Négy Curie centenáriumi elem

Írta: Bill Griffith 2011-03-01T00: 00: 00 + 00: 00

A négy Curie-elem érdekes túrát kínál a periódusos rendszer alján

1898-ban Pierre és Marie Curie felfedezte a polóniumot és a rádiumot, és Henri Becquerellel, az 1903-as fizikai Nobel-díjjal közösen ítélték oda őket a radioaktivitásért végzett munkájukért. 1911-ben Marie kémiai Nobel-díjat is kapott ezen elemek felfedezéséért.

2011 az UNESCO nemzetközi kémiai éve, valamint a díj századik évfordulója. Kétszer is helyénvalónak tűnik ennek a centenáriumnak a megjelölése a polónium és a rádium felfedezésének, rövid kémiai jellemzőinek és főbb alkalmazásainak, valamint a Cury-okhoz kapcsolódó két másik elemnek a felvázolásával: a francium, amelyet a Marie Radium Institute-ban fedeztek fel 1939-ben; és Marie és Pierre nevét viselő kúrium.

Forrás: Hamish Kidd

Marie 1,2 (1867–1934) Varsóban született, Maria Salomea Sklodowska néven. Korán felkeltette érdeklődését a természettudomány iránt, és ebben ösztönözték szülei, akik mindketten tanárok voltak. A lengyel nők számára akkor nem voltak lehetőségek fejlett tudományos vizsgálatokra, így Marie Bronia nővérét követte Párizsba, hogy fizikát és kémia szakot tanuljon a Sorbonne-ban 1893–4-ben. Miután 1894-ben találkozott Pierre Curie-vel, a piezoelektromosság és a magnetokémia úttörőjével, a pár 1895-ben házasodott össze.

Miután Henri Becquerel 1896-ban felfedezte a radioaktivitást, 1,2 Marie úgy döntött, hogy doktori fokozatán dolgozik a „Becquerel-sugarakon”. Pierre egyik elektrométerének felhasználásával a szervetlen anyagok széles körének tanulmányozásával kimutatta, hogy az akkor ismert elemek közül csak az urán és a tórium volt radioaktív. Azt is kimutatta, hogy az uránércek aktívabbak, mint a tiszta urán, ezért más, erősebb, radioaktív alkotóelemeket kell tartalmaznia. 3 Ezen a ponton Pierre csatlakozott kutatási munkájához, és folytatta mindaddig, amíg tragikusan életét vesztette egy 1906-os közúti balesetben.

Polónium, 84. elem

Pitchblende, a Cury uránforrása

1898. április 14-én Marie 100 g szuszpenziót (UO2) oldott HCl-ban és H2S-t adott az oldatba; a kicsapódott szulfidok továbbra is erősen radioaktívak voltak. További manipulációk azt mutatták, hogy az új anyag szulfidja kicsapódott a bizmutéval együtt. Szublimáláskor azonban a radioaktív szulfid nyomai a kém hűvösebb részén kondenzálódtak, mint a bizmut. Júliusban a Curies publikált Becquerel által a Francia Tudományos Akadémiának bemutatott cikket, amelyben kitalálták a radioaktív kifejezést. Írtak:

ha ennek az új elemnek a megléte beigazolódik, javasoljuk, hogy nevezzük egyikünk származási országából származó polóniumnak.

Alapvetően azt is felvetették, hogy a radioaktivitás az atom tulajdonsága. 4 A radioaktivitás természetével foglalkozó 1902-es kiadványukban röviden kétségbe vonják a polónium létezését, de Willy Marckwald még abban az évben elkülönítette.

Mendelejev 1889-es periódusos rendszerében két -tellúriumként kiosztott egy helyet a polónium számára, 212-es atomtömeg előrejelzésével (modern érték 209,98). 46 ismert polonium 5 radioaktív izotóp van, és Cury valószínűleg 210 Po-t izolált, felezési ideje (t½) 138 nap.

A természete szűkössége miatt a 210 Po-t általában a vismut neutron-besugárzása hozza létre egy atomreaktorban:

Kémia és alkalmazások

A polónium kémiai munkájának nagy része az ember által előállított 210 Po-t használja, mivel ez a természetben ritka. A 16. csoport elemei növekvő atomsúly mellett egyre növekvő tendenciát mutatnak a fémes viselkedésre: az oxigén és a kén nemfémek, a szelén és a tellúr félvezetői, a polónium azonban egy lágy, ezüstfehér fém, amelynek sokkal nagyobb az elektromos és hővezető képessége, mint a tellúrnak. Az elem és vegyületeinek α és β formái kék-fehér fényt bocsátanak ki, és a polónium kémiai vizsgálata nehéz, mert a polónium intenzíven mérgező, és a 210 Po-ból származó α-emisszió megtámadja az üvegeszközöket és gyorsan lebontja vegyületeit. Po jelentése [Hg] 6p4, és vegyületeinek fő oxidációs állapota a IV (oldatban túlsúlyban van), II és -II, Po (IV) és Po (II) oxidjaival, halogenidjeivel, szulfidjaival stb. A leggyakoribb koordinációs számok hat (oktaéderes vagy trigonális bipiramidális) és nyolc (köbös).

A polonium a korai 16. csoporthoz hasonló viselkedést mutat a polonidok, pl. A Na2Po, amelynek nyolc koordinátájú antifluorit szerkezete van,.

A polónium-vegyületeket antisztatikus szerként használták a gramofonlemezekhez, valamint a textil- és fényképészeti lemezgyártáshoz. Ilyen felhasználás ritkább, de a Be-210 Po keverék hasznos neutronforrás. Irène és Frédéric Joliot-Curie 210 Po-t használtak α-kibocsátóként saját transzmutációs munkájukhoz, amely 1935-ben kémiai Nobel-díjat kapott.

Nemrég egy baljósabb alkalmazást találtak a polóniumra. 2006 novemberében valaki 210 Po-t adott hozzá valószínűleg kloridként teához, amelyet egy londoni szállodában ivott Alekszandr Litvinenko, a KGB volt tisztje, aki nyugat felé ment. Litvinyenko tíz gyötrelmes nap után halt meg - akár egy mikrogramm polónium is végzetes.

Rádium, 88. elem

Nem sokkal a polónium bejelentése után a Cury egy újabb rádióelemről, a rádiumról számolt be az 1898. boksznapon. 4

A polóniummal ellentétben ezt az új radioaktív anyagot nem H2S, (NH4) 2S vagy NH3 képezte szurokoldatokból, de vízben oldhatatlan karbonáttal rendelkezett, és kémiailag rokon volt a báriummal, amely vivőanyagként működött benne. A Curies munkatársa, Eugène Demarçay, aki figyelemre méltóan mért optikai atomi spektrumokat annak ellenére, hogy laboratóriumi robbanásban elvesztette a szemét, kimutatta, hogy korábban ismeretlen spektruma volt.

1902-ben Marie 0,1 g vízmentes RaCl2-t izolált a BaCl2-RaCl2 HCl-ből történő ismételt átkristályosításával, amelynek becsült atomtömege 225 volt. 1907-ben finomította ezeket az elválasztásokat, így 0,4 g RaCl2-t kapott, és újra meghatározta az atomtömeget 226,45-re ( modern értéke 226,03). Az 1902-es periódusos rendszer ezt az elemet eka-báriumnak jósolta, atomtömege 226. Legalább 42 radioaktív rádium-izotóp létezik, amelyek közül 5 a természetben fordul elő (az α-emitter 226 Ra valószínűleg a Cury t½ = 1620 év).

Kémia és alkalmazások

A rádium puha, fényes, ezüstös színű, a levegőben gyorsan elsötétül és vízzel reagálva Ra (OH) 2 -ot kap. Vegyületeinek többsége fehér, a belső α-emisszió miatt sárgul és tovább sötétedik. Ez egy tipikus 2. csoportos elem, az elektronikus konfiguráció [Rn] 7s 2, általános kémiai tulajdonságaiban nagyon hasonlít a báriumra. A klorid és a bromid valamivel kevésbé oldódik vízben, mint a bárium-analógok (pl. RaCl2 24,3 g/100 cm 3 víz, BaCl2 30,7 g/100 cm3 25 ° C-on); Ra (NO3) 2 oldhatóbb, mint a Ba (NO3) 2. Míg a Ba-sók színe intenzív zöld színű, az Ra kárminpiros színt kölcsönöz.

A cikk egy másik cikke a rádium korai felhasználásával foglalkozik a rákterápiákban és más kezelésekben. 1 A rádium felhasználása a rák kezelésében korlátozottabb, más radioizotópokat használnak gyakrabban.

Francium, 87. elem

1939-ben Marguerite Perey (1909–1975), korábban Marie Curie hallgatója, megtisztította az aktiniumot, és megjegyzett egy maradék β-kibocsátó fajt - amelyet a 227 Ac α-bomlása alakított ki - és nem rendelhető hozzá más rádióelemhez. Az összes alkálifém-perklorát hatékony hordozó volt számára, és azt javasolta, hogy ez legyen az új 1. csoport 87-es elem. Először AcK-nak, majd catium-nak nevezte, de Irène Joiliot-Curie végül rávette, hogy használja a francium hazafias nevet. 6.

Mendelejev 1871. évi periódusos táblázata megjósolta a két-céziumot 220 javasolt atomtömeggel (modern érték 223,02) az 1. csoportban. A kialakulás és szétesés valószínű sorrendje

Bár a francium mesterséges radioaktív izotópjai előállíthatók (legalább 49 van) 5, felezési ideje rövidebb, mint a természetesen előforduló 223 Fr, amelyhez t½ = 21,8 perc.

Becslések szerint a földkéreg legfelső kilométere egyszerre csak 10-30 g (kb. 2x10-18 ppm) franciát tartalmaz, így nem meglepő, hogy egyetlen vegyületet vagy fémet sem izoláltak, bár előrejelzése szerint a fém megolvad körülbelül 30 ° C-on. Az elektronikus konfiguráció [Rn] 7s 1 (1. csoport), és gyakorlati alkalmazásról nem számoltak be.

Kúrium, 96. elem

Az urán neutronok által kiváltott hasadásának tanulmányai 1941-ben Berkeley-ben váratlanul 239 93Np-t és 239 94Pu-t eredményeztek. A tudósok ezt követően sokat dolgoztak a 95-ös és a 96-os mesterséges elemek (közbeszédben akkoriban „delírium” és „pandemónium”) előállításánál, szétválasztási eljárások alkalmazásával, azon az elgondoláson alapulva, hogy magas az oxidációs állapotú kémiaik, például a neptúnium és a plutónium . Glenn Seaborg azonban 1944-ben rájött, hogy ezek az elemek ahelyett, hogy az irídium és a platina átmenetifém-kongenergjei lennének, egy lantanid-szerű sorozat (az „aktinidek”) tagjai lehetnek. A Berkeley-ciklotron segítségével 32 MeV α-sugárzást alkalmaztak a kúrium előállítására:

A háromértékű ionnak megfelelő kémiai elválasztások ezt követően bizonyítékot szolgáltattak a kúrium létezésére. Ez volt az első aktinid, amelyet az emberekről (a Cury-okról) neveztek el, csakúgy, mint a gadolínium lantanid-rokonát az ezekhez az elemekhez kapcsolódó ásványtanról, a Gadolinról. A fémet 1951-ben izolálták, és mintegy 29 radioaktív izotóp ismert, amelyek közül 5 a 242 Cm (t½ = 162,9 nap) és 244 Cm (t½ = 18,1 év) a leghasznosabb.

Glenn Seaborg, aki először Pieriumról és Marie Curie-ről kapta a nevét

Kémia és alkalmazások 7

A fényes ezüstfehér puha fém száraz nitrogénben is elszennyeződik. A kúriumsók intenzív radioaktivitásuk miatt lassan bontják a vizet. Néhány röntgen kristályszerkezetet tanulmányoztak, de ezeket nehéz beszerezni, mert a rácsokat az intenzív radioaktivitás tönkreteheti.

Két fő oxidációs állapot létezik, a IV és III, az utóbbiak messze a gyakoribbak. Kémiájuk kiterjedt: mind a négy tetra- és tri-halogenid ismert, és számos koordinációs és szerves fémkomplex van.

A kúrium (III) sók izomorfak lantanid-analógjaikkal, és a Cm (II) oldatkémiája hasonló a lantanidokéhoz.

Az alapvető elektronikus konfiguráció valószínűleg [Rn] 7s 2 5f 7, bár a 6d és 5f pályák némi keveredése valószínű. A kúrium (III) komplexek esetében a mágneses momentumok magasak - például a CmF3 mágneses nyomatéka 7,65 Bohr magnetont tartalmaz -, miközben az elektronikus spektrumuk nagyon éles, hasonlóan a gadolínium lantanid-rokonához, ami az f-f átmenetekből származik.

A 242 Cm és a 244 Cm is jelentős hőt termel α-emissziójuk során, és műholdakban, valamint távérzékelő eszközökben termoelektromos és termionos áramforrásokban használják őket. Mint mindezen elemek, a kúrium biológiailag veszélyes. Biológiailag felhalmozódik a csontszövetben, ahol a sugárzás elpusztítja a csontvelőt.

Bill Griffith a szervetlen kémia emeritus professzora a londoni Imperial College-ban.

Hivatkozások

A Dronsfield és P Ellis, Educ. Chem., 2011. március, 56. o
W P Griffith, Chemistry World, 2011. január, 42 (Curie); Educ. Chem., 2008. november, 175 (Becquerel)
S Curie, Compt. Rend. Acad. Sci., 1898, 126., 1101
P Curie és S Curie, Compt. Rend. Acd. Sci., 1898, 127, 175 (Po); P Curie és munkatársai, Compt. Rend. Acd. Sci, 1898, 127., 1215 (Ra)
G Audi és munkatársai, Nucl. Phys., 2003, 729A, 3
M Perey, Compt. Rend. Acad. Sci., 1939, 208, 97; J Chim. Phys. Rádium, 1939, 10., 435, 439; Chim. Phys. Rádium. 1956, 17., 453
Az aktinid elemek kémiája, szerk. J Katz, G T Seaborg és L A Morss, London, Chapman, 2. kiadás, vol. 2, 1986.