Радиоактивные металлы

Применение: Торий имеет ряд областей применения, в которых подчас играет незаменимую роль. Положение этого металла в Периодической системе элементов и структура ядра предопределили его применение в области мирного использования атомной энергии.

Так как общие запасы тория  в 3—4 раза превышают запасы урана  в земной коре, то атомная энергетика при использовании тория позволит на сотни лет полностью обеспечить энергопотребление человечества.

Кроме атомной энергетики, торий в виде металла с успехом  применяется в металлургии (легирование  магния и др.), придавая сплаву повышенные эксплуатационные характеристики (сопротивление  разрыву, жаропрочность). Отчасти торий  в виде окиси применяется в  производстве высокопрочных композиций как упрочнитель (для авиапромышленности). Оксид тория из-за его наивысшей  температуры плавления из всех оксидов (3350 K) и неокисляемости идёт на производство наиболее ответственных конструкций  и изделий, работающих в сверхмощных  тепловых потоках, и может быть идеальным  материалом для облицовки камер  сгорания и газодинамических каналов  для МГД-электростанций. Тигли, изготовленные  из окиси тория, применяются при  работах в области температур около 2500—3100 °C. Ранее оксид тория  применялся для изготовления калильных сеток в газовых светильниках. Торий постоянно присутствует в тканях растений и животных.

Нептуний

 

Нептуний — химический элемент с атомным номером 93 в периодической системе; обозначается символом Np, относится к семейству актиноидов. Нептуний был впервые получен Э. М. Макмилланом и Ф. Х. Абельсоном в 1940 году. Название нептуния образовано от названия планеты Нептун. Природные источники нептуния никакого практического значения не имеют. В настоящее время нептуний извлекается из продуктов длительного облучения урана в ядерных реакторах как побочный продукт при извлечении плутония.

 

Свойства: Элементарный нептуний — ковкий, сравнительно мягкий металл с серебристым блеском. В соединениях имеет степени окисления от +2 до +7. В растворах нептуний образует ионы Np3+, Np4+, NpO2+, NpO22+ и NpO53−.Ионы нептуния склонны к гидролизу и комплексообразованию.

 

Применение: Используется для получения плутония. Физиологическое действие нептуния зависит от его валентного состояния и пути попадания в организм. 60—80 % нептуния откладывается в костях, а радиобиологический период полувыведения нептуния из организма составляет 200 лет. Это приводит к серьёзному радиационному поражению костной ткани.

Плутоний

Плутоний (обозначается символом Pu; атомное число 94) — тяжёлый хрупкий радиоактивный металл серебристо-белого цвета[10][11]. В периодической таблице располагается в семействе актиноидов.

Для элемента характерны существенно  отличающиеся от остальных элементов  структурные и физико-химические свойства. Плутоний имеет семь аллотропных  модификаций при определённых температурах и диапазонах давления: α, β, γ, δ, δ', ε и ζ. Может принимать степени  окисления от +2 до +7, основными считаются +4, +5, +6. Плотность варьируется от 19,8 (α-Pu) до 15,9 г/см³ (δ-Pu).

Стабильных изотопов не имеет. «Природными» изотопами» плутония считаются самый долгоживущий изотоп из всех трансурановых элементов 244Pu и 239Pu. В природе находится преимущественно в виде диоксида (PuO2), который в воде еще менее растворим, чем песок (кварц). Нахождение элемента в природе настолько мало, что его добыча нецелесообразна.

Широко используется в  производстве ядерного оружия (т. н. «оружейный плутоний»), ядерного топлива для  атомных реакторов гражданского и исследовательского назначения и  в качестве источника энергии  для космических аппаратов.

Второй после нептуния (ошибочно «получен» в 1934 году группой Э. Ферми; первый изотоп 239Np синтезирован и идентифицирован в мае 1940 года Э. Макмилланом и Ф. Абельсоном) искусственный элемент, полученный в микрограммовых количествах в конце 1940 г. в виде изотопа 238Pu. Первый искусственный химический элемент, производство которого началось в промышленных масштабах. В первой ядерной бомбе в мире, созданной и испытанной в 1945 году в США, использовался плутониевый заряд. Того же типа была и первая бомба, испытанная СССР в 1949 году. Соответственно США, а затем и СССР были первыми странами, освоившими его получение.

Производство плутония очень  затратное. Один грамм плутония-238 стоил 1000 долларов США (примерно до 1971 года), в наше время ~4000, а один килограмм — миллион. Для получения плутония применяется как обогащенный, так и природный уран. Общее количество плутония, хранящегося в мире во всевозможных формах, оценивалось в 2003 г. в 1239 т.

В таблице приведены основные свойства для α-плутония. Данная аллотропическая  модификация является основной для  плутония при комнатной температуре  и нормальном давлении.

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 247Bk имеет период полураспада 1380 лет.

 

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

Среди них есть и сравнительно долгоживущие, например 247Bk (Т1/2 = 1380 лет) и 249Bk (β-излучатель с периодом полураспада  Т1/2 = 314 дней); прочие же «живут» лишь часы. Все они образуются в ядерных  реакциях в совершенно ничтожных  количествах. Лишь 249Bk 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 235U и 239Pu, обычно используемых в качестве делящихся материалов.

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

 

Свойства: Простое вещество берклий — радиоактивный металл серебристо-белого цвета.

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 нее 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, Bk3+ образует нерастворимый  основной гидроксид. Оксиды, фториды, фосфаты  и карбонаты берклия нерастворимы в воде. В четырехвалентном состоянии  берклий является сильным окислителем.

 

Применение: Нуклид 249Вк используется для получения изотопов калифорния. Использовался для получения 117 элемента. При введении крысам нитрата 249Вк радионуклид распределяется между скелетом (40 %) и печенью (18 %). Небольшие количества 249Вк определяются в мышцах (9 %), надпочечниках (7,3 %), коже (4,5 %), селезенке (1,3 %) и почках (1,1 %). Тб из костной ткани составляет 500—600 сут.[источник не указан 132 дня]

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 37-108 кБк/кр массы тела крыс. В отдаленные сроки у крыс развиваются остеосаркомы.

Франций

Франций (эка-цезий) — элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Обозначается символом Fr (лат. Francium). Простое вещество франций — радиоактивный щелочной металл, обладающий высокой химической активностью. Франций — один из редчайших элементов. Это второй самый редкий элемент в природе, после астата, который постоянно находится в земной коре. В природе (в качестве продуктов радиоактивного распада урана и тория) содержатся два изотопа: 223Fr и 224Fr.

 

История: Этот элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как Эка-цезий), и был открыт (по его радиоактивности) в 1939 г. Маргаритой Пере, сотрудницей Института радия в Париже. Она же дала ему в 1964 г. название в честь своей родины — Франции.

 

Свойства: Франций похож по свойствам на цезий. Всегда сокристаллизуется с его соединениями. Так как в распоряжении исследователей имеются лишь мельчайшие образцы, содержащие не более 10−7 г франция, то сведения о его свойствах известны с достаточно большой погрешностью, однако они все время уточняются. Согласно последним данным, плотность франция при комнатной температуре составляет 1,87 г/см³, температура плавления 27 °C, температура кипения 677 °C, удельная теплота плавления 9,385 кДж/кг.

Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и  самым химически активным щелочным металлом.

 

Применение: Хлорид франция FrCl использовался для обнаружения раковых опухолей, но по причине чрезвычайно высокой стоимости эту соль в масштабных разработках использовать невыгодно.

В настоящее время франций  и его соли применения пока что  не имеют, в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью.

Эйнштейний

Эйнштейний — трансурановый химический элемент с атомным номером 99, радиоактивный, серебристый металл. Эйнштейний был открыт в декабре 1952 года. Элемент назван в честь А. Эйнштейна. Всего известно 19 изотопов и 3 изомера с массовыми числами от 243 до 256. Самый стабильный из изотопов 252Es имеет полураспад = 471,7 день. Используется для получения менделевия при бомбардировке в циклотроне атомов эйнштейния атомами гелия.

 

Свойства: Эйнштейний является радиоактивным металлом. Принадлежит к семейству элементов актиноидов.В соединениях эйнштейний проявляет степени окисления +2 и +3. Примером может служить его иодид с химической формулой EsI3. В обычном водном растворе Эйнштейний существует в наиболее устойчивой форме в виде ионов Es3+ (даёт зелёную окраску).

Эйнштейний — металл с  кубической гранецентрированной решёткой, параметр решётки a = 0,575 нм, температура  плавления — 860 °C. Характеризующегося относительно высокой летучестью, может  быть получен путём восстановления EsF3 литием. Синтезированы и изучены  многие твёрдые соединения Эйнштейния, такие, как Es2O3, EsCl3, EsOCl, EsBr2, EsBr3, EsI2 и EsI3.

Технеций

Технеций — элемент побочной подгруппы седьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 43. Обозначается символом Tc (лат. Technetium). Простое вещество технеций — радиоактивный переходный металл серебристо-серого цвета. Самый лёгкий элемент, не имеющий стабильных изотопов. Технеций получают из радиоактивных отходов химическим способом.

Кроме того, технеций образуется при делении нуклидов 232Th, 233U, 238U, 239Pu и может накапливаться в  реакторах килограммами за год.

 

Свойства: Технеций — радиоактивный переходный металл серебристо-серого цвета с гексагональной решёткой (a = 2,737 Å; с = 4,391 Å). По химическим свойствам технеций близок к марганцу и рению, в соединениях проявляет степени окисления от −1 до +7. При взаимодействии с кислородом образует оксиды Tc2O7 и TcO2, с хлором и фтором — галогениды TcX6, TcX5, TcX4, с серой — сульфиды Tc2S7 и TcS2. Технеций входит в состав координационных и элементоорганических соединений. В ряду напряжений технеций стоит правее водорода, не реагирует с соляной, но легко растворяется в азотной и серной кислотах.