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镭 | |
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镭,(旧译作鈤、銧)是一种化学元素,化学符号(Ra),原子序数(88),是一种银白色的碱土金属,带有放射性。镭在1898年由居里夫人及她丈夫皮埃尔·居里在捷克北波希米亚发现。他们发现铀在衰变后,衰变物仍带放射性。镭的拼音名称Radium即是放射性的意思。镭-226为镭的最稳定同位素,半衰期为1600年,进行α-蜕变,放出α射线和γ射线。它衰变时会放出氡气到大气中。氡仍有放射性,且可被生物吸入,并危害生命。[1]
基本结构
一种化学元素 。化学符号 Ra , 原子序数 88 , 原子量226.0254,属第七周期、ⅡA族 ,为碱土金属的成员和天然放射性元素。1898年M.居里和P.居里从沥青铀矿提取铀后的矿渣中分离出溴化镭,1910年又用电解氯化镭的方法制得了金属镭,它的英文名称来源于拉丁文radius,含义是“射线 ”。镭是荧蓝色/银白色金属,是最活泼的碱土金属。镭在空气中可迅速与氮气和氧气生成氮化物和氧化物,与水反应剧烈,生成氢氧化镭和氢气。镭的最外电子层有两个电子,氧化态为+2,只形成+2价化合物。[2]
镭盐和相应的钡盐属同晶形化合物,化学性质很相似。氯化镭、溴化镭、硝酸镭都易溶于水,硫酸镭、碳酸镭、铬酸镭难溶于水。镭有剧毒,它能取代人体内的钙并在骨骼中浓集,急性中毒时,会造成骨髓的损伤和造血组织的严重破坏,慢性中毒可引起骨瘤和白血病。镭是生产铀时的副产物,用硫酸从铀矿石中浸出铀时,镭即成硫酸盐存在于矿渣中,然后转变为氯化镭,用钡盐为载体,进行分级结晶,可得纯的镭盐。金属镭则由电解氯化镭制得。镭及其衰变产物发射γ射线,能破坏人体内的恶性组织,因此镭针可治癌症。
基本用途
镭能放射出α和γ两种射线,并生成放射性气体氡。镭放出的射线能破坏、杀死细胞和细菌。因此,常用来治疗癌症等。此外,镭盐与铍粉的混合制剂,可作中子放射源,用来探测石油资源、岩石组成等。是原子弹的材料之一。
历史沿革
在柏克勒尔对于铀的放射性质进行了开创先河的观察和研究以后,跟着便发现铀的射线也像X射线,能使空气和其他气体产生导电性,而钍的化合物也经人发现有着类似的性质。1896年起,居里夫人和她的丈夫一起进行了系统的发现,在各种元素与其化合物以及天然物中寻找这种效应。
柏克勒尔现象,引起了居里夫妇的浓厚兴趣,射线放出来的力量究竟是从哪里来的呢?这种放射的性质又是什么呢?
居里夫人把自己的全部身心都投入到铀盐的研究中去了,她广为搜罗并研究了各种铀盐矿石,她被铀盐矿石神奇的射线所吸引,她把特别的爱奉献给了这种特别的矿石。
接受过严格而又系统的高等化学教育的居里夫人,在研究铀盐矿石时想到,没有任何理由可以证明铀是唯一能发射射线的化学元素。她猜想,一定还会有别的元素也具有同样的力量,只不过人们还不知道罢了。
她依据门捷列夫的元素周期律排列的元素,逐一进行测定,结果很快发现另外一种钍元素的化合物,也自动发出射线,与铀射线相似,强度也较接近。
居里夫人认识到,这种现象决不只是铀的特性,必须给它一个新名称,居里夫人就把它命名为“放射性”,铀、钍等有这种特殊“放射”功能的物质,叫做“放射性元素”。
后来,在她的丈夫皮埃尔先生的帮助下,她又测定了能够收集到的所有矿物,她想知道还有哪些矿物具有放射性。
在测量中,她获得了又一个戏剧性的发现,在一种来自波希米亚的沥青铀矿中,她发现,其放射性强度比原先设想的要大不知多少倍。
那么,这种不正常的而且过度的放射性又是从哪里来的呢?用这些沥青铀矿中的铀和钍的含量,决不能解释她观察到的放射性的强度。
因此,只能有一种解释,这些沥青矿物中含有一种比铀和钍的放射性作用强得多的新元素,而且不是当时人类所已经知道的元素,它一定是一种未知的元素。
居里夫人的发现吸引了皮埃尔先生的注意,居里夫妇携起手来,并驾齐驱,向科学的未知领域发起强有力的进攻。
在条件极其简陋的实验室里,经过居里夫妇锲而不舍的长期努力,1898年7月,他们宣布发现了这种新元素,它比纯铀放射性要高出400倍。
为了纪念她饱经磨难的祖国,新元素被命名为钋(即波兰的意思)。
1898年12月,居里夫妇又根据大量的实验事实宣布,他们又发现了第二种放射性元素,这种新元素的放射性比钋还强,他们把这种新元素命名为“镭”。
但是,由于没有钋和镭的样品,也没有钋和镭的原子量,当时的科学界,几乎没有人愿意相信他们的这个惊世骇俗的新发现。
居里夫妇决心,无论付出什么样的代价,都要提炼出钋和镭的样品,这一方面是为了证实它们的存在,另一方面,也已为了使自己更有把握。
居里夫妇是一对经济相当拮据的知识分子,他们无力支付购买沥青铀矿所需的高昂的费用。但他们没有被眼前的这只“拦路虎”所吓倒,他们几乎想尽了各种各样的办法。
经过无数次的周折,奥地利政府这才正式决定,先捐赠一吨重的残矿渣给居里夫妇,并且许诺,如果他们将来还需要大量的矿渣,可以在最优惠的条件下供应给他们。
居里夫人立即投入了繁重的提取工作中去,她每次把 20多公斤的废矿渣放入冶炼锅里加热熔化,连续几个小时不间断地用一根粗大的铁棍搅动沸腾的渣液,而后从中提取仅含百万分之一的微量物质。
从1898年到1902年,经过无数次的提取,处理了近一吨矿石残渣,终于得到了0.1克的镭盐,并测定出了它的原子量是226。
镭的发现在科学界爆发了一次真正的革命,1903年,居里夫妇因此而双双获得了诺贝尔物理学奖。居里夫人这一巨大成功绝不是轻而易举就能获得的,它凝聚了居里夫妇多少汗水、多少泪水,完全是居里夫妇共同心血的结晶。
化学反应
镭在空气中相当的不稳定,很容易与氮氧气发生反应生成氮化镭氧化镭:
3 Ra + N₂ → Ra3N2 2 Ra + O2 → RaO
镭也可以和水发生反应,生成氢氧化镭:
Ra + 2 H2O → Ra(OH)2 + H2 ↑
分布特性
镭在自然界分布很广,但含量极微,地壳中的含量为十亿分之一,总量约1800万吨。现已发现质量数为206~230的镭的全部同位素,其中只有镭223、224、226、228是天然放射性同位素,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。
镭是银白色有光泽的金属,熔点700°C,沸点1140°C,密度约5克/厘米³,体心立方晶格。镭的化学性质活泼,与钡相似。金属镭暴露在空气中能迅速反应,生成氧化物和氮化物;能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。
镭是现代核工业兴起前最重要的放射性物质,广泛应用于医疗、工业和科研领域;把镭盐和硫化锌荧光粉混匀,可制成永久性发光粉。到1975年为止,全世界共生产了约4千克镭,其中85%用于医疗,10%用来制造发光粉。镭是剧毒物质。
CAS号:7440-14-4
氧化态:
Main Ra+2
Other
原子体积:(立方厘米/摩尔)
45.20
元素在海水中的含量:(ppm)
0.00000000002
外围电子层排布:7s2
电离能(kJ /mol)
M - M+ 509.3
M+ - M2+ 979
M2+ - M3+ 3300
M3+ - M4+ 4400
M4+ - M5+ 5700
M5+ - M6+ 7300
M6+ - M7+ 8600
M7+ - M8+ 9900
M8+ - M9+ 13500
M9+ - M10+ 15100
晶胞参数:
a = 514.8 pm
b = 514.8 pm
c = 514.8 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
元素周期表
主族元素 硼(5) 硅(14) 锗(32) 砷(33) 锑(51) 碲(52) 钋(84) 锂(3) 钠(11) 钾(19) 铷(37) 铯(55) 钫(87) 铍(4) 镁(12) 钙(20) 锶(38) 钡(56) 镭(88) 铝(13) 铟(49) 镓(31) 锡(50) 铊(81) 铅(82) 铋(83) Uut(113) Uuq(114) uup(115) Uuh(116) Uus(117) 氦(2) 氖(10) 氩(18) 氪(36) 氙(54) 氡(86) Uuo(118) 氟(9) 氯(17) 溴(35) 碘(53) 砹(85) 氢(1) 碳(6) 氮(7) 氧(8) 磷(15) 硫(16) 硒(34) 副族元素 镧(57) 铈(58) 镨(59) 钕(60) 钷(61) 钐(62) 铕(63) 钆(64) 铽(65) 镝(66) 钬(67) 铒(68) 铥(69) 镱(70) 镥(71) 锕(89) 钍(90) 镤(91) 铀(92) 镎(93) 钚(94) 镅(95) 锔(96) 锫(97) 锎(98) 锿(99) 镄(100) 钔(101) 锘(102) 铹(103) 钪(21) 钛(22) 钒(23) 铬(24) 锰(25) 铁(26) 钴(27) 镍(28) 铜(29) 锌(30) 钇(39) 锆(40) 铌(41) 钼(42) 锝(43) 钌(44) 铑(45) 钯(46) 银(47) 镉(48) 铪(72) 钽(73) 钨(74) 铼(75) 锇(76) 铱(77) 铂(78) 金(79) 钅卢(104) 钅杜(105) 钅喜(106) 钅波(107) 钅黑(108) 钅麦(109) 鐽(110) 錀(111) 鎶(112) 汞(80)