Pierwiastki Radioaktywne
Pierwiastki chemiczne, których wszystkie izotopy są promieniotwórcze. Są to: technet (symbol Tc) o liczbie atomowej Z=43, promet (symbol Pm) o liczbie atomowej Z=61, polon (symbol Po) o liczbie atomowej Z=84 oraz wszystkie pierwiastki położone w układzie okresowym za polonem. Pierwiastki promieniotwórcze położone za uranem noszą nazwę pierwiastków transuranowych lub transuranów, które są jednocześnie aktynowcami (aktynowce mają liczbę atomową od 89 do 103, transuranowce mają liczbę atomową większą niż 92, aktynowce o liczbie atomowej mniejszej niż 92 są nazywane cisuranowcami, a o liczbie większej od 95 - kiurowcami). Z pierwiastków radioaktywnych występujących w przyrodzie tylko uran U (Z=92), tor Th (Z=90) i protaktyn Pa (Z=91), mają izotopy o długim czasie życia, porównywalnym z geologicznym wiekiem Ziemi (wskutek czego nie zdążyły się rozpaść) - są więc jedynymi pierwotnymi pierwiastkami promieniotwórczymi, to znaczy takimi, które istnieją na Ziemi od chwili jej powstania. Śladowe ilości neptunu Np (Z=93), czy plutonu Pu (Z=94) spotyka się w niektórych minerałach uranu, gdzie tworzą się pod wpływem neutronów promieniowania kosmicznego. Inne pierwiastki promieniotwórcze powstają w wyniku przemiany pierwiastków radioaktywnych pierwotnych lub zostały otrzymane sztucznie w reakcjach jądrowych, tak jak np. technet, promet oraz transurany, czyli: ameryk, kiur, berkel, kaliforn, ajnsztajn, ferm, mendelew, nobel, lorens.
Pierwiastki promieniotwórcze dzielą się na:
pierwiastki naturalne, występujące w przyrodzie, tak jak: aktyn, astat, frans, neptun, polon, pluton, radon, rad, protaktyn, tor, uran i
pierwiastki sztuczne, nie występujące w przyrodzie, jak np. ajnsztajn, ameryk, kiur, lorens, berkel, ferm, kaliforn, mendelew, nobel promet, technet, pierwiastek 104, pierwiastek 105, pierwiastek 106, pierwiastek 107:
AJNSZTAJN - symbol Es (z łac. einsteinum)
Aktynowiec z III grupy układu okresowego. Jest pierwiastkiem transuranowym. Powstaje z izotopu uranu 238U w cyklotronie pod wpływem bombardowania jonami N6+ (liczba atomowa 99, masa atomowa [254]). Ajnsztajn ma własności zasadowe, w związkach jest trójwartościowy. Es otrzymuje się sztucznie w znikomych ilościach. W przyrodzie nie występuje.
AKTYN - symbol Ac (z łac. actinium)
Pierwiastek z III grupy aktynowców. Powstaje w wyniku rozpadu promieniotwórczego z izotopu uranu 235U, sam ulega kolejnym przemianom promieniotwórczym tworząc niepromieniotwórczy izotop ołowiu. Aktyn ma własności chemiczne podobne do lantanu. Jest srebrzystobiałym metalem o temperaturze topnienia: 1050 C i o ciężarze właściwym: 10,06. W minimalnych ilościach - 300 razy mniejszych niż rad - towarzyszy minerałom uranu.
AMERYK - symbol Am (z łac. americium)
Pierwiastek z III grupy aktynowców. Izotop 241Am powstaje z izotopu uranu 238U bombardowanego bardzo prędkimi cząstkami alfa. Ameryk jest pierwiastkiem transuranowym o liczbie atomowej 95 i masie atomowej [243] oraz srebrzystobiałym metalem o temperaturze topnienia: ok. 830 C i ciężarze właściwym 11,9. Ameryk otrzymuje się sztucznie, w przyrodzie nie występuje.
ASTAT - symbol At (z łac. astatinum)
Chlorowiec z VII grupy układu okresowego (liczba atomowa 85, masa atomowa [210]). Izotopy astatu występują jako ogniwa naturalnych szeregów promieniotwórczych. Sam astat ulega przemianie promieniotwórczej, najdłuższy okres połowicznego rozpadu 8,3 godz. ma izotop 210At. W związkach może występować jako jedno- i pięciowartościowy, pod względem chemicznym mało podobny do pozostałych chlorowców, przypomina polon. Podobieństwo do jodu wyraża się w dość łatwej lotności i jednakowym działaniu fizjologicznym - astat gromadzi się w gruczole tarczycowym ssaków.
BERKEL - symbol Bk (z łac. berkelium)
Aktynowiec z III grupy układu okresowego. Jest pierwiastkiem transuranowym o liczbie atomowej 97 i masie atomowej [247]. Berkel nie występuje w przyrodzie - jest otrzymywany sztucznie i ma własności zasadowe. W związkach jest trój-, rzadko czterowartościowy.
FERM - symbol Fm (z łac. ferminum)
Aktynowiec z III grupy układu okresowego. Ferm jest pierwiastkiem transuranowym o liczbie atomowej 100 i masie atomowej [235]. Otrzymuje się go sztucznie w reaktorze jądrowym (np. izotop 250Fm w reakcji 238U z jądrami tlenu 16O), w przyrodzie nie występuje. Ferm ma własności zasadowe, w związkach jest trójwartościowy.
FRANS - symbol Fr (z łac. francium)
Potasowiec z I grupy głównej układu okresowego (liczba atomowa 87, masa atomowa [223]. Powstaje w wyniku rozpadu promieniotwórczego z aktynu. Sam frans wysyła promienie , przechodząc w aktyn X z okresem połowicznego rozpadu 21 min. Własności chemiczne ma podobne do cezu.
Frans występuje śladowo w minerałach uranu.
KALIFORN - symbol Cf (z łac. californium)
Aktynowiec z III grupy układu okresowego. Jest to pierwiastek transuranowy o liczbie atomowej 98 i masie atomowej [251]. Pierwszy poznany izotop 244Cf powstał w cyklotronie przez bombardowanie cząstkami izotopu kiuru 212Cm. Kaliforn otrzymuje się sztucznie, w przyrodzie nie występuje.
KIUR - symbol Cm (z łac. curium)
Aktynowiec z III grupy układu okresowego, pierwiastek transuranowy o liczbie atomowej 96 i masie atomowej [247]. Izotop 242Cm powstaje z ameryku w wyniku przemiany promieniotwórczej, sam odznacza się silnym promieniowaniem - około tysiąc razy silniejszym od radu!!! - przekształcając się w pluton 238Pu. Kiur ma własności zasadowe, w związkach jest trójwartościowy. Jest srebrzystobiałym metalem o ciężarze właściwym ok. 7. W przyrodzie nie występuje.
LORENS - symbol Lw (z łac. lawrentium)
Aktynowiec z III grupy układu okresowego (liczba atomowa 103, masa atomowa [257], okres połowicznego rozpadu ok. 8 sek.).
MENDELEW - symbol Md (dawniej Mv) (z łac. mendelevium)
Aktynowiec z III grupy układu okresowego. Jest to pierwiastek transuranowy o liczbie atomowej 101 i masie atomowej [256]). Powstaje z ajnsztajnu pod wpływem bombardowania cząstkami w cyklotronie. W przyrodzie nie występuje.
NEPTUN - symbol Np (z łac. neptunium)
Aktynowiec z III grupy układu okresowego. Jest to pierwiastek transuranowy o liczbie atomowej 93 i masie atomowej [237]. Powstaje z izotopu uranu 238U pod wpływem bombardowania neutronami, sam ulega przemianie w pluton. Izotop 237Np jest produktem ubocznym podczas otrzymywania plutonu. Neptun ma własności zasadowe, w związkach jest trój-, cztero-, pięcio- i sześciowartościowy (na najwyższych stopniach utleniania - amfoteryczny). Związki neptunu są podobne do związków uranu. Neptun jest srebrzystobiałym metalem o temperaturze topnienia 640 C i ciężarze właściwym 20,45, chemicznie dość aktywny. Minimalne ilości tego pierwiastka występują w minerałach uranu.
NOBEL - symbol No (z łac. nobelium)
Aktynowiec z III grupy układu okresowego. Pierwiastek transuranowy o liczbie atomowej 102 i masie atomowej [253]. Powstaje z kiuru w cyklotronie pod wpływem bombardowania jądrami węgla. W przyrodzie nie występuje.
PLUTON - symbol Pu (z łac. plutonium)
Aktynowiec z III grupy układu okresowego. Pierwiastek transuranowy o liczbie atomowej 94 i masie atomowej [244], izotop 239Pu powstaje z uranu 238U poprzez neptun 239Np pod wpływem neutronów, sam ulega przemianie w uran 235U. Pluton ma własności zasadowe, w związkach jest dwu- do sześciowartościowy. Pluton jest srebrzystobiałym metalem o temperaturze topnienia 639,5 C i ciężarze właściwym 19,73. Tworzy 6 odmian alotropowych. Jest metalem dość aktywnym (powoli reaguje z wodą). Pluton i jego związki są bardzo trujące - dopuszczalne stężenie w powietrzu jest 107 razy mniejsze niż cyjanowodoru.
Pluton towarzyszy rudom uranu.
Bomba jądrowa zrzucona na Nagasaki 9.VIII.1945r. miała ładunek z plutonu.
POLON - symbol Po (z łac. polonium)
Promieniotwórczy pierwiastek chemiczny VI grupy głównej układu okresowego (l. at. 84, m. at. [210]), o własnościach zasadowych, w związkach dwu- i czterowartościowy.
NAJWAŻNIEJSZE ZWIĄZKI:
dwuchlorek polonu PoCl2,
żółty dwutlenek polonu PoO2,
różowy czterochlorek polonu PoCl4,
czerwony czterobromek polonu PoBr4,
czarny czterojodek polonu PoJ4.
Z metalami tworzy polonki - np. PbPo.
Polon występuje w dwóch odmianach alotropowych i , ciężar właściwy ok. 9,4. Polon powstaje w wyniku przemian promieniotwórczych, okres połowicznego rozpadu 210Po wynosi 138,3 dni, otrzymano sztucznie 209Po o okresie połowicznego rozpadu 200 lat.
Występowanie: polon towarzyszy rudom uranowym w ilości ok. 0,1 mg na 1 tonę.
Otrzymywanie: metaliczny polon przez elektrolizę roztworów jego soli.
Zastosowanie: w chemii radiacyjnej jako źródło cząstek , zmieszany z berylem jako źródło neutronów.
PROMET - symbol Pm (z łac. promethium)
Lantanowiec, pierwiastek chemiczny podgrupy w III grupie układu okresowego o liczbie atomowej = 61 i masie atomowej = [145], własnościach zasadowych. Promet w związkach jest trójwartościowy (zielone jony Pm3+). Najważniejsze związki: tlenek prometu Pm2O3 i wodorotlenek prometu Pm(OH)3. Najdłuższy okres połowicznego rozpadu ma izotop 145Pm, wynosi on ok. 18 lat, znaczenie techniczne ma izotop 147Pm - 2,64 lat. Promet otrzymywany jest w ilościach gramowych w wyniku rozszczepienia jąder uranu w reaktorze jądrowym. W przyrodzie nie występuje.
PROTAKTYN - symbol Pa (z łac. protactinium)
Aktynowiec z III grupy układu okresowego (liczba atomowa 91, masa atomowa [231]). Powstaje w wyniku rozpadu promieniotwórczego uranu 235U, sam ulega przemianie w aktyn (okres połowicznego rozpadu izotopu 231Pa wynosi 34 000 lat). Protaktyn ma własności zasadowe, w związkach jest pięciowartościowy.
NAJWAŻNIEJSZE ZWIĄZKI: pięciotlenek Pa2O5, bezbarwny pięciochlorek protaktynu PaCl5.
Związki protaktynu przypominają własnościami związki tantalu. Protaktyn jest srebrzystobiałym metalem o temperaturze topnienia 1600 C i ciężarze właściwym 15,37. Nie ulega działaniu czynników atmosferycznych. Występuje w przyrodzie, lecz jest pierwiastkiem bardzo rzadkim - towarzyszy uranowi w jego rudach w minimalnych ilościach (na tonę uranu przypada 129 mg protaktynu.
RAD - symbol Ra (z łac. radium)
Promieniotwórczy pierwiastek chemiczny II grupy głównej wapniowców. Liczba atomowa 88, masa atomowa [226], o własnościach zasadowych. W związkach dwuwartościowych - bezbarwne jony Ra2+.
Najważniejsze związki: wodorotlenek radowy Ra(OH)2, rozpuszczalny w wodzie, mocna zasada, chlorek radu RaCl2 i bromek radu RaBr2, trudno rozpuszczalny węglan radowy RaCO3, i siarczan radowy RaSO4. Związki radu są chemicznie podobne do odpowiednich związków baru.
Rad jest srebrzystobiałym metalem o temperaturze topnienia 960 C, temperaturze wrzenia 1140 C i ciężarze właściwym 6. Bardzo aktywny chemicznie. Rad jest jednym z produktów rozpadu promieniotwórczego uranu. Okres połowicznego rozpadu wynosi ok. 1590 lat, sam rad przechodzi w radon. Sole radu barwią płomień na karminowo. Rad występuje we wszystkich rudach uranowych jako produkt rozpadu promieniotwórczego uranu. Najważniejszym źródłem radu są: blenda uranowa i karnotyt występujące w Turkiestanie, Kolorado, Kanadzie.
W karnotytach afrykańskich zawartość rudy wynosi 1 g na 40 ton rudy, w kanadyjskich 1 g na 6-7 ton rudy. Dotychczasowa światowa produkcja wynosi ok. 4 kg. Metaliczny rad otrzymuje się przez elektrolizę stopionego bromku radu. Zastosowanie: do celów leczniczych (w formie chlorku lub bromku) i do celów naukowych.
RADON - symbol Rn (z łac. radon)
Promieniotwórczy pierwiastek chemiczny, w układzie okresowym położony w grupie 0, w grupie głównej helowców. Odkryty dopiero w XX w. Poszczególne izotopy zostały odkryte przez różnych uczonych: w 1900r. - toron przez E. Rutherforda, w 1901r. - radon przez F. E. Dorna i w 1903r. - aktynon przez A. L. Debierna i Giesela. Początkowo nazywano je emanacjami, obecnie już nie używa się tej nazwy.
Radon jest bezbarwnym gazem bez smaku i zapachu, tworzącym się w produktach przemiany promieniotwórczej radu, toru i uranu. (Temperatura topnienia: - 71 C, temperatura wrzenia: - 62 C, gęstość 9,73 g/cm3).
Zestalony radon świeci brylantowo-niebieskim światłem. Znane są izotopy radonu o liczbach masowych od 204 do 224. Wśród nich największe znaczenie mają 219Rn, 220Rn i 222Rn, występujące w naturalnych szeregach promieniotwórczych. W śladowych ilościach są one obecne w powietrzu i w niektórych wodach mineralnych, dokąd przechodzą z minerałów uranu.
Radon jest gazem szlachetnym biernym chemicznie. Podobnie jak inne helowce, tworzy tylko klatraty z wodą, fenolem, toluenem, oraz niezbyt trwały fluorek RnF4. Ze względu na krótki czas życia izotopów nie został otrzymany w ilościach wagowych.
W medycynie są stosowane tzw. kąpiele radonowe - z naturalnych wód zawierających radon lub nasyconych nim sztucznie - do leczenia zachorowań związanych z przemianą materii, chorób stawów i obwodowego układu nerwowego.
TECHNET - symbol Tc (z łac. technetium)
Pierwiastek chemiczny podgrupy w VII grupie układu okresowego. Manganowiec o liczbie atomowej Z=43, masie atomowej [97]. Powstaje w wyniku sztucznych przemian promieniotwórczych z molibdenu. Izotop 99Tc ma okres połowicznego rozpadu ok. 2,12 · 105 lat. Własności chemiczne podobne do renu, tworzy tlenki TcO2 i Tc2O7, pochodnymi Tc2O7 są sole nadtechnetcjany, np. NH4TcO4. Związki technetu siedmiowartościowego redukują się łatwo do czterowartościowego. Technet jest metalem szlachetniejszym od manganu, nie rozpuszcza się w kwasach. W skorupie ziemskiej nie występuje.
TOR - symbol Th (z łac. thorium)
Aktynowiec z III grupy układu okresowego. Jest to pierwiastek radioaktywny o bardzo długim okresie połowicznego rozpadu - rzędu 10 mld lat, wykazujący podobieństwo do pierwiastków podgrupy w IV grupie, o własnościach zasadowych (liczba atomowa 90, masa atomowa 232,038). W związkach jest czterowartościowy.
NAJWAŻNIEJSZE ZWIĄZKI:
dwutlenek toru ThO2
oraz łatwo rozpuszczalne w wodzie sole:
czterochlorek toru ThCl4, siarczan torowy Th(SO4)2 i azotan torowy Th(NO3)4.
Tor jest srebrzystobiałym metalem, niezbyt twardym i ciągliwym o temperaturze topnienia 3500 C, temperaturze wrzenia 4500 C i ciężarze właściwym 11,3 (metal ciężki). Jest odporny na działanie czynników atmosferycznych i kwasów.
DO MINERAŁÓW WŁASNYCH TORU NALEŻĄ:
toryt występujący w rejonie Oslo w Norwegii;
torianit (Th,U)O2 występujący na Cejlonie.
Towarzyszy też minerałom innych pierwiastków, jak: monacyt (złoża brazylijskie), cyrkon, samarskit.
Metaliczny tor stosuje się do powlekania drucików wolframowych w lampach elektronowych i jako adsorbent gazów w aparatach wysokopróżniowych. Szersze zastosowanie ma dwutlenek toru, który służy jako katalizator w procesie otrzymywania syntetycznej benzyny i do wyrobu siatek Auera - wykonanych w 99% z dwutlenku toru i w 1% z dwutlenku ceru, rozżarzających się w płomieniu gazowym i dających intensywne, białe światło.
URAN - symbol U (z łac. uranium)
Promieniotwórczy pierwiastek chemiczny podgrupy w III grupie układu okresowego, należący do aktynowców, o bardzo długim okresie połowicznego rozpadu rzędu 1 mld lat, wykazujący podobieństwo chemiczne do chromowców. (Liczba atomowa: 92, masa atomowa: 238,03). Jest to pierwiastek o własnościach amfoterycznych. W związkach trój-, cztero-, pięcio- (pięciotlenek uranu U2O5) i sześciowartościowy.
Uran jest matalem srebrzystobiałym, niezbyt twardym, o temperaturze topnienia 1133 C i temperaturze wrzenia 3900 C oraz ciężarze właściwym 18,7 (metal ciężki). Na powietrzu ulega utlenieniu, rozpuszczalny w kwasach.
Występowanie: istnieje ok. 100 minerałów uranu, z których tylko 10 ma znaczenie praktyczne. Najważniejszym minerałem uranu jest blenda uranowa. Inne minerały to m.in.: karnotyt, łyszczki uranowe, autunit, tiujamunit, uraninit; minerały torowe oraz monacyt. Największe złoża rud uranu znajdują się w: Kongo (Katanga), Północnej Kanadzie, USA (Utah, Kolorado), w Jachimowie, Turkiestanie, Tiuji Mujun.
Metaliczny uran o dużej czystości znajduje zastosowanie w reaktorach jądrowych do otrzymywania energii jądrowej.