Подружжя Кюрі експериментує з радієм. КартинаАндре Кастена
ВідкритийП'єром таМарією Кюрі з допомогою їх помічника Густава Бемона[1] (за іншими джерелами — Жака Бемона[2]) у 1898 році.
Французькі вчені П'єр і Марія Кюрі виявили, що відходи, які залишаються після виділення урану з уранової руди (уранова смола, що видобувається в містіЯхимів,Чехія) радіоактивніші за чистий уран. З цих відходів подружжя Кюрі після кількох років інтенсивної роботи виділили два сильно радіоактивних елементи:полоній і радій. Перше повідомлення про відкриття радію (у вигляді суміші збарієм) Кюрі зробили26 грудня1898 уФранцузькій академії наук. У 1902 Кюрі іАндре Деб'єрн виділили чистий радій шляхомелектролізу хлориду радію на ртутному катоді і подальшої дистиляції у водні. Виділений елемент був, як зараз відомо,ізотопрадій-226, продукт розпаду урану-238. За відкриття радію та полонію подружжя Кюрі отримали Нобелівську премію. Радій утворюється через багато проміжних стадій при радіоактивному розпаді ізотопу урану-238 і тому знаходиться в невеликих кількостях в урановій руді. Багато радіонуклідів, що виникають при радіоактивному розпаді радію, до того, як була виконана їх хімічна ідентифікація, отримали найменування типу радій А, радій B, C радій і т. д. Хоча зараз відомо, що вони являють собою ізотопи інших хімічних елементів, їх історично сформовані назви за традицією іноді використовуються.
Атомна маса для найстійкішогоізотопу226Ra (період напіврозпаду бл. 1620 років) — 226,0254. Сріблясто-білий метал, на повітрі набуває чорного кольору через утворення нітриду Ra3N2. При спалюванні надає червоного відтінку полум'ю.[3]Густина 5500 кг/м³; tплав 969 °C; tкип бл. 1500 °C.
Реагує з водою з утворенням сильного лугу Ra(OH)2. На повітрі легко окиснюється з утворенням RaO, сполучаючись з N, дає нітрид Ra3N2.
Всіізотопи радію радіоактивні. Радій випромінює α, β та γ промені, в залежності від ізотопу. Всі його ізотопи легше227Ra альфа-активні.225Ra,227Ra та всі більш важкі ядра зазнають тільки β—-розпад. Крім того, для 5 ізотопів радію (з масовими числами 221–224 та 226) був відкритийкластерний розпад. Альфа-частинки, що випромінюються α-активними ізотопами радію (і будь-яких інших елементів), при змішуванні з легкими елементами (берилієм та ін.) викликають (α,n)-реакції на ядрах цих елементів, що призводить до емісіїнейтронів[3]; це використовується для створенняджерел нейтронів.
Середній вміст уземній корі 10-10 % маси. Як член родини238U,220Ra є в усіх рудахурану (бл. 0,3 г/т). Внаслідок вимивання з уранових руд радій знаходиться в розчиненому стані у воді і входить до складу вторинних мінералів. У геології ізотопи радію228Ra і ін. застосовують для визначення віку океанічних осадових порід і мінералів.
Радій-226 приблизно у мільйон разів радіоактивніший від природного урану з тією ж масою.[3]
Відомо 25ізотопів радію. Ізотопи223Ra(інші мови),224Ra,226Ra,228Ra зустрічаються в природі і входять до складу радіоактивних рядів. Решта ізотопів були отримані штучно. Нижче наведені властивості деяких ізотопів радію[4]:
Радій досить рідкісний. За час з моменту його відкриття — понад століття — у всьому світі вдалося добути всього лише 1,5 кг чистого радію. Одна тоннауранової смолки, з якої подружжя Кюрі отримали радій, містить лише близько 0,0001 градію-226. Весь природний радій є радіогенним — виникає при розпадіурану-238,урану-235 аботорію-232; з чотирьох знайдених в природі найпоширенішим і найтривалішим ізотопом (період напіврозпаду — 1602 роки) є радій-226, що входить дорадіоактивного ряду урану-238. У рівновазі, відношення вмісту урану-238 і радію-226 в руді дорівнює відношенню їх періодів напіврозпаду: (4,468×109 років)/(1602 роки) = 2,789×106. Таким чином, на кожні три мільйони атомів урану в природі можна знайти лише один атом радію або 1,02 мкг/т (кларк у земній корі).
Геохімія радію багато в чому визначається особливостями міграції та концентрації урану, а також хімічними властивостями самого радію — активного лужноземельного металу. Серед процесів, що сприяють концентруванню радію, слід вказати насамперед на формування на невеликих глибинах геохімічних бар'єрів, в яких концентрується радій. Такими бар'єрами можуть бути, наприклад, сульфатні бар'єри в зоні окислення. Хлоридні сірководневі радієвмісні води в зоні окиснення стають сульфатними, радій осаджується з BaSO4 та CaSO4, де він стає практично нерозчинним постійним джереломрадону. Через високу міграційну здатність урану і здатності його до концентрування, формуються багато типів уранових рудоутворень вгідротермах,вугіллі,бітумах,вуглистих сланцях,пісковиках,торфовищах,фосфоритах,бурих залізняках, глинах з кістковими залишками риб (літофації). При спалюванні вугілля попіл і шлаки збагачуються226Ra. Також зміст радію підвищений в фосфатних породах.
У результаті розпаду урану і торію, та вилуговування із порід нафти, що містять нафту, постійно утворюютьсярадіонукліди радію. У статичному станінафта знаходиться в природних пастках, обміну радієм між нафтою і водами, що її підпирають, немає (окрім зони контакту вода-нафта) і внаслідок цього є надлишок радію в нафті. При розробці родовища пластові та закачані води інтенсивно надходять у нафтові пласти, поверхня поділу вода-нафта різко збільшується і в результаті радій йде у потік вод, що фільтруються. За підвищеного вмісту сульфат-іонів розчинені у воді радій і барій осідають у вигляді радіобариту Ва(Ra)SO4, який випадає на поверхні труб, арматури, резервуарів. Типова об'ємна активність викачуваної водонафтової суміші за226Ra і228Ra сягає 10 Бк/л, що відповідає рідким радіоактивним відходам.
Основна маса радію знаходиться в розсіяному стані в гірських породах. Радій — хімічний аналог лужних і лужноземельних породоутворюючих елементів, що утворюютьпольові шпати, які складають половину маси земної кори. Калієві польові шпати — головні породоутворюючі мінерали кислих магматичних порід —гранітів,сієнітів,гранодіоритів та інших. Відомо, що граніти мають природну радіоактивність, яка трохи вища за фонову через домішки урану. Хоча кларк урану не перевищує 3 г/т, але в гранітах його вміст становить вже 25 г/т. Але якщо набагато поширеніший хімічний аналог радію — барій — входить до складу досить рідкісних калій-барієвих польових шпатів (гіалофанів), а «чистий» барієвий польовий шпат, мінералцельзіан BaAl2Si2O8 дуже рідкісний, то накопичення радію з утворенням радієвих польових шпатів і мінералів взагалі не відбувається через короткий період напіврозпаду радію. Радій розпадається на інертний радон, що вивільняється порами і мікротріщинами і вимивається з ґрунтовими водами. У природі іноді зустрічаються молоді радієві мінерали, що не містять уран, наприкладрадіобарит(інші мови) ірадіокальцит, при кристалізації яких з розчинів, збагачених радієм (у безпосередній близькості від легкорозчинних вторинних уранових мінералів), радій кристалізується разом з барієм і кальцієм завдяки ізоморфізму.
На початку XX ст. радій вважався не лише безпечним, але й корисним елементом. Його додавали до харчових продуктів, води, косметики та засобів гігієни.[5] Радій входив до складурадіолюмінесцентної фарби, що наносилася на стрілки та циферблати годинників. Використання фарби без запобіжних заходів спричиняло каліцтво та смерть робітників, що стало причиною звернення до суду деяких жінок, які працювали на фабриціU.S. Radium, Оріндж,Нью-Джерсі (процес«радієвих дівчат»).
Радій застосовується як джерело альфа-частинок для приготування Ra-Be джерел нейтронів, для виготовлення світних фарб, у медицині — для радіотерапії та дефектоскопії, в техніці — для отримання радійберилієвих джерелнейтронів, як джерело гамма-випромінення. Радій також використовується вгеохімії якіндикатор змішування і циркуляції водокеанів.
Радій надзвичайно радіотоксичний. В організмі він поводить себе подібно докальцію — близько 80 % радію, що потрапляє в організм, накопичується в кістковій тканині. Великі концентрації радію викликаютьостеопороз, самовільніпереломи і злоякісні пухлини кісток такровотворної тканини. Небезпеку несе такожрадон — газоподібний радіоактивний продукт розпаду радію.
Передчасна смертьМарії Кюрі сталася внаслідок хронічного отруєння радієм, тому що в той час ще не було усвідомлено небезпеку опромінення.
