Найдивовижніші речовини. Радіоактивний метал та його властивості

Серед усіх елементів періодичної системи значна частина належить таким, про які більшість людей говорять зі страхом. А як же по іншому? Адже вони радіоактивні, а це означає пряму загрозу здоров'ю людей.

Спробуємо розібратися, які саме елементи є небезпечними, і що вони собою являють, а також з'ясуємо, в чому полягає їх шкідлива дія на організм людини.

Загальне поняття про групу радіоактивних елементів

До цієї групи входять метали. Їх досить багато, розташовуються вони в періодичній системі відразу після свинцю і до останнього осередку. Головний критерій, за яким прийнято відносити той чи інший елемент до групи радіоактивних, - це його здатність мати певний період напіврозпаду.

Іншими словами, - це перетворення ядра металу в інше, дочірнє, яке супроводжується випромінюванням певного виду. При цьому відбуваються перетворення одних елементів на інші.

Радіоактивний метал - це той, у якого хоча б один ізотоп є таким. Навіть якщо всього різновидів буде шість, і при цьому лише один з них буде носієм даної властивості, весь елемент вважатиметься радіоактивним.

Види випромінювань

Основними варіантами випромінювання, що випромінюється металами при розпадах, є:

альфа-частинки;
бета-частинки або нейтринний розпад;
ізомерний перехід (гамма-промені).

Є два варіанти існування таких елементів. Перший - це природний, тобто коли радіоактивний метал зустрічається в природі і найпростішим шляхом під впливом зовнішніх сил з часом перетворюється на інші форми (виявляє свою радіоактивність і розпадається).

Друга група - це штучно створені вченими метали, здатні до швидкого розпаду та потужного виділення великої кількості радіаційного випромінювання. Робиться це для використання у певних сферах діяльності. Установки, у яких виробляються ядерні реакції із перетворенням одних елементів на інші, називаються синхрофазотронами.

Різниця між двома позначеними способами напіврозпаду очевидна: в обох випадках він мимовільний, проте лише штучно отримані метали дають саме ядерні реакції у процесі деструктуризації.

Основи позначення таких атомів

Так як у більшості елементів лише один або два ізотопи є радіоактивними, прийнято вказувати конкретний вид при позначеннях, а не весь елемент в цілому. Наприклад, свинець – це просто речовина. Якщо ж брати до уваги, що він - радіоактивний метал, слід називати його, наприклад, "свинець-207".

Періоди напіврозпаду частинок, що розглядаються, можуть сильно змінюватись. Існують ізотопи, які існують лише 0,032 секунди. Але нарівні з ними трапляються й ті, що розпадаються мільйони років у земних надрах.

Радіоактивні метали: список

Повний перелік всіх елементів, що належать до аналізованої групи, може бути досить значним, адже всього до неї відносяться близько 80 металів. Насамперед це все, що стоять у періодичній системі після свинцю, включаючи групу Тобто вісмут, полоній, астат, радон, францій, радій, резерфордій тощо за порядковими номерами.

Вище зазначеної межі розташовується безліч представників, кожен із яких також має ізотопи. При цьому деякі з них можуть бути радіоактивними. Тому важливо, які різновиди має радіоактивний метал, точніше один із його ізотопних різновидів, є практично у кожного представника таблиці. Наприклад, їх мають:

кальцій;
селен;
гафній;
вольфрам;
осмій;
вісмути;
індій;
калій;
рубідій;
цирконій;
європій;
радій та інші.

Таким чином, очевидно, що елементів, що виявляють властивості радіоактивності, дуже багато – переважна більшість. Частина з них безпечна через занадто довгий період напіврозпаду і міститься в природі, інша ж створена штучно людиною для різних потреб у науці та техніці і є вкрай небезпечною для організму людей.

Характеристика радію

Назва елементу дано його першовідкривачами - подружжям та Марією. Саме ці люди вперше виявили, що один із ізотопів цього металу – радій-226 – це найбільш стійка форма, що має особливі властивості радіоактивності. Це сталося у 1898 році, і про подібне явище тільки стало відомо. Детальним його вивченням якраз і зайнялося подружжя хіміки.

Етимологія слова бере коріння з французької мови, якою воно звучить як radium. Усього відомо 14 ізотопних модифікацій цього елемента. Але найбільш стійкі форми з масовими числами:

Яскраво виражену радіоактивність має форму 226. Сам собою радій - хімічний елемент під номером 88. Атомна маса . Як проста речовина здатна до існування. Є сріблясто-білим радіоактивним металом з температурою плавлення близько 670 0 С.

З хімічної точки зору виявляє досить високий рівень активності і здатний реагувати з:

водою;
органічними кислотами, формуючи стійкі комплекси;
киснем, утворюючи оксид.

Властивості та застосування

Також радій – хімічний елемент, який формує ряд солей. Відомі його нітриди, хлориди, сульфати, нітрати, карбонати, фосфати, хромати. Також є з вольфрамом та бериллієм.

Те, що радій-226 може бути небезпечним для здоров'я, його першовідкривач П'єр Кюрі дізнався не одразу. Проте зумів переконатись у цьому, коли провів експеримент: добу він ходив із прив'язаної до плечової частини руки пробіркою з металом. На місці контакту зі шкірою з'явилася виразка, що не гоїться, позбутися якої вчений не міг більше двох місяців. Від своїх експериментів над явищем радіоактивності подружжя не відмовилося, тому й померло обидва від великої дози опромінення.

Крім негативного значення, існує і ряд областей, в яких радій-226 знаходить застосування та приносить користь:

Індикатор усунення рівня океанських вод.
Використовується визначення кількості урану в породі.
Входить до складу освітлювальних сумішей.
У медицині використовується для формування лікувальних радонових ванн.
Застосовують із метою зняття електричних зарядів.
З його допомогою проводиться дефектоскопія лиття та зварюються шви деталей.

Плутоній та його ізотопи

Цей елемент був відкритий у сорокових роках XX століття американськими вченими. Вперше його виділили з якої він сформувався з нептунія. Останній при цьому – результат розпаду уранового ядра. Тобто, всі вони між собою тісно взаємопов'язані загальними радіоактивними перетвореннями.

Існує кілька стійких ізотопів даного металу. Однак найбільш поширеним і важливим практично різновидом є плутоній-239. Відомі хімічні реакції даного металу з:

киснем,
кислотами;
водою;
лугами;
галогенів.

За своїми фізичними властивостями плутоній-239 є крихким металом з температурою плавлення 640 0 С. Основні способи впливу на організм – це поступове формування онкологічних захворювань, накопичення в кістках та викликання їх руйнування, захворювання легень.

Область використання - переважно ядерна промисловість. Відомо, що при розпаді одного грама плутонію-239 виділяється така кількість теплоти, яка порівнянна з 4-ма тоннами згорілого вугілля. Саме тому цей знаходить таке широке застосування у реакціях. Ядерний плутоній – джерело енергії в атомних реакторах та термоядерних бомбах. Він використовується при виготовленні електричних акумуляторів енергії, термін служби яких може досягати п'яти років.

Уран – джерело радіації

Цей елемент було відкрито 1789 року хіміком з Німеччини Клапротом. Однак дослідити його властивості та навчитися застосовувати їх на практиці люди зуміли лише у XX столітті. Основна відмінність в тому, що радіоактивний уран здатний при природному розпаді утворювати ядра:

свинцю-206;
криптону;
плутонію-239;
свинцю-207;
ксенону.

У природі цей метал світло-сірого кольору, має температуру плавлення понад 1100 0 С. Зустрічається у складі мінералів:

Уранові слюдки.
Уранініт.
Настуран.
Отеніт.
Тюянмуніт.

Відомі три стабільні природні ізотопи та 11 штучно синтезованих, з масовими числами від 227 до 240.

У промисловості широко використовується радіоактивний уран, здатний швидко розпадатися із вивільненням енергії. Так, його використовують:

у геохімії;
гірничій справі;
ядерних реакторів;
під час виготовлення ядерної зброї.

Вплив на організм людини нічим не відрізняється від попередніх розглянутих металів – накопичення призводить до підвищеної дози опромінення та виникнення ракових пухлин.

Трансуранові елементи

Найголовнішими з металів, які стоять за ураном у періодичної системі, є ті, що були відкриті зовсім недавно. Буквально у 2004 році у світ вийшли джерела, що підтверджують народження 115 елемента періодичної системи.

Ним став найбільший радіоактивний метал з усіх відомих на сьогоднішній день - унунпентій (Uup). Його властивості залишаються не вивченими досі, адже період напіврозпаду становить 0,032 секунд! Розглянути і виявити подробиці будови та особливості, що виявляються, за таких умов просто неможливо.

Однак його радіоактивність у багато разів перевершує показники другого за цією властивістю елемента - плутонію. Тим не менш використовується на практиці не унунпентій, а "повільніші" його товариші за таблицею - уран, плутоній, нептуній, полоній та інші.

Ще один елемент – унбібій – теоретично існує, проте довести це практично вчені різних країн не можуть з 1974 року. Остання спроба була здійснена у 2005 році, проте виявилася не підтвердженою спільною радою вчених-хіміків.

Торій

Було відкрито ще в XIX столітті Берцеліусом і названо на честь скандинавського бога Тора. Є слаборадіоактивним металом. Таку особливість мають п'ять із його 11-ти ізотопів.

Основне застосування в основі не на можливості випускати безліч теплової енергії при розпаді. Особливість у тому, що ядра торію здатні захоплювати нейтрони і перетворюватися на уран-238 і плутоній-239, які вже вступають безпосередньо в ядерні реакції. Тому торій можна віднести до групи аналізованих нами металів.

Полоній

Сріблясто-білий радіоактивний метал під номером 84 у періодичній системі. Відкритий був усе тими ж затятими дослідниками радіоактивності і всього, що з нею пов'язано, подружжям Марією та П'єром Кюрі у 1898 році. Головна особливість цієї речовини в тому, що вона вільно існує близько 138,5 днів. Тобто такий період напіврозпаду даного металу.

У природі зустрічається у складі уранових та інших руд. Використовується як джерело енергії, причому досить потужним. Є стратегічним металом, оскільки застосовується виготовлення ядерної зброї. Кількість строго обмежена та перебуває під контролем кожної держави.

Також використовується для іонізації повітря, усунення статичної електрики в приміщенні, при виготовленні космічних обігрівачів та інших подібних предметів.

Вплив на організм людини

Всі радіоактивні метали мають здатність проникати крізь шкіру людини і накопичуватися всередині організму. Вони дуже погано виводяться з продуктами життєдіяльності, взагалі не виводяться з потом.

Згодом починають вражати дихальну, кровоносну, нервову системи, викликаючи в них незворотні зміни. Впливають на клітини, змушуючи їх працювати неправильно. Внаслідок цього відбувається утворення злоякісних пухлин, виникають онкологічні захворювання.

Тому кожен радіоактивний метал – велика небезпека для людини, особливо якщо говорити про них у чистому вигляді. Не можна чіпати їх незахищеними руками та перебувати у приміщенні разом із ними без спеціальних захисних пристроїв.

Людина завжди прагнула знайти матеріали, які залишають жодних шансів своїм конкурентам. З давніх-давен вчені шукали найтвердіші матеріали у світі, найлегші і найважчі. Жага відкриттів призвела до відкриття ідеального газу та ідеально чорного тіла. Представляємо вам найдивовижніші речовини у світі.

1. Найчорніша речовина

Найчорніша речовина у світі називається Vantablack і складається з сукупності вуглецевих нанотрубок (див. вуглець та його алотропні модифікації). Простіше кажучи, матеріал складається з незліченної безлічі «волосків», потрапивши в які світло відскакує від однієї трубки до іншої. Таким чином поглинається близько 99,965% світлового потоку і лише мізерна частина відбивається назовні.
Відкриття Vantablack відкриває широкі перспективи застосування цього матеріалу в астрономії, електроніці та оптиці.

2. Найгорючіша речовина

Трифторид хлору є найгорючішою речовиною з будь-коли відомих людству. Є найсильнішим окислювачем і реагує практично з усіма хімічними елементами. Трифторид хлору здатний пропалити бетон і легко спалахує скло! Застосування трифториду хлору практично неможливе через його феноменальну займистість і неможливість забезпечити безпеку використання.

3. Найотруйніша речовина

Найсильніша отрута – це ботулотоксин. Ми знаємо його під назвою ботокс, саме так він називається у косметології, де знайшов своє основне застосування. Ботулотоксин – це хімічна речовина, яку виділяють бактерії Clostridium botulinum. Крім того, що ботулотоксин - найотруйніша речовина, так він ще й має найбільшу молекулярну масу серед білків. Про феноменальну отруйність речовини говорить той факт, що достатньо всього 0,00002 мг/л ботулотоксину, щоб на півдня зробити зону ураження смертельно небезпечною для людини.

4. Найгарячіша речовина

Це так званий кварк-глюонна плазма. Речовина була створена за допомогою зіткнення атомів золота при майже світловій швидкості. Кварк-глюонна плазма має температуру 4 трильйони градусів Цельсія. Для порівняння, цей показник вищий за температуру Сонця в 250 000 разів! На жаль, час життя речовини обмежено трильйонної однієї трильйонної секунди.

5. Найїдкіша кислота

У цій номінації чемпіоном стає фторидно-сурм'яна кислота H. Фторидно-сурм'яна кислота в 2×10 16 (двісті квінтильйонів) разів більш їдка, ніж сірчана кислота. Це дуже активна речовина, яка може вибухнути при додаванні невеликої кількості води. Випаровування цієї кислоти смертельно отруйні.

6. Найбільш вибухонебезпечна речовина

Найбільша вибухонебезпечна речовина — гептанітрокубан. Він дуже дорогий та застосовується лише для наукових досліджень. А ось трохи менш вибухонебезпечний октоген успішно застосовується у військовій справі та в геології при бурінні свердловин.

7. Найбільш радіоактивна речовина

"Полоній-210" - ізотоп полонію, який не існує в природі, а виготовляється людиною. Використовується для створення мініатюрних, але в той же час дуже потужних джерел енергії. Має дуже короткий період напіврозпаду і тому здатний викликати тяжку променеву хворобу.

8. Найважча речовина

Це, звичайно, фулерит. Його твердість майже вдвічі вища, ніж у натуральних алмазів. Детальніше про фулерит можна прочитати в нашій статті Найтвердіші матеріали у світі.

9. Найсильніший магніт

Найсильніший магніт у світі складається із заліза та азоту. В даний час широкому загалу недоступні деталі про цю речовину, проте вже зараз відомо, що новий супер-магніт на 18% потужніший за найсильніших магнітів, що застосовуються зараз, — неодимових. Неодимові магніти виготовляються з неодиму, заліза та бору.

10. Найплинніша речовина

Надплинний Гелій II майже не має в'язкості при температурах, близьких до абсолютного нуля. Цією властивістю зумовлено його унікальну властивість просочуватися і виливатися з посудини, виготовленої з будь-якого твердого матеріалу. Гелій II має перспективи використання як ідеальний термопровідник, в якому не розсіюється тепло.

Радіація, радіоактивність та радіовипромінювання – поняття, які навіть звучать досить небезпечно. У цій статті ви дізнаєтеся, чому деякі речовини радіоактивні, і що це означає. Чому всі так бояться радіації та наскільки вона небезпечна? Де ми можемо зустріти радіоактивні речовини та чим нам це загрожує?

Поняття радіоактивності

Радіоактивністю називаю «вміння» атомів деяких ізотопів розщеплюватись і створювати цим випромінювання. Термін «радіоактивність» виник не відразу. Спочатку таке випромінювання називали променями Беккереля, на честь вченого, який відкрив його у роботі з ізотопом урану. Вже тепер ми називаємо цей процес терміном «радіоактивне випромінювання».

У цьому складному процесі початковий атом перетворюється на атом зовсім іншого хімічного елемента. За рахунок викидання альфа-або бета-часток масове число атома змінюється і, відповідно, це переміщає його по таблиці Д. І. Менделєєва. Варто зауважити, що масове число змінюється, але сама маса залишається практично такою самою.

Маючи цю інформацію, можемо трохи перефразувати визначення поняття. Отже, радіоактивність - це також здатність нестійких ядер атомів самостійно перетворюватися на інші, більш стабільні та стійкі ядра.

Речовини – що це таке?

Перед тим як говорити про те, що таке радіоактивні речовини, давайте взагалі визначимо, що називається речовиною. Отже, насамперед це різновид матерії. Логічним є і той факт, що ця матерія складається з частинок, і в нашому випадку це найчастіше електрони, протони та нейтрони. Тут уже можна говорити про атоми, які складаються з протонів та нейтронів. Ну а з атомів виходять молекули, іони, кристали тощо.

Поняття хімічної речовини ґрунтується на цих же принципах. Якщо в матерії неможливо виділити ядро, її не можна зарахувати до хімічних речовин.

Про радіоактивні речовини

Як говорилося вище, щоб виявляти радіоактивність, атом повинен мимоволі розпадатися і перетворюватися на атом зовсім іншого хімічного елемента. Якщо всі атоми речовини нестабільні настільки, щоб розпастися таким чином, значить перед вами радіоактивна речовина. Більш технічною мовою визначення прозвучало б так: радіоактивні речовини, якщо вони містять радіонукліди, причому у високій концентрації.

Де у таблиці Д. І. Менделєєва знаходяться радіоактивні речовини?

Досить простий та легкий спосіб дізнатися, чи ставитися речовина до радіоактивних, це подивитися у таблицю Д. І. Менделєєва. Все, що знаходиться після елемента свинець – це радіоактивні елементи, а також ще прометій та технецій. Важливо пам'ятати, які радіоактивні речовини, адже це може врятувати вам життя.

Існує також низка елементів, які мають хоча б один радіоактивний ізотоп у своїх природних сумішах. Ось їх неповний список, де вказані одні з найпоширеніших елементів:

Калій.
Кальцій.
Ванадій.
Німеччина.
Селен.
Рубідій.
Цирконій.
Молібден.
Кадмій.
Індій.

До радіоактивних речовин відносяться ті, що містять будь-які радіоактивні ізотопи.

Види радіоактивного випромінювання

Радіоактивне випромінювання буває кількох типів, про які зараз і йтиметься. Вже згадувалося альфа- та бета-випромінювання, але це не весь список.

Альфа-випромінювання - це найслабше випромінювання, яке становить небезпеку у разі, якщо частинки потрапляють у тіло людини. Таке випромінювання реалізується важкими частинками, і тому легко зупиняється навіть аркушем паперу. З цієї причини альфа-промені не пролітають більше 5 див.

Бета-випромінювання сильніше, ніж попереднє. Це випромінювання електронами, які набагато легші за альфа-частки, тому можуть проникати на кілька сантиметрів у шкіру людини.

Гамма-випромінювання реалізується фотонами, які досить легко проникають ще далі до внутрішніх органів людини.

Найпотужніше за проникненням випромінювання - це нейтронне. Від нього сховатись досить складно, але в природі його, по суті, і не існує, хіба що в безпосередній близькості до ядерних реакторів.

Вплив радіації на людину

Радіоактивно-небезпечні речовини часто можуть бути смертельними для людини. До того ж, радіаційне опромінення має незворотний ефект. Якщо ви зазнали опромінення, значить, ви приречені. Залежно від масштабів пошкодження, людина гине протягом кількох годин або багато місяців.

Разом з цим треба сказати, що люди безперервно зазнають радіоактивного випромінювання. Слава Богу, воно досить слабке, щоб мати смерть. Наприклад, подивившись футбольний матч на телебаченні, ви отримуєте 1 мікрорад радіації. До 0,2 рад на рік - це взагалі природне радіаційне тло нашої планети. 3 дар – ваша порція радіації при рентгені зубів. Ну а опромінення понад 100 рад уже є потенційно небезпечним.

Шкідливі радіоактивні речовини, приклади та застереження

Найнебезпечніша радіоактивна речовина - це Полоній-210. Через випромінювання навколо нього навіть видно своєрідну «ауру», що світиться, блакитного кольору. Існує стереотип, що всі радіоактивні речовини світяться. Це зовсім не так, хоч і трапляються такі варіанти, як Полоній-210. Більшість радіоактивних речовин зовні зовсім не підозрілі.

Найбільш радіоактивним металом зараз вважають ліверморій. Його ізотопу Ліверморію-293 достатньо 61 мілісекунди, щоб розпастися. Це з'ясували ще 2000 року. Трохи поступається йому унунпентіями. Час розпаду Унунпентія-289 становить 87 мілісекунд.

Також цікавий факт полягає в тому, що те саме речовина може бути як нешкідливим (якщо його ізотоп стабільний), так і радіоактивним (якщо ядра його ізотопу ось-ось руйнуються).

Вчені, які вивчали радіоактивність

Речовини радіоактивні довгий час не вважалися небезпечними, і тому вільно вивчали. На жаль, сумні смерті навчили нас тому, що з такими речовинами потрібна обережність та підвищений рівень безпеки.

Одним із перших, як уже згадувалося, був Антуан Беккерель. Це великий французький фізик, якому належить слава першовідкривача радіоактивності. За свої заслуги він отримав членство в Лондонському королівському товаристві. Через свій внесок і цю сферу він помер досить молодим, віком 55 років. Але його працю пам'ятають досі. На його честь була названа сама одиниця радіоактивності, а також кратери на Місяці та Марсі.

Не менш великою людиною була Марія Склодовська-Кюрі, яка працювала з радіоактивними речовинами разом із своїм чоловіком П'єром Кюрі. Марія також була француженкою, хоч і з польським корінням. Крім фізики, вона займалася викладанням і навіть активною громадською діяльністю. Марія Кюрі – перша жінка лауреат Нобелівської премії одразу у двох дисциплінах: фізика та хімія. Відкриття таких радіоактивних елементів, як Радій та Полоній, – це заслуга Марії та П'єра Кюрі.

Висновок

Як бачимо, радіоактивність - досить складний процес, який завжди залишається підконтрольним людині. Це один із тих випадків, коли люди можуть виявитися абсолютно безсилими перед небезпекою. Саме тому важливо пам'ятати, що справді небезпечні речі можуть бути зовні дуже оманливими.

Дізнатись речовина радіоактивна чи ні, найчастіше можна вже потрапивши під її вплив. Тому будьте обережні та уважні. Радіоактивні реакції багато в чому нам допомагають, але також не варто забувати, що це практично не підконтрольна нам сила.

До того ж, варто пам'ятати внесок великих учених у вивчення радіоактивності. Вони передали нам неймовірно багато корисних знань, які тепер рятують життя, забезпечують цілі країни енергією та допомагаю лікувати страшні захворювання. Радіоактивні хімічні речовини – це небезпека та благословення для людства.

Радіоактивні метали - це метали, які мимоволі випромінюють потік елементарних частинок у зовнішнє середовище. Цей процес називають альфа(α), бета(β), гамма(γ) випромінюванням або просто радіоактивним випромінюванням.

Усі радіоактивні метали з часом розпадаються і перетворюються на стабільні елементи (іноді проходячи цілий ланцюжок перетворень). У різних елементів радіоактивний розпадможе тривати від кількох мілісекунд до кількох тисяч років.

Поруч із назвою радіоактивного елемента часто вказується масове число його ізотопу. Наприклад, Технецій-91або 91 Tc. Різні ізотопи однієї й тієї ж елемента зазвичай мають загальні фізичні властивості і відрізняються лише тривалістю радіоактивного розпаду.

Список радіоактивних металів

Назва русявий.	Назва eng.	Найстабільніший ізотоп	Період розпаду
Технецький	Technetium	Tc-91	4.21 x 10 6 років
Прометій	Promethium	Pm-145	17.4 роки
Полоній	Polonium	Po-209	102 роки
Астат	Astatine	At-210	8.1 годин
Франція	Francium	Fr-223	22 хвилин
Радій	Radium	Ra-226	1600 років
Актіній	Actinium	Ac-227	21.77 років
Торій	Thorium	Th-229	7.54 x 10 4 роки
Протактіній	Protactinium	Pa-231	3.28 x 10 4 років
Уран	Uranium	U-236	2.34 x 10 7 років
Нептуній	Neptunium	Np-237	2.14 x 10 6 років
Плутоній	Plutonium	Pu-244	8.00 x 10 7 років
Америцій	Americium	Am-243	7370 років
Кюрій	Curium	CM-247	1.56 x 10 7 років
Беркелій	Berkelium	BK-247	1380 років
Каліфорній	Каліфорніум	Cf-251	898 років
Ейнштейній	Einsteinium	Es-252	471.7 днів
Фермій	Fermium	FM-257	100.5 днів
Менделєвий	Mendelevium	Md-258	51.5 днів
Нобелій	Nobelium	No-259	58 хвилин
Лоуренсій	Lawrencium	Lr-262	4 години
Резенфордій	Rutherfordium	Rf-265	13 годин
Дубній	Dubnium	DB-268	32 години
Сіборгій	Seaborgium	Sg-271	2.4 хвилини
Борій	Bohrium	Bh-267	17 секунд
Ганій	Hassium	Hs-269	9.7 секунд
Мейтнерій	Meitnerium	Mt-276	0.72 секунди
Дармштадій	Darmstadtium	Ds-281	11.1 секунди
Рентген	Roentgenium	Rg-281	26 секунд
Коперниця	Copernicium	Cn-285	29 секунд
Унунтрій	Ununtrium	Uut-284	0.48 секунд
Флеровий	Flerovium	Fl-289	2.65 секунд
Унунпентій	Ununpentium	Uup-289	87 мілісекунд
Ліверморій	Livermorium	Lv-293	61 мілісекунда

Радіоактивні елементи поділяються на природні(існуючі в природі) та штучні(Отримані в результаті лабораторного синтезу). Природних радіоактивних металів небагато - це полоній, радій, актіній, торій, протактіній та уран. Їхні найстабільніші ізотопи зустрічаються в природі, частіше у вигляді руди. Всі інші метали зі списку створені людиною.

Найбільш радіоактивний метал

Найбільш радіоактивний метал на даний момент - ліверморій. Його ізотоп Ліверморій-293розпадається лише за 61 мілісекунду. Вперше цей ізотоп було отримано у Дубні, 2000 року.

Інший дуже радіоактивний метал унунпентій. Ізотоп унунпентій-289має трохи більший період розпаду (87 мілісекунд).

З більш-менш стабільних, практично застосовуваних речовин, радіоактивним металом вважається полоній(ізотоп полоній-210). Це білий сріблястий радіоактивний метал. Хоча його період напіврозпаду досягає 100 і більше днів, навіть один грам цієї речовини розжарюється до 500 ° C, а випромінювання може миттєво вбити людину.

Що таке радіація

Всім відомо, що радіаціядуже небезпечна та краще триматися подалі від радіоактивного випромінювання. З цим важко посперечатися, хоча в реальності ми постійно схильні до впливу радіації, де б не знаходилися. У землі залягає досить багато радіоактивної руди, а з космосу на Землю постійно прилітають заряджені частинки.

Коротко кажучи, радіація - це мимовільне випромінювання елементарних частинок. Від атомів радіоактивної речовини відокремлюються протони та нейтрони, «відлітаючи» у зовнішнє середовище. Ядро атома у своїй поступово змінюється, перетворюючись на інший хімічний елемент. Коли всі нестабільні частки відокремлюються від ядра, атом перестає бути радіоактивним. Наприклад, торій-232наприкінці свого радіоактивного розпаду перетворюється на стабільний свинець.

Наука виділяє 3 основні види радіоактивного випромінювання

Альфа випромінювання(α) - Потік альфа-часток, позитивно заряджених. Вони порівняно великі за розміром і погано проходять через одяг чи папір.

Бета випромінювання(β) - Потік бета-часток, негативно заряджених. Вони досить малі, легко проходять через одяг і проникають усередину клітин шкіри, що завдає великої шкоди здоров'ю. Але бета-частинки не проходять через цупкі матеріали, такі як алюміній.

Гамма випромінювання(γ) – це високочастотна електромагнітна радіація. Гамма-промені не мають заряду, але містять дуже багато енергії. Скупчення гамма-частинок випромінює яскраве свічення. Гамма-частинки проходять навіть через щільні матеріали, що робить їх дуже небезпечними для живих істот. Їх зупиняють лише найщільніші матеріали, наприклад, свинець.

Всі ці види випромінювання так чи інакше присутні у будь-якій точці планети. Вони не становлять небезпеки в малих дозах, але при високій концентрації можуть завдати дуже серйозної шкоди.

Вивчення радіоактивних елементів

Першовідкривачем радіоактивності є Вільгельм Рентген. 1895 року цей Прусський фізик вперше спостерігав радіоактивне випромінювання. На основі цього відкриття було створено знаменитий медичний прилад, названий на честь вченого.

У 1896 р. вивчення радіоактивності продовжив Анрі Беккерель, він експериментував із солями урану.

У 1898 р П'єр Кюріу чистому вигляді отримав перший радіоактивний метал – Радій. Кюрі хоч і відкрив перший радіоактивний елемент, проте, не встиг до пуття його вивчити. І визначні властивості радію призвели до швидкої загибелі вченого, який безтурботно носив своє дітище в нагрудній кишені. Велике відкриття помстилося своєму першовідкривачеві - Кюрі помер у віці 47 років від потужної дози радіоактивного опромінення.

У 1934 р. був вперше синтезований штучний радіоактивний ізотоп.

Нині вивченням радіоактивності займаються безліч вчених та організацій.

Видобуток та синтез

Навіть природні радіоактивні метали не зустрічаються в природі у чистому вигляді. Їх синтезують із уранової руди. Процес отримання чистого металу надзвичайно трудомісткий. Складається він із кількох стадій:

концентрування (дроблення та виділення осаду з ураном у воді);
вилуговування - тобто, переведення уранового осаду в розчин;
виділення чистого урану з одержаного розчину;
переведення урану в твердий стан.

У результаті з тонни уранової руди можна отримати лише кілька грамів урану.

Синтез штучних радіоактивних елементів та його ізотопів відбувається у спеціальних лабораторіях, у яких створюються умови до роботи з подібними речовинами.

Практичне застосування

Найчастіше радіоактивні метали використовують для вироблення енергії.

Ядерні реактори - це пристрої, які використовують уран для нагрівання води та створення потоку пари, що обертає турбіну, за допомогою чого виробляється електрика.

Взагалі сфера застосування радіоактивних елементів досить широка. Вони використовуються для вивчення живих організмів, діагностування та лікування хвороб, вироблення енергії та для моніторингу промислових процесів. Радіоактивні метали є основою для створення ядерної зброї — найруйнівнішої зброї на планеті.

До кінця XIX століття всі хімічні елементи здавалися постійними та неподільними. Не виникало питання, як можна перетворити незмінні елементи. Але відкриття радіоактивності перевернуло відомий світ і проклало шлях до відкриття нових речовин.

Відкриття радіоактивності

Честь відкриття перетворення елементів належить французькому фізику Антуану Беккерелю. Для одного хімічного досвіду йому знадобилися кристали сульфату ураніл-калію. Він загорнув речовину в чорний папір і поклав пакет біля фотопластинки. Після прояву плівки вчений побачив на знімку контур кристалів уранила. Незважаючи на щільний шар паперу, вони були добре помітні. Беккерель кілька разів повторював цей досвід, але результат був тим самим: обриси кристалів, що містять уран, чітко просвічувалися на фотографічних платівках.

Результати відкриття Беккерель оприлюднив на черговій нараді Паризької академії наук. Його доповідь починалася словами про «невидиму радіацію». Так він описував результати своїх експериментів. Після цього у побут фізиків і увійшло поняття радіації.

Досліди Кюрі

Результати спостережень Беккереля зацікавили французьких учених Марію та Поля Кюрі. Вони справедливо вважали, що радіоактивними властивостями міг мати не тільки уран. Дослідники помітили, що залишки руди, з яких видобувається ця речовина, все ще мають високу радіоактивність. Пошуки елементів, що від вихідних, призвели до відкриття речовини з властивостями, аналогічними урану. Новий радіоактивний елемент отримав назву полоній. Таку назву Марія Кюрі дала речовині на честь своєї батьківщини – Польщі. Після цього було відкрито радій. Радіоактивний елемент виявився продуктом розпаду чистого урану. Після цього в хімії почалася ера нових хімічних речовин, що раніше не зустрічаються в природі.

Елементи

Більшість відомих нині ядер хімічних елементів нестабільна. Згодом такі сполуки мимоволі розпадаються інші елементи і різні дрібні частинки. Більш важкий елемент-батько у співтоваристві фізиків отримав назву вихідного матеріалу. Продукти, що утворюються під час розкладання речовини, називаються дочірніми елементами чи продуктами розпаду. Сам процес супроводжується викидом різних радіоактивних частинок.

Ізотопи

Нестабільність хімічних елементів можна пояснити існуванням різних ізотопів однієї й тієї ж речовини. Ізотопи – це різновиди деяких елементів періодичної системи з однаковими властивостями, але з різним числом нейтронів у ядрі. Дуже багато рядових хімічних речовин мають хоча б один ізотоп. Те, що ці елементи широко поширені і добре вивчені, підтверджує, що вони знаходяться в стабільному стані як завгодно довго. Але кожен із цих «довгоживучих» елементів містить ізотопи. Ядра їх вчені отримують у процесі реакцій, що проводяться в лабораторних умовах. Штучний радіоактивний елемент, що отримується синтетичним шляхом, у стабільному стані довго існувати не може і з часом розпадається. Цей процес може йти трьома шляхами. За назвою елементарних частинок, які є побічними продуктами термоядерної реакції, всі три види розпаду набули своїх імен.

Альфа-розпад

Радіоактивний хімічний елемент може перетворитись за першою схемою розпаду. У цьому випадку з ядра вилітає альфа-частка, енергія якої сягає 6 млн еВ. При детальному вивченні результатів реакції було встановлено, що ця частка є атомом гелію. Вона виносить з ядра два протони, тому радіоактивний елемент, що вийшов, матиме в періодичній системі атомний номер на дві позиції нижче, ніж у речовини-батька.

Бета-розпад

Реакція бета-розпаду супроводжується випромінюванням одного електрона з ядра. Поява цієї частки в атомі пов'язана з розпадом нейрона на електрон, протон та нейтрино. Оскільки електрон залишає ядро, радіоактивний хімічний елемент збільшує свій атомний номер на одну одиницю і стає важчим за свого батька.

Гамма-розпад

При гамма-розпаді ядро виділяє пучок фотонів із різною енергією. Ці промені прийнято називати гамма-випромінюванням. У цьому процесі радіоактивний елемент не видозмінюється. Він просто втрачає свою енергію.

Сама по собі нестабільність, яку має той чи інший радіоактивний елемент, зовсім не означає, що за наявності деякої кількості ізотопів наша речовина раптом зникне, виділивши при цьому колосальну енергію. Насправді розпад ядра нагадує приготування попкорну - хаотичний рух зерен кукурудзи на сковорідці, причому невідомо, яке з них розкриється першим. Закон реакції радіоактивного розпаду може гарантувати тільки те, що за певний відрізок часу з ядра вилетить кількість частинок, пропорційне числу нуклонів, що залишилися в ядрі. На мові математики цей процес може бути описаний такою формулою:

Тут є пропорційна залежність числа нуклонів dN, що залишають ядро за період dt, від числа всіх наявних в ядрі нуклонів N. Коефіцієнт λ являє собою константу радіоактивності речовини, що розпадається.

Число нуклонів, що залишилися в ядрі в момент часу t описується формулою:

N = N 0 e-λt,

в якій N 0 - Число нуклонів в ядрі на початку спостереження.

Наприклад, радіоактивний елемент галоген з атомним номером 85 було відкрито лише 1940 року. Період напіврозпаду його досить великий – 7,2 години. Вміст радіоактивного галогену (астату) по всій планеті вбирається у одного грама чистого речовини. Таким чином, за 3,1 години кількість його в природі має, за ідеєю, зменшитися вдвічі. Але постійні процеси розпаду урану і торію дають початок новим і новим атомам астату, хоч і в дуже маленьких дозах. Тому кількість його у природі залишається стабільною.

Період напіврозпаду

Константа радіоактивності служить для того, щоб з її допомогою можна було визначити, як швидко розпадеться досліджуваний елемент. Але для практичних завдань фізики частіше використовують величину, яка називається періодом напіврозпаду. Цей показник повідомляє, за який час речовина втратить рівно половину своїх нуклонів. Для різних ізотопів цей період варіюється від крихітних часток секунди до мільярдів років.

Важливо розуміти, що час у цьому рівнянні не складається, а множиться. Наприклад, якщо за проміжок часу t речовина втратила половину своїх нуклонів, то за термін у 2t вона втратить ще половину від решти - тобто одну четверту від початкової кількості нуклонів.

Виникнення радіоактивних елементів

Природно радіоактивні речовини утворюються у верхніх шарах атмосфери Землі, в іоносфері. Під дією космічного випромінювання газ на великій висоті зазнає різних змін, які перетворюють стабільну речовину на радіоактивний елемент. Газ, найпоширеніший нашій атмосфері - N 2 , наприклад, зі стійкого ізотопу азот-14 перетворюється на радіоактивний ізотоп вуглецю-14.

В наш час набагато частіше радіоактивний елемент виникає в ланцюзі рукотворних реакцій атомного поділу. Так називають процеси, в яких ядро речовини-батька розпадається на два дочірні, а після - на чотири радіоактивні «онучні» ядра. Класичний приклад – ізотоп урану 238. Його період напіврозпаду становить 4,5 мільярда років. Майже стільки ж існує наша планета. Після десяти етапів розпаду радіоактивний уран перетворюється на стабільний свинець 206. Штучно отриманий радіоактивний елемент за своїми властивостями нічим не відрізняється від свого природного побратима.

Практичне значення радіоактивності

Після Чорнобильської катастрофи багато хто серйозно заговорив про згортання програм розвитку атомних електростанцій. Але у побутовому плані радіоактивність приносить людству величезну користь. Вивченням можливостей її практичного застосування займається наука радіографія. Наприклад, радіоактивний фосфор вводиться пацієнту для одержання повної картини кісткових переломів. Ядерна енергія служить також вироблення тепла і електроенергії. Можливо, надалі на нас чекають нові відкриття і в цій дивовижній галузі науки.