых изучены его некоторые химические и физические свойства, потребовалось мобилизовать весь арсенал физики и химии того времени Лоуренсий, Lr, элемент № 103, массовое число 260 - последний актиноид. Радиоактивен, самый долгоживущий изотоп этого элемента 260Lr имеет период полураспада 3 + 0,5 минуты. Резерфордий, Rutherfordium, Rf, 104 элемент IV группы периодической таблицы. Получен искусственно. Известны только радиоактивные изотопы

 

Математика, физика примеры решений задач, контрольных, курсовых.