Химия элементов уранового ряда

    Известно  много рудных месторождений, богатых свинцом, причем металл легко выделяется из минералов. Всего известно более ста свинцовых минералов. Из них основные – галенит (свинцовый блеск) PbS и продукты его химических превращений – англезит (свинцовый купорос) PbSO₄ и церуссит («белая свинцовая руда») PbCO₃. Реже встречаются пироморфит («зеленая свинцовая руда») PbCl₂·3Pb₃(PO₄)₂, миметит PbCl₂·3Pb₃(AsO₄)₂, крокоит («красная свинцовая руда») PbCrO₄, вульфенит («желтая свинцовая руда») PbMoO₄, штольцит PbWO₄. В свинцовых рудах часто находятся также другие металлы — медь, цинк, кадмий, серебро, золото, висмут и др. В месте залегания свинцовых руд этим элементом обогащена почва (до 1 % Pb), растения и воды.

    В сильноокислительной щелочной среде  степей и пустынь возможно образование  диоксида свинца – минерала платтнерита. И исключительно редко встречается самородный металлический свинец. Свинец всегда содержится в рудах урана и тория[20,6,2].

     3  ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ 
УРАНОВОГО РЯДА

    3.1 Уран

    Определение. Качественно уран обнаруживают: по яркой желто-зеленой флуоресценции UO₂²⁺ в присутcтвии. NaF под действием УФ излучения; по образованию желтой окраски при добавлении H₂O₂ к карбонатному раствору или KCNS к кислым раствором; по красно-бурой окраске раствора в присут. ферроцианида калия или 8-гидрооксихинолина.

    Количественно уран определяют: гравиметрически в  виде U₃O₈, (UO₂)₂P₂O₇ и др.: титриметрически – в виде U⁴⁺ с использованием для титрования KMnO₄, K₂Cr₂O₇ и др.: фотометрически – по собственной окраске ионов урана. Субмикрограммовые количества урана (10^-6-10^-10 г) определяют люминесцентным методом. Применяют также электрохимические (полярография, по-тенциометрия, кулонометрия), радиометрические, нейтронно-активационный (с использованием нуклидов ²³⁹U, ²³⁹Np или продуктов деления урана) и атомно-эмиссионный методы анализа.

    Применение. Уран используют главным образом в виде диоксида или сплавов в качестве ядерного топлива в ядерных реакторах на атомных электростанциях и в двигателях крупных транспортных средств (корабли, атомные лодки). При делении ядер 1 кг ²³⁵U выделяется ок. 2·10⁷кВт·ч энергии. ²³⁵U – источник энергии в ядерном оружии. Критическая масса ²³⁵U 50 кг. ²³⁸U применяют для получения ²³⁹Pu. ²³³U – вторичное ядерное топливо. Обедненный изотопом ²³⁵U уран используют в бронебойных снарядах и пулях и др.

    Впервые уран в виде UO₂ открыл M. Клапрот в 1789, металлический уран получил Э. Пелиго в 1841.

    Уран – общеклеточный яд, поражает все органы и ткани; его действие обусловлено химической токсичностью и радиоактивностью. ПДК для растворимых соединений. урана 0,015 мг/м³, для нерастворимых - 0.075 мг/м. Основные мероприятия по борьбе с загрязнением воздушной среды пылью при добыче и переработке урана: макс, механизация процессов, герметизация оборудования, использование мокрых способов переработки сырья. Многие операции на радиохимических производствах проводят дистанционно, с применением биологической защиты[12,3,4,5,7].

    3.2 Торий

    Применение. Торий используется в качестве легирующей добавки, упрочняющей магниевые сплавы, введение тория в состав вольфрамовых нитей для электроламп накаливания увеличивает срок их службы.

    Оксид тория применяется как огнеупорный  материал, в качестве компонента катализаторов, его также добавляют в состав дуговых углей для увеличения яркости электрической дуги, используемой в прожекторах. Фактически, это продолжение  идеи «ауэровских колпачков».

    В последние годы Ауэровские колпачки вновь «вернулись к жизни». Длятех, кто длительно работает в полевых  условиях, в экспедициях, а также  длятуристов выпускают газовые  баллончики с прикрепленной горелкой, поверхкоторой располагают Ауэровский колпачок, прикрытый стеклянным плафоном.

    Подобные  источники света намного экономичнее  электрических светильников такой же яркости, использующих батареи или аккумуляторы. В настоящее время торий рассматривают как перспективное ядерное топливо. При облучении нейтронами в уран-ториевых реакторах изотоп ²³²Тh превращается в делящийся изотоп урана ²³³U, пригодный для использования в ядерных реакторах. Запасы тория в земной коре (3,3 ∙10⁶ т) соизмеримы с запасами урана (3,5 ∙ 10⁶ т).

    Определение. Торий определяется так же как и уран[13,3,4,5,7].  
 
 

    3.3 Актиний

    Получение актиния из урановых руд нецелесообразно  ввиду малого его в них содержания, а также большого сходства с присутствующими  там редкоземельными элементами.

    В основном, изотопы актиния получают искусственным путем.

    Радиоактивные свойства некоторых изотопов актиния.      Таблица 2

    Изотоп ²²⁷Ac получают облучением радия нейтронами в реакторе. Выход, как правило, не превышает 2,15 % от исходного количества радия. Количество актиния при данном способе синтеза исчисляется в граммах. Изотоп ²²⁸Ac получают облучением изотопа ²²⁷Ac нейтронами.

    Выделение и очистка актиния от радия, тория и дочерних продуктов распада проводятся методами экстракции и ионного обмена.

    Металлический актиний получают восстановлением трифторида актиния парами лития[15,3,4,5,7].

    3.4 Радий

    Определяют радий радиометрическим методами. Изучение радий сыграло огромную роль в развитии научного познания, т. к. позволило выяснить мн. вопросы, связанные с явлением радиоактивности. Длительное время радий был единств. элементом, радиоактивные свойства которого находили практич. применение в медицине, для приготовления люминофоров постоянного свечения. Добыча радий в 30-е гг. достигала более 350 г в год. Однако в 50-е гг. радий почти повсеместно был вытеснен другими, более дешевыми искусственно получаемыми радионуклидами. радий сохранил некоторое значение в медицине как источник Rn для приготовления радоновых ванн. В небольших количествах радий в смеси с Be используют в ампульных источниках нейтронов.

    В геологии ²²⁸Ra и драдий изотопы применяют для определения возраста океанических осадочных пород и минералов, в геохимии ²²⁶Ra и ²²⁸Ra используют как индикаторы смешения и циркуляции вод океанов. 

    В настоящее время радий иногда используют в компактных источниках нейтронов, для этого небольшие  его количества сплавляются с бериллием. Под действием альфа-излучения (ядер гелия-4) из бериллия выбиваются нейтроны: ⁹Be + ⁴He → ¹²C + ¹n.

    В медицине радий используют как источник радона для приготовления радоновых ванн (хотя в настоящее время их полезность оспаривается). Кроме того, радий применяют для кратковременного облучения при лечении злокачественных заболеваний кожи, слизистой оболочки носа, мочеполового тракта.

    Ранее радий часто использовался для  приготовления светящихся красок постоянного  свечения (для разметки циферблатов  часов и других приборов), однако сейчас его обычно заменяют менее  опасными изотопами: тритием (T_1/2 = 12,3 года) или ¹⁴⁷Pm (T_1/2 = 2,6 года).

    Радий чрезвычайно радиотоксичен. В организме  он ведёт себя подобно кальцию – около 80 % поступившего в организм радия накапливается в костной ткани. Большие концентрации радия вызывают остеопороз, самопроизвольные переломы костей и злокачественные опухоли костей и кроветворной ткани. Опасность представляет также радон – газообразный радиоактивный продукт распада радия.

    Преждевременная смерть Марии Кюри произошла вследствие хронического отравления радием, так  как в то время опасность облучения  ещё не была осознана[16,3,4,5,7].

    3.5 Радон 

    Радон применяют в основном в медицине. Воды, содержащие Радон, используют при  лечении заболеваний нервной  и сердечнососудистой систем, органов  дыхания и пищеварения, костей, суставов и мышц, гинекологии, заболеваний, болезней обмена веществ и других.

    На  определении концентрации Радона в  приповерхностном слое воздуха основаны эманационные методы геологической  разведки, позволяющие оценить содержание U и Th в почвах, в прилегающих к  поверхности горных породах и  т. д. Используется Радон также в научных исследованиях. По радиоактивности Радона, находящегося в равновесии с U или Th, иногда определяют содержание этих элементов, например в образцах горных пород. Изучение изменений структуры твердых веществ эманационным методом основано на измерении скорости выделения Радона при нагревании из твердых образцов, содержащих радиоактивные изотопы - предшественники Радон в радиоактивных рядах ²³²Th или ²³⁵U[17,3,4,5,7]. 

    3.6 Полоний

    На  практике в граммовых количествах нуклид полония ²¹⁰Ро синтезируют искусственно, облучая металлический ²⁰⁹Bi нейтронами в ядерных реакторах. Получившийся ²¹⁰Bi за счет β-распада превращается в ²¹⁰Po. При облучении того же изотопа висмута протонами по реакции