Radium - Radium

Radium,  88 Ra
Radium226.jpg
Radium
Uttale / R d i ə m / ( RAY -dee-əm )
Utseende sølvhvitt metallisk
Massenummer [226]
Radium i det periodiske systemet
Hydrogen Helium
Litium Beryllium Bor Karbon Nitrogen Oksygen Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silisium Fosfor Svovel Klor Argon
Kalium Kalsium Scandium Titan Vanadium Krom Mangan Jern Kobolt Nikkel Kobber Sink Gallium Germanium Arsenikk Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niobium Molybden Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Sølv Kadmium Indium Tinn Antimon Tellurium Jod Xenon
Cesium Barium Lantan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Gull Kvikksølv (element) Tallium Lede Vismut Polonium Astatin Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobel Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Ba

Ra

( Ubn )
franciumradiumactinium
Atomnummer ( Z ) 88
Gruppe gruppe 2 (jordalkalimetaller)
Periode periode 7
Blokkere   s-blokk
Elektronkonfigurasjon [ Rn ] 7s 2
Elektroner per skall 2, 8, 18, 32, 18, 8, 2
Fysiske egenskaper
Fase ved  STP fast
Smeltepunkt 973  K (700 ° C, 1292 ° F) (omstridt)
Kokepunkt 2010 K (1737 ° C, 3159 ° F)
Tetthet (nær  rt ) 5,5 g / cm 3
Fusjonsvarme 8,5  kJ/mol
Fordampningsvarme 113 kJ/mol
Damptrykk
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ved  T  (K) 819 906 1037 1209 1446 1799
Atomiske egenskaper
Oksidasjonstilstander +2 (forventes å ha et sterkt grunnleggende oksid)
Elektronegativitet Pauling skala: 0,9
Ioniseringsenergier
Kovalent radius 221 ±  14.00
Van der Waals radius 283 pm
Fargelinjer i et spektralområde
Spektrale linjer av radium
Andre eiendommer
Naturlig forekomst fra forfall
Krystallstruktur body-sentrert kubisk (BCC)
Kroppssentrert kubisk krystallstruktur for radium
Termisk ledningsevne 18,6 W/(m⋅K)
Elektrisk motstand 1 µΩ⋅m (ved 20 ° C)
Magnetisk bestilling ikke -magnetisk
CAS -nummer 7440-14-4
Historie
Oppdagelse Pierre og Marie Curie (1898)
Første isolasjon Marie Curie (1910)
Hoved isotoper av radium
Isotop Overflod Halveringstid ( t 1/2 ) Forfallsmodus Produkt
223 Ra spor 11.43 d α 219 Rn
224 Ra spor 3.6319 d α 220 Rn
225 Ra spor 14,9 d β - 225 Ac
226 Ra spor 1600 år α 222 Rn
228 Ra spor 5,75 y β - 228 Ac
Kategori Kategori: Radium
| referanser

Radium er et kjemisk element med symbolet  Ra og atomnummer  88. Det er det sjette elementet i gruppe 2 i det periodiske system , også kjent som jordalkalimetallene . Rent radium er sølvhvitt, men det reagerer lett med nitrogen (i stedet for oksygen) ved eksponering for luft og danner et svart overflatelag av radiumnitrid (Ra 3 N 2 ). Alle isotoper av radium er meget radioaktive , med den mest stabile isotoper som radium-226 , som har en halveringstid på 1600 år og henfall til radon -gass (spesielt isotop radon-222 ). Når radium forfaller, er ioniserende stråling et biprodukt, som kan stimulere fluorescerende kjemikalier og forårsake radioluminescens .

Radium, i form av radiumklorid , ble oppdaget av Marie og Pierre Curie i 1898 fra malm som ble utvunnet på Jáchymov . De hentet radiumforbindelsen fra uraninitt og publiserte funnet ved French Academy of Sciences fem dager senere. Radium ble isolert i metallisk tilstand av Marie Curie og André-Louis Debierne gjennom elektrolysen av radiumklorid i 1911.

I naturen finnes radium i uran og (i mindre grad) thoriummalm i spormengder så små som en syvende av gram per tonn uraninitt. Radium er ikke nødvendig for levende organismer , og negative helseeffekter er sannsynlig når det inkorporeres i biokjemiske prosesser på grunn av radioaktivitet og kjemisk reaktivitet. For tiden, foruten bruk i nukleærmedisin , har radium ingen kommersielle applikasjoner; tidligere ble det brukt som en radioaktiv kilde for radiostrålende enheter og også i radioaktivt kvaksalveri for sine antatte helbredende krefter. I dag er disse tidligere applikasjonene ikke lenger på moten fordi radiums toksisitet er blitt kjent, og mindre farlige isotoper brukes i stedet i radioluminescerende enheter.

Massegenskaper

Radium er det tyngste kjente jordalkalimetallet og er det eneste radioaktive medlemmet i gruppen. Dets fysiske og kjemiske egenskaper ligner mest på sin lysere kongener barium .

Rent radium er et flyktig sølvhvitt metall, selv om dets lettere kongener kalsium , strontium og barium har en svak gul fargetone. Denne fargen forsvinner raskt ved eksponering for luft, og gir et svart lag med radiumnitrid (Ra 3 N 2 ). Dets smeltepunkt er enten 700 ° C (1292 ° F) eller 960 ° C (1760 ° F), og dens kokepunkt er 1737 ° C (3159 ° F). Begge disse verdiene er litt lavere enn for barium, noe som bekrefter periodiske trender ned i gruppe 2 -elementene. Som barium og alkalimetallene , krystalliserer radium i kroppen-sentrert kubisk struktur ved standard temperatur og trykk : det radium-radium bindingsavstanden er 514,8  picometer . Radium har en tetthet på 5,5 g / cm 3 , er høyere enn den for barium, noe som igjen bekrefter periodiske trender; radium-barium tetthetsforholdet er sammenlignbart med atom-masseforholdet radium-barium, på grunn av de to elementenes lignende krystallstrukturer.

Isotoper

Forfallskjede238 U, den opprinnelige stamfaren til 226 Ra

Radium har 33 kjente isotoper, med massetall fra 202 til 234: alle er radioaktive . Fire av disse- 223 Ra ( halveringstid 11,4 dager), 224 Ra (3,64 dager), 226 Ra (1600 år) og 228 Ra (5,75 år) -forekommer naturlig i forfallskjedene til ur- thorium -232, uran- 235 , og uran-238 ( 223 Ra fra uran-235, 226 Ra fra uran-238, og de to andre fra thorium-232). Disse isotopene har likevel halveringstider for korte til å være urradionuklider og eksisterer bare i naturen fra disse forfallskjedene. Sammen med det for det meste kunstige 225 Ra (15 d), som bare forekommer i naturen som et forfallsprodukt av små spor på 237 Np, er disse de fem mest stabile isotoper av radium. Alle andre kjente radiumisotoper har halveringstider på under to timer, og flertallet har halveringstider på under et minutt. Minst 12 kjernefysiske isomerer er rapportert; den mest stabile av dem er radium-205m, med en halveringstid på mellom 130 og 230 millisekunder; dette er fortsatt kortere enn tjuefire bane statlige radiumisotopene.

I den tidlige historien til studiet av radioaktivitet fikk de forskjellige naturlige isotoper av radium forskjellige navn. I denne ordningen ble 223 Ra kalt actinium X (AcX), 224 Ra thorium X (ThX), 226 Ra radium (Ra) og 228 Ra mesothorium 1 (MsTh 1 ). Da det ble innsett at alle disse er isotoper av samme element, falt mange av disse navnene ut av bruk, og "radium" kom til å referere til alle isotoper, ikke bare 226 Ra. Noen av radium-226s forfallsprodukter mottok historiske navn, inkludert "radium", alt fra radium A til radium G, med bokstaven som angir omtrent hvor langt de var i kjeden fra foreldrene 226 Ra. Radiumutstråling = 222 Rn, RaA = 218 Po, RaB = 214 Pb, RaC = 214 Bi, RaC 1 = 214 Po, RaC 2 = 210 Tl, RaD = 210 Pb, RaE = 210 Bi, RaF = 210 Po og RaG = 206 Pb.

226 Ra er den mest stabile isotopen av radium og er den siste isotopen i (4 n  + 2) forfallskjeden av uran-238 med en halveringstid på over et årtusen: den utgjør nesten alt av naturlig radium. Dets umiddelbare forråtnelse produkt er det tett radioaktive edelgass radon (spesielt isotop 222 Rn ), som er ansvarlig for mye av faren for miljø radium. Det er 2,7 millioner ganger mer radioaktivt enn den samme molare mengden naturlig uran (for det meste uran-238), på grunn av sin proporsjonalt kortere halveringstid.

En prøve av radiummetall holder seg ved en høyere temperatur enn omgivelsene på grunn av strålingen den sender ut - alfapartikler , betapartikler og gammastråler . Nærmere bestemt avgir naturlig radium (som for det meste er 226 Ra) stort sett alfapartikler, men andre trinn i forfallskjeden ( uran- eller radiumserien ) avgir alfa- eller betapartikler, og nesten alle partikkelutslipp ledsages av gammastråler.

I 2013 ble det oppdaget at kjernen til radium-224 er pæreformet. Dette var den første oppdagelsen av en asymmetrisk kjerne.

Kjemi

Radium, i likhet med barium, er et svært reaktivt metall og viser alltid sin gruppeoksidasjonstilstand på +2. Det danner den fargeløse Ra 2+ kationen i vandig løsning , som er svært grunnleggende og ikke danner komplekser lett. De fleste radiumforbindelser er derfor enkle ioniske forbindelser, selv om deltakelse fra 6- og 6p -elektronene (i tillegg til valens 7s -elektronene) forventes på grunn av relativistiske effekter og vil forsterke den kovalente karakteren til radiumforbindelser som Ra F 2 og Ra At 2 . Av denne grunn er den standard reduksjonspotensial for den halvreaksjonen Ra 2 + (aq) + 2e - → Ra (e) er -2,916  V , enda litt lavere enn verdien -2,92 V for barium, mens de verdier som tidligere hadde jevnt økte gruppen (Ca: −2,84 V; Sr: −2,89 V; Ba: −2,92 V). Verdiene for barium og radium er nesten nøyaktig de samme som for de tyngre alkalimetallene kalium , rubidium og cesium .

Forbindelser

Faste radiumforbindelser er hvite ettersom radiumioner ikke gir noen spesifikk farge, men de blir gradvis gule og deretter mørke over tid på grunn av selvradiolys fra radiums alfa-forfall . Uoppløselige radium forbindelser samutfelte materiale med alt barium, mest strontium , og de fleste bly -forbindelser.

Radium-oksyd (RAO) har ikke blitt karakterisert godt forbi sin eksistens, til tross for oksyder være vanlige stoffer for å få de andre alkaliske jordmetaller. Radiumhydroksid (Ra (OH) 2 ) er det lettest oppløselige blant jordalkalihydroksidene og er en sterkere base enn bariumkongeneren, bariumhydroksid . Det er også mer løselig enn aktiniumhydroksid og toriumhydroksyd : disse tre tilstøtende hydroksidene kan skilles ved å utfelle dem med ammoniakk .

Radium-klorid (RaCl 2 ) er en fargeløs, lysende forbindelse. Det blir gult etter en stund på grunn av selvskade av alfastrålingen som avgis av radium når det forfaller. Små mengder bariumforurensninger gir forbindelsen en rosefarge. Det er løselig i vann, men mindre enn bariumklorid , og dets løselighet avtar med økende konsentrasjon av saltsyre . Krystallisering fra vandig oppløsning gir dihydratet RaCl 2 · 2 H 2 O, isomorfe med sin barium analog.

Radium-bromid (RaBr 2 ) er også en fargeløs, lysende forbindelse. I vann er det mer løselig enn radiumklorid. Som radium klorid, krystallisering fra en vandig oppløsning gir dihydratet RaBr 2 · 2 H 2 O, isomorfe med sin barium analog. Den ioniserende strålingen fra radiumbromid stimulerer nitrogenmolekyler i luften og får den til å lyse. De alfa-partikler som sendes ut av radium raskt få to elektroner til å bli nøytral helium , som bygger seg opp på innsiden og svekker radium bromid krystaller. Denne effekten får noen ganger krystallene til å bryte eller eksplodere.

Radiumnitrat (Ra (NO 3 ) 2 ) er en hvit forbindelse som kan lages ved å oppløse radiumkarbonat i salpetersyre . Når konsentrasjonen av salpetersyre øker, reduseres løseligheten av radiumnitrat, en viktig egenskap for den kjemiske rensingen av radium.

Radium danner omtrent de samme uoppløselige salter som dets lettere kongener barium: det danner det uløselige sulfatet (RaSO 4 , det mest uløselige kjente sulfatet), kromat (RaCrO 4 ), karbonat (RaCO 3 ), jodat (Ra (IO 3 ) 2 ) , tetrafluoroberyllat (RaBeF 4 ) og nitrat (Ra (NO 3 ) 2 ). Med unntak av karbonatet er alle disse mindre oppløselige i vann enn de tilsvarende bariumsalter, men de er alle isostruktureelle for sine barium -kolleger. I tillegg er radiumfosfat , oksalat og sulfitt trolig også uløselig, ettersom de samfelles med de tilsvarende uoppløselige bariumsalter. Den store uløseligheten til radiumsulfat (ved 20 ° C vil bare 2,1  mg oppløses i 1  kg vann) betyr at det er en av de mindre biologisk farlige radiumforbindelsene. Den store ioniske radius av Ra 2+ (148 pm) resulterer i svak kompleksitet og dårlig ekstraksjon av radium fra vandige oppløsninger når den ikke er ved høy pH.

Hendelse

Alle isotoper av radium har halveringstider som er mye kortere enn jordens alder , slik at ethvert urradium ville ha forfalt for lenge siden. Radium forekommer likevel i miljøet , ettersom isotopene 223 Ra, 224 Ra, 226 Ra og 228 Ra er en del av forfallskjedene til naturlige thorium- og uranisotoper; siden thorium og uran har svært lange halveringstider, blir disse døtrene kontinuerlig regenererte av deres forfall. Av disse fire isotopene er den lengste levetiden 226 Ra (halveringstid 1600 år), et forfallsprodukt av naturlig uran. På grunn av sin relative levetid er 226 Ra den vanligste isotopen til elementet, og utgjør omtrent en del per billion av jordskorpen; stort sett alt naturlig radium er 226 Ra. Dermed er radium finnes i ørsmå mengder i uranmalm uraninite og diverse andre uran mineraler , og i enda tinier mengder i thoriummineraler. Ett tonn av bekblende gir typisk omtrent en syvendedel av et gram av radium. En kilo av jordskorpen inneholder omtrent 900  picogram av radium, og en liter av sjøvann inneholder ca. 89  femtogram av radium.

Historie

Marie og Pierre Curie eksperimenterer med radium, en tegning av André Castaigne
Glassrør av radiumklorid beholdt av US Bureau of Standards som tjente som hovedstandarden for radioaktivitet for USA i 1927.

Radium ble oppdaget av Marie Skłodowska-Curie og hennes ektemann Pierre Curie 21. desember 1898, i en uraninitt (pitchblende) prøve fra Jáchymov . Mens de studerte mineralet tidligere, fjernet Curies uran fra det og fant ut at det gjenværende materialet fremdeles var radioaktivt. I juli 1898 mens de studerte pitchblende isolerte de et element som ligner på vismut som viste seg å være polonium . De isoleres deretter en radioaktiv blanding som hovedsakelig består av to komponenter: Forbindelsene av barium , som ga en brilliant grønn flamme farge, og ukjente radioaktive forbindelser som ga karmin spektrallinjer som aldri var blitt dokumentert før. Curies fant at de radioaktive forbindelsene lignet veldig på bariumforbindelsene, bortsett fra at de var mindre oppløselige. Dette gjorde det mulig for Curies å isolere de radioaktive forbindelsene og oppdage et nytt element i dem. Curies kunngjorde sin oppdagelse for Det franske vitenskapsakademi 26. desember 1898. Navngivelsen av radium stammer fra ca 1899, fra det franske ordet radium , dannet på moderne latin fra radius ( ray ): dette var en anerkjennelse av radiums emisjonskraft energi i form av stråler.

I september 1910 Marie Curie og André-Louis Debierne annonsert at de hadde isolert radium som et rent metall ved elektrolyse av en ren radium -klorid (RaCl 2 ) -løsning ved anvendelse av en kvikksølv- katode , som produserer en radium-kvikksølvamalgam . Dette amalgam ble deretter oppvarmet i en atmosfære av hydrogengass for å fjerne kvikksølv og etterlate rent radiummetall. Senere samme år isolerte E. Eoler radium ved termisk nedbrytning av azidet Ra (N 3 ) 2 . Radiummetall ble først industrielt produsert på begynnelsen av 1900 -tallet av Biraco , et datterselskap av Union Minière du Haut Katanga (UMHK) i Olen -fabrikken i Belgia.

Den felles historiske enheten for radioaktivitet, curie , er basert på radioaktiviteten til 226 Ra.

Historiske applikasjoner

Selvlysende maling

Selvlysende hvit maling som inneholder radium på ansiktet og hånden på en gammel klokke.
Radium klokkehender under ultrafiolett lys

Radium ble tidligere brukt i selvlysende maling for klokker, kjernefysiske paneler, flybrytere, klokker og instrumentskiver. En typisk selvlysende klokke som bruker radiummaling inneholder rundt 1 mikrogram radium. På midten av 1920-tallet ble det anlagt et søksmål mot United States Radium Corporation av fem døende " Radium Girls "-ringemalere som hadde malt radiumbasert lysmaling på urskiven til klokker og klokker. Dialmalerne ble instruert om å slikke børstene sine for å gi dem et fint punkt, og derved innta radium. Eksponeringen deres for radium forårsaket alvorlige helseeffekter som inkluderte sår, anemi og beinkreft . Dette er fordi kroppen behandler radium som kalsium og avsetter det i beinene , der radioaktivitet bryter ned marg og kan mutere benceller .

Under rettssaken ble det fastslått at selskapets forskere og ledelse hadde tatt betydelige forholdsregler for å beskytte seg mot strålingseffekter, men likevel ikke hadde sett det hensiktsmessig å beskytte sine ansatte. I tillegg hadde selskapene i flere år forsøkt å dekke over effektene og unngå ansvar ved å insistere på at Radium Girls i stedet led av syfilis . Denne fullstendige tilsidesettelsen av ansattes velferd hadde en betydelig innvirkning på utformingen av yrkessykdoms arbeidsrett .

Som et resultat av søksmålet ble bivirkningene av radioaktivitet allment kjent, og malere med radiumskive ble instruert i riktige sikkerhetstiltak og utstyrt med verneutstyr. Spesielt slikket ikke malermalerne lenger pensler for å forme dem (noe som førte til inntak av radiumsalter). Radium ble fortsatt brukt i urskiver så sent som på 1960 -tallet, men det var ingen ytterligere skader på dialmalere. Dette understreket at skaden på Radium Girls lett kunne vært unngått.

Fra 1960 -tallet ble bruken av radiummaling avbrutt. I mange tilfeller ble lysskiver implementert med ikke-radioaktive fluorescerende materialer eksitert av lys; slike enheter lyser i mørket etter eksponering for lys, men gløden forsvinner. Der det var nødvendig med langvarig selvlysning i mørket, ble det brukt sikrere radioaktivt prometium -147 (halveringstid 2,6 år) eller tritium (halveringstid 12 år) maling; begge fortsetter å bli brukt i dag. Disse hadde den ekstra fordelen at de ikke forringet fosforet over tid, i motsetning til radium. Tritium avgir meget lavenergi beta-stråling (enda lavere energi enn beta-strålingen fra promethium) som ikke kan trenge inn i huden, i stedet for gjennomtrengende gammastråling av radium og regnes som sikrere.

Klokker, klokker og instrumenter fra første halvdel av 1900 -tallet, ofte i militære bruksområder, kan ha blitt malt med radioaktiv lysmaling. De er vanligvis ikke lenger lysende; Dette skyldes imidlertid ikke radioaktivt forfall av radium (som har en halveringstid på 1600 år), men på fluorescensen av det fluorescerende sink-sulfidmediet som er utslitt av strålingen fra radium. Utseendet til et ofte tykt lag med grønn eller gulbrun maling i enheter fra denne perioden antyder en radioaktiv fare. Stråledosen fra en intakt enhet er relativt lav og vanligvis ikke en akutt risiko; men malingen er farlig ved frigjøring og innånding eller inntak.

Kommersielt bruk

Hotel postkort reklame radium bad, ca.1940s

Radium var en gang tilsetningsstoff i produkter som tannkrem, hårkrem og til og med matvarer på grunn av dets antatte helbredende krefter. Slike produkter falt snart ut av mote og ble forbudt av myndigheter i mange land etter at det ble oppdaget at de kunne ha alvorlige helseeffekter. (Se for eksempel Radithor eller Revigator- typer " radiumvann " eller "Standard Radium-løsning for drikke".) Spa med radiumrikt vann blir fremdeles av og til ansett som fordelaktige, for eksempel i Misasa, Tottori , Japan. I USA ble også nese-radiumbestråling gitt til barn for å forhindre mellomøreproblemer eller forstørrede mandler fra slutten av 1940-tallet til begynnelsen av 1970-tallet.

Medisinsk bruk

Annonse for Radior -kosmetikk som produsenten hevdet inneholdt radium, som skulle ha helsemessige fordeler for huden din. Pulver, hudkremer og såpe var en del av denne linjen.

Radium (vanligvis i form av radiumklorid eller radiumbromid ) ble brukt i medisin for å produsere radongass, som igjen ble brukt som kreftbehandling ; for eksempel ble flere av disse radonkildene brukt i Canada på 1920- og 1930 -tallet. Imidlertid brukes mange behandlinger som ble brukt på begynnelsen av 1900 -tallet ikke lenger på grunn av de skadelige effektene radiumbromideksponering forårsaket. Noen eksempler på disse effektene er anemi , kreft og genetiske mutasjoner . Sikrere gammastråler som 60 Co , som er billigere og tilgjengelig i større mengder, brukes vanligvis i dag for å erstatte den historiske bruken av radium i denne applikasjonen.

Tidlig på 1900 -tallet brukte biologer radium for å indusere mutasjoner og studere genetikk . Allerede i 1904 brukte Daniel MacDougal radium i et forsøk på å avgjøre om det kunne provosere plutselige store mutasjoner og forårsake store evolusjonære endringer. Thomas Hunt Morgan brukte radium for å indusere endringer som resulterte i hvite øyne fruktfluer. Den nobelvinnende biologen Hermann Muller studerte kort tid effekten av radium på fruktfluemutasjoner før han gikk til rimeligere røntgenforsøk.

Howard Atwood Kelly , en av grunnleggerne av Johns Hopkins Hospital , var en stor pioner innen medisinsk bruk av radium for å behandle kreft. Hans første pasient var hans egen tante i 1904, som døde kort tid etter operasjonen. Kelly var kjent for å bruke store mengder radium for å behandle ulike kreftformer og svulster. Som et resultat døde noen av pasientene hans av radiumeksponering. Hans metode for radiumapplikasjon var å sette inn en radiumkapsel nær det berørte området, og deretter sy radium "punktene" direkte til svulsten . Dette var den samme metoden som ble brukt for å behandle Henrietta Lacks , verten for de originale HeLa -cellene , for livmorhalskreft . For tiden brukes sikrere og mer tilgjengelige radioisotoper i stedet.

Produksjon

Monument for oppdagelsen av radium i Jáchymov

Uran hadde ingen stor anvendelse på slutten av 1800 -tallet, og det eksisterte derfor ingen store urangruver. I begynnelsen er den eneste store kilden for uranmalm var sølvgruvene i Jáchymov , Østerrike-Ungarn (nå Tsjekkia ). Uranmalmen var bare et biprodukt av gruvevirksomheten.

I den første ekstraksjonen av radium brukte Curie restene etter ekstraksjon av uran fra pitchblende. Uranet hadde blitt ekstrahert ved oppløsning i svovelsyre og etterlot radiumsulfat, som ligner på bariumsulfat, men enda mindre løselig i restene. Restene inneholdt også ganske betydelige mengder bariumsulfat som dermed fungerte som bærer for radiumsulfatet. De første trinnene i radiumekstraksjonsprosessen innebar koking med natriumhydroksid, etterfulgt av saltsyrebehandling for å minimere urenheter fra andre forbindelser. Den gjenværende resten ble deretter behandlet med natriumkarbonat for å omdanne bariumsulfatet til bariumkarbonat (bærer radium), og gjorde det dermed oppløselig i saltsyre. Etter oppløsning ble barium og radium utfelt på nytt som sulfater; dette ble deretter gjentatt for ytterligere å rense det blandede sulfat. Noen urenheter som danner uløselige sulfider ble fjernet ved behandling av kloridoppløsningen med hydrogensulfid, etterfulgt av filtrering. Når de blandede sulfatene var rene nok, ble de igjen omdannet til blandede klorider; barium og radium ble deretter separert ved fraksjonert krystallisering mens man overvåket fremdriften ved hjelp av et spektroskop (radium gir karakteristiske røde linjer i motsetning til de grønne bariumlinjene) og elektroskopet .

Etter isolering av radium av Marie og Pierre Curie fra uranmalm fra Joachimsthal, begynte flere forskere å isolere radium i små mengder. Senere kjøpte små selskaper mine avgang fra Joachimsthal gruver og begynte å isolere radium. I 1904 nasjonaliserte den østerrikske regjeringen gruvene og sluttet å eksportere råmalm. En stund var radiumtilgjengeligheten lav.

Dannelsen av et østerriksk monopol og andre lands sterke trang til å få tilgang til radium førte til et verdensomspennende søk etter uranmalm. USA overtok som ledende produsent på begynnelsen av 1910 -tallet. De karnotitt sanden i Colorado gi noen av elementet, men rikere malm finnes i Kongo og området av Bear Lake Flott og stor Slave Lake av nordvestlige Canada. Ingen av forekomstene er utvunnet for radium, men uraninnholdet gjør gruvedrift lønnsomt.

Curies 'prosess ble fremdeles brukt til industriell radiumekstraksjon i 1940, men blandede bromider ble deretter brukt til fraksjonering. Hvis bariuminnholdet i uranmalmen ikke er høyt nok, er det lett å legge til noe for å bære radium. Disse prosessene ble brukt på uranmalm av høy kvalitet, men fungerer kanskje ikke bra med malmer av lav kvalitet.

Små mengder radium ble fortsatt utvunnet fra uranmalm ved denne metoden for blandet nedbør og ionebytte så sent som på 1990 -tallet, men i dag utvinnes de bare fra brukt atombrensel. I 1954 utgjorde den totale verdensomspennende tilførselen av renset radium ca. 2,3 kg, og den er fortsatt i dette området i dag, mens den årlige produksjonen av rene radiumforbindelser totalt bare er omtrent 100 g i dag. De viktigste radiumproduserende landene er Belgia, Canada, Tsjekkia, Slovakia , Storbritannia og Russland . Mengdene produsert radium var og er alltid relativt små; for eksempel ble det i 1918 produsert 13,6 g radium i USA. Metallet isoleres ved å redusere radiumoksyd med aluminiummetall i vakuum ved 1200 ° C.

Moderne applikasjoner

Atom-, molekylær- og optisk fysikkforskning

Radium ser økende bruk innen atom-, molekylær- og optisk fysikk . Symmetri brytekrefter skaleres proporsjonalt med , noe som gjør radium til det tyngste alkaliske jordelementet, godt egnet for å begrense ny fysikk utover standardmodellen. Noen radiumisotoper, for eksempel radium-225, har deformerte paritetsdubletter i oktupol som øker følsomheten for ladningsparitet som bryter ny fysikk med to til tre størrelsesordener sammenlignet med Hg.

Radium er også lovende for en fanget ionisk optisk klokke . Radiumionen har to subhertz-linewidth-overganger fra grunntilstanden som kan tjene som klokkeovergang i en optisk klokke. I tillegg kan radium være spesielt godt egnet for en transportabel optisk klokke ettersom alle overganger som er nødvendige for klokkedrift kan adresseres med direkte diodelasere.

Selv om radium ikke har noen stabile isotoper, er det elleve radiumisotoper med halveringstid lengre enn ett minutt som kan sammenlignes med høy presisjon på et King-tomt. Isotopskift kan måles med høy presisjon på en av radiumion subhertz-linewidth-overgangene fra grunntilstanden, eller på til interkombinasjonslinjen i nøytralt radium. Graden av potensielle ikke -lineariteter i et slikt King -plot kan sette grenser for ny fysikk utover standardmodellen.

Noen av de få praktiske bruksområdene for radium er avledet av dets radioaktive egenskaper. Nylig oppdagede radioisotoper , for eksempel kobolt-60 og cesium-137 , erstatter radium i selv disse begrensede bruksområdene fordi flere av disse isotopene er kraftigere avgivere, sikrere å håndtere og tilgjengelige i mer konsentrert form.

Isotopen 223 Ra (under handelsnavnet Xofigo ) ble godkjent av United States Food and Drug Administration i 2013 for bruk i medisin som kreftbehandling av beinmetastase . Hovedindikasjonen for behandling med Xofigo er behandling av benete metastaser fra kastreringsresistent prostatakreft på grunn av de gunstige egenskapene til dette alfa-emitter radiofarmasøytikum. 225 Ra har også blitt brukt i eksperimenter angående terapeutisk bestråling, da det er den eneste rimelig langlivede radiumisotopen som ikke har radon som en av sine døtre.

Radium brukes fremdeles i dag som strålingskilde i noen industrielle radiografi- enheter for å se etter feil metalliske deler, på samme måte som røntgenbilder . Når det blandes med beryllium , fungerer radium som en nøytronkilde . Radium-beryllium nøytron kilder brukes fortsatt noen ganger selv i dag, men andre materialer som polonium er nå mer vanlige: ca 1500 polonium-beryllium nøytron kilder, med en individuell aktivitet på 1850 Ci (68 TBq), har blitt brukt årlig i Russland . Disse RaBeF 4 -baserte (α, n) nøytronkildene har blitt avskrevet til tross for det høye antallet nøytroner de sender ut (1,84 × 10 6 nøytroner per sekund) til fordel for 241 Am –Be -kilder. I dag brukes isotopen 226 Ra hovedsakelig til å danne 227 Ac ved nøytronbestråling i en atomreaktor.

Farer

Radium er svært radioaktivt, og dets nærmeste datter, radongass , er også radioaktivt. Ved svelging forlater 80% av det svelte radium kroppen gjennom avføringen , mens de andre 20% går inn i blodet , for det meste akkumuleres i beinene. Eksponering for radium, internt eller eksternt, kan forårsake kreft og andre lidelser, fordi radium og radon avgir alfa- og gammastråler ved forfallet, som dreper og muterer celler. På tidspunktet for Manhattan -prosjektet i 1944 ble "toleransedosen" for arbeidere satt til 0,1 mikrogram inntatt radium.

Noen av de biologiske effektene av radium inkluderer det første tilfellet av "radium-dermatitt", rapportert i 1900, to år etter elementets oppdagelse. Den franske fysikeren Antoine Becquerel bar en liten ampull radium i lommen i sekken i seks timer og rapporterte at huden hans ble sårdannet . Pierre og Marie Curie var så fascinert av stråling at de ofret sin egen helse for å lære mer om det. Pierre Curie festet et rør fylt med radium til armen i ti timer, noe som resulterte i utseende av en hudskade, noe som antydet bruk av radium for å angripe kreftvev ettersom det hadde angrepet sunt vev. Håndtering av radium har fått skylden for Marie Curies død på grunn av aplastisk anemi . En betydelig mengde av radiums fare kommer fra datterradonet: som en gass, kan den komme inn i kroppen langt lettere enn dens overordnede radium.

I dag regnes 226 Ra for å være den mest giftige av mengden radioelementer, og den må håndteres i tette hanskerom med betydelig luftstrømssirkulasjon som deretter behandles for å unngå at datteren 222 Rn rømmes til miljøet. Gamle ampuller som inneholder radiumløsninger må åpnes med forsiktighet, fordi radiolytisk nedbrytning av vann kan forårsake et overtrykk av hydrogen og oksygengass. Verdens største konsentrasjon på 226 Ra er lagret i Interim Waste Containment Structure , omtrent 15,4 km nord for Niagara Falls, New York .

Se også

Merknader

Referanser

Bibliografi

Videre lesning

Eksterne linker