鋯和鈮的放射化學

鋯和鈮的放射化學由於裂變產物鋯和鈮的重要同位素鋯95、鈮95是母子體關係，並且示蹤量的鋯、鈮常有相似的化學行為，常常將它們的放射化學性質一起討論。鋯和鈮在周期表中分別為ⅣB和ⅤB族元素，溶液中鋯以正四價、鈮以正五價存在。

簡介

放射化學的一個組成部分，研究與鋯和鈮的放射性同位素有關的化學問題。在後處理過程中鋯容易被磷酸三丁酯的降解產物萃取；鈮和鋯以水解形成的膠體粒子形式存在，它們容易被吸附在微粒上（特別是溶液中的二氧化矽微粒上）並萃取入有機相。這些原因使得後處理流程去除鋯95－鈮95的效果變差。

物理性質

鋯（Zirconium）是一種化學元素，它的化學符號是Zr，它的原子序數是40，是一種銀白色的高熔點金屬之一，呈淺灰色。密度6.49克/立方厘米。熔點1852±2℃，沸點4377℃。化合價+2、+3和+4。第一電離能6.84電子伏特。鋯的表面易形成一層氧化膜，具有光澤，故外觀與鋼相似。有耐腐蝕性，可溶於氫氟酸和王水；高溫時，可與非金屬元素和許多金屬元素反應，生成固體溶液化合物。

鈮（niobium）是一種化學元素。化學符號Nb，原子序數41，原子量92.90638，屬周期系ⅤB族。

化學性質

可溶鹽 在酸溶液中鋯的硝酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物、高氯酸鹽和硫酸鹽可溶，但這些鹽的水溶液很易水解並聚合而形成膠體。鈮的水解傾向更嚴重，通常在水中只有鹼金屬的鈮酸鹽,如NaNbO、KNbO可溶。
難溶化合物 鋯的磷酸鹽、苯砷酸鹽和銅鐵試劑鹽都是難溶的。在氫氟酸介質中以鋇離子為沉澱劑可形成難溶的BaZrF沉澱,沉澱在過量的氫氟酸中也不溶解;利用這個性質從裂變產物中分離鋯，成為放化分析中鋯95、鋯97的經典分離方法。在稀酸溶液中鋯和杏仁酸及其衍生物生成杏仁酸鋯沉澱，反應是定量的，並有固定組成，所以杏仁酸鋯在鋯的放化分析中常被作為稱量形式和製作放射性測量源。
鈮的特徵難溶化合物是五氧化物。將強酸加入鈮酸鹽溶液，水合氧化物被沉澱出來，這個反應的選擇性好，常作為放化分析鈮95的基礎。另外,丹寧酸、苯砷酸、銅鐵試劑、鉭試劑都可和鈮形成難溶化合物。
絡合物 草酸和氫氟酸可與鋯和鈮形成穩定的、可溶的絡合離子。在氫氟酸介質中放射性的與穩定的鋯、鈮同位素能很容易達到完全交換。
鋯95－鈮95溶液常用作示蹤劑，在不含有絡合離子時，鋯95－鈮95常表現出反常的化學性質；即使在酸性溶液中，鋯和鈮也發生水解、聚合反應，形成放射性膠體。膠體粒子帶有負電荷。它們能被多種沉澱如多種金屬的氫氧化物、磷酸鹽、硫化物以及二氧化錳等載帶。溶液中存在的灰塵或二氧化矽的微粒都能顯著吸附鋯、鈮放射性膠體。此外，鉻、鈮放射性膠體容易粘附在玻璃器皿的表面。加入氟離子或草酸根等絡合離子，示蹤劑能從膠體狀態轉化成離子狀態，變得穩定。因此鋯95－鈮95示蹤劑溶液通常採用草酸介質。

元素分布

已發現鋯有19個放射性同位素，鈮有22個放射性同位素。鋯和鈮的主要放射性同位素及其核性質和產生方式見表。在這些核素中鋯95和鈮95最為重要，鈮95是鋯95的子體。它們具有強的γ放射性，裂變產額高，所以鋯95－鈮95的γ放射性占總裂變產物放射性的相當大比重，是核燃料後處理過程中重點去除的裂變產物。

研究歷史

1801年英國C.哈切特從鈮鐵礦中分離出一種新元素的氧化物，並命名該元素為columbium（中譯名鈳）。