Основы радиохимии и радиоэкологии (стр. 58 из 63)

12.1 Технеций (экамарганец) ₄₃Tc

Д. И. Менделеев предсказал существование этого элемента. Ближайшие химические аналоги технеция – марганец и рений. В 1937 году Сегре и Перье и получил технеций по реакции

. Технеций обнаружен среди осколков деления урана. В настоящее время известно 20 изотопов и ядерных изомеров технеция с массовыми числами от 92 до 107 и с периодами полураспада от нескольких секунд до 2·10⁶ лет. Наиболее важными из них являются изотоп и его ядерный изомер . Основным источником получения является деление урана или реакции :

Элементарный технеций – металл серебристого цвета, относится к YII группе элементов периодической системы Менделеева. Технеций относится к подгруппе марганца Mn – Tc – Re. По химическим свойствам Тс ближе к рению, чем к марганцу. Наиболее устойчивой и характерной степенью окисления технеция является +7. При низких температурах он обладает сверхпроводимостью

Так как технеций содержится в продуктах деления урана и в молибденовых мишенях, важной задачей является отделение технеция от продуктов деления и от молибдена.

По степени эффективности методы выделения технеция можно расположить следующим образом: экстракционные > ионообменные > осадительные > дистилляционные > электрохимические. Например, для отделения технеция от продуктов деления могут быть использованы методы соосаждения с сульфидами тяжелых металлов и труднорастворимыми перхлоратами.

Применение технеция обусловлено как его уникальными свойствами, так и благоприятными ядерно-физическими характеристиками его основного изотопа

(большой период полураспада, мягкое β – излучение).

Обладая высокой коррозионной устойчивостью и малым сечением активации, технеций является перспективным материалом для антикоррозионных покрытий в реакторостроении, сверхпроводимость технеция и его сплавов позволяет использовать их в качестве конструкционного материала для сверхпроводимых магнитов.

используется для приготовления β – источников, используется в медицине для диагностики болезней щитовидной железы и урологических заболеваний, для изготовления высокотемпературных термопар. Из продуктов деления получают в килограммовых количествах, в то время как 1 килограмм урана в урановой руде дает содержит 5·10-10 г

. Для получения

готовят изотопный генератор из

, который адсорбируют из азотнокислого раствора на колонке из Al₂O₃, Тс вымывают разбавленной азотной кислотой.

12.2 Прометий –

Прометий входит в цериевую группу лантанидов. В соответствии с правилами устойчивости ядер у элементов с порядковым номером 61 не может быть стабильных изотопов, элемент радиоактивен

. Впервые прометий был выделен химически в 1947 году Маринским и Гленденином из продуктов деления урана , Т_1/2 = 2,6 года. В ядерном реакторе на 100 кВт мощности в сутки образуется 1 мг элемента 61. Из 1 кг Pu в реакторе получается около 7 г Pm.

Название Pm получил по имени мифологического титана Прометея, похитившего огонь и передавшего его людям.

В настоящее время известно более 20 изотопов и ядерных изомеров прометия с массовыми числами, но наиболее доступным и имеющим практическое применение является

(Т_1/2 = 2,64 года).

Прометий может быть также получен по реакции:

.

В соответствии с положением элемента в периодической системе единственной устойчивой степенью окисления Pm является +3. Ближайшие его химические аналоги – соседние с ним лантаноиды – неодим и самарий. Химические свойства лантанидов близки.

В крайне разбавленных растворах при рН < 3 Pm находится в ионном состоянии. При рН > 3 в результате гидролиза начинается образование радиоколлоидов. При рН 6-7 Pm сильно адсорбируется на стекле.

Из облученных материалов, продуктов деления урана и природных материалов прометий выделяется с фракцией редкоземельных элементов и иттрием, отделение от которых является основной задачей при получении и анализе прометия.

Важнейшими методами выделения прометия является ионообменная хроматография и экстракция. Для выделения прометия используются также процессы соосаждения, основанные на изоморфизме оксалатов и фторидов редкоземеньных элементов или на адсорбции прометия на оксидах и гидроксидах металлов.

Все области применения

обусловлены его ядерно-физическими характеристиками (мягкое β – излучение, отсутствие γ – фона, большой период полураспада).

используется для изготовления изотопных источников тока (атомных электрических батарей), основанных на действии β– излучения на люминофоры, которые в свою очередь, действуют на фотоэлементы, превращающие световую энергию в электрическую. Такие источники используются в космических исследованиях,в радиоизотопных стимуляторах сердечной деятельности, в слуховых аппаратах и часах. используется также для изготовления изотопных ионизаторов для снятия электростатических зарядов. Кроме того используется как источник β– излучения для измерения толщины и плотности материалов небольшой толщины.

12.3 Полоний

В 1898 году элемент с порядковым номером 84 был открыт П. и М. Кюри и назван в честь родины Марии – Полоний. Полоний в природе очень редок, он существует только как продукт радиоактивного распада в урановых и ториевых минералах, в которых образуется по реакціям ²⁰⁹ ₈₃Bi (n, g) ₈₃Bi²¹⁰ (b-распад, 2,6×10⁶ лет)®₈₄ ²¹⁰Po (a- распад,138 суток )

В равновесии с 1 г урана находится 7,6·10^{-11 г Ро, а с 1 г Ra – 2,24·10-4 г. Распространенность в земной коре равна 2·10-14} масс.%.

Известно 6 природных изотопов Ро и 20 радиоактивных искусственных изотопов и 2 изомера полония.

Наиболее долгоживущими изотопами полония являются

(2,93 года) и (Т_1/2 = 103 года) и естественный радионуклид (Т_1/2 = 138 дней). Химические и физические свойства полония исследованы с помощью химических микрометодов.

Ро – серебристо – белый металл с желтоватым оттенком, напоминающий таллий и висмут, в темноте светится.

Полоний – элементУI группы периодической системы. Он образует соединения со степенями окисления –2, +2, +4, +6, возможно +3. Наиболее устойчивой степенью окисления является +4. В электрохимическом ряду полоний занимает место между теллуром и серебром.

По химическим свойствам полоний сходен со своим аналогом по группе периодической системы теллуром, и отчасти – с висмутом.

может быть получен искусственным путем по реакции: .

Полоний дает изоморфные кристаллы с теллуратами свинца и калия.

В водных растворах Ро является сильнейшим коллоидообразователем, в области рН ≥ 1 все соли и комплексные соединения полония гидролизованы и образуют как истинные растворы, так и псевдоколлоиды.

В области рН = 7,5 соли полония дают истинные коллоиды и хорошо адсорбируются на стекле, бумаге.

Для отделения полония из раствора применяют электрохимические методы, экстракцию, хроматографию и соосаждение. Простейший метод – использование реакции электрохимического замещения. Серебряная пластина в растворе RaD (

) в 0,1 HCl, полученная толщиной 50 мк пластина растворяется в HNO₃ и затем серебро осаждается HCl.

Выделяется Ро также на пластине из смеси,

Pb и Bi.

Благодаря большому тепловыделению полоний в основном используют в качестве источника тепловой энергии в космических аппаратах.

Кроме того, полоний находит применение в качестве наиболее доступного α – источника и для изготовления полоний – бериллиевых источников нейтронов. Для этих целей его получают искусственно путем нейтронного облучения

.