基本介紹
- 中文名：鐳
- 英文名：radium
- 別稱：類鋇
- 分子量：226.0254
- CAS登錄號：7440-14-4
- 熔點：960℃
- 沸點：1737℃
- 水溶性：與水反應
- 密度：6.0×103kg/m3
- 外觀：銀白色質軟金屬
- 套用：治療癌症
- 安全性描述：強放射性
- 危險性描述：極強放射性
- 發現人：居里夫婦
- 原子序數：88
- 半衰期：約1600年
- 氧化態：+2
- 所在周期：第七周期
- 所在族數：IIA族（鹼土金屬）
- 元素符號：Ra
發現者簡介,發現簡史,元素形態,鐳介紹,元素結構,元素來源,鐳的衰變,鐳的衰變速度,鐳的α衰變方程,用途,
發現者簡介
皮埃爾·居里(Pierre Curie)，或譯彼埃爾·居里、比埃爾·居里。
1859年5月15日生於法國巴黎一個醫生家庭。他的兒童和少年時期，性格上好個人沉思，不易改變思路，沉默寡言，反應緩慢，不適應普通學校的灌注式知識訓練，不能跟班學習，人們都說他心靈遲鈍，所以從小沒有進過國小和中學。父親常帶他到鄉間採集動、植、礦物標本，培養了他對自然的濃厚興趣，學到了如何觀察事物和如何解釋它們的初步方法。居里14歲時，父母為他請了一位數理教師，他的數理進步極快，16歲便考得理學士學位，進入巴黎大學後兩年，又取得物理學碩士學位。1880年，他21歲時，和他哥哥雅克·居里一起研究晶體的特性，發現了晶體的壓電效應。1891年，他研究物質的磁性與溫度的關係，建立了居里定律：順磁質的磁化係數與絕對溫度成反比。他在進行科學研究中，還自己創造和改進了許多新儀器，例如壓電水晶秤、居里天平、居里靜電計等。1895年7月25日皮埃爾·居里與瑪麗·居里結婚。
瑪麗·斯克羅多夫斯基·居里(Marie Skłodowska-Curie)1867年11月7日生於沙皇俄國統治下的華沙，父親是中學教員。16歲她以金質獎章畢業於華沙中學，因家庭無力供她繼續讀書，而不得不去擔任家庭教師達六年之久。後來靠自己的一點積蓄和姐姐的幫助，於1891年去巴黎求學。在巴黎大學，她在極為艱苦的條件下勤奮地學習，經過四年，獲得了物理和數學兩個碩士學位。
居里夫婦結婚後次年，即1896年，貝克勒爾發現了鈾鹽的放射性現象，引起這對青年夫婦的極大興趣，居里夫人決心研究這一不尋常現象的實質。她先檢驗了當時已知的所有化學元素，發現了釷和釷的化合物也具有放射性。她進一步檢驗了各種複雜的礦物的放射性，意外地發現瀝青鈾礦的放射性比純粹的氧化鈾強四倍多。她斷定，鈾礦石除了鈾之外，顯然還含有一种放射性更強的元素。
居里以他作為物理學家的經驗，立即意識到這一研究成果的重要性，放下自己正在從事的晶體研究，和居里夫人一起投入到尋找新元素的工作中。不久之後，他們就確定，在鈾礦石里不是含有一種，而是含有兩種未被發現的元素。1898年7月，他們先把其中一種元素命名為釙，以紀念居里夫人的祖國波蘭。沒過多久， 1898年12月，他們又把另一種元素命名為鐳。為了得到純淨的釙和鐳，他們進行了艱苦的勞動。在一個破棚子裡，日以繼夜地工作了三年零九個月。自己用鐵棍攪拌鍋里沸騰的瀝青鈾礦渣，眼睛和喉嚨忍受著鍋里冒出的煙氣的刺激，經過一次又一次的提煉，才從幾噸瀝青鈾礦渣中得到十分之一克的鐳。由於發現放射性物質，居里夫婦和貝克勒爾共同獲得了1903年諾貝爾物理學獎。
瑪麗·居里發現了一種化學元素鐳，化學符號Ra，原子序數88，原子量226.0254，屬周期系ⅡA族，為鹼土金屬的成員和天然放射性元素。1898年12月，瑪麗·居里和皮埃爾·居里從瀝青鈾礦提取鈾後的礦渣中分離出氯化鐳，1907年測出鐳元素的新的原子量，1910年又用電解氯化鐳的方法製得了金屬鐳（白色金屬）它的英文名稱來源於拉丁文radius，含義是“射線”。鐳在地殼中的含量為1×10-9%，至今已發現質量數為206～230的同位素中，除鐳223、鐳224、鐳226、鐳228是天然放射性同位素外，其餘都是用人工方法合成的。鐳存在於所有的鈾礦中，每2.8噸鈾礦中含1克鐳。
發現簡史
在柏克勒爾對於鈾的放射性質進行了開創先河的觀察和研究以後，跟著便發現鈾的射線也像X射線，能使空氣和其他氣體產生導電性，而釷的化合物也經人發現有著類似的性質。1896年起，居里夫人和她的丈夫一起進行了系統的發現，在各種元素與其化合物以及天然物中尋找這種效應。
柏克勒爾現象，引起了居里夫婦的濃厚興趣，射線放出來的力量究竟是從哪裡來的呢？這种放射的性質又是什麼呢？
居里夫人把自己的全部身心都投入到鈾鹽的研究中去了，她廣為搜羅並研究了各種鈾鹽礦石，她被鈾鹽礦石神奇的射線所吸引，她把特別的愛奉獻給了這種特別的礦石。
接受過嚴格而又系統的高等化學教育的居里夫人，在研究鈾鹽礦石時想到，沒有任何理由可以證明鈾是唯一能發射射線的化學元素。她猜想，一定還會有別的元素也具有同樣的力量，只不過人們還不知道罷了。
她依據門捷列夫的元素周期律排列的元素，逐一進行測定，結果很快發現另外一種釷元素的化合物，也自動發出射線，與鈾射線相似，強度也較接近。
居里夫人認識到，這種現象決不只是鈾的特性，必須給它一個新名稱，居里夫人就把它命名為“放射性”，鈾、釷等有這種特殊“放射”功能的物質，叫做“放射性元素”。
後來，在她的丈夫皮埃爾先生的幫助下，她又測定了能夠收集到的所有礦物，她想知道還有哪些礦物具有放射性。
在測量中，她獲得了又一個戲劇性的發現，在一種來自波希米亞的瀝青鈾礦中，她發現，其放射性強度比原先構想的要大不知多少倍。
那么，這種不正常的而且過度的放射性又是從哪裡來的呢？用這些瀝青鈾礦中的鈾和釷的含量，決不能解釋她觀察到的放射性的強度。
因此，只能有一種解釋，這些瀝青礦物中含有一種比鈾和釷的放射性作用強得多的新元素，而且不是當時人類所已經知道的元素，它一定是一種未知的元素。
居里夫人的發現吸引了皮埃爾先生的注意，居里夫婦攜起手來，並駕齊驅，向科學的未知領域發起強有力的進攻。
在條件極其簡陋的實驗室里，經過居里夫婦鍥而不捨的長期努力，1898年7月，他們宣布發現了這種新元素，它比純鈾放射性要高出400倍。
為了紀念她飽經磨難的祖國，新元素被命名為釙（即波蘭的意思）。
1898年12月，居里夫婦又根據大量的實驗事實宣布，他們又發現了第二种放射性元素，這種新元素的放射性比釙還強，他們把這種新元素命名為“鐳”。
但是，由於沒有釙和鐳的樣品，也沒有釙和鐳的原子量，當時的科學界，幾乎沒有人願意相信他們的這個驚世駭俗的新發現。
居里夫婦決心，無論付出什麼樣的代價，都要提煉出釙和鐳的樣品，這一方面是為了證實它們的存在，另一方面，也已為了使自己更有把握。
居里夫婦是一對經濟相當拮据的知識分子，他們無力支付購買瀝青鈾礦所需的高昂的費用。但他們沒有被眼前的這隻“攔路虎”所嚇倒，他們幾乎想盡了各種各樣的辦法。
居里夫人立即投入了繁重的提取工作中去，她每次把 20多公斤的廢礦渣放入冶煉鍋里加熱熔化，連續幾個小時不間斷地用一根粗大的鐵棍攪動沸騰的渣液，而後從中提取僅含百萬分之一的微量物質。
從1898年到1902年，經過無數次的提取，處理了近一噸礦石殘渣，終於得到了0.1克的鐳鹽，並測定出了它的原子量是226。
鐳的發現在科學界爆發了一次真正的革命，1903年，居里夫婦因此而雙雙獲得了諾貝爾物理學獎。居里夫人這一巨大成功絕不是輕而易舉就能獲得的，它凝聚了居里夫婦多少汗水、多少淚水，完全是居里夫婦共同心血的結晶。
元素形態
CAS號：7440-14-4
氧化態：
主要為Ra+2
45.20
元素在海水中的含量:(ppm)
外圍電子層排布：7s2
電離能(kJ /mol)
M - M+ 509.3
M+ - M2+ 979
M2+ - M3+ 3300
M3+ - M4+ 4400
M4+ - M5+ 5700
M5+ - M6+ 7300
M6+ - M7+ 8600
M7+ - M8+ 9900
M8+ - M9+ 13500
M9+ - M10+ 15100
晶胞參數：
a = 514.8 pm
b = 514.8 pm
c = 514.8 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
元素描述
密度6.0克/立方厘米（20℃）。熔點700℃，沸點約1140℃。銀白色有光澤的軟金屬。在空氣中不穩定，易與空氣中氮和氧化合。與水作用放出氫氣，生成氫氧化鐳Ra(OH)2。溶於稀酸。化學性質與鋇十分相似；所有鐳鹽與相應的鋇鹽是同晶型的。鐳能生成僅微溶於水的硫酸鹽、碳酸鹽、鉻酸鹽、碘酸鹽；鐳的氯化物、溴化物、氫氧化物溶於水。已知鐳有13種同位素，226Ra半衰期最長，為1622年。
以下為鐳的各種反應
與氮氣反應
3Ra+N2=Ra3N2
與氧氣反應
2Ra+O2=2RaO
與硫反應
Ra+S=RaS
與鹵素反應
Ra+F2=RaF2
Ra+Cl2=RaCl2
Ra+Br2=RaBr2
Ra+I2=Ral2
與水反應
Ra+2H2O=Ra（OH）2+H2
鐳介紹
鐳元素符號Ra，原子序數88，原子量226.03。外圍電子排布7s，密度6.0g/cm，熔點700℃，沸點<1140℃，位於第七周期第ⅡA族。銀白色有光澤的軟金屬。第一電離能509.37kJ/mol，電負性0.9。化學性質活潑，在空氣中不穩定，易跟空氣中氮氣和氧氣化合。跟水反應生成氫氧化鐳(Ra(OH)2)並放出氫氣。溶於稀酸。化學性質跟鋇十分相似。鐳的氯化物、溴化物、氫氧化物易溶於水，硫酸鹽、碳酸鹽微溶於水。已知鐳有多種同位素，鐳-226半衰期最長，為1622年。鐳有很強的放射性，衰變時放出α和γ兩種射線，並放出大量熱(每克鐳每小時放熱586.18焦耳)，裂變生成氫和氮。在鐳射線照射下，水、氨、氯化氫能分解，氧氣能轉變成紅氧。硫化鋅、硫化鈣等鹼土金屬硫化物，在鐳射線的照射激發下能發出淺綠色柔和的磷光。鐳射線能破壞動物體，殺死細胞、細菌。利用鐳的放射性可治療癌症，在硫化鋅，硫化鈣中混入10ppm的鐳鹽，可製成發光塗料、發光塑膠。鐳鹽跟鈹粉的混合製劑，可作中子放射源，用於探測石油資源和岩石的組成。鐳在自然界中以化合態存在，主要存在於多種礦物、土壤、礦泉水和海底淤泥中。鐳在自然界中分布特別稀少，僅占地殼原子總數的一百億億分之八。1898年法國科學家居里夫婦從瀝青鈾礦中發現鐳，居里夫人於1910年從瀝青鈾礦中製得純淨金屬鐳。鐳的希臘原文是射線。用汞陰極和鈀-銥陽極電解氯化鐳溶液可得到鐳汞劑，然後在氫氣中進行熱分解製得。
元素結構
晶體結構：
一種化學元素 。化學符號 Ra，原子序數88 ， 原子量226.0254，屬周期系ⅡA族 ，為鹼土金屬的成員和天然放射性元素。1898年M.居里和P.居里從瀝青鈾礦提取鈾後的礦渣中分離出溴化鐳，1910年又用電解氯化鐳的方法製得了金屬鐳，它的英文名稱來源於拉丁文radius，含義是“射線 ”。鐳是熒藍色/銀白色金屬，是最活潑的鹼土金屬。鐳在空氣中可迅速與氮氣和氧氣生成氮化鐳(Ra2N3)和氧化鐳(RaO)，與水反應劇烈，生成氫氧化鐳和氫氣。鐳的最外電子層有兩個電子，氧化態為+2，只形成+2價化合物。鐳鹽和相應的鋇鹽屬同晶形化合物，化學性質很相似。氯化鐳、溴化鐳、硝酸鐳都易溶於水，硫酸鐳、碳酸鐳、鉻酸鐳難溶於水。鐳有劇毒，它能取代人體內的鈣並在骨骼中濃集，急性中毒時，會造成骨髓的損傷和造血組織的嚴重破壞，慢性中毒可引起骨瘤和白血病。鐳是生產鈾時的副產物，用硫酸從鈾礦石中浸出鈾時，鐳即成硫酸鹽存在於礦渣中，然後轉變為氯化鐳，用鋇鹽為載體，進行分級結晶，可得純的鐳鹽。金屬鐳則由電解氯化鐳製得。鐳及其衰變產物發射γ射線，能破壞人體內的惡性組織，因此鐳可治癌症，但也會破壞人體內的良性組織。
鐳的晶體結構
鐳的晶體結構元素來源
存在於多種礦石和礦泉中，但含量極稀少，較多的來源於瀝青鈾礦中。在處理瀝青鈾礦提取鈾時，鐳經常與鋇一起在不溶於酸的殘渣中以硫酸鹽形式回收，當時居里夫婦用了3年9個月提煉出0.1克鐳。
鐳的衰變
放射性元素在一段時間（各種元素不同的衰變速度）衰變後，會產生不同的物質。鐳是其中的一種。
鐳的衰變速度
鐳的衰變速度與它的現存量R成正比-->dR=Rλdt-->dR/R=λdt--->LnR=Ce^(λt)
t=0,R=R0--->R=R0e^(λt)
鐳經過1600年後,只余原始量R0的1/2--->1/2=e^(1600λ)-->λ=(-Ln2)/1600-->R=R0e^[(-Ln2)*t/1600]
t=0,R=R0--->R=R0e^(λt)
鐳經過1600年後,只余原始量R0的1/2--->1/2=e^(1600λ)-->λ=(-Ln2)/1600-->R=R0e^[(-Ln2)*t/1600]
鐳的α衰變方程
右圖為鐳的阿爾法方程。
用途
鐳能放射出α和γ兩種射線，並生成放射性氣體氡。
鐳放出的射線能破壞、殺死細胞和細菌。因此，常用來治療癌症等。此外，鐳鹽與鈹粉的混合製劑，可作中子放射源，用來探測石油資源、岩石組成等。
鐳是核子彈的材料之一。老式的螢光塗料也含有少量的鐳。中子轟擊鐳-225可以獲取錒。
用鐳同位素尋找古河道中的鈾。
