Радий

Радий - 88 элемент таблицы Д.И. Менделеева

Таблица Менделеева

Радий – радиоактивный химический элемент II группы периодической системы, аналог бария; относится к щелочноземельным элементам. Стабильных изотопов не имеет; наиболее долгоживущие – 226Ra (период полураспада t1/2 = 1600 лет) и 228Ra (t1/2 = 5,75 года). Остальные изотопы (всего их известно 25) «живут» значительно меньше, некоторые – доли секунды; почти все они получены искусственно.

Радий в природе и его свойства. Несмотря на сравнительно малое время жизни по сравнению с возрастом Земли (около пяти миллиардов лет), некоторые изотопы радия, хотя и в очень малых количествах, встречаются в природе. Происходит это благодаря существованию в природе трех радиоактивных рядов, в которых изотопы радия непрерывно образуются при распаде долгоживущих (так называемых материнских) радионуклидов: урана-238 (из него получается 226Ra), урана-235 (он дает 223Ra, t1/2 = 11,4 суток) и тория-232 (дает 228Ra и 224Ra, t1/2 = 3,7 суток). Очевидно, что чем меньше период полураспада данного радионуклида, тем меньше его содержание в минералах, даже самый долгоживущий, 226Ra, содержится в земной коре в количестве всего одной десятимиллиардной доли процента, обычно в тех же породах, в которых содержится уран.
88 элемент таблицы МенделееваЧистый радий – блестящий серебристо-белый металл, быстро тускнеющий на воздухе из-за образования на его поверхности оксида и нитрида. С водой реагирует более энергично, чем барий, выделяя водород. Плавится радий при 969° С, кипит при 1507° С, плотность – около 6 г/см3. Любые физические и химические свойства радия изучать трудно из-за его очень высокой радиоактивности. Радий непрерывно выделяет теплоту, и если нет условий для теплоотвода, металл быстро нагревается и может даже расплавиться. Продукт распада радия – радиоактивный газ радон. Радий вместе с продуктами своего распада излучает все три вида радиации – a-, b- и g-лучи. Из-за высокой радиоактивности радий и его соединения светятся в темноте, его бесцветные соли быстро желтеют, а затем приобретают коричневую, вплоть до черной, окраску; их водные растворы разлагают воду, выделяя из нее водород и кислород.

Если не считать сильной радиоактивности, химические свойства радия и его соединений мало отличаются от аналогичных свойств бария. Как и у бария, легко растворимы хлорид, бромид, иодид, нитрат радия, а фторид, карбонат и сульфат почти нерастворимы. Гидроксид Ra(OH)2 – сильная щелочь.

88 Франций ← Радий → Актиний

Свойства атома

Название, символ, номер
Ра́дий / Radium (Ra), 88

Атомная масса
(молярная масса)
226,0254 (г/моль)

Электронная конфигурация
[Rn] 7s²

Химические свойства

Радиус иона
(+2e) 143 пм

Электроотрицательность
0,9 (шкала Полинга)

Электродный потенциал
Ra←Ra²⁺ −2,916 В

Степени окисления
2

Энергия ионизации
(первый электрон)
1-й 509,3 (5,2785) кДж/моль (эВ)
2-й 979,0 (10,147) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества

Плотность (при н. у.)
(при к.т.) 5,5 г/см³

Температура плавления
973 K

Температура кипения
2010 K

Уд. теплота плавления
8,5 кДж/моль

Уд. теплота испарения
113 кДж/моль

Молярная теплоёмкость
29,3 Дж/(K·моль)

Молярный объём
45,0 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества

Структура решётки
кубическая объёмноцентрированая

Параметры решётки
5,148

Прочие характеристики

Теплопроводность
(300 K) (18,6) Вт/(м·К)

Нахождение радия в природе

Радий довольно редок. За прошедшее с момента его открытия время — более столетия — во всём мире удалось добыть всего только 1,5 кг чистого радия. Одна тонна урановой смолки, из которой супруги Кюри получили радий, содержит лишь около 0,0001 г радия-226. Весь природный радий является радиогенным — возникает при распаде урана-238, урана-235 или тория-232; из четырёх найденных в природе наиболее распространённым и долгоживущим изотопом (период полураспада 1602 года) является радий-226, входящий в радиоактивный ряд урана-238. В равновесии отношение содержания урана-238 и радия-226 в руде равно отношению их периодов полураспада: (4,468·109 лет)/(1602 года)=2,789·106. Таким образом, на каждые три миллиона атомов урана в природе приходится лишь один атом радия или 1,02 мкг/т (кларк в земной коре).

Все природные изотопы радия сведены в таблицу:

Изотоп Историческое название Семейство Период полураспада Тип распада Дочерний изотоп (историческое название)

Радий-223 актиний Х (AcX) ряд урана-235 11,435 дня α радон-219 (актинон, An)

Радий-224 торий Х (ThX) ряд тория-232 3,66 дня α радон-220 (торон, Tn)

Радий-226 радий (Ra) ряд урана-238 1602 года α радон-222 (радон, Rn)

Радий-228 мезоторий I (MsTh₁) ряд тория-232 5,75 года β актиний-228 (мезоторий II, MsTh₂)

Геохимия радия во многом определяется особенностями миграции и концентрации урана, а также химическими свойствами самого радия — активного щёлочноземельного металла. Среди процессов, способствующих концентрированию радия, следует указать в первую очередь на формирование на небольших глубинах геохимических барьеров, в которых концентрируется радий. Такими барьерами могут быть, например, сульфатные барьеры в зоне окисления. Поднимающиеся снизу хлоридные сероводородные радийсодержащие воды в зоне окисления становятся сульфатными, радий осаждается с BaSO4 и CaSО4, где он становится практически нерастворимым постоянным источником радона. Из-за высокой миграционной способности урана и способности его к концентрированию, формируются многие типы урановых рудообразований в гидротермах, углях, битумах, углистых сланцах, песчаниках, торфяниках, фосфоритах, бурых железняках, глинах с костными остатками рыб (литофациями). При сжигании углей зола и шлаки обогащаются 226Ra. Также содержание радия повышено в фосфатных породах.

В результате распада урана и тория и выщелачивания из вмещающих пород в нефти постоянно образуются радионуклиды радия. В статическом состоянии нефть находится в природных ловушках, обмена радием между нефтью и подпирающими её водами нет (кроме зоны контакта вода-нефть) и в результате имеется избыток радия в нефти. При разработке месторождения пластовые и закачиваемые воды интенсивно поступают в нефтяные пласты, поверхность раздела вода-нефть резко увеличивается и в результате радий уходит в поток фильтрующихся вод. При повышенном содержании сульфат-ионов растворенные в воде радий и барий осаждаются в виде радиобарита Ва(Ra)SО4, который выпадает на поверхности труб, арматуры, резервуаров. Типичная объёмная активность поступающей на поверхность водонефтяной смеси по 226Rа и 228Rа может быть порядка 10 Бк/л (соответствует жидким радиоактивным отходам).

Основная масса радия находится в рассеянном состоянии в горных породах. Радий — химический аналог щелочных и щёлочноземельных породообразующих элементов, из которых состоят полевые шпаты, составляющие половину массы земной коры. Калиевые полевые шпаты — главные породообразующие минералы кислых магматических пород — гранитов, сиенитов, гранодиоритов и др. Известно, что граниты обладают природной радиоактивностью несколько выше фоновой из-за содержащегося в них урана. Хотя кларк урана не превышает 3 г/т, но в гранитах его содержание составляет уже 25 г/т. Но если гораздо более распространённый химический аналог радия барий входит в состав довольно редких калий-бариевых полевых шпатов (гиалофанов), а «чистый» бариевый полевой шпат, минерал цельзиан BaAl2Si2O8 очень редок, то накопления радия с образованием радиевых полевых шпатов и минералов вообще не происходит из-за короткого периода полураспада радия. Радий распадается на радон, уносящийся по порам и микротрещинкам и вымывающийся с грунтовыми водами. В природе иногда встречаются молодые радиевые минералы, не содержащие уран, например радиобарит и радиокальцит, при кристаллизации которых из растворов, обогащённых радием (в непосредственной близости от легкорастворимых вторичных урановых минералов), радий сокристаллизуется с барием и кальцием благодаря изоморфизму.

ИЗОТОПЫ

Известны 25 изотопов радия. Изотопы 223Ra, 224Ra, 226Ra, 228Ra встречаются в природе, являясь членами радиоактивных рядов. Остальные изотопы могут быть получены искусственным путём.
Радиоактивные свойства некоторых изотопов радия:

Массовое число Период полураспада Тип распада

213 2,74(6) мин. α

219 10(3) мс α

220 17,9(14) мс α (99%)

221 28(2) с α

222 38,0(5) с α

223 (AcX) 11,43(5) дня α

224 (ThX) 3,6319(23) дня α

225 14,9(2) дня β

226 1602(7) лет α

227 42,2(5) мин. β

228 (MsTh₁) 5,75(3) года β

230 93(2) мин. β