Актиноиды

               По сравнению с лантаноидами, актиноиды лучше создают координационные соединения. Способность к образованию комплексных соединений у актиноидов увеличивается с увеличением валентности металла. Трёхвалентные актиноиды не образуют фторидных координационных соединений, в то время как четырёхвалентный торий образует соли типа K2ThF6, KThF5 и даже K5ThF9. Для данного металла легко можно получить соответствующие сульфаты, например Na2SO4·Th(SO4)2·5H2O, нитраты, тиоцианаты. Соли с общей формулой M2Th(NO3)6·nH2O имеют координационную природу, в них у тория координационное число равно 12. Ещё легче комплексные соли создают пятивалентные и шестивалентные актиноиды. Достаточно стойкие комплексы образуют торий и уран с роданид-ионами. Эти комплексы имеют повышенную стойкость в неводных растворителях.

               Также стоит отметить, что наиболее устойчивые координационные соединения актиноидов — четырёхвалентные торий и уран — получаются при реакции с дикетонами, например с ацетилацетоном.

 

 

Глава 8.Применение

 

Большинство актиноидов, до америция включительно, нашли применение в различных  областях науки и техники, например приборостроении (датчики дыма), космических технологиях. Однако наиболее массовым и значимым является применение актиноидов для создания ядерного оружия и применение в качестве топлива в ядерных реакторах, в обоих случаях используется свойство некоторых из актиноидов выделять колоссальную энергию при ядерной реакции — делении ядра, которая при определённых условиях может быть цепной, то есть самоподдерживающейся.

            Для атомной энергетики очень важным является уран, особенно его изотоп — уран-235, применяющийся в наиболее распространённых реакторах на тепловых нейтронах, содержание которого в природном уране не превышает 0,72 %. Этот изотоп имеет высокое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов, поглощая которые 235U делится с выделением большого количества энергии. Превращающаяся в тепло энергия на один акт деления (200 МэВ), в перерасчёте на 1 г прореагировавшего 235U, даёт примерно 1 МВт·сут. Очень ценным является сопровождение деление урана-235 выделением бо́льшего числа нейтронов, чем их затрачивается. При достижении критической массы урана-235 — 0,8 кг — происходит самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. Как правило, ядро урана делится на 2 осколка с высвобождением 2—3 нейтронов, например:

 

Также перспективным  в ядерной энергетике является использование  ядерного цикла, основанного на применении тория-232 и полезного продукта, образующегося  при его делении — урана-233.

          Основой любого ядерного реактора является активная зона, набранная из тепловыделяющих сборок, которые в свою очередь состоят из тепловыделяющих элементов — металлических стержней, в которых внутри оболочки, обычно выполненной из сплавов циркония, находится ядерное топливо — чаще всего в виде диоксида урана. Также ядерное топливо может использоваться в виде карбидов, нитридов и моносульфидов урана, а также в виде различных соединений плутония, урана

и тория (так  называемое MOX-топливо).

              Для замедления быстрых нейтронов в реакторах на тепловых нейтронах используют замедлители, которые содержат углерод, дейтерий, бериллий. Самым простым и широко используемым замедлителем является вода. Тепловые нейтроны, получаемые таким образом, взаимодействуют с ядрами урана-235 на несколько порядков чаще, чем с быстрыми. Для регулирования скорости деления ядер в реактор вводят поглотители — специальные стержни, выполненные из бора, кадмия и/или используют жидкий поглотитель, чаще всего в виде раствора борной кислоты, концентрацией которого регулируют реактивность реактора. Реакторы для производства плутония конструируют специально, они принципиально отличаются по приципу действия (работают, в основном, на быстрых нейтронах) и называются реакторами-размножителями или бридерами (от англ. breed — размножать). Их использование позволяет нарабатывать значительные количества плутония.

          Выделение нейтронов при вынужденном делении урана важно не только для поддержания цепной ядерной реакции и получения большого количества энергии, но и для синтеза более тяжёлых актиноидов. Уран-239 распадается посредством β-распада и образует плутоний-239, который подобно урану-235 способен к спонтанному делению. Первые в мире ядерные реакторы предназначались не для мирных нужд энергетики, а для наработки плутония-239, с целью использования его для создания ядерного оружия.

           Торий применяется в качестве легирующего компонента сплавов магния с цинком. Магниевые многокомпонентные сплавы с примесью тория из-за лёгкости и прочности, высокой температуры плавления и пластичности широко используются в авиационной промышленности и в производстве снарядов. Металлический торий имеет хорошую способность в электронной эмиссии. Лампы с ториевыми электродами имеют малый начальный потенциал и долго не выходят из строя. Относительное содержание изотопов тория и урана часто применяется для оценки возраста звёзд.

          В перспективе изотоп плутоний-238 рассматривается исследователями в качестве автономного источника энергии, поскольку его ядерные превращения сопровождаются выделением большого количества тепла. В теории его применение может распространиться и на костюмы космонавтов и водолазов. Но в виду его высокой цены (1 г изотопа стоит примерно 1000 долларов) его применение ограничено. Этот изотоп был использован на некоторых спутниках Земли в термобатареях и для дистилляции воды на космических кораблях. На американском космическом корабле «Аполлон-11» был размещён маленький нагреватель, источником энергии которого являлся плутоний-238; он включался при облетании затемнённой части Луны.

            Для тех же целей, что и для плутония-238, можно применять кюрий-242. Также некоторые изотопы калифорния имеют способность к спонтанному делению. Поскольку критическая масса калифорния мала, то считается, что в будущем из него можно будет изготовлять заряды для атомных пуль.

          Отделение плутония от урана, которое происходит с помощью химических реакций, намного проще, чем разделение изотопов урана, что делает перспективным использование оружейного плутония из боеголовок, отработавших свой срок, в качестве топлива в смешанном с торием и ураном виде, так называемом MOX-топливе.

         Актиний-227 применяется для изготовления нейтронных источников. Высокое удельное энерговыделение — 14,5 вт/г, возможность получения значительных количеств термически устойчивых соединений актиния — ценные свойства, открывающие хорошие перспективы для использования в термоэлектрических генераторах длительного действия, которые являются пригодными для космических целей. 228Ac применяется в качестве индикатора радиоактивности при химических исследованиях, так как обладает высокоэнергетическим β-излучением с энергией 2,18 МэВ, которое легко регистрируется. Равновесная смесь изотопов 228Ac—228Ra широко используется в качестве источника интенсивного γ-излучения в промышленности и медицине.

            Америций-241, будучи источником мягких γ-лучей, применяется в медицинской диагностике и в приборах контроля толщины стальной ленты и листового стекла. На основе кюрия-242 делают генераторы для питания бортовой аппаратуры космических станций, а калифорний-252 используют в нейтронной радиографии в качестве чрезвычайно мощного источника нейтронов.

               Широкое применение актиноиды, такие как плутоний, уран, нашли и в ядерном оружии. В 20-м веке было проведено большое количество испытаний ядерных бомб. К концу 20-го века (см. изображение) массовые испытания ядерного оружия прекратились в связи с улучшением международной обстановки и массовым сокращением количества ядерных вооружений в мире.

 

 

Глава 9.Токсичность

 

              Радиоактивные вещества могут оказывать вредное воздействие на человеческий организм вследствие:

-местного загрязнения кожи, которое было вызвано, например, проливанием или рассыпанием радиоактивного вещества;

-внутреннего облучения вследствие попадания в организм радиоактивных изотопов;

-внешнего чрезмерного облучения наиболее сильными типами — β- и γ-излучением.

              Вместе с радием и трансурановыми элементами актиний относится к числу опасных радиоактивных ядов с высокой удельной α-активностью. Наиболее важной особенностью актиния является его способность к накапливанию и удержанию в скелете в качестве поверхностного слоя. На начальном этапе отравления актинием он накапливается в печени. Ещё одна опасность актиния в том, что он подвергается радиоактивному распаду быстрее, чем выводится из организма. Адсорбция актиния из пищеварительного тракта по сравнению с адсорбцией радия незначительна (>0,05 %). Опасность, связанная с загрязнением кожи и попаданием внутрь, объясняется тем, что в процессе распада актиния образуются газообразные радиоактивные вещества (изотопы радона).

           При попадании протактиния в организм он склонен к накоплению в почках и костях. Было установлено, что максимальная безопасная доза протактиния при попадании внутрь организма человека составляет 0,03 мкКи; данная доза соответствует 0,5 мкг 231Pa. Данный изотоп, который содержится в воздухе в виде аэрозолей, в 2,5·108 раз токсичнее синильной кислоты (при одинаковых концентрациях).

          Периодическая система химических элементов с элементами, раскрашенными в соответствии с периодом полураспада их наиболее стабильных изотопов (следует отметить, что удельная активность элемента обычно определяется не наиболее стабильным, а наименее стабильным изотопом):

   -  Элементы, содержащие как минимум один стабильный изотоп;

  -   Радиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет очень большой период полураспада, более 4 млн лет;

  -   Радиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада от 800 до 34 000 лет;

   -  Радиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада от одного дня до 103 лет;

 -    Высокорадиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада от нескольких минут до одного дня;

 -    Экстремально радиоактивные элементы: наиболее стабильный изотоп имеет период полураспада менее нескольких минут. Ввиду их нестабильности и, как следствие, радиоактивности об этих элементах известно очень мало.

         Плутоний при поступлении с воздухом, пищей или в кровь через рану оседает в лёгких, печени и костях. Лишь примерно 10 % попадает в другие органы. Атомы плутония задерживаются в организме десятилетиями. Это объясняется биохимическими свойствами плутония и тем, что у изотопов плутония большие периоды полураспада. Отчасти долгое выведение плутония из организма обьясняется плохой растворимостью в воде. Все изотопы плутония имеют высокую радиотоксичность, в частности, вследствие того, что часть ядер плутония испускает ионизирующее α-излучение, которое повреждает окружающие клетки. Радиотоксичность находится в обратном отношении с периодом полураспада данного изотопа плутония. Исследования на животных показали, что летальной дозой плутония-244 (наименее радиотоксичного, период полураспада 80 млн лет) является несколько миллиграмм на килограмм ткани. ЛД50 в течение 30 дней для собак после внутривенного введения плутония-244 составляет примерно 0,32 миллиграмма на 1 кг ткани. На основании этих исследований была получена примерная оценка летальной дозы для человека весом 70 кг — 22 мг. При поступлении через органы дыхания поглощение должно быть примерно в 4 раза больше. Этот долгоживущий изотоп плутония проявляет в основном химическую токсичность, подобно нерадиоактивным тяжёлым металлам. Робертом Стоуном, были сделаны расчёты безопасной дозы более короткоживущих изотопов плутония в человеческом организме. Плутоний-239 (период полураспада 24 тыс. лет) в 50 раз менее токсичен, чем радий, и поэтому допустимое содержание плутония-239 в организме, по его расчётам, должно составлять 5 мкг, или 0,3 мкКи. Примечательно, что такое количество плутония трудно рассмотреть даже в современном микроскопе. Вскоре, после испытаний таких доз на животных, данная доза была уменьшена в 5 раз и стала составлять 1 мкг, или 0,06 мкКи. Однако и эта доза была уменьшена, и стала составлять 0,65 мкг, или 0,04 мкКи.

           Также были проведены исследования путей попадания плутония в организм человека.

Поступление плутония через органы дыхания —  наиболее вероятный (и поэтому наиболее опасный) путь. В данном случае в  организме удерживается примерно от 5 до 25 % вдыхаемого вещества. В зависимости  от размера частиц и растворимости  поглощаемых соединений плутония, поступающий  плутоний локализуется в лёгких или  в лимфатической системе, либо подвергается поглощению в кровь и переносится  затем в печень или кости.

Поступление плутония через пищу — наименее вероятный способ. В этом случае в кровь поступает лишь примерно 0,05 % растворимых соединений плутония и только 0,01 % нерастворимых. Остальная  часть проходит далее по желудочно-кишечному  тракту и выводится из организма,

При попадании  плутония или его соединений в  порезы на коже в организме будет  удержано до 100 % внесенного вещества.                                 

 

Глава 10. Заключение

               Актино́иды — семейство, состоящее из 14 радиоактивных химических элементов III группы 7-го периода периодической системы с атомными номерами 90—103.Подобно лантаноидам, aктиноиды образуют семейство схожих по свойствам элементов. Первыми открытыми актиноидами были уран и торий. известно множество изотопов актиноидов, часть которых была синтезарована. распространение актиноидов очень мало, самую высокую распространенность имеют торий и уран(3·10−4 % и 2·10−5 % соответственно). актиноиды- типичные металлы, имеют серебристый цвет, они достаточно мягкие (некоторые можно разрезать ножом), имеют высокую плотность и пластичность. все актиноиды- активные металлы, но в отличие от лантаноидов легче вступают в реакции. большенство актиноидов могут иметь разные степени окисления. известно множество соединений актиноидов. применяют актиноиды в приборостроении, космических технологиях, ядерного топлива и создания ядерных бомб. для человека актиноиды весьма таксичны

 

 

 

 

 

 

Глава 11.список литературы

 

1. Н. Гринвуд, А. Эрншо. Химия элементов = Chemistry of the Elements / Пер. с англ. — М.: "Бином. Лаборатория знаний", 2008.
2. Б. Ф. Мясоедов, Л. И. Гусева, И. А. Лебедев, М. С. Милюкова, М. К. Чмутова. Аналитическая химия трансплутониевых элементов. — М.: Наука, 1972. — 376 с. — (аналитическая химия элементов). — 1750 экз.
3. З. К. Каралова, Б. Ф. Мясоедов. Актиний. — М.: «Наука», 1982. — 144 с. — (Аналитическая химия элементов). — 1150 экз.
4. Кудрявцев, П. С. Опыты Ферми // Курс истории физики. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Просвещение, 1982. — С. 73
5. Аналитическая химия нептуния / Глав. ред.: В. А. Михайлов. — М.: «Наука», 1971. — 218 с. — (Аналитическая химия элементов). — 1700 экз.
6. Е. С. Пальшин, Б. Ф. Мясоедов, А. В. Давыдов. Аналитическая химия протактиния. — М.: «Наука», 1968. — 241 с. — (Аналитическая химия элементов). — 2200 экз.
7. Ред. кол.: И. П. Алимарин, А. К. Бабко, А. И. Бусев, Э. Е. Вайнштейн и др. Аналитическая химия урана / Глав. ред.: А. П. Виноградов. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1962. — 424 с. — (Аналитическая химия элементов). — 4000 экз.
8. Неорганическая химия в трёх томах / Под ред. Ю. Д. Третьякова. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — Т. 3. — 400 с. — (Химия переходных элементов). — 3000 экз.
9. Ф. Вайгель, Дж. Кац, Г. Сиборг и др. Химия актиноидов = The Chemistry of the Actinide Elements / Пер. с англ. под ред. Дж. Каца, Г. Сиборга, Л. Морсса. — М.: «Мир», 1997. — Т. 2. — 664 с. — (Химия актиноидов). — 500 экз.
10. Глав. ред. И. Л. Кнунянц и др. Краткая Химическая Энциклопедия. — М.: Государственное научное издательство «Советская энциклопедия», 1961. — Т. 1. — 1263 с. — 70 000 экз.
11. Бартоломей Г. Г., Байбаков В. Д., Алхутов М. С., Бать Г. А. Основы теории и методы расчета ядерных энергетических реакторов. — М.: Энергоатомиздат, 1982. — 512 с.