Radij

Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigacija, traži
Ambox warning blue construction.svg Trenutno se vrše izmjene na stranici.
Molimo ostale korisnike da ne uređuju sadržaj stranice dok je prikazano ovo obavještenje kako bi se izbjegao konflikt s izmjenama. Ako imate komentare i pitanja u vezi sa stranicom, koristite stranicu za razgovor.
Napomena: Ovaj šablon možete ukloniti ako nije bilo izmjena u posljednja 3 dana.
Posljednju izmjenu napravio je korisnik C3r4 (razgovor · doprinosi), 23. 2. 2017. u 21:08.
Radij,  88Ra
Radium226.jpg
Radij u periodnom sistemu
Hemijski element, Simbol, Atomski broj Radij, Ra, 88
Serija Zemnoalkalni metali
Grupa, Perioda, Blok 2, 7, s
Izgled srebreno bijeli metal
Zastupljenost 9,5 · 10-14[1] %
Atomske osobine
Atomska masa 226,0254 u
Atomski radijus (izračunat) 215 (-) pm
Kovalentni radijus 221 pm
Van der Waalsov radijus 283[2] pm
Elektronska konfiguracija [Rn] 7s2
Broj elektrona u energetskom nivou 2, 8, 18, 32, 18, 8, 2
1. energija ionizacije 509,3 kJ/mol
2. energija ionizacije 979,0 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje čvrsto
Kristalna struktura kubična prostorno centrirana
Gustoća 5500 kg/m3 pri 293,15[3] K
Magnetizam nemagnetičan
Tačka topljenja 973 K (700 °C)
Tačka ključanja 2010 K (1737 °C)
Molarni volumen 41,09 · 10-6 m3/mol
Toplota isparavanja 125 kJ/mol
Toplota topljenja 8 kJ/mol
Pritisak pare 327 Pa pri 973 K
Brzina zvuka m/s
Specifična toplota 94 J/(kg · K)
Specifična električna provodljivost 1 · 106 S/m
Toplotna provodljivost 19 W/(m · K)
Hemijske osobine
Oksidacioni broj 2
Oksid RaO
Elektrodni potencijal −2,916 V (Ra2+ + 2e → Ra)
Elektronegativnost 0,9 (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR
224Ra

u tragovima

3,66 d α 5,789 220Rn
225Ra

sin

14,9 d β- 0,357 225Ac
226Ra

100 %

1602 god α 4,871 222Rn
228Ra

u tragovima

5,7 god β- 1,325 227Ac
Sigurnosno obavještenje

Oznake upozorenja

Oznaka upozorenja nepoznata[4]
Obavještenja o riziku i sigurnosti R: /
S: /
Ostala upozorenja
Radioaktivnost
Radioaktivni element

Radioaktivni element
Ukoliko je moguće i u upotrebi, koriste se osnovne SI jedinice.
Ako nije drugačije označeno, svi podaci su podaci dobiveni mjerenjima u normalnim uslovima.

Radij (lat.: radium) jest hemijski element sa simbolom Ra i atomskim brojem 88. On je šest element iz II grupe periodnog sistema elemenata, također poznate kao zemnoalkalni metali. Čisti elementarni radij je srebreno-bijeli metal, koji se vrlo lahko veže sa dušikom (češće nego s kisikom) kada se izloži zraku, gradeći crni površinski sloj radij-nitrida (Ra3N2). Svi izotopi radija su vrlo nestabilni i radioaktivni, među kojim je najstabilniji izotop radij-226 sa vremenom poluraspada od 1.600 godina, raspadajući se na gas radon (tačnije izotop radon-222). Pri raspadanju radija, javlja se snažna ionizirajuća radijacija koja može pobuditi fluorescentne hemikalije i uzrokovati radioluminiscenciju.

Radij u obliku radij-hlorida, otkrili su Marie i Pierre Curie 1898. godine. Oni su izdvojili spoj radija iz uraninita a svoje otkriće su objavili u Francuskoj akademiji nauka pet dana kasnije. Marie Curie i André-Louis Debierne su izolirali radij u metalnom obliku 1911. godine elektrolizom radij-hlorida.[5]

U prirodi, radij se nalazi u rudama uranija, te (u mnogo manjoj mjeri) rudama torija u tragovima, približno sedminu grama po toni uraninita. U živim organizmima radij nije neophodan za život. Ako dospije u biohemijske procese izaziva neželjene i opasne efekte po zdravlje, uglavnom zbog svoje radioaktivnosi i hemijske reaktivnosti. Danas radij nema nikakve komercijalne upotrebe osim one u nuklearnoj medicini. Ranije, koristio se kao radioaktivni izvor u radioluminiscentnim uređajima, a zbog svojih navodnih ljekovitih osobina koristili su ga nadriljekari za liječenje svojih pacijenata. Danas takve upotrebe radija su zabranjene i ne provode se jer je svijest o otrovnosti radija mnogo veća, a za radioluminiscentne uređaje koriste se manje opasni izotopi.

Osobine[uredi | uredi izvor]

Radij je najteži poznati zemnoalkalni metal i do danas je jedini radioaktivni član ove grupe hemijskih elemenata. Njegove fizičke i hemijske osobine u mnogim aspektima nalikuju njegovom lakšem kongeneru bariju.

Fizičke[uredi | uredi izvor]

Čisti radij je volatilan (isparljiv) srebreno-bijeli metal, iako njegovi lakši kongeneri kalcij, stroncij i barij imaju neznatno žute nijanse.[3] Njegova boja vrlo brzo nestaje ako se izloži djelovanjem zraka, jer nastaje crni sloj radij-nitrida (Ra3N2).[6] Smatra se da njegova tačka topljenja iznosi 700 °C ili 960 °C,[7][8][N 1] a tačka ključanja 1737 °C. Obje ove vrijednosti su neznatno niže od nego kod barija, što potvrđuje periodne trendove duž elemenata II grupe.[9] Poput barija i alkalnih metala, radij se kristalizira u prostorno-centriranom kubičnom kristalnom sistemu pri standardnom pritisku i temperaturi: dužina veze radij-radij iznosi 514,8 pm.[10] Gustoća radija iznosi 5,5 g/cm3, što je više od barija, što opet potvrđuje periodne trendove. Odnos gustoća radija i barija uporediv je s odnosom atomskih masa između ova dva elementa,[11] zbog sličnih kristalnih struktura tih elemenata.[11][12]

Hemijske[uredi | uredi izvor]

Radij, poput barija, je izuzetno reaktivan metal i uvijek se javlja u oksidacijskom stanju +2.[6] Gradi bezbojne katione Ra2+ u vodenim rastvorima, koji se ponašaju izrazito bazično i ne grade lahko komplekse.[6] Stoga je većina spojeva radija jednostavni ionski spojevi,[6] mada se očekuje da u vezama učestvuju i 6s i 6p elektroni (pored valentnih 7s elektrona) zbog relativističkih efekata te bi pojačalo kovalentni karakter spojeva radija poput RaF2 i RaAt2.[13] Iz tog razloga, standardni potencijal elektroda za polovinu reakcije Ra2+ (t) + 2e → Ra (č) iznosi −2,916 V, što je čak neznatno niže od vrijednosti za barij (−2,92 V), dok se vrijednosti od lakših prema težim elementima u grupi postepeno povećava (Ca: −2,84 V; Sr: −2,89 V; Ba: −2,92 V).[3] Vrijednosti za barij i radij su gotovo identične kao i kod težih alkalnih metala kalija, rubidija i cezija.[3]

Spojevi[uredi | uredi izvor]

Čvrsti spojevi radija su bijeli jer njegovi ioni ne daju određeno obojenje spojevima. Međutim postepeno dobijaju žute nijanse a kasnije potamne tokom vremena zbog vlastite radiolize od alfa raspada radija.[6] Nerastvorljivi spojevi radija talože se zajedno sa svim barijevim, s većinom stroncijevih i s većinom olovnih spojeva.[14] Radij-oksid (RaO) još uvijek nije u dovoljnoj mjeri ispitan niti izdvojen, iako su oksidi uobičajeni spojevi kod drugih zemnoalkalnih metala. Radij-hidroksid (Ra(OH)2) se najlakše rastvara među svim hidroksidima zemnoalkalnih metala te je snažnija baza od njegovog kongenera barij-hidroksida.[15] Također je bolje rastvorljiv od aktinij-hidroksida i torij-hidroksida: ova tri "susjedna" hidroksida bi se mogla odvojiti istaloženjem sa amonijakom.[15]

Radij-hlorid (RaCl2) je bezbojni, svijetli spoj. On polahko vremenom dobija žute nijanse zbog vlastite radijacije i alfa-raspada radija. Male količine nečistoća barija daju ovom spoju ružičastu boju.[15] Rastvorljiv je u vodi, mada manje od barij-hlorida, a njegova rastvorljivost smanjuje se povećanjem koncentracije hlorovodične kiseline. Kristalizacija radij-hlorida iz vodenog rastvora daje dihidrat RaCl2·2H2O, koji je izomorfan sa svojim analogom barij-dihidratom.[15]

Radij-bromid (RaBr2) također je bezbojni svijetli spoj.[15] U vodi je više rastvorljiv od radij-hlorida. Poput hlorida, njegova kristalizacija iz vodenog rastvora daje dihidrat RaBr2·2H2O, koji je, opet, izomorfan sa svojim barijevim analogom. Ionizirajuća radijacija koju emitira radij-bromid pobuđuje molekule dušika iz zraka, čineći da one svijele. Alfa čestice koje emitira radij brzo dobijaju dva elektrona te nastaje neutralni atom helija, koji se skuplja unutar kristala radij-bromida što ih slabi. Ovaj efekat ponekad uzrokuje da se ovi kristali raspadnu ili čak eksplodiraju.[15]

Radij-nitrat (Ra(NO3)2) je bijeli spoj koji se može dobiti rastvarajući radij-karbonat u dušičnoj kiselini. Kako se koncentracija dušične kiseline povećava, rastvorljivost radij-nitrata se smanjuje, što je vrlo važna osobina za hemijsku obogaćivanje radija.[15]

Radij gradi gotovo iste nerastvorljive soli poput svog lakše kongenera barija: gradi nerastvorljivi radij-sulfat (RaSO4, vjerovatno najslabije rastvorljivi sulfat koji je otkriven), zatim radij-hromat (RaCrO4), radij-karbonat (RaCO3), radij-jodat (Ra(IO3)2), radij-tetrafluoroberilat (RaBeF4) i radij-nitrat (Ra(NO3)2). Uz izuzetak karbonata, svi ovi spojevi su manje rastvorljivi u vodi od odgovarajućih soli barija. Osim toga, radij-fosfat, radij-oksalat i radij-sulfit su vjerovatno također nerastvorljivi, pošto se talože zajedno sa odgovarajućim nerastvorljivim solima barija.[16] Ogromna nerastvorljivost radij-sulfata (pri 20 °C samo 2,1 mg se rastvori u 1 kg vode) znači da je on jedan od najmanje opasnih spojeva radija u biološkom aspektu.[17]

Izotopi[uredi | uredi izvor]

Radij ima 33 poznata izotopa čiji maseni brojevi se kreću od 202 do 234. Svi njegovi izotopi su radioaktivni.[18] Četiri njegova izotopa prirodno se javljaju u raspadnom nizu (lancu) primordijalnih izotopa torija-232, uranija-235 i uranija-238: 223Ra (poluvrijeme raspada 11,4 dana), 224Ra (3,64 dana), 226Ra (1.600 godina) i 228Ra (5,75 godina) (223Ra od uranija-235, 226Ra od uranija-238, a ostala dva od torija-232). Međutim, svi ovi izotopi imaju vremena poluraspada isuviše kratka da bi bili primordijalni radionuklidi te u prirodi postoje samo iz ovih raspadnih nizova.[19] Zajedno sa vještačkim izotopom 225Ra (vrijeme poluraspada: 15 dana), ovih pet izotopa su najstabilniji izotopi ovog elementa.[19] Svi ostali do danas otkriveni izotopi imaju vremena poluraspada kraća od dva sata, a kod većine njih kraća su od jedne minute.[18] Poznato je najmanje 12 nuklearnih izomera. Među njima, najstabilniji je radij-205m, čije vrijeme poluraspada iznosi između 130 i 230 milisekundi, a što je i dalje kraće od 24 izotopa u osnovnim stanjima.[18] Tokom historije proučavanja pojave radioaktivnosti, različitim prirodnim izotopima radija davana su različita imena. Prema tom obrascu, izotop 223Ra je dobio ime aktinij X (AcX), 224Ra torij X (ThX), 226Ra radij (Ra), a 228Ra mezotorij 1 (MsTh1).[19] Tek nakon što su naučnici došli do zaključka da su svi oni izotopi radija, većina naziva je izašlo iz upotrebe, a pojam "radij" se počeo odnositi na sve izotope a ne samo na 226Ra.[19] Neki od proizvoda raspada radija-226 dobili su historijska imena, uključujući i ime "radij", počev od radija A do radija G.[19]

Izotop 226Ra je najstabilniji izotop radija i posljednji je izotop u (4n + 2) nizu raspada uranija-238, sa vremenom poluraspada od preko 1.000 godina, i predstavlja gotovo sad prirodni radij. Direktni proizvod raspada ovog izotopa je gusti radioaktivni plemeniti gas radon, koji zapravo predstavlja najveću opasnost od radija u okolini.[20] On je približno 2,7 miliona puta više radioaktivan od iste molarne količine prirodnog uranija (odnosno prirodnog uranija-238), zbog svog proporcionalno kraćeg životnog vijeka.[21][22]

Uzorak metalnog radija održava svoju temperaturu na višem nivou od okoline, zbog radijacije, emitirajući alfa- i beta-čestice te gama-zrake. Preciznije, prirodni radij (od čega je najviše izotopa 226Ra) emitira pretežno alfa-čestice, ali u drugim fazama tokom njegovog lanca raspadanja (bilo uranijev ili radijev niz) emitira alfa- ili beta-čestice, a gotovo sve emisije čestica praćene su gama-zracima.[23]

Zastupljenost[uredi | uredi izvor]

Svi izotopi radija imaju vremena poluraspada daleko kraća od pretpostavljene starosti planete Zemlje, tako da bi se bilo koja količina primordijalnog radija već davno raspala. Ipak, radij se i danas nalazi u okolini, pošto su izotopi 223Ra, 224Ra, 226Ra i 228Ra dio raspadnog niza prirodnih izotopa torija i uranija.[19] Od ova četiri navedena izotopa, najduže "živući" je 226Ra (vrijeme poluraspada 1.600 godina), a predstavlja proizvod raspada prirodnog uranija. Zbog svog relativno dugog vremena poluraspada, ovaj izotop je najčešći u prirodi, sa udjelom od približno 1 ppt u Zemljinoj kori (tj. u milion tona ima ga 1 gram). Prema drugim izvorima,[24] jedan kilogram Zemljine kore sadrži samo 900 pikograma radija, dok jedan litar morske vode sadrži 89 femtograma ovog elementa.[9] Praktično sav prirodni radij je izotop 226Ra.[3] Radij se može naći u tragovima u uranijevoj rudi uraninitu i nekim drugim mineralima uranija, a čak i u još manjim količinama u mineralima torija. Iz jedne tone uraninita moguće je izdvojiti oko 1/7 grama radija.[25]

Osobine[uredi | uredi izvor]

Najvažnija jedinjenja radija su soli Ra2+ koje su se koristile za proizvodnju nekih vrsta farbi. Radijum se više ne koristi zbog toga što je radioaktivan. U čistom obliku on je srebrnast, blistav metal. Ima jake radioaktivne osobine. Njegove hemijske osobine su slične magneziju. Vrlo sporo reaguje sa kisikom gradeći oksid RaO i dosta brzo sa vodom gradeći hidroksid Ra(OH)2.

Napomena[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Obje vrijednosti se javljaju u naučnim izvorima ali ne postoji potpuno slaganje među naučnicima koja je stvarna tačka topljenja radija.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ^ Manjeera Mantina, Adam C. Chamberlin, Rosendo Valero, Christopher J. Cramer, Donald G. Truhlar: Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group. u: J. Phys. Chem. A. 2009, 113, str. 5806–5812, doi:10.1021/jp8111556
  3. ^ a b c d e N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. izd., VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, str. 112-136.
  4. ^ EU ovaj element još uvijek nije stavila na spisak opasnih elemenata, međutim trenutno nije moguće pronaći pouzdani izvor ili literaturu o opasnim svojstvima ove supstance. Radioaktivnost ne spada u opasna svojstva koja se ovdje navode.
  5. ^ "Radium". Royal Society of Chemistry. 
  6. ^ a b c d e Kirby 1964, str. 4.
  7. ^ Arthur Charles Wahl, Norman Andrew Bonner: Radioactivity Applied to Chemistry, J. Wiley, Chapman and Hall, 1951, str 211.
  8. ^ Američko društvo inženjera mehanike (American Society of Mechanical Engineers): Proceedings of the sixth International Conference on Radioactive Waste Management and Environmental Remediation, 1997, ISBN 978-0791812426, str. 104.
  9. ^ a b Lide D. R. (2004). CRC Handbook of Chemistry and Physics (84. iz.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 978-0-8493-0484-2. 
  10. ^ Weigel F.; Trinkl A. (1968). "Zur Kristallchemie des Radiums". Radiochim. Acta 10: 78. doi:10.1524/ract.1968.10.12.78. 
  11. ^ a b Young, David A. (1991). "Radium". Phase Diagrams of the Elements. University of California Press. str. 85. ISBN 0-520-91148-2. 
  12. ^ "Crystal Structures of the Chemical Elements at 1 bar", uni-bielefeld.de.
  13. ^ Thayer John S. (2010). "Relativistic Effects and the Chemistry of the Heavier Main Group Elements". str. 81. doi:10.1007/978-1-4020-9975-5_2. 
  14. ^ Kirby 1964, str. 8.
  15. ^ a b c d e f g Kirby 1964, str. 4-8.
  16. ^ Kirby 1964, str. 8-9.
  17. ^ Kirby 1964, str. 12.
  18. ^ a b c G. Audi; A. H. Wapstra; C. Thibault; J. Blachot; O. Bersillon (2003). "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties". Nuclear Physics A 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 
  19. ^ a b c d e f Kirby 1964, str. 3.
  20. ^ Radium: Radiation Protection, US EPA
  21. ^ Soddy Frederick (25. 8. 2004). The Interpretation of Radium. str. 139–. ISBN 978-0-486-43877-1. 
  22. ^ Malley Marjorie C (2011). Radioactivity. Oxford University Press. str. 115–. ISBN 978-0-19-983178-4. 
  23. ^ Strutt R. J (7. 9. 2004). The Becquerel Rays and the Properties of Radium. str. 133–. ISBN 978-0-486-43875-7. 
  24. ^ F. Cardarelli: Materials handbook, 1. izd, Springer, 2000. ISBN 978-1-4471-3648-4
  25. ^ "Radium", Nacionalna laboratorija Los Alamos, pristupljeno 22. februara 2017.

Literatura[uredi | uredi izvor]