Радиохимия
Определение
Радиохимия и ядерная химия
Основные разделы радиохимии
Общая радиохимия изучает
Химия радиоактивных элементов
Прикладная радиохимия изучает
Отличия химии и радиохимии
Основные положения радиохимии
Основные понятия радиохимии
Исследования катодных лучей до Рентгена
Открытие Рентгена (1845-1923) (Нобелевская премия по физике 1901 г.)
Гипотеза А. Беккереля (1852-1908)
Неожиданный результат - 1 марта 1896г
Открытие радиоактивности
Продолжение исследований
В работу включаются супруги Кюри
Пьер Кюри
Научная деятельность П. Кюри
Мария Склодовская
Мария Склодовская-Кюри.
Бракосочетание
Исследования супругов Кюри
Качественный анализ смоляной обманки (урановой смолки)
Качественный анализ смоляной обманки (урановой смолки)
Качественный анализ смоляной обманки (урановой смолки)
Исследования супругов Кюри
Радиохимические исследования Кюри
Лаборатория Кюри
Радиоактивность
Научные публикации
Исследования супругов Кюри
Супруги Кюри
Исследования Марии Кюри
Дальнейшая работа Марии Кюри
Организация Института радия
Мария Склодовская Кюри
Исследование радиоактивности Э.Резерфордом
Первый этап развития радиохимии: 1898-1913 гг.
Второй этап развития радиохимии: 1913-1934 гг.
Третий этап развития радиохимии с 1933 г
Исследование радиоактивного излучения
19.65M
Категория: ХимияХимия

Радиохимия. Лекция 1. Введение в радиохимию. История развития

1. Радиохимия

Лекция 1.
Введение в радиохимию. История
развития.

2. Определение

Радиохимия - раздел химии, имеющий дело с
радиоактивными
веществами.
Включает
получение радионуклидов и их соединений
путем обработки облученных материалов или
природных радиоактивных веществ, применение
химических методов к ядерным исследованиям
и
применение
радиоактивности
к
исследованиям химических, биохимических
или биомедицинских проблем.
(«Номенклатурные правила ИЮПАК по химии»,
2001)

3. Радиохимия и ядерная химия

Ядерная
химия
изучает
химические
процессы, протекающие под действием
ядерных излучений (радиационная химия),
а
также
химические
последствия
радиоактивного
распада
и
ядерных
реакций.

4. Основные разделы радиохимии

• Общая радиохимия
• Химия радиоактивных элементов
• Прикладная радиохимия

5. Общая радиохимия изучает

• физико-химические закономерности поведения
радиоактивных изотопов и элементов;
• химические свойства изотопных частиц;
• термодинамическое и кинетическое поведение
изотопных частиц, критерии идентичности
поведения изотопов;
• процессы изотопного обмена;
• состояние радиоактивных элементов в растворах.
• поведение вещества в состоянии крайнего
разведения,
процессы
соосаждения,
сокристаллизации.

6. Химия радиоактивных элементов

• Химия технеция, прометия, астата, урана,
тория и продуктов их распада: полония,
радона, франция, радия, актиния и
протактиния, трансурановых элементов,
а также мезоатомов и водородоподобных
атомов - мюония, позитрония.

7. Прикладная радиохимия изучает

• применение радиоактивных изотопов в
науке и промышленности;
• химию ядерного топливного
цикла:
технологию производства и переработки
ядерных материалов;
• экологические последствия эксплуатации
радиационно опасных объектов.

8. Отличия химии и радиохимии

Химия
Радиохимия
•Свойства отдельных радиоактивных
•Свойства всех
нуклидов
элементов
•Элементный и изотопный состав систем,
•Неизменяемость
природы химического содержащих радиоактивные вещества,
является функцией времени
элемента в ходе
•Энергетические эффекты на 6 - 8 порядков
исследования.
превышают эффекты в хим. реакциях
•Ошибка рассчитанных
•Ультрамалые концентрации
параметров связана с
ошибкой эксперимента, •Высокая чувствительность радиометрических методик
подчиняется
•Ошибка измерения описывается
симметричному
асимметричным распределением Пуассона
распределению Гаусса
•Радионуклиды не образуют собственные
фазы, а существуют в виде включений,

9. Основные положения радиохимии

• Изучает состояние и законы поведения
ультрамалых количеств вещества.
• Сохранение индивидуальных химических
свойств элемента при любых ничтожно
малых концентрациях.

10. Основные понятия радиохимии

• Нуклоны - протоны и нейтроны.
• Нуклид - атом, характеризующийся определенным
количеством протонов и нейтронов в ядре.
• Радионуклиды - нестабильные атомы.
• Изобары - нуклиды с одинаковым числом
нуклонов.
• Изотопы - нуклиды с одинаковым числом
протонов.
• Изотоны - нуклиды с одинаковым числом
нейтронов
• Изомеры - изотопные атомы с данным массовым
числом, но в разных энергетических состояниях.
• Радиоактивный элемент - элемент, все изотопы
которого радиоактивны.

11. Исследования катодных лучей до Рентгена

• 1876 - 1880 гг. Эуген Гольдштейн наблюдал свечение некоторых
солей под действием катодных лучей.
• 1890 – Томсон заметил, что стекло, помещенное более чем в
метре от трубки, фосфоресцирует.
• 1884 - директор Бакинского реального училища Евгений
Каменский описал фотохимическое действие лучей.
• Секретарь Бакинского фотографического кружка Мишон
производил опыты в области фотографии, аналогичные
рентгеновским, но опубликовал сообщение только в 1896 г. в
журнале "Природа и люди" N28.
• 1886 г русский профессор Иван Павлович Пулюй заметил, что
эти лучи проникают через непрозрачные предметы и засвечивают
фотопластинки. В 1890 году им были получены фотографии
скелета лягушки и детской руки и даже опубликованы в
европейских журналах.

12. Открытие Рентгена (1845-1923) (Нобелевская премия по физике 1901 г.)

• 8 ноября 1895 г. – Х-лучи,
университет Вюрцбурга.
• Источник лучей – электроны,
испускаемые
отрицательным
электродом
(катодом)
электронно-вакуумной
лампы,
которые ударяют в другую часть
лампы во время высоковольтного
разряда.
• Наблюдение – свечение
кристаллов цианоплатината
бария, люминесценция экрана
• Статья «Новый вид излучения» -

13.

Катодная трубк
(Тетрацианоплатоат бария)
Ва[Pt(CN)4]

14.

Снимок руки Альберта
фон Кёлликера,
сделанный Рентгеном 23
января 1896 года.

15. Гипотеза А. Беккереля (1852-1908)

Люминесценция, и рентгеновские
лучи образуются посредством
одного и того же механизма и
следовательно могут сопровождать
друг друга.
Для доказательства он исследовал
флуоресценцию сульфата уранилкалия K2UO2(SO4)2 под действием
солнечного света.

16. Неожиданный результат - 1 марта 1896г

Беккерель обнаружил что
пластинка была
засвечена и без
облучения солнечным
светом.
Следовательно, это новый
вид проникающей
радиации, испускаемой
без внешнего облучения
источника – лучи
Беккереля

17. Открытие радиоактивности

18. Продолжение исследований

• Май 1896 г.: излучение чистого урана в 3-4
раза превышает излучение его солей.
• В 1900 г. Беккерель пришел к выводу, что это
излучение частично состоит из электронов,
поскольку отклоняется магнитным полем.
• Беккерель получил Нобелевскую премию по
физике 1903 г.

19. В работу включаются супруги Кюри

Пьер Кюри (1859-1906)
Мария Склодовская–Кюри
(1867-1936)

20. Пьер Кюри

• Родился 1859г. в Париже.
• Отец - врач в лаборатории Музея
естественной истории;
• В 1975 г. сдает экзамен на
аттестат зрелости;
• В 1877 г. получает диплом
лиценциата;
• Возглавляет практические
научные работы студентов в
Парижской школе физики и
химии.

21. Научная деятельность П. Кюри

• 1880 изложение "принципа симметрии"
(принцип Кюри);
• В 1880 Пьер и Жак Кюри открыли
пьезоэлектричество и изобрели прибор кварцевый пьезометр;
• В 1895 г. установил зависимость: χ=С/Т
закон Кюри;
• Определил, температуру Кюри p для
ферромагнетиков.

22. Мария Склодовская

• Родилась в Варшаве в 1867 году;
• Отец - Владислав Склодовский
учитель физики;
• В четыре года Мария научилась
бегло читать;
• В 1882 г. она закончила гимназию
с золотой медалью;

23. Мария Склодовская-Кюри.

• В 1884 г. с целью заработать деньги на
университетское образование отправилась в
деревню домашней учительницей в семью
богатого землевладельца.
• В 1891 г. в возрасте 24 лет поступила учиться в
Парижский университет - Сорбонну.
• 1894 г. - знакомство с Пьером Кюри.

24. Бракосочетание

26 июля 1894 г. состоялось бракосочетание Пьера и
Марии

25. Исследования супругов Кюри

• В апреле 1898 г.
Мария
Кюри
(независимо Г.К.
Шмидт
в
Германии)
открыла
радиоактивность
тяжёлого металла
– тория.

26. Качественный анализ смоляной обманки (урановой смолки)

• Обработка раствора аммиаком: белый осадок
((BiO)2SO4 и Вi(OH)3) сильно радиоактивен, значит
висмут содержит примесь нового элемента.
• Осадок перевели в темно-коричневый Bi2S3, нагрели
в ампуле, сульфид висмута – без изменений, но
какие-то пары осели в виде черной пленки на
холодной части ампулы.
• Пленка была сильно радиоактивной (превышала
урановую в 400 раз) и, очевидно, содержала новый
химический элемент — сосед висмута в
периодической таблице. Это и был полоний Po (
от лат. Polonia - Польша).

27. Качественный анализ смоляной обманки (урановой смолки)

• Растворение в азотной кислоте, осаждение
сероводородом (Фрезениус, 1841): черный осадок
сульфидов радиоактивен, хотя уран и торий
остались в растворе.
• Отделение мышьяка и сурьмы избытком
сульфида аммония: раствор ((NH4)3AsS4 и
(NH4)3SbS3) не радиоактивен.
• Растворение осадка в азотной кислоте,
действие избытком серной и упаривания для
получения сульфатов. Осадок PbSO4 – не
радиоактивен.

28. Качественный анализ смоляной обманки (урановой смолки)

• Выделен (0,1 мг) в 1910 году в результате
переработки многих тонн урановой руды: на 1 тонну
чистого урана в его рудах приходится примерно 0,34
г радия и около 0,01 мг 210Ро.
• 1898 г. супруги Кюри обнаружили в бариевой
фракции еще один элемент. Они предложили
назвать его радием Ra ( от лат. radius- луч).

29. Исследования супругов Кюри

• C 1898 по 1902 гг. извлечение
радия из урановой смолки и
хальколита.
• Конец 1902 года: 1 г радия из 8
тонн уранинита
• Пьер и Мари Кюри вместе с
Беккерелем
получили
Нобелевскую премию по физике
1903 г. за исследование явления
радиоактивности.

30. Радиохимические исследования Кюри

• В осадке гидрооксида висмута обнаружен
ранее
неизвестный
элемент,
названный
в
честь
родины
Марии
Кюри полонием.
• Разработан новый радиохимический метод
носителей: соосаждение микроколичеств
элементов с весовым количеством носителей.
• В
поисках
радиоактивных
элементов,
содержащихся
в
урановой
руде,
зародились
первые
методы
радиохимии,
зародился
новый
раздел
химии – радиохимия (термин введен
А.Камероном в 1910 г.)

31. Лаборатория Кюри

32. Радиоактивность

• Понятие радиоактивность введено Марией
Кюри.
• Радиоактивность (от лат. radio – испускаю
лучи и activus – действенный) самопроизвольное превращение
неустойчивых атомных ядер в ядра других
элементов, сопровождающееся
испусканием ядерных излучений.

33.

Образец бромида радия,
светящийся из-за высокой
радиоактивности
• В 1902 г. П. Кюри впервые показал, что
радиоактивный распад может служить "эталоном"
времени;
• В 1903 г. П. Кюри вместе с Л. Лабордом открыли
непрерывное тепловое лучеиспускание: 1г Ra
выделял 136 кал в час,
т.е. за 20 000 лет – столько
тепла, сколько 500 кг угля
• С 1899 по 1904 г. Супруги
Кюри публикуют
32 научных сообщения.

34. Научные публикации

• "О химическом действии лучей радия" ( 1899),
• "Новые
радиоактивные
вещества
и
их
лучеиспускание" (1900),
• "Физиологическое действие лучей радия" (1901),
• "Об атомном весе радия" (1902),
• "Об абсолютном измерении времени" (1902),
• "Об индуцированной радиоактивности и эманации
радия" (1903),
• "О теплоте, самопроизвольно выделяемой солями
радия" (1903),
• "Физиологическое действие эманации радия"
(1904).

35. Исследования супругов Кюри

• 25 июня 1903 г. Мария защитила
докторскую
диссертацию
на
тему
"Исследование радиоактивных веществ";
• В 1903 г. доклад о радиоактивности в
Лондонском королевском обществе;
• 10 декабря 1903 г супруги Кюри и
Беккерель получили Нобелевскую премию
по физике;
• В 1904 г. П. Кюри получил кафедру физики.

36. Супруги Кюри

• 6 июня 1905 г. Пьер и Мария приехали в
Стокгольм, и Пьер выступил на заседании
Академии наук;
• В четверг 19 апреля 1906 г. Пьер погиб
под колёсами тяжелой конной повозки;
• 13 мая 1906 г. Совет факультета
естествознания решает сохранить кафедру
П. Кюри и передать ее М. Кюри, присвоив
ей звание профессора;

37. Исследования Марии Кюри

• В 1910 г. М. СклодовскойКюри предложили орден
Почетного легиона, от
которого она отказалась.
• В декабре 1911 г. Шведская
Академия наук присуждает
Марии Кюри Нобелевскую
премию по химии.

38. Дальнейшая работа Марии Кюри

Дальнейшая работа Марии Кюри
• Во время Первой мировой войны М. Кюри
создает 20 передвижных "радиологических
автомобилей" ("кюрички") и 200 стационарных
рентгеновских кабинетов;
• В мае 1920 г. в Институте радия в Париже
появилась редактор крупного нью-йоркского
журнала Мелони, чтобы взять интервью у
Марии Кюри.
• В конце 1920 М. Кюри вместе с дочерьми
приглашена в Америку, где президент США
дарит мадам Кюри 1 г радия.

39. Организация Института радия

• В 1925 г. Мария приезжает в Варшаву на
закладку института;
• Покупка 1 г радия в качестве подарка Америки
Институту радия в Варшаве;
• В 1932 г. она приезжает в Варшаву на
открытие Института радия;
• С 1919 по 1935 г. в Институте радия в Париже
прошли лечение 8319 больных раком;
• В 1922 г. избрана членом Медицинской
академии Франции;

40. Мария Склодовская Кюри

• Мария Кюри скончалась 4 июля 1934 г. Она
стала жертвой длительного общения с
радиоактивными веществами, которые она
открыла вместе с мужем.

41. Исследование радиоактивности Э.Резерфордом

Резерфорд пропустил
сильный пучок лучей
радия между полюсами
мощного магнита.
В 1903 г. В. Рамзай и Ф.
Содди доказали, что лучи - ионизированный
гелий.

42. Первый этап развития радиохимии: 1898-1913 гг.

• Исследования Кюри
• Обнаружение изотопов радона (Э. Резерфорд, 1899 торон, т.е. радон-220; Дорн, 1900 - основной изотоп
радона, радон-222; А. Дебьерн, 1904 - актинон, т.е.
радон-219).
• Исследования состава радиоактивных лучей -альфаи бета-лучи (Э. Резерфорд, М. и П. Кюри, П. Виллар
(1898-1900).
• Открытие гамма-лучей (П.Вийяр, 1900).
• Открыто свыше 40 радиоактивных изотопов (5
элементов: Ra, Po, Rn, Ac, Pa);
• Установление правила сдвига Содди-Фаянса.
• Установление
закономерности
изменения
химической природы элементов в результате

43. Второй этап развития радиохимии: 1913-1934 гг.

• 1913 г. - К. Фаянса и Ф. Панета - изучение
закономерностей поведения ничтожно малых
количеств радиоактивных элементов в процессах
соосаждения: правила соосаждения адсорбции
Фаянса-Панета. и О. Хана.
• 1924 г. - закон сокристаллизации В.Г. Хлопина
• 1933 г. - А.П. Ратнер - термодинамическая теория
изоморфной сокристаллизации и адсорбции
радиоактивных нуклидов.
• Метод радиоактивных индикаторов (Г. Хевеши и
Ф. Панет)
• Первые работы по электрохимии радиоактивных
элементов.

44. Третий этап развития радиохимии с 1933 г

• 1932 г. - Дж. Чедвиг - открытие нейтрона;
• 1934 г. - И. Кюри и Ф. Жолио-Кюри – открытие
искусственной радиоактивности;
• 1934 г. - Л. Сциллард и Т. Чалмерс - химические эффекты
при процессах захвата атомными ядрами медленных
нейтронов.
• 1939 г. - О. Хан, Ф.Штрассман и Л. Майтнер - открытие
процесса деления ядер урана.
• Г. Сиборг, А. Гиорсо, Г.Н. Флеров: проведена
идентификация синтезированных элементов.
• Создание новых направлений в радиохимии (химия
«горячих» атомов).
• Создание ядерной химии.
• Возникновение ядерной индустрии, включающей ядерное
материаловедение, производство компонентов ядерного
оружия и топлива для АЭС.

45. Исследование радиоактивного излучения

В 1899 г. Резерфорд (18711937) в Канаде обнаружил
неоднород-ность
радиоактивного излучения
урана. Легко поглощающую
часть он назвал -лучами,
менее поглощаемую - βлучами.
Спустя год П. Виллард
открыл гамма-излучение.
English     Русский Правила