登陆注册
15661900000017

第17章 天然放射性元素种类(1)

钋一种天然放射性元素,化学符号Po,原子序数84,属周期系ⅥA族。半衰期最长的同位素是钋209。因纪念M.居里的祖国波兰(Poland)而命名。

1898年M.居里和P.居里在处理沥青铀矿时发现钋。M.居里在寻找矿物的放射性载体时,从沥青铀矿内与硫化铋共沉淀的馏分中提取了钋。

存在已发现质量数192~218的全部钋同位素,除钋210、钋211、钋212、钋214、钋215、钋216、钋218是天然放射性同位素外,其余都是通过人工核反应合成的。天然存在的钋是三个天然放射性衰变系的成员,存在于所有铀矿石、钍矿石中;在达到放射性平衡的矿石中,钋与铀的重量比为7.6×10-11∶1。地壳中钋的平均丰度为3×10-14%,每吨铀矿石约含100微克钋。

性质钋为银白色金属。钋210是钋的最重要的同位素。

钋在黑暗中发光,熔点为254℃,沸点962℃,低温时具有简单立方晶格(α型),大约36℃时转变为简单菱形体晶格(β型),β型钋的密度为9.4克/厘米3。钋原子的电子构型为(Xe)4f145d26p4,氧化态为-2、+2、+4、+6,以+4氧化态最稳定,化学性质与碲和铋相似。250℃时氧可将钋氧化成二氧化钋,钋比碲更容易与酸进行反应,钋与氢或碱金属形成钋化物(如H2Po和Na2Po),+6价钋很少,但存在稳定的+2价化合物(如PoCl2),钋也能从+4价还原到+3价。

制取痕量的钋可以从铀矿石、镭盐溶液或氡的衰变产物中得到;从铀矿中提取钋是用盐酸处理提铀后的铀矿残余物,然后用硫化氢处理,铋和钋的硫化物同时沉淀下来,再进行多次分级沉淀,钋富集在溶液中,用银置换得到金属钋。提纯方法有:化学分离、电化学沉积、真空升华。毫克量的钋可用中子照射铋得到。

应用钋的放射性较镭强,可作为α放射源;也可将钋沉积在铍上,用作中子源,由9Be(α,n)12C、9Be(α,n)34He核反应产生中子。钋也可用来消除静电,还用作航天设备的热源。

元素氡是一种天然放射性元素,化学符号Rn,原子序数86,属周期系0族,为稀有气体。半衰期最长的同位素是氡222。氡有时也称为射气。

发现1899年R.B.欧文斯和E.卢瑟福在研究钍的放射性时发现氡,当时称为钍射气,即氡220。1900年F.E.多恩在镭制品中发现了镭射气,即氡222。1902年F.O.吉塞尔在锕化合物中发现锕射气,即氡219。

存在已发现质量数199~226的全部氡同位素,除了氡219、氡220、氡222是天然放射性同位素外,其余都是通过人工核反应合成的。天然氡同位素都是镭衰变的产物,而镭又是铀镭、锕铀和钍放射性衰变系的中间产物。由于地球表面的岩石和土壤中含有微量的铀和钍,在土壤、地表水和大气中都含有氡。大气中氡的浓度受到气象与地质等因素的影响,变化较大。根据世界各地的调查,一般室外空气中氡222的平均放射性浓度约为(0.4~2)×10-2贝可/升。由于氡的密度较大,空气中氡的相对含量随海拔高度的增加而迅速减少。氡在地壳中的含量极微。

性质在通常条件下,氡是无色无味的气体,在标准状况下,氡的密度为9.73克/升。氡较易压缩成无色的发磷光的液体,沸点为-61.8℃,密度为4.4克/厘米3。固体氡有天蓝色的钻石光泽,熔点为-71℃。氡原子的电子构型为(Xe)4f145d26p6,氧化态为+4、+2,化学性质极不活泼,氡分子由单原子组成。与其他惰性气体相比,氡显著地溶于水,在0℃和1大气压下,1体积水可溶解0.507体积的氡。氡更易溶于煤油、甲苯、二硫化碳等有机溶剂。氡能和水、酚等形成络合物。氡很容易吸附于橡胶、活性炭、硅胶和其他吸附剂上,加热到350℃时,氡又能从活性炭上全部解吸下来。可以利用这一特性将氡与其他气体杂质分离。

已制得的氡化合物仅有氟化氡,它与氙的相应化合物类似,但更稳定,更不易挥发。氡的氟化物可在250℃下和真空中进行蒸馏。

应用将铍粉和氡密封于管中,氡衰变时放出的α粒子与铍原子核进行(α,n)核反应,产生中子,可用作实验室的中子源。氡还可用作气体示踪剂,用于研究管道泄漏和气体运动等。

毒性氡222属中毒性核素,通过呼吸系统进入人体后,能引起肺癌,也能严重地损伤肾脏。放射性工作场所空气中氡的最大容许放射性浓度为1.1贝可/升。

钫是一种天然放射性元素,化学符号Fr,原子序数87,属周期系IA族。半衰期最长的同位素是钫223。

发现1939年法国的M.佩雷在研究铀矿中锕227的衰变产物时发现:在锕-铀放射性衰变系中,锕227主要发生β衰变,但有1.2%分支发生的是α衰变,其衰变产物是钫223(锕K)。为纪念发现者佩雷的祖国——法国(France)——而命名。

存在已发现质量数201~230的全部钫同位素,除钫223、钫224是天然放射性同位素外,其余都是通过人工核反应合成的。钫223在铀矿中的含量极低,与铀的原子比约为1∶3×1018。钫224是在钍矿里发现的,它是锕228的α分支衰变子体,含量极少。

性质金属钫为体心立方晶格;熔点27℃,沸点677℃,密度2.48克/厘米3(20℃)。钫原子的电子构型为(Rn)7s1,氧化态为+1,化学性质活泼。所有钫盐都是水溶性的。此特性既有利于用载体使钫同其他金属离子分离,又造成难于找到沉淀钫的合适载体。仅有高氯酸铯、氯铂酸铯、硅钨酸钯、氯钽酸铯等少数化合物能以同晶共沉淀方式载带钫。

镭是一种天然放射性元素,化学符号Ra,原子序数88,原子量226.0254,属周期系ⅡA族,为银白色金属。镭的放射性很强,其英文名来源于拉丁文radius,原意为“射线”。

发现1898年M.居里和P.居里等从沥青铀矿矿渣中发现了镭,1902年分离出90毫克氯化镭,初步测定了镭的原子量。

存在已发现质量数206~230的全部镭同位素,除镭223、镭224、镭226和镭228是天然放射性同位素外,其余都是通过人工核反应合成的。镭226半衰期最长,天然丰度最大,是镭的最重要的同位素。它是铀镭放射性衰变系的成员,存在于所有铀矿石中,在达到放射性平衡的矿石中,镭与铀的重量比为3.4×10-7∶1。

镭在自然界分布很广,但含量极微。地壳中镭的平均丰度为1×10-9%,总量为1.8×107吨。海水中镭的浓度约10-13克/升,全世界海洋中约有2万吨镭。

性质镭有银白色金属光泽,熔点700℃,沸点低于1140℃,密度约5克/厘米3,体心立方晶格。镭原子的电子构型为(Rn)7s2,氧化态为+2,化学性质活泼。金属镭暴露在空气中迅速反应,生成氧化物和氮化物;与水反应生成氢氧化镭。新制备的镭盐呈白色,放置后因受辐照而变色。在镭的水溶液中,水分子辐解,每克镭每天放出13厘米3气体。

所有镭盐都与相应的钡盐同晶。硫酸镭、碳酸镭、铬酸镭和碘酸镭微溶于水;而氯化镭、溴化镭、硝酸镭和氢氧化镭易溶于水。除碳酸镭外,镭盐在水中的溶解度均较相应的钡盐小。钡与镭的性质十分相似,因此常用钡作微量镭的载体。

制取镭是铀工业的副产物。用硫酸从铀矿石浸出铀时,镭以硫酸盐形式存在于矿渣中。用热的碳酸钠溶液将硫酸镭转化为碳酸镭,然后用稀盐酸溶解,经分级结晶或离子交换色谱法分离,得到纯度较高的镭盐。中国研究出用硝酸将铀和镭一起浸出的提镭流程,在浸出液中加入铅载体和硫酸,使硫酸铅(钡、镭)沉淀;沉淀用乙二胺四乙酸碱性溶液溶解,选择沉淀除铅,通过阳离子交换树脂柱进行分离,得到纯度95%以上的镭盐。金属镭由氯化镭溶液电解还原制得。

应用在现代核工业兴起以前,镭是最重要的放射性物质,广泛应用于医疗、工业和科研等领域。镭和它的衰变产物发出的γ射线,能破坏恶性组织,故可用镭针或镭管来治疗癌症。把镭盐和硫化锌荧光粉混匀,可制成永久性发光粉;各种仪表和钟表涂了发光粉后,可在暗处发光,便于人们观测。工业上用镭作γ射线照相,对金属材料或其他固体的内部裂缝和缺陷进行无损检验。20世纪50年代以后,镭在这些方面的应用,已在很大程度上被某些人工放射性核素取代。但镭仍然是重要的放射性标准物质,如在科研和生产中,广泛使用的镭γ标准源和镭-铍中子标准源。此外,镭226还是由(n,γ)核反应制取锕227的原料。到1975年为止,全世界总共生产了约4千克镭,其中85%用于医疗,10%用来制造发光粉。

毒性镭是剧毒物质,它能取代钙而在骨骼内浓集。急性中毒时,会造成骨髓的损伤以及造血组织的严重破坏等;慢性中毒时,可引起骨瘤和白血病。镭226在人体内的最大容许积存量为3.7×103贝可,在放射性工作场所空气中的最大容许浓度为1.1×10-3贝可/升,在露天水源中的限制浓度为1.1贝可/升。

锕为一种天然放射性元素,化学符号Ac,原子序数89,原子量227.0278,属锕系元素,为银白色金属。其英文名来源于希腊文aktis(射线)。

发现1899年法国的德比埃尔内从铀矿渣中分离出锕。

存在已发现质量数209~232的全部锕同位素,除锕227和锕228是天然放射性同位素外,其余都是通过人工核反应合成的。锕227是锕-铀放射性衰变系的衰变产物,在铀矿中赋存量为每吨铀约0.2毫克;锕228又称新钍2(MsTh2),是钍放射系的衰变产物。在钍矿中赋存量为每吨钍约0.05微克。

性质金属锕在暗处发光,在空气中迅速氧化,使金属表面蒙上一层白色的氧化物。锕的熔点为1050℃,沸点3200℃,密度10.07克/厘米3,面心立方晶格。锕原子的电子构型为(Rn)6d17s2,氧化态为+3,化学性质与镧和钇十分相似。用X射线衍射法测定9种锕的化合物的结构,全部类似于相应的镧的化合物。锕(Ⅲ)的离子半径稍大于镧(Ⅲ),从而有更强的碱性,因此可用离子交换或溶剂萃取等法从镧或镧系元素中分离出锕。锕的氟化物,氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐和草酸盐是不溶性化合物,示踪量的锕常用氟化镧或草酸镧共沉淀载带。在合适的条件下,氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钡和碘酸锆也可以用来共沉淀示踪量的锕。用锂或钾的蒸气还原氟化锕或氯化锕,可以制得金属锕。

制取铀矿石是制取锕的天然原料,由于铀矿石中常含镧系元素,从铀矿石中提取纯锕化合物很难。镤231是锕227的母体,较易从铀矿石或铀矿渣中分离出来,可从放置时间较长的镤231中提取锕227。另一个生产锕227的重要途径是用反应堆中子辐照镭226。已用这种方法制得了克量级锕227。航天器中使用的一些热源就是用人工生产的锕227做成的。

钍是一种天然放射性元素。化学符号Th,原子序数90,原子量232.0381,属锕系元素,为银白色金属。以北欧神话中的战神Thor命名。

发现钍是瑞典化学家J.J.贝采利乌斯于1828年发现。

存在已发现质量数212~236的全部钍同位素,只有钍232是天然放射性同位素。钍在地壳中平均含量为(1.3~1.8)×10-6%,其数量与铅、钼差不多,为铀的3倍。天然淡水含钍2×10-9%,海水含钍1×10-9%。钍的可靠储量为107万吨,远景储量275万吨。

自然界中和钍离子大小相近的离子很多,如铀、钇钙、稀土元素(从镧到铥)、钠的离子,这些离子在矿物的结晶中往往互相置换而形成类质同象;因此自然界含钍的矿物很多,约有100多种,如氧化物、硅酸盐、磷酸盐、铌钽酸盐、钛酸盐和碳化物等矿物。其中有工业价值的有独居石、钍石、方钍石和铀钍矿。独居石是磷酸盐,一般含稀土氧化物55%~68%、二氧化钍4%~10%、铀0.2%~0.6%,是稀土元素和钍的重要资源。巴西、印度、挪威、美国、澳大利亚、南非、前苏联、中国等都有丰富的独居石矿床。此外,某些含钍的铀矿、氟碳钙铈矿、氟碳铈镧矿、绿层硅铈钛矿、钛铌钙铈矿以及其他铌钽酸盐矿,对于钍都具有综合回收价值。

同类推荐
  • 认识海洋系列丛书:生长在海洋中的植物

    认识海洋系列丛书:生长在海洋中的植物

    以海洋、海洋中的植物、动物、食物链、矿藏、海洋中的科学以及人类在海洋中发生过的战争为主要加工、编辑素材。将海洋的神秘、浩瀚以及与人类的关系进行梳理、叙述。把最大的生物——鲸鱼、最凶猛的海洋动物——鲨鱼、美丽的珊瑚、大洋底部的锰结核,等等,一一呈现给读者。
  • 庞大的生物家族——昆虫

    庞大的生物家族——昆虫

    早在四亿年前,地球上就有了昆虫。它们的历史比人类要早得多。在险象环生的自然界中,昆虫们一个个崭露头角,各显神通。它们扮演着各种各样、千奇百怪的角色:有翩翩起舞、美丽如仙的花蝴蝶,有辛勤劳作的蜜蜂使者,有与恐龙同时代的蟑螂,还有善于伪装的枯叶蝶、竹节虫等。昆虫的世界真可谓是卧虎藏龙、文武双全啊!这所有的一切都是大自然赋予它们的绝佳生存技巧,也正因如此,才让我们看到了一个流光溢彩、神奇诡异的昆虫世界……本书旨在引领青少年走进昆虫世界,了解昆虫世界的奥妙,把昆虫中最常见、也最有特色的鞘翅目、鳞翅目、双翅目、膜翅目等种类的昆虫介绍给大家。这些昆虫各有特点,本领大,可谓是昆虫王国里的莘莘骄子。
  • 神秘的太空世界丛书:人类星外根据地-太空站

    神秘的太空世界丛书:人类星外根据地-太空站

    太空是宇宙存在的形式,对人类而言既是探索的对象,也是未来通向其他星球的通道,更是空间诸多能力的集中地。根据百度百科定义:“太空”是由无极元和能量相互作用而构成的、物质的,存在时空概念并存在于宇宙内部的一个有限的,有着开始和结束的整体事件。
  • 必知的战机舰艇

    必知的战机舰艇

    军事战争既有保卫和平反对侵略的正义战争,也有进行武力占领践踏正义的侵略战争,但不论什么战争,都具有极大的破坏性,我们都应当避免发生。军事人物既有和平的护卫者,也有发动战争的恶魔。无论是军事领袖,还是元帅将领或英雄,他们都是人类和平的守护神,是人类正义的化身和良知的体现,他们的聪明才智和大无畏的精神是人类宝贵的精神财富,我们必须不断学习和发扬,让其精神永垂不朽。军事历史是我们了解人类发展的主要窗口。军事与政治向来是相伴相随的,军事历史是政治历史的演绎,也是政治历史发展的高潮。
  • 开阔眼界的地理故事

    开阔眼界的地理故事

    《开阔眼界的地理故事》丝绸之路的格局.尽管变化万端,但在塔克拉玛干南北的天山南麓的两道却变化不大,尽管如此,却至今无人能准确地说出它们的途径。现代地图无一例外标注的都是”示意图”,给人们留下了一个难解之谜。
热门推荐
  • 不可思议的可怕现象

    不可思议的可怕现象

    本书汇集了大量的人类历史上出现过乃至今天还存在的怪异现象,并对这些现象尽量予以分析推理。然而很多现象囿于科学局限,至今仍无法破译。书中对有些现象虽不能予以满意的答复,但却可以给人以极大的想象余地,从而也能激发读者的探索心里。
  • 小受来自现代

    小受来自现代

    为了救爱人一命,一份和恶魔的交易,一个全新的身份。从此世上少了一位剑客上官弘,多了一位逍遥王——弘肖。恶魔说:“当天下平定时你们便可相见。”他,一个拥有异能力的穿越者,或许是磁场的相互吸引才造成的穿越,他和某人长相一样,为了吃饱穿暖,决定先无耻的顶用某人的身份装失忆。
  • 夜凌风雨

    夜凌风雨

    “这世界上有鬼吗?”“不知道!”“那你在干什么?”“呵呵!”我笑了:“这世上有没有鬼我不知道,不过一定有些超过我们人的力量错在。”“那是什么?”“嘘!”我不禁激动的眯上眼睛:“它来了!”
  • 机械骑士与机械之魂

    机械骑士与机械之魂

    不知道是不是宇宙第一的机械骑士陆嘉年追妻日记:1、约会地点:参观自己的独家武器库。约会完一定要送小乔回家,遇到甜腻小吃店,虽然很讨厌甜酥酥的味道但还是要买。2、出于风度以及私心,下战机时要帮小乔开门,将她扶下战机。当然我是出自风度,陆嘉年发誓。3、被女生拒绝后不要轻易放弃,有时候她是在考验你的耐性以及对她的真心。嗯,我绝对有真心以及对待小乔的耐心。4、送女生的礼物不一定要名贵,但一定要贴心。贴心么……
  • 酷短信之至理名言

    酷短信之至理名言

    这是一套最新、最酷、最炫的沟通手册。发人深省的至理名言、幽默逗闷的搞笑专家、情意绵绵的爱情攻略、温馨感人的祝福满堂,随时随地幽默搞笑,时时处处富有哲理。轻点拇指,传递无限情谊吧!
  • 无妄太虚

    无妄太虚

    人间世界,不过是神魔禁困人族的一个牢笼。为了打破这个牢笼,人族先贤布下了一个惊天大局,以苍生为引,以万物为棋。然而大局还没有来得及运转,神魔之战席卷人间,人族先贤死伤殆尽。苍生为引孰设孰解,万物为棋谁弄谁收?
  • 一凡道士

    一凡道士

    何一凡是一个普通人,他出生卑微,却命运坎坷,经过自己的努力,日子也算平平淡淡,自从他拜一个乞丐为师,才让他改变了一切,走上了修道之路,他发现黑暗中有很多不为人知的秘密,决定斩妖除魔,解秘一切神秘案件,最后他才知道自己的存在是有人续意安排的,为了找出真相,也让他越走越远,
  • 辰痕荒古

    辰痕荒古

    这是一片叫做荒古的大陆,有着三个帝国和一片不受管辖的土地,它们分别是东荒。西月。北漠。和自由之地。修炼着不一样的名称却有殊途同归,本来一直相安无事,直到有一天。两个不在一国的少年,各自背负着宿命,是兄弟还是宿敌。七个来自复仇的王者,掀起这宿命的起点。每个人都妄想逃离这命运的束缚,殊不知,这条痕迹始终都无法磨灭。。。。。。
  • 重生之小鸭的逆袭

    重生之小鸭的逆袭

    就因为送过一封失败的情书,因意外而落水溺死的陈文斌,却被人传言成了为情自杀。一段来自地球平行空间的灵魂记忆却莫名其妙的占据了他的身体。丢在人群里找不出来的五官,泛黄的牙齿,又瘦又矮的身体,干枯的有些发黄的头发,长而卷,紧紧的贴在头皮上,泛出些许油光。15岁这是一个多么青春洋溢的年纪,看了看家徒四壁的出租房,陈文斌不由得重重的叹了一口......
  • 遇上EXO是我的缘

    遇上EXO是我的缘

    小雪,你就是我的唯一!----by十二只雪,无论你做什么我都会支持你,哪怕倾尽我所有我都会在你这边!----by秀晶谢谢你们在我伤心时陪着我,原谅我的不辞而别,我会回到你们的身边。----by雪本文是甜文!绝壁是甜文!【就有一点点虐(不要打我(≧ω≦))】