Основы радиохимии и радиоэкологии (стр. 2 из 63)

Во втором осадке был обнаружен ранее неизвестный элемент, названный в честь родины Марии Кюри полонием. Для получения новых элементов, содержащихся в руде, был разработан новый радиохимический метод носителей, заключающийся в том, что микроколичества этих элементов соосаждались с весовым количеством осадков – носителей. В поисках радиоактивных элементов, содержащихся в урановой руде, зародились первые методы радиохимии, зародился новый раздел химии - радиохимия

Рис.1.1 Мария и Пье р Кюри в лаборатории

При этом указываются два пути идентификации новых радиоактивных элементов: химический (осаждение с носителем стабильных элементов) и физический (по изменению физических характеристик веществ под действием излучения). С этого момента изменилось отношение к открытому Анри Беккерелем явлению. Следует отметить, что свое открытие супруги Кюри не запатентовали, а опубликовали научную статью. Это дало толчок к дальнейшему исследованию явления радиоактивности учеными различных лабораторий и стран.

И так, выдающиеся исследования Марии Склодовской-Кюри и Пьера Кюри заложили основы новой области знаний, возникшей на границе физики и химии.

По мере изучения явления радиоактивности и свойств радиоактивных веществ отчетливо начали вырисовываться два тесно взаимодействующих направления исследований в этой области. Одно из них - чисто физическое, изучало природу и свойства радиоактивности, законы радиоактивных превращений и т.д. Развитие этого направления привело к возникновению ядерной физики.

Другое направление первоначально ставило своей основной задачей исследование химической природы радиоактивных веществ и продуктов их превращений. Развитие этого направления привело к развитию радиохимии.

В истории развития радиохимии можно выделить два периода: ранний ( 1898-1933 г. г.) и современный (с 1934 г. и по настоящее время). Каждый из периодов характеризуется качественно различными объектами изучения, процессами, лежащими в основе получения этих объектов, а также круг явлений и проблем, на которых в тот момент концентрировалось основное внимание исследователей.

Раний период характеризуется:

– возникновением и становлением радиохимии как науки, открытием естественных радиоактивных элементов и радиоактивных нуклидов( П. и М. Склодовская-Кюри Кюри, О. Хан, Л. Мейтнер, Г. Дебьерн,1898-1899);

– установлением природы радиоактивности и основных законов радиоактивного распада (М. Склодовская-Кюри и П. Кюри, Ф. Содди, Э. Резерфорд, 1900-1903);

установлением закономерностей изменения химической природы элементов в результате радиоактивного распада и формулировкой закона сдвига ( Ф. Содди и К. Фаянс, 1909-1912);

– открытием и изучением явления изотопии (Ф. Содди, А. Флек, 1911-1913;)

размещением радиоактивных элементов в периодической системе(Ф. Содди и К. Фаянс,1913) и формированием представлений о естественных радиоактивных рядах;

открытием первой ядерной реакции (Э. Резерфорд,1919);

открытием и исследованием процессов изотопного обмена (Д. Хевеши, 1920);

изучением поведения радиоактивных элементов, находящихся в субмикроколичествах, в различных физико-химических процессах и формулировкой правил определяющих их поведение в при выделении твердых фаз из растворов ( К. Фаянс, П. Бэр ,Ф .Панет, А. П. Ратнер, Т. Сведберг, О. Ган и др., 1913-1926);

установлением количественных закономерностей управляющих процессами сокристаллизации ничтожно малых количеств радиоактивных элементов (О. Ган, В. Г. Хлопин, А. Дернер, Д. Хоскинс, 1924-1933);

открытием нейтрона ( Дж.Чэдвик,1932);

разрабтокой термодинамической теории изоморфной сокристаллизации и адсорбции радиоактивных нуклидов (А. П. Ратнер, 1933);

открытием явления радиоколлоидообразования и исследованием электррохимического поведениярадиоактивных нуклидов (Ф. Панет, Т. Годлевский, И. Е. Старик, М. Гайсинский, 1913-1933);

В результате этих исследований возникли такие разделы радиохимии как общая радиохимия, химия радиоактивных элементов и прикладная радиохимия.

Современный период развития радиохимии начался с 1934 г. Все достижения этого периода связаны с открытием супругами Фредериком и Ирен Жолио-Кюри явления искусственной радиоактивности.

Рис. 1. 2. Ирен и Фредерик Жолио‑Кюри в лаборатории

В эти же годы были созданы ускорители заряженных частиц: циклотроны, бетатроны, ускорители Ван – де – Граафа. Эти устройства позволили получить радиоактивные изотопы многих элементов периодической системы Д. И. Менделеева. Возникла область радиохимии, направленная на химическое изучение ядерных реакий и выделение получаемых радиоактивных продуктов.

Важнейшие события этого периода развития радиохимии:

открытие искусственной радиоактивности и радиохимическая идентификация радиоактивных нуклидов, возникающих в результате протекания ядерных реакций (И. и Ф. Жолио– Кюри, 1934);

открытие и изучение химических эффектов, индуцируемых радиационным захватом нейтронов и радиохимическая идентификация продуктов возникающих при этом ( Л. Сциллард, Т. Чалмерс, 1934);

открытие явления деления под действием медленных нейтронов ядер урана –235 и радиохимическая идентификация образующихся нуклидов (О. Ган, Ф. Штрассман, 1939);

открытие спонтанного деления урана ( Г.Н. Флеров и К.А. Петржак, 1940);

идентификация первого искусственно полученного радиоактивного элемента-технеция ( К. Перрье, Э. Сегре, 1937). Открытие и радиохимическое изучение франция ( М. Перей, 1939)и астата ( Д. Корсон, К. Маккензи, Э. Сегрэ, 1940);

создание первых технологических схем производства плутония и возникновение ядерной энергетики( 1940- 1954);

исследование химических последствий при изомерных переходах и в результате бета-распада атомов в составе молекулярных систем (В. Д. Нефедов, М. А. Торопова, Е.Н. Синотова, 1953-1984);

– синтез и изучение свойств трансурановых элементов( Э. Мак- Миллан, П. Абельсон, Г. Сиборг, 1940) и создание актиноидной теории (Г.Сиборг, 1945-1949);

получение и радиохимическое изучение трансактиноидных элементов вплоть до № 110. Исследования в области сверхтяжелых элементов (Г. Н. Флеров, И. Звара, Ю. Ц. Оганесян, Г. Сиборг, А. Гиорсо, с 1962…)

Благодаря исследованиям, выполненным в этот период, получили интенсивное развитие все ранее сложившиеся области радиохимии и возникли новые области, такие как ядерная химия и химия процессов индуцированных ядерными превращениями. Этот период характеризуется практической реализацией наиболее важных достижений радиохимии.

1.2 Предмет и задачи радиохимии

Термин «радиохимия» был впервые введен английским химиком А. Камероном в 1910г. Камерон определял радиохимию как раздел науки изучающий природу и свойства радиоактивных элементов и продуктов их распада.

В 1911 г. выдающийся английский радиохимик Ф. Содди дал радиохимии определение как науки, которая «занимается преимущественно свойствами продуктов радиоактивных превращений, их разделением и идентификацией». Как следует из истории развития радиохимии, определения А. Камерона и Ф. Содди отвечали уровню ее развития в то время.

В 50-е годы советским ученым Н. Е. Стариком была предложена формулировка: «Радиохимия есть область химии, в которой изучаются химические и физико-химические свойства радиоактивных изотопов».

Современное определение радиохимии: «Радиохимия - область химии, изучающая химию радиоактивных изотопов, элементов и веществ, их физико-химические свойства, ядерные превращения и сопутствующие им физико-химические процессы».

Из этого определения следует, что одной из основных задач радиохимии является исследование химических свойств радиоактивных элементов, не имеющих стабильных изотопов.

С одной стороны, эта задача является общехимической, поскольку каждый элемент обладает индивидуальными химическими свойствами, определяемыми его электронной структурой.

С другой стороны целый ряд особенностей поведения и исследования элементов, не имеющих стабильных изотопов, делает необходимым выделение этой области химии в самостоятельную область знаний

В настоящее время можно выделить четыре основных раздела радиохимии:

1. Общая радиохимия,

2. Химия ядерных превращений,

3. Химия радиоактивных элементов,

4. Прикладная радиохимия.

Общая радиохимия изучает физико-химические закономерности поведения радиоактивных изотопов и элементов.

К этому разделу радиохимии относится изучение состояния радиоактивных изотопов в ультрамалых концентрациях в растворе, газе и твердой фазе, распределение их между фазами в процессах соосаждения, адсорбции, ионного и изотопного обмена, электрохимия радиоактивных элементов.

Химия ядерных превращений (ядерная химия) изучает продукты ядерных превращений и ядерных реакций на изотопном, элементном и молекулярном уровнях. Ядерная химия включает также методы получения, концентрирования и выделения радиоактивных нуклидов, а также химических превращений под действием собственного излучения (авторадиолиз).