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镭(化学元素)

镭是一种具有很强的放射性的元素 ,在化学元素周期表中位于第7周期,第IIA族,原子序数88,元素符号Ra。纯的金属镭是几乎无色的,但是暴露在空气中会与氮气反应产生黑色的氮化镭(Ra3N2)。镭的所有同位素都具有强烈的放射性,其中最稳定的同位素为镭-226,半衰期约为1600年,会衰变成氡-222。当镭衰变时,会产生电离辐射,使得荧光物质发光。是居里夫人发现的新元素,镭的发现对科学贡献伟大。

2017年10月27日,世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,镭- 224、镭- 226、镭- 228及其衰变产物在一类致癌物清单中。

玛丽居里(Marie Curie)和皮埃尔居里(Pierre Curie) 发现年代:1902年

皮埃尔居里(Pierre Curie),或译彼埃尔居里 、比埃尔居里。

1859年5月15日生于法国巴黎一个医生家庭。他的儿童和少年时期,性格上好个人沉思,不易改变思路,沉默寡言,反应缓慢,不适应普通学校的灌注式知识训练,不能跟班学习,人们都说他心灵迟钝,所以从小没有进过小学和中学。父亲常带他到乡间采集动、植、矿物标本,培养了他对自然的浓厚兴趣,学到了如何观察事物和如何解释它们的初步方法。居里14岁时,父母为他请了一位数理教师,他的数理进步极快,16岁便考得理学士学位,进入巴黎大学后两年,又取得物理学硕士学位。1880年,他21岁时,和他哥哥雅克居里一起研究晶体的特性,发现了晶体的压电效应。1891年,他研究物质的磁性与温度的关系,建立了居里定律:顺磁质的磁化系数与绝对温度成反比。他在进行科学研究中,还自己创造和改进了许多新仪器,例如压电水晶秤、居里天平、居里静电计等。1895年7月25日皮埃尔居里与玛丽居里结婚。

玛丽斯克罗多夫斯基居里(Marie Skodowska-Curie)1867年11月7日生于沙皇俄国统治下的华沙,父亲是中学教员。16岁她以金质奖章毕业于华沙中学,因家庭无力供她继续读书,而不得不去担任家庭教师达六年之久。后来靠自己的一点积蓄和姐姐的帮助,于1891年去巴黎求学。在巴黎大学,她在极为艰苦的条件下勤奋地学习,经过四年,获得了物理和数学两个硕士学位。

居里夫妇结婚后次年,即1896年,贝克勒尔发现了铀盐的放射性现象,引起这对青年夫妇的极大兴趣,居里夫人决心研究这一不寻常现象的实质。她先检验了当时已知的所有化学元素,发现了钍和钍的化合物也具有放射性。她进一步检验了各种复杂的矿物的放射性,意外地发现沥青铀矿的放射性比纯粹的氧化铀强四倍多。她断定,铀矿石除了铀之外,显然还含有一种放射性更强的元素。

居里以他作为物理学家的经验,立即意识到这一研究成果的重要性,放下自己正在从事的晶体研究,和居里夫人一起投入到寻找新元素的工作中。不久之后,他们就确定,在铀矿石里不是含有一种,而是含有两种未被发现的元素。1898年7月,他们先把其中一种元素命名为钋,以纪念居里夫人的祖国波兰。没过多久, 1898年12月,他们又把另一种元素命名为镭。为了得到纯净的钋和镭,他们进行了艰苦的劳动。在一个破棚子里,日以继夜地工作了三年零九个月。自己用铁棍搅拌锅里沸腾的沥青铀矿渣,眼睛和喉咙忍受着锅里冒出的烟气的刺激,经过一次又一次的提炼,才从几吨沥青铀矿渣中得到十分之一克的镭。由于发现放射性物质,居里夫妇和贝克勒尔共同获得了1903年诺贝尔物理学奖。

玛丽居里发现了一种化学元素镭,化学符号Ra,原子序数88,原子量226.0254,属周期系ⅡA族,为碱土金属的成员和天然放射性元素。1898年12月,玛丽居里和皮埃尔居里从沥青铀矿提取铀后的矿渣中分离出氯化镭,1907年测出镭元素的新的原子量,1910年又用电解氯化镭的方法制得了金属镭(白色金属)它的英文名称来源于拉丁文radius,含义是“射线”。镭在地壳中的含量为1×10-9%,至今已发现质量数为206~230的同位素中,除镭223、镭224、镭226、镭228是天然放射性同位素外,其余都是用人工方法合成的。镭存在于所有的铀矿中,每2.8吨铀矿中含1克镭。

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。

CAS号:7440-14-4

氧化态:

主要为Ra+2

原子体积:(立方厘米/摩尔)

45.20

元素在海水中的含量:(ppm)

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°

元素描述

密度6.0克/立方厘米(20℃) 。熔点700℃,沸点约1140℃。银白色有光泽的软金属。在空气中不稳定,易与空气中氮和氧化合。与水作用放出氢气,生成氢氧化镭Ra(OH)2。溶于稀酸。化学性质与钡十分相似;所有镭盐与相应的钡盐是同晶型的。镭能生成仅微溶于水的硫酸盐、碳酸盐、铬酸盐、碘酸盐;镭的氯化物、溴化物、氢氧化物溶于水。已知镭有13种同位素,226Ra半衰期最长,为1622年。

以下为镭的各种反应

与氮气反应

3Ra+N2=Ra3N2

与氧气反应

2Ra+O2=2RaO

与硫反应

Ra+S=RaS

与卤素反应

Ra+F2=RaF2

Ra+Cl2=RaCl2

Ra+Br2=RaBr2

Ra+I2=Ral2

与水反应

Ra+2H2O=Ra(OH)2+H2

镭元素符号Ra,原子序数88,原子量226.03。外围电子排布7s,密度6.0g/cm,熔点700℃,沸点<1140℃,位于第七周期第ⅡA族。银白色有光泽的软金属。第一电离能509.37kJ/mol,电负性0.9。化学性质活泼,在空气中不稳定,易跟空气中氮气和氧气化合。跟水反应生成氢氧化镭(Ra(OH)2)并放出氢气。溶于稀酸。化学性质跟钡十分相似。镭的氯化物、溴化物、氢氧化物易溶于水,硫酸盐、碳酸盐微溶于水。已知镭有多种同位素,镭-226半衰期最长,为1622年。镭有很强的放射性,衰变时放出α和γ两种射线,并放出大量热(每克镭每小时放热586.18焦耳),裂变生成氢和氮。在镭射线照射下,水、氨、氯化氢能分解,氧气能转变成红氧。硫化锌、硫化钙等碱土金属硫化物,在镭射线的照射激发下能发出浅绿色柔和的磷光。镭射线能破坏动物体,杀死细胞、细菌。利用镭的放射性可治疗癌症,在硫化锌,硫化钙中混入10ppm的镭盐,可制成发光涂料、发光塑料。镭盐跟铍粉的混合制剂,可作中子放射源,用于探测石油资源和岩石的组成。镭在自然界中以化合态存在,主要存在于多种矿物、土壤、矿泉水和海底淤泥中。镭在自然界中分布特别稀少,仅占地壳原子总数的一百亿亿分之八。1898年法国科学家居里夫妇从沥青铀矿中发现镭,居里夫人于1910年从沥青铀矿中制得纯净金属镭。镭的希腊原文是射线。用汞阴极和钯-铱阳极电解氯化镭溶液可得到镭汞剂,然后在氢气中进行热分解制得。

晶体结构:

晶胞为体心立方晶胞,每个晶胞含有2个金属原子。

一种化学元素 。化学符号 Ra,原子序数88 , 原子量226.0254,属周期系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镭(Ra2N3)和氧化镭(RaO),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。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,因此镭可治癌症,但也会破坏人体内的良性组织。

存在于多种矿石和矿泉中,但含量极稀少,较多的来源于沥青铀矿中。在处理沥青铀矿提取铀时,镭经常与钡一起在不溶于酸的残渣中以硫酸盐形式回收,当时居里夫妇用了3年9个月提炼出0.1克镭 。

放射性元素在一段时间(各种元素不同的衰变速度)衰变后,会产生不同的物质。镭是其中的一种。

镭的衰变速度与它的现存量R成正比-->dR=Rλdt-->dR/R=λdt--->LnR=Ce^(λt)
  t=0,R=R0--->R=R0e^(λt)
  镭经过1600年后,只余原始量R0的1/2--->1/2=e^(1600λ)-->λ=(-Ln2)/1600-->R=R0e^[(-Ln2)*t/1600]

右图为镭的阿尔法方程。

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。

镭是原子弹的材料之一。老式的荧光涂料也含有少量的镭。中子轰击镭-225可以获取锕。

用镭同位素寻找古河道中的铀 。


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