Радиоактивные элементы и их биологическая роль остаётся спорным вопросом и посей день, давайте разберём их пользу и вред на примере радия.
Радий — 88-й элемент главной подгруппы второй группы, седьмого периода периодической таблицы. Обозначается символом Ra. Блестящий металл серебристо-белого цвета, темнеющий на воздухе, он относится к щелочно-земельным металлам с высокой химической активностью. Радиоактивен; (период полураспада ± 1600 лет). Самый тяжелый из щелочноземельных металлов. Атомы радия имеют 88 электронов и 88 протонов с 2 валентными электронами во внешней оболочке.
Открытие радия
Французские ученые Пьер и Мария Кюри обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды (урановая смолка, добывавшаяся в городе Иоахимсталь, Чехия), более радиоактивны, чем чистый уран. Из этих отходов супруги Кюри после нескольких лет интенсивной работы выделили два сильно радиоактивных элемента: полоний и радий.
В России радий впервые был получен в экспериментах известного советского радиохимика В.Г. Хлопина и И.Я. Башилова.
В честь супругов Кюри названа единица радиации (Ки), основанная на активности 1 грамма радия-226, равная 3,7⋅10^ 10 распадов в секунду, или 37 ГБк (гигабеккерелей), уточнённых измерений было установлено, что активность 1 г радия-226 примерно на 1,3 % меньше, чем 1 Ки, в настоящее время эта единица определяется как 37 миллиардов распадов в секунду (точно).
Радий редок: на каждые три миллиона атомов урана в природе приходится лишь один атом радия. 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 0,1 г радия-226.
Получение радия
Получить чистый радий в начале XX века стоило огромного труда. Мария Кюри трудилась 12 лет, чтобы получить крупинку чистого радия. Чтобы получить всего 1 г чистого радия, нужно было несколько вагонов урановой руды, 100 вагонов угля, 100 цистерн воды и 5 вагонов разных химических веществ. Поэтому на начало XX века в мире не было более дорогого металла. За 1 г радия нужно было заплатить больше 200 кг золота.
На месте нынешнего поселка Водный Ухтинского района Республики Коми с 1931 по 1956 год действовало единственное в мире предприятие, где радий выделяли из подземных минерализованных вод Ухтинского месторождения, так называемый «Водный промысел».
Из анализа документов, сохранившихся в архиве правопреемника этого завода (ОАО Ухтинский электрокерамический завод «Прогресс»), было подсчитано, что до закрытия на «Водном промысле» было выпущено примерно 271 г радия. Мировой запас радия на рубеже 20-21 веков примерно 3 кг.
Радий выделяют из отходов переработки урановых руд осаждением, дробной перекристаллизацией. Металлический радий получают электролизом раствора RaCl2 с использованием ртутного катода.
Свойства радия
Радий при нормальных условиях представляет собой блестящий белый металл, на воздухе темнеет (вероятно, вследствие образования нитрида радия). Реагирует с водой. Ведёт себя подобно барию и стронцию, но более химически активен. Обычная степень окисления — +2. Гидроксид радия Ra(OH)2 — сильное, коррозионное основание.
На воздухе покрывается плёнкой, состоящей из оксида, гидроксида, карбоната и нитрида радия. При сгорании его на воздухе или в кислороде образуется смесь оксида RaO и пероксида RaO2. Энергично взаимодействует с галогенами
При нагревании реагирует с водородом. Радий бурно реагирует с водой, образуя сильное основание: Ra + 2H2O = Ra(OH)2 + H2. Он также легко реагирует с кислотами.
Ввиду сильной радиоактивности все соединения радия светятся голубоватым светом (радиохемилюминесценция), что хорошо заметно в темноте, а в водных растворах его солей происходит радиолиз.
Важнейшие соединения радия
Оксид радия, RaO - основной оксид, твердое вещество, энергично взаимодействует с водой, образуя гидроксид Ra(OH)2.
Гидроксид радия, Ra(OH)2 - белое кристаллическое вещество, мало растворимо в воде. Сильное основание.
Соли радия. Большинство солей радия хорошо растворимо в воде. Растворы содержат бесцветные ионы Ra2+, которые сообщают жидкости горький вкус. Вследствие высокой радиоактивности в растворах солей радия идет постепенное разложение воды на водород и кислород ("радиолиз").
Галоидные соли радия расплываются на воздухе и легкорастворимы в воде, выделяются из растворов в виде кристаллогидратов (напр. RaCl2*6H2O).
При их нагревании происходит отщепление части галоидоводородной кислоты и образуются труднорастворимые в воде основные соли.
Исключением является RaF2, растворимость которого весьма мала (0,08 г/л).
Малорастворимы также сульфат и карбонат радия.
Гидрид радия, RaH2 Сильный восстановитель, при нагревании плавится и разлагается, реагирует с водой, кислотами. Окисляется на воздухе.
Биологическая роль радия
Радий чрезвычайно радиотоксичен. Радий выводится из организма только на 20 %. В организме он ведёт себя подобно кальцию — около 80 % поступившего в организм радия накапливается в костной ткани. Большие концентрации радия вызывают остеопороз, самопроизвольные переломы костей и злокачественные опухоли костей и кроветворной ткани. Опасность представляет также радон — газообразный радиоактивный продукт распада радия.
Соли радия используются в медицине как источник радона для приготовления радоновых ванн.
Соединения радия использовались как инициирующая добавка для приготовления постоянно светящихся составов (циферблаты приборов). В настоящее время радий иногда используют в компактных источниках нейтронов, для этого небольшие его количества сплавляются с бериллием. Под действием альфа-излучения радия протекает ядерная реакция: 9Be + 4He = 12C + 1n.
В незначительных количествах радий содержится в продуктах питания, например: куриных яйцах, молоке, горохе, и в более значительных концентрациях - в бразильском орехе.
Преждевременная смерть Марии Кюри произошла вследствие хронического отравления радием, так как в то время опасность облучения ещё не была осознана.
Прошли десятилетия, но и сегодня вещи Марии Кюри хранятся в особых условиях и недоступны для посетителей. Её научные записи и дневники до сих пор излучают и имеют уровень радиоактивности, опасный для окружающих.
Радиевые девушки
В 1920–30-е годы началась череда несчастных случаев, связанных с радиацией. Самой известной стала история массовой гибели девушек — работниц фабрики по выпуску светящихся часов.
В 20-х годах прошлого века в США существовала корпорация US Radium («Американский радий»). На часовом заводе в Нью-Джерси работницы наносили дорогую краску на циферблаты, облизывая кисточки для точного мазка.
К 1924 году многие из них начали болеть, их зубы выпадали, а челюсти разрушались. Девять девушек умерли
Корпорация начала расследование с помощью ученых из Гарвардского университета и пришла к выводу, что смерть работниц связана с трудом на заводе. Хотя руководство помешало публикации доклада, чтобы не закрывать фабрику, в прессу попали выводы другой группы учёных, которые тоже работали над делом о гибели девушек. Оказалось, что радий атакует кости радиацией, уничтожает костный мозг и превращает кости в труху.
Небольшая группа работниц подала иск на корпорацию, но у «радиевых девушек» ушло три года лишь на то, чтобы преодолеть проволочки и назначить дату суда. Немногие выжившие умерли через пару лет после суда, присудившего им пенсию и денежную компенсацию.
В начале 30-х годов Эбен Макберни Байерс, знаменитый гольфист, следуя моде, стал принимать препарат «Радитор», суливший улучшение самочувствия и поднятие тонуса. Байерс выпил 1400 бутылочек и умер мучительной смертью от лучевой болезни в 51 год: его челюсти и лицо были разрушены.
После нескольких подобных дел производство радиоактивных панацей и прочих товаров постепенно сошло на нет. Но, несмотря на многочисленные случаи, доказавшие вредность радия для человека, радиевая косметика просуществовала в Европе до 1960-х годов. Рентген-аппараты, с помощью которых можно было проверить, как хорошо сидит на вас обувь, стояли в магазинах Швейцарии до 60-х годов.
В Америке в 30–40-е годы продавались наборы вроде «Юного химика», предлагавшего малышам изучение радиоактивности в домашних условиях, а в СССР довольно долго выпускали настольные и наручные часы, компасы и другие приборы со стрелками, покрашенными радиевой краской. Такие вещи до сих пор можно найти в шкафах у наших бабушек, на старых дачах.
