От Бил Грифит 2011-03-01T00: 00: 00 + 00: 00

Четирите елемента на Кюри ни осигуряват интересна обиколка на дъното на периодичната таблица

През 1898 г. Пиер и Мария Кюри откриват полоний и радий и са наградени заедно с Анри Бекерел, Нобелова награда за физика за 1903 г. за тяхната работа по радиоактивност. През 1911 г. Мари е отличена и с Нобелова награда за химия за откриването на тези елементи.

2011 г. е Международната година на химията на ЮНЕСКО, както и стогодишнината от наградата. Следователно изглежда двойно подходящо да се отбележи тази стогодишнина, като се очертаят откритията, кратките химични характеристики и основните приложения на полоний и радий, както и два други елемента, свързани с Кюри: франций, открит в Института по радий на Мари през 1939 г .; и курий, кръстен на Мари и Пиер.

кюри

Източник: Хамиш Кид

Мари 1,2 (1867–1934) е родена във Варшава като Мария Саломея Склодовска. Тя прояви ранен интерес към науката и беше насърчена за това от родителите си, които и двамата бяха учители. Тогава напреднали научни изследвания не бяха възможни за полските жени, така че Мари последва сестра си Брония в Париж, за да учи физика и химия в Сорбоната през 1893–4. След като се срещат с Пиер Кюри, пионер в пиезоелектричеството и магнитохимията през 1894 г., двойката се жени през 1895 г.

След откриването на радиоактивността от Анри Бекерел през 1896 г. 1,2 Мари решава да работи върху „Бекереловите лъчи“ за докторат. Използвайки един от електромерите на Пиер, тя показа, изучавайки широк спектър от неорганични материали, този от известните тогава елементи, само уран и торий са радиоактивни. Тя също така показа, че урановите руди са по-активни от чистия уран и затова трябва да съдържат други, по-силни, радиоактивни съставки. 3 В този момент Пиер се присъединява към нейната изследователска работа, като продължава, докато трагично загива при пътен инцидент през 1906 г.

Полоний, елемент 84

Pitchblende, източникът на уран за Cury

На 14 април 1898 г. Мари разтваря 100g смола, UO2, в HCl и предава H2S в разтвора; утаените сулфиди все още бяха силно радиоактивни. По-нататъшни манипулации показаха, че сулфидът на новия материал се утаява едновременно с този на бисмута. Въпреки това, при сублимация малки следи от радиоактивен сулфид, кондензиран върху по-хладна част на тръбата от бисмута. През юли Кюри публикува статия, представена на Френската академия на науките от Бекерел, в която те въвеждат термина радиоактивен. Те написаха:

ако се потвърди съществуването на този нов елемент, предлагаме да го наречем полоний от страната на произход на един от нас.

От решаващо значение те също така предполагат, че радиоактивността е свойство на атома. 4 В публикация през 1902 г. за същността на радиоактивността те за кратко поставят под съмнение съществуването на полоний, но той е изолиран по-късно същата година от Вили Марквалд.

Менделеев беше отделил място за полоний в периодичната си система от 1889 г. като dvi -tellurium, предсказвайки атомно тегло от 212 (съвременна стойност 209,98). Известни са 46 радиоактивни изотопа на полоний 5 и Кюри вероятно е изолирал 210 Po, с полуживот (t½) от 138 дни.

Поради недостига си в природата 210 Po сега обикновено се произвежда от неутронно облъчване на бисмут в ядрен реактор:

Химия и приложения

По-голямата част от химическата работа върху полоний използва изкуствен 210 Po, тъй като е толкова рядък в природата. Елементите от група 16 показват нарастваща тенденция към метално поведение с нарастващо атомно тегло: кислородът и сярата са неметали, селен и телур полупроводници, но полонийът е мек, сребристо-бял метал с много по-висока електрическа и топлопроводимост от телура. Формите α и β на елемента и неговите съединения излъчват синьо-бял блясък, а изучаването на полониевата химия е трудно, тъй като полоният е силно токсичен, а α-емисията от 210 Po атакува стъклени изделия и бързо разгражда неговите съединения. Po е [Hg] 6p 4 и основните степени на окисление на неговите съединения са IV (преобладаващо в разтвор), II и -II, с оксиди, халогениди, сулфиди и т.н. на Po (IV) и Po (II). Най-често срещаните координационни числа са шест (октаедрични или тригонални бипирамидални) и осем (кубични).

Полонийът проявява ранно поведение на група 16 при формирането на полониди, например Na2Po, който има осем координатна антифлуоритна структура.

Полониевите съединения бяха използвани като антистатични средства за грамофонни плочи и за производство на текстилни и фотографски плочи. Подобни приложения сега са по-редки, но смес Be-210 Po е полезен източник на неутрон. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри използват 210 Po като α-емитер за собствената си работа по трансмутация, която им донася Нобелова награда за химия през 1935 г.

Наскоро беше намерено по-зловещо приложение за полоний. През ноември 2006 г. някой добави 210 Po, вероятно като хлорид, към чая, пиян в лондонски хотел от Александър Литвиненко, бивш офицер от КГБ, дезертирал на Запад. Литвиненко почина след десет мъчителни дни - само микрограм полоний е фатален.

Радий, елемент 88

Скоро след обявяването им на полоний Кюри съобщиха за друг радиоелемент, радий, в боксовия ден 1898 г. 4

За разлика от полония, този нов радиоактивен материал не се утаява от разтвори на смола от H2S, (NH4) 2S или NH3, но има неразтворим във вода карбонат и е химически подобен на барий, който действа като носител за него. Сътрудникът на Cury Eugène Demarçay, който забележително измерва атомните спектри оптически, въпреки че е загубил око при лабораторна експлозия, показа, че има неизвестен досега спектър.

През 1902 г. Мари изолира 0,1 g безводен RaCl2 чрез многократна прекристализация на BaCl2-RaCl2 от HCl, изчислявайки атомно тегло 225. През 1907 г. тя прецизира тези разделения, получавайки 0,4 g RaCl2, и отново определя атомното тегло на 226,45 ( съвременна стойност 226,03). Периодична таблица от 1902 г. предсказва този елемент като ека-барий, с атомно тегло 226. Има поне 42 радиоактивни изотопа на радий, 5 от които четири се срещат в природата (а-емитерът 226 Ra вероятно е този, който Кюри открит с t½ = 1620 години).

Химия и приложения

Радият е мек, има блестящ сребрист цвят, бързо почернява във въздуха и реагира с вода, за да даде Ra (OH) 2. Повечето от неговите съединения са бели и те по-жълти и потъмняват допълнително поради вътрешните α-емисии. Това е типичен елемент от група 2, електронна конфигурация [Rn] 7s 2, наподобяващ много барий в своята обща химия. Хлоридът и бромидът са малко по-малко разтворими във вода от аналозите на бария (напр. RaCl2 24,3 g на 100 cm 3 вода, BaCl2 30,7 g на 100 cm 3 при 25 ° C); обратно, Ra (NO3) 2 е по-разтворим от Ba (NO3) 2. Докато цветът на солите Ba пламти интензивно зелено, Ra придава кармин-червен цвят.

Друга статия в този брой се отнася до ранните употреби на радий при ракови терапии и други лечения. 1 Употребата на Радий при лечение на рак вече е по-ограничена, като други радиоизотопи се използват по-често.

Франций, елемент 87

През 1939 г. Маргарит Перей (1909–1975), по-рано ученичка на Мария Кюри, пречиства актиний и отбелязва остатъчен β-излъчващ вид - образуван от α-разпадането на 227 Ac - не може да бъде приписан на друг радиоелемент. Всички алкални метални перхлорати са били ефективни носители за него и тя предположила, че това е новият елемент 87 от група 1. Първо го нарекла AcK, след това кациум, но накрая била убедена от Irène Joiliot-Curie да използва патриотичното име francium. 6

Периодичната таблица на Менделеев от 1871 г. предсказва dvi-cesium с предложено атомно тегло 220 (съвременна стойност 223,02) в група 1. Вероятната последователност на формиране и разпадане е

Въпреки че могат да се получат изкуствени радиоактивни изотопи на франций (има поне 49) 5, всички те имат полуживот по-кратък от естествените 223 Fr, за които t½ = 21,8 минути.

Изчислено е, че по всяко време най-горният километър от земната кора ще съдържа само 10-30 g (някои 2x10 -18 ppm) франций, така че не е изненадващо, че не са изолирани съединения или метал, въпреки че е прогнозира, че металът ще се стопи при около 30 ° C. Електронната конфигурация е [Rn] 7s 1 (група 1) и не са докладвани практически приложения.

Курий, елемент 96

Проучванията върху индуцираното от неутрон делене на уран в Бъркли през 1941 г. неочаквано произвеждат 239 93Np и 239 94Pu. Впоследствие учените похарчиха много за изработването на изкуствените елементи 95 и 96 (наричани по това време „делириум“ и „пандемониум“), използвайки сепарационни процедури, основаващи се на предпоставката, че те ще имат химикали с високо ниво на окисление като нептуний и плутоний . Въпреки това, Глен Сиборг осъзнава през 1944 г., че тези елементи, вместо да са сродни на преходни метали съответно на иридий и платина, могат да бъдат членове на серия, подобна на лантанид („актинидите“). С циклотрона на Бъркли 32-меВ а-лъчение се използва за получаване на курий:

Химичното разделяне, подходящо за тривалентен йон, впоследствие доведе до доказателство за съществуването на курий. Това е първият актинид, който е кръстен на хора (Кюри), точно както неговият лантаниден конгенер гадолиний е кръстен на минералога, свързан с тези елементи, Гадолин. Металът е изолиран през 1951 г. и са известни около 29 радиоактивни изотопа, 5 от които 242 Cm (t½ = 162,9 дни) и 244 Cm (t½ = 18,1 години) са най-полезни.

Глен Сиборг, който първо произвежда курий, кръстен на Пиер и Мария Кюри

Химия и приложения 7

Блестящият сребристо-бял мек метал потъмнява дори в сух азот. Солите на куриума бавно разлагат водата поради интензивната си радиоактивност. Някои рентгенови кристални структури са проучени, но е трудно да се получат, тъй като решетките могат да бъдат разрушени от интензивната радиоактивност.

Има две основни степени на окисление, IV и III, като последните са далеч по-често срещани. Химията им е обширна: и четирите тетра- и три-халиди са известни и има много координационни и органометални комплекси.

Солите на Curium (III) са изоморфни с техните аналози на лантанид и химията на разтвора на Cm (II) е подобна на тази на лантанидите.

Основната електронна конфигурация вероятно е [Rn] 7s 2 5f 7, въпреки че е вероятно известно смесване на 6d и 5f орбитали. За комплексите на курий (III) магнитните моменти са високи - например CmF3 има магнитен момент от 7,65 магнетона на Бор - докато електронните им спектри са много остри, подобни на тези на неговия лантанид конгенер гадолиний, произтичащи от f-f преходи.

И 242 Cm, и 244 Cm произвеждат значителна топлина по време на своите α-емисии и се използват в термоелектрически и термоелектрически източници на енергия в сателити и устройства за дистанционно наблюдение. Както всички тези елементи куриумът е биологично опасен. Био-се натрупва в костната тъкан, където радиацията разрушава костния мозък.

Бил Грифит е почетен професор по неорганична химия в Imperial College, Лондон.

Препратки

  1. A Dronsfield and P Ellis, Educ. Chem., Март 2011 г., 56
  2. W P Griffith, Chemistry World, януари 2011 г., 42 (Кюри); Educ. Chem., Ноември 2008 г., 175 (Becquerel)
  3. S Curie, Compt. Ренд. Акад. Sci., 1898, 126, 1101
  4. P Curie и S Curie, Compt. Ренд. Acd. Sci., 1898, 127, 175 (Po); P Curie et al, Compt. Ренд. Acd. Sci, 1898, 127, 1215 (Ra)
  5. G Audi et al, Nucl. Phys., 2003, 729А, 3
  6. M Perey, Compt. Ренд. Акад. Sci., 1939, 208, 97; J Chim. Физ. Радий, 1939, 10, 435, 439; Чим. Физ. Радий. 1956 г., 17, 453
  7. Химията на актинидните елементи, изд. J Katz, G T Seaborg and L A Morss, London, Chapman, 2nd ed, vol. 2, 1986.