Кіріспе
Радий – Ra символымен және атомдық нөмірі 88 химиялық элемент. Ол периодтық кестедегі 2-топтың алтыншы элементі, сондай-ақ сілтілік жер металдары деп аталады. Таза радий күміс түсті ақ, бірақ ауаға түскенде оттегі емес, азотпен жылдам реакцияға түсіп, радий нитридінің (Ra3N2) қара беттік қабатын түзетіп алады. Радийдің барлық изотоптары радиоактивті, ең тұрақты изотопы – 226 радий, оның жартылай ыдырау периоды 1600 жылды құрайды. Радий ыдырағанда иондаушы сәуле шығарып, флуоресценттік химиялық заттарды қоздырып, радиолюминесценцияны тудырады. Радийді 1898 жылы Мари мен Пьер Кюри Яхимов кенінен ашты. Олар уранниттен радий қосылысын бөліп алып, бес күннен кейін Француз ғылым академиясында бұл жаңалықты жариялады. Мари Кюри мен Андре Луи Дебиерн 1911 жылы радий хлоридінің электролизі арқылы радийді металл күйінде бөліп алды. Табиғатта радий уран кендерінде және (азырақ) торий кендерінде, 1 тонна ураннитке 1 грамның жетіден бір бөлігіне дейін мөлшерде кездеседі. Радий тірі организмдерге қажет емес, ал оның радиоактивтілігі мен химиялық белсенділігі биохимиялық процестерге енген кезде кальцийдің химиялық құрасына ұқсас болғандықтан денсаулыққа зиян келтіруі мүмкін. 2014 жылдан бастап радийдің ядролық медицинада қолданылуынан басқа коммерциялық қолданысы жоқ. Бұрын, 1910-1970 жылдары, ол радиолюминесценттік құрылғылар үшін радиоактивті көз ретінде, сондай-ақ радиоактивті шарлатандық әдістерде емдік күші бар деп есептелгендіктен пайдаланылған. Радийдің уыттылығына байланысты бұл қолданыстар қолданыстан шығып қалды; қазіргі кезде радиолюминесценттік құрылғыларда (басқа элементтердің) аз қауіпті изотоптары қолданылады.
Radium is a chemical element; it has symbol Ra and atomic number 88. It is the sixth element in group 2 of the periodic table, also known as the alkaline earth metals. Pure radium is silvery white, but it readily reacts with nitrogen (rather than oxygen) upon exposure to air, forming a black surface layer of radium nitride (Ra3N2). All isotopes of radium are radioactive, the most stable isotope being radium 226 with a half life of 1,600 years. When radium decays, it emits ionizing radiation as a by product, which can excite fluorescent chemicals and cause radioluminescence. Radium, in the form of radium chloride, was discovered by Marie and Pierre Curie in 1898 from ore mined at Jáchymov. They extracted the radium compound from uraninite and published the discovery at the French Academy of Sciences five days later. Radium was isolated in its metallic state by Marie Curie and André Louis Debierne through the electrolysis of radium chloride in 1911. In nature, radium is found in uranium ores and (to a lesser extent) thorium ores in trace amounts as small as a seventh of a gram per ton of uraninite. Radium is not necessary for living organisms, and its radioactivity and chemical reactivity make adverse health effects likely when it is incorporated into biochemical processes because of its chemical mimicry of calcium. as of 2014, other than its use in nuclear medicine, radium has no commercial applications. Formerly, from the 1910s to the 1970s, it was used as a radioactive source for radioluminescent devices and also in radioactive quackery for its supposed curative power. These applications have become obsolete owing to radium's toxicity; as of lc=y, less dangerous isotopes (of other elements) are instead used in radioluminescent devices.
Үлкен көлемді қасиеттер
Радий - ең ауыр белгілі сілтілі жер металлы және оның тобындағы жалғыз радиоактивті элемент. Оның физикалық және химиялық қасиеттері ең жеңіл конгенері - барийге ең жақын. Таза радий - ұшқыш, күміс түсті ақ металл, бірақ оның жеңіл конгенерлері кальций, стронций және барийде шағын сары түс байқалады. Барий және сілтілі металдар сияқты, радий де стандартты температура және қысымда центрленген кубтық кристалдық құрылымға ие: радий-радий арақашықтығы 514,8 пикометрді құрайды. Радийдің тығыздығы 5,5 г/см³, барийдікінен жоғары, бұл периодтық заңдылықты растайды; радий мен барийдің тығыздықтарының қатынасы радий мен барийдің атомдық массаларының қатынасына ұқсас, себебі екі элементтің де кристалдық құрылымдары шамалас.
due to the two elements' similar crystal structures.
Химия
Радий, барий сияқты, өте реактивті металл және әрқашан +2 тотығу күйін көрсетеді. Осы себепті, Ra2+ (aq) + 2e− → Ra (s) жартылай реакциясының стандартты электродтық потенциалы -2.916 В құрайды, тіпті барий үшін -2.92 В-тан аздап төмен, ал бұрын топ бойынша мәндер біртегіс түрде өскен (Ca: -2.84 В; Sr: -2.89 В; Ba: -2.92 В). Жер қыртысының бір килограмында шамамен 900 пикограмм радий, ал бір литр теңіз суында шамамен 89 фемтограмм радий кездеседі.
Тарих
Радийді 1898 жылғы 21 желтоқсанда Мари Склодовская Кюри мен оның күйеуі Пьер Кюри Яхимовтан алынған уранинит (пичбленде) үлгісінде тапты. Кенді зерттеу барысында Кюрилер одан уранды алып тастады және қалған материалдың радиоактивті екенін анықтады. 1898 жылғы шілдеде пичбленді зерттей отырып, олар висмутқа ұқсас элементті бөліп алды, ол полоний екені белгілі болды. Содан кейін олар екі компоненттен тұратын радиоактивті қоспаны бөліп алды: жарқын жасыл жалын беретін барий қосылыстары және бұрын құжатталмаған кармин түсті спектрлік сызықтар беретін белгісіз радиоактивті қосылыстар. Кюрилер радиоактивті қосылыстардың барий қосылыстарына өте ұқсас екенін, бірақ олар нашар еритінін анықтады. Бұл жаңалық Кюрилерге радиоактивті қосылыстарды бөліп алып, оларда жаңа элементті табуға мүмкіндік берді. Кюрилер өздерінің жаңалығын 1898 жылғы 26 желтоқсанда Франция Ғылым академиясына хабарлады. Радий атауы шамамен 1899 жылы француз тіліндегі radium сөзінен, ал қазіргі латын тіліндегі radius (сәуле) сөзінен пайда болды: бұл радийдің энергияны сәуле түрінде шығару қабілетін мойындау мақсатында жасалды. 1910 жылғы қыркүйекте Мари Кюри мен Андре Луи Дебиерн таза радий хлориді (RaCl2) ерітіндісін сынап катоды арқылы электролиз жасау арқылы таза металл түрінде радийді бөліп алғанын және радий-сынап амальгамасын алғанын жариялады. Бұл амальгаманы сутегі газы атмосферасында қыздыру арқылы сынапты алып тастап, таза радий металлын қалдырды. Сол жылы Э. Эолер радийді оның азиді Ra(N3)2 термиялық ыдырату арқылы бөліп алды. Радиоактивтіліктің жалпы тарихи бірлігі – кури, 226Ra радиоактивтілігіне негізделген: бастапқыда ол 226 радийдің бір граммының радиоактивтілігі ретінде анықталған, бірақ кейіннен бұл анықтама 3,7-ге түзетілді.
Люминесцентті бояу
Радий бұрын сағаттардың, ядролық панельдердің, ұшақтардың коммутаторларының, сағаттардың және аспаптардың диалдарының өзінен жарқыраған бояуларында қолданылған. Радий бояуын пайдаланатын әдеттегі жарқыраған сағатта шамамен 1 микрограмм радий болады. Олардың радийге ұшырауы салдарынан жаралар, анемия және сүйек қатерлі ісігі сияқты ауыр денсаулық проблемалары туды. Сот процесінің нәтижесінде радиоактивтіліктің зиянды әсері кеңінен танылды және радийлі диал бояушыларына қауіпсіздік шаралары туралы нұсқаулар беріліп, қорғаныш құралдарымен қамтамасыз етілді. Атап айтқанда, диал бояушылары енді бояу щеткаларын пішіндеу үшін тілдерімен жаламады (бұл радий тұздарын жұтып қоюға себеп болды). Радий 1960 жылдарға дейін диалдарда қолданыла берді, бірақ диал бояушыларына ешқандай жарақат келген жоқ. Бұл «Радий қыздарына» келген зиянды болдырмау оңай болғанын көрсетті. 1960 жылдан бастап радий бояуының қолданылуы тоқтатылды. Көп жағдайларда жарқыраған диалдар жарықпен белсендірілетін, радиоактивті емес флуоресцентті материалдармен жасалды; мұндай құрылғылар жарыққа ұшырағаннан кейін қараңғыда жарқырайды, бірақ жарқырауы бірте-бірте өшеді. Бұл материалдар радий сияқты уақыт өте келе фосфордың тозуына себеп болмайды. Тритий өте төмен энергиялы бета сәулесін шығарады (прометийдің бета сәулесінен де төмен), ол радийдің теріге еніп зиян келтіретін гамма сәулесінен гөрі қауіпсіз саналады. 20 ғасырдың бірінші жартысында жасалған, әсіресе әскери мақсатта қолданылған сағаттар мен аспаптар радиоактивті жарқыраған бояумен боялған болуы мүмкін. Олардың көпшілігі енді жарқырамайды; алайда, бұл радийдің радиоактивті ыдырауынан емес (оның жартылай өмірі 1600 жыл), бірақ радийден шыққан сәулеленудің әсерінен мырыш сульфидінің флуоресценттік қабаты тозуынан болады. Осы кезеңдегі құрылғыларда көбінесе жасыл немесе сары-қоңыр түсті қалың бояу қабатының болуы радиоактивті қауіпті көрсетеді. Бұзылмаған құрылғыдан шығатын сәулелену дозасы салыстырмалы түрде төмен және көбінесе жедел қауіпті құрамайды; бірақ бояу босатылып, деммен ішке жұтылса қауіпті болуы мүмкін.
Коммерциялық пайдалану
Радий бір кезде тіс пастасы, шаш күтімдік кремдер, тіпті тағамдарға да емдік қасиеттері бар деген сеніммен қосылатын. Алайда, бұл өнімдер көп ұзамай сұраныстан қалып, көптеген елдерде денсаулыққа зиянды екені анықталған соң тыйым салынды. (Мысалы, "Радит" немесе "Ревигатор" сияқты "радийлі суды" немесе "ішуге арналған стандартты радий ерітіндісін" қараңыз.)
Медициналық қолдану
Радий (әдетте радий хлориді немесе радий бромиді түрінде) медицинада радон газын өндіру үшін қолданылды, ол өз кезегінде қатерлі ісікке қарсы ем ретінде пайдаланылды; мысалы, осы радонның бірнеше көзі 1920 және 1930 жылдары Канадада қолданылды. Алайда, 1900 жылдардың басында қолданылған көптеген емдеу әдістері радий бромидінің тудырған зиянды әсерлеріне байланысты енді қолданылмайды. Осы әсерлердің мысалдары – анемия, қатерлі ісік және генетикалық мутациялар. 2011 жылдан бастап, 60Co сияқты қауіпсіз гамма-эмиттерлер, арзан және көп мөлшерде қолжетімді болғандықтан, осы қолданыста радийдің тарихи қолданылуын ауыстыру үшін көбінесе қолданылады. Джонс Хопкинс ауруханасының негізін қалаушы дәрігерлердің бірі Говард Атвуд Келли, ракты емдеу үшін радийді медициналық қолданудың алғашқы дамушысы болды. Оның алғашқы науқасы 1904 жылы өзінің тәтесі болды, ол операциядан кейін көп ұзамай қайтыс болды. Келли әртүрлі қатерлі ісіктер мен ісіктерді емдеу үшін радийдің шамадан тыс мөлшерін қолданды. Нәтижесінде, оның кейбір науқастары радий әсерінен қайтыс болды. Оның радийді қолдану әдісі – зақымдалған аймаққа жақын радий капсуласын орнату және радий "нүктелерін" тікелей ісікке тігу болды. 2015 жылдан бастап, қауіпсіз және қолжетімді радиоизотоптар қолданылады. Радийді алғаш рет өндіргенде Кюри пичбленден уранды алудан кейін қалған қалдықтарды пайдаланды. Уран күкірт қышқылында ерітілді, нәтижесінде радий сульфаты қалды, ол барий сульфатына ұқсас, бірақ қалдықтарда одан да аз ериді. Қалдықтарда сондай-ақ радий сульфатының тасымалдаушысы ретінде әрекет еткен барий сульфатының көп мөлшері болды. Радийді алу процесінің алғашқы қадамдары натрий гидроксидімен қайнатуды, содан кейін басқа қосылыстардың қоспаларын азайту үшін тұз қышқылымен өңдеуді қамтыды. Қалған қалдықтарды содан кейін натрий карбонатымен өңдеп, барий сульфатын барий карбонатына (радийді тасымалдайтын) айналдырды, осылайша оны тұз қышқылында еритін етті. Ерігеннен кейін барий мен радий сульфаттар ретінде қайта түзілді; бұл аралас сульфатты одан әрі тазарту үшін қайталанды. Ерімейтін сульфидтер түзілетін кейбір қоспалар хлорид ерітіндісін сульфидпен өңдеу арқылы алынып тасталды, содан кейін сүзгілеу жүргізілді. Аралас сульфаттар жеткілікті таза болған кезде олар қайтадан аралас хлоридтерге айналдырылды; барий мен радий одан кейін фракциялық кристалдану арқылы бөлінді, ал спектроскоппен (радий барийдің жасыл сызықтарына қарама-қайшы қызыл сызықтарды береді) және электроскоппен бақылау жүргізілді. Мари мен Пьер Кюридің Ячимовтан алынған уран кенінен радийді оқшаулағаннан кейін бірнеше ғалымдар радийді аз мөлшерде оқшаулай бастады. Кейіннен шағын компаниялар Ячимов кен орындарынан кен қалдықтарын сатып алып, радийді оқшаулай бастады. 1904 жылы Австрия үкіметі кен орындарын мемлекеттік меншікке алып, шикізат кенін экспорттауды тоқтатты. 1912 жылға дейін радий өндірісі өскенше, радийдің қолжетімділігі төмен болды. Кюридің процесі 1940 жылы өнеркәсіптік радийді өндіру үшін әлі де қолданылып келді, бірақ фракциялау үшін аралас бромдар пайдаланылды. Егер уран рудасының барий мөлшері жеткілікті жоғары болмаса, радийді тасымалдау үшін оны қосу оңай. Бұл процестер жоғары сапалы уран кендеріне қолданылды, бірақ төмен сапалы кендермен жақсы жұмыс істемеуі мүмкін. Радийдің аз мөлшерлері уран кенінен 1990 жылдары аралас жауын-шашын және ион алмасу әдісімен алынды және ол әлі де 2015 жылы осы диапазонда, ал таза радий қосылыстарының жылдық өндірісі 1984 жылдан бастап барлығы 100 г ғана. Металл 1200 °C-та радий оксидін алюминий металлымен вакуумда қайта өңдеу арқылы оқшауланады. Бұл радийді, ең ауыр сілтілі элементті, стандартты модельден тыс жаңа физиканы шектеу үшін өте қолайлы етеді. Радийдің кейбір изотоптары, мысалы, 225 радий, сегізполюспен деформацияланған паритеттік дублеттерге ие, олар жаңа физиканы бұзатын зарядтық паритетке сезімталдықты екі-үш дәрежеге дейін арттырады. Радий сондай-ақ іонды оптикалық сағаттар үшін үміткер болып табылады. Радий ионының негізгі күйінен екі субгерцтік желі ені бар, олар оптикалық сағаттағы сағаттық ауысу ретінде қызмет ете алады. 226Ra+ тұтқындалған иондық атом сағаты көрсетілді. Сонымен қатар, радий тасымалданатын оптикалық сағат үшін өте қолайлы, өйткені сағат жұмысын жүргізу үшін қажетті барлық ауысуларды ортақ толқын ұзындықтарында тікелей диодты лазерлермен шешуге болады. Радийдің кейбір практикалық қолданылуы оның радиоактивті қасиеттеріне байланысты. Жақында ашылған радиоизотоптар, мысалы, кобальт 60 және цезий 137, осы шектеулі қолданыстарда да радийды ауыстыруда, өйткені бұл изотоптардың көпшілігі күштірек эмитерлер, қолдануға қауіпсіз және концентрленген түрінде қолжетімді. 223Ra изотопы (хлориді Xofigo саудалық атауымен) 2013 жылы АҚШ-тың Азық-дәрілік басқармасы сүйек метастаздарының қатерлі ісігін емдеу үшін медицинада қолдануға бекітілді. Xofigo емдеуінің негізгі көрсеткіші – кастрацияға төзімді простаталық қатерлі ісіктің сүйек метастаздарын емдеу, бұл альфа-эмиттерлі радиофармацевтиканың қолайлы қасиеттеріне байланысты. 225Ra сондай-ақ терапиялық сәулеленуге қатысты эксперименттерде қолданылды, өйткені ол радийдің ұзақ өмір сүретін изотопы, оның қызыл қызылдарының бірі радон емес. Радий 2007 жылға дейін кейбір өнеркәсіптік радиографиялық құрылғыларда металл бөлшектеріндегі ақауларды тексеру үшін сәулелену көзі ретінде қолданылды, бұл рентгендік суретке түсіруге ұқсас. 2004 жылға дейін радий-бериллий нейтрондық көздері кейде қолданылды, бірақ басқа материалдар, мысалы, полоний көбірек таралған: жылына шамамен 1500 полоний-бериллий нейтрондық көздері, жеке белсенділігі бар қолданылды. Бұл RaBeF4 негізіндегі (α, n) нейтрондық көздер, олар шығаратын нейтрондардың жоғары санына қарамастан (секундына 1,84×106 нейтрон) 241Am–Be көздерінің пайдасына тоқтатылды. Радийдің биологиялық әсерлерінің бірі – 1900 жылы хабарланған алғашқы «радий дерматиті», элементтің ашылуынан екі жыл өткен соң. Француз физигі Антуан Беккерель өз кеуде қалтасында алты сағат бойы радийдің кішкентай ампуласын алып жүрді және оның терісі жараланғанын хабарлады. Пьер және Мари Кюри сәулеленуге соншалықты қызығушылық танытты, олар оның жайлы көбірек білу үшін өз денсаулықтарынан бас тартты. Пьер Кюри радиймен толтырылған түтікді он сағатқа қолына бекітті, нәтижесінде тері зақымдалды, бұл радийдің денсаулы тінді шабуылдайтындай, қатерлі ісік тініне қарсы қолданылуын ұсынды. Радийді қолдану Мари Кюридің өліміне кінәлі деп айтылды, себебі ол апластикалық анемияға шалдықты. Радийдің қауіптілігінің маңызды бөлігі – оның қызыл радон: газ болғандықтан, ол радийге қарағанда организмге оңайрақ ене алады. 226Ra-ның ең көп шоғырланған көлемі Нью-Йорк штаты, Ниагара шаршысынан шамамен 15 км солтүстікке орналасқан Interim Waste Containment Structure ішінде сақталады. Ішу суы үшін радийдің максималды рұқсат етілген деңгейі (MCL) 5 пКи/л құрайды, бірақ OSHA сәулелену лимитін белгілемейді, өйткені сәулелену лимиті бұрыннан белгіленген.
but other materials such as polonium are more common: about 1,500 polonium beryllium neutron sources, with an individual activity of , have been used annually in Russia. These RaBeF4 based (α, n) neutron sources have been deprecated despite the high number of neutrons they emit (1.84×106 neutrons per second) in favour of 241Am–Be sources. Some of the biological effects of radium include the first case of "radium dermatitis", reported in 1900, two years after the element's discovery. The French physicist Antoine Becquerel carried a small ampoule of radium in his waistcoat pocket for six hours and reported that his skin became ulcerated. Pierre and Marie Curie were so intrigued by radiation that they sacrificed their own health to learn more about it. Pierre Curie attached a tube filled with radium to his arm for ten hours, which resulted in the appearance of a skin lesion, suggesting the use of radium to attack cancerous tissue as it had attacked healthy tissue. Handling of radium has been blamed for Marie Curie's death, due to aplastic anemia. A significant amount of radium's danger comes from its daughter radon: Being a gas, it can enter the body far more readily than can its parent radium. The world's largest concentration of 226Ra is stored within the Interim Waste Containment Structure, approximately 9.6 mile (15 km) north of Niagara Falls, New York. The Maximum Contaminant Level (MCL) for radium is 5pCi/L for drinking water, however, the OSHA does not set an exposure limit, as there is a radiation limit already set up.