Физико-химические характеристики
Химические свойства этого щелочноземельного металла сходны с барием, но проявляются интенсивнее:
- Реакция с водой сопровождается образованием водорода.
- На воздухе радий тускнеет, покрываясь оксидно-нитридным слоем.
- Образует самые прочные (из щелочноземельных металлов) соединения с органическими кислотами.
Главное свойство вещества – радиоактивность:
- Радий беспрерывно продуцирует теплоту. Без «отдушины» нагревается до расплавления.
- Радий испаряется: все изотопы (кроме 228-го) становятся радоном. Газ радиоактивен.
- Радий, продукты его распада испускают лучи всех видов: альфа-, бета-, гамма-.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Ра́дий / Radium (Ra), 88 |
| Атомная масса (молярная масса) |
226,0254 а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | 7s2 |
| Химические свойства | |
| Радиус иона | (+2e) 143 пм |
| Электроотрицательность | 0,9 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | Ra←Ra2+ −2,916 В |
| Степени окисления | 2 |
| Энергия ионизации (первый электрон) |
1-й 509,3 (5,2785) кДж/моль (эВ) 2-й 979,0 (10,147) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | (при к.т.) 5,5 г/см³ |
| Температура плавления | 1233 K |
| Температура кипения | 2010 K |
| Уд. теплота плавления | 8,5 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 113 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 29,3 Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 45,0 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированая |
| Параметры решётки | 5,148 |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) (18,6) Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-14-4 |
Лайфхак: как выучить таблицу химических элементов
Существует один весьма распространённый и устойчивый миф о том, что Дмитрий Менделеев открыл свою таблицу химических элементов во сне.
Друзья мои! Нужно быть совершенно недалёкого представления об учёных, чтобы утверждать о том, что научные открытия можно делать во сне или случайно. Известно высказывание самого Дмитрия Ивановича: «Я над ней (таблицей элементов — прим. Учёного Кота), может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».
А пытались-то многие!
Попытки классифицировать и систематизировать химические элементы возникали задолго до Менделеева. Первую значимую попытку в 1829 году сделал немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер, затем его труды развил другой немец — Леопольд Гмелин. Во Франции определённых успехов достиг химик-геолог Александр де Шанкуртуа. Однако все эти работы не выдерживали научной критики, как например, не смогла устоять система элементов, предложенная англичанином Джоном Ньюлендсом.
Лишь в 1869 году на заседании Русского химического комитета было заслушано сообщение Дмитрия Менделеева об открытии им фундаментального закона природы — Периодического закона. В том же году вышел его учебник «Основы химии», в котором впервые этот закон был представлен в виде таблицы.
Конечно же и труды Меделеева подверглись жесточайшей научной критике! Его идеи не сразу признавались научным сообществом. Лишь только после того, как были открыты новые химические элементы, предсказанные ранее Менделеевым, например, галлий, скандий, германий, Периодический закон был окончательно признан, как одна из теоретических основ химии.
Первый способ: «раскраска»
Так как легко и просто выучить периодическую таблицу химических элементов Менделеева?
Первым способом можно начать знакомство с периодической таблицей ещё в детстве. Подберите карандаши соответствующего цвета, наклейте наклеечки с названиями элементов и дайте ребёнку раскрашивать таблицу.
Второй способ: «Морской бой»
Второй способ более интересней. Многие наверняка знакомы с игрой «Морской бой». Распечатайте таблицу и обозначьте цифрами и буквами вертикали и горизонтали. «Морской бой» начинается!
Со временем можно усложнять игру — например, перестать нумеровать столбцы и строки. И играть, называя только названия:
- Селен!
- Ранил…
- Теллур!
- Ранил…
- Полоний!
- Убил.
Если идти по дальнейшему пути усложнения игры, то вместо названия химических элементов, можно называть его атомную или молекулярную массу.
Попробуйте! Вы будете лучше ориентироваться в таблице!
Где используется
Использовать новое вещество начали сразу. Супруги Кюри не запатентовали продукт, считая его всеобщим достоянием. Предприимчивые граждане воспользовались этим.
«Философский камень»
Рынок Европы и Америки заполонила чудодейственная продукция: «молодильные» кремы, пудры, зубные пасты. Мошенники изготавливали также хлеб, печенье, шоколадки, «лечебную» воду, средство для повышения потенции.
Промышленность
Радий был микрокомпонентом светящейся краски. Ею снабжали циферблаты армейских компасов, часов, авиационных, морских приборов. В 1970-х радий заменили менее агрессивным тритием.
Советский армейский компас. Жёлтая краска содержит радий
Сферы применения единичны:
- В сплаве с бериллием – производитель альфа-частиц в радиево-бериллиевых накопителях нейтронов.
- Светящиеся составы (с сульфидом цинка).
- Маркер качества литья, сварных швов.
- Нейтрализация электростатических зарядов.
Применение вещества ограничивается главным недостатком – радиоактивностью.
Другие сферы
- Геологи применяют радиевые изотопы для определения возраста минералов, осадочных пород.
- Для геохимиков это индикатор движения океанской воды и концентрации урана.
- Ювелиры облучают радием драгоценные камни для улучшения цвета.
- Для медицины радий – источник газа радона (его добавляют в лечебные ванны). Кратковременное облучение радием – метод борьбы с онкологией.
Нахождение в природе
Радий – рассеянный элемент, микроконцентрации обнаружены в различных объектах.
Радиоактивный элемент Радия
Элемент распределен по биосфере неравномерно:
- Главный источник металла – урановая руда.
- Радий всегда содержат руды тория.
- Вымываясь оттуда, попадает в воду, нефтяные, газоносные пласты. Найден во вторичных минералах свинца.
За более чем 120 лет – со времени открытия – на Земле удалось получить полтора кг вещества.
Все природные изотопы радия сведены в таблицу:
| Изотоп | Историческое название | Семейство | Период полураспада | Тип распада | Дочерний изотоп (историческое название) |
|---|---|---|---|---|---|
| Радий-223 | актиний Х (AcX) | ряд урана-235 | 11,435 дня | α | радон-219 (актинон, An) |
| Радий-224 | торий Х (ThX) | ряд тория-232 | 3,66 дня | α | радон-220 (торон, Tn) |
| Радий-226 | радий (Ra) | ряд урана-238 | 1602 года | α | радон-222 (радон, Rn) |
| Радий-228 | мезоторий I (MsTh1) | ряд тория-232 | 5,75 года | β | актиний-228 (мезоторий II, MsTh2) |
Как создавалась периодическая таблица
Легенда гласит, что Менделеев задумал и создал свою таблицу в один день: 17 февраля 1869 года по русскому календарю (для большей части мира это 1 марта). Но это, вероятнее всего, преувеличение. Менделеев думал о группировании элементов годами, и другие химики несколько раз рассматривали понятие связей между элементами в предыдущие десятилетия.
На самом деле, немецкий физик Иоганн Вольфганг Доберейнер заметил особенности группирования элементов еще в 1817 году. В те дни химики еще не полностью поняли природу атомов, описанную атомной теорией Джона Дальтона в 1808 году. В своей «новой системе химической философии» Дальтон объяснил химические реакции, предполагая, что каждое элементарное вещество состоит из атома определенного типа.
Дальтон предположил, что химические реакции производили новые вещества, когда атомы разъединяются или соединяются. Он полагал, что любой элемент состоит исключительно из одного вида атома, который отличается от других по весу. Атомы кислорода весили в восемь раз больше, чем атомы водорода. Дальтон считал, что атомы углерода в шесть раз тяжелее водорода. Когда элементы объединяются для создания новых веществ, количество реагирующих веществ может быть рассчитано с учетом этих атомных весов.
Дальтон ошибался насчет некоторых масс – кислород в действительности в 16 раз тяжелее водорода, а углерод в 12 раз тяжелее водорода. Но его теория сделала идею об атомах полезной, вдохновив революцию в химии. Точное измерение атомной массы стало основной проблемой химиков на последующие десятилетия.
Размышляя об этих весах, Доберейнер отметил, что определенные наборы из трех элементов (он назвал их триадами) показывают интересную связь. Бром, например, имел атомную массу где-то между массами хлора и йода, и все эти три элемента демонстрировали сходное химическое поведение. Литий, натрий и калий также были триадой.
Другие химики заметили связи между атомными массами и химическими свойствами, но лишь в 1860-х годах атомные массы стали достаточно хорошо поняты и измерены, чтобы выработалось более глубокое понимание. Английский химик Джон Ньюландс заметил, что расположение известных элементов в порядке увеличения атомной массы приводило к повторению химических свойств каждого восьмого элемента. Эту модель он назвал «законом октав» в статье 1865 года. Но модель Ньюландса не очень хорошо держалась после первых двух октав, что заставило критиков предложить ему расставить элементы в алфавитном порядке. И как вскоре понял Менделеев, отношение свойств элементов и атомных масс были чуть более сложными.
Как был открыт
Открытие радия (1898 год) – заслуга Марии Кюри:
- Годами она работала с урановой смолкой. Это были отходы с местного предприятия. После извлечения урана они должны были быть «чистыми», но «фонили» сильнее чистого урана.
- Позднее к ней присоединился супруг Пьер и коллега Жан Бемон.
- Лишь через 12 лет была получена первая в истории «песчинка» чистого радия.
Реплики продуктов начала XX века, содержащих радий, на витрине в Музее Марии Кюри, Париж
Попутно Мария открыла элемент, который назвала полонием – в честь своей родной страны Польши.
Отопление радием-камин 21 века. Французская карточка 1910 года
В радии как металле с «подсветкой» видели неисчерпаемый источник тепла и света. Однако вскоре обнаружилась смертельная опасность радиации для биологических структур.
Название восходит к латинскому radius – луч. Так радиоактивный элемент назвали за постоянную светимость.
Периодический закон
К середине XIX века учёные располагали множеством сведений о физических и химических свойствах разных элементов и их соединений. Появилась необходимость упорядочить эти знания и представить их в наглядном виде. Исследователи из разных стран пытались создать классификацию, объединяя элементы по сходству состава и свойств веществ, которые они образуют. Однако ни одна из предложенных систем не охватывала все известные элементы.
Пытался решить эту задачу и молодой русский профессор Д.И. Менделеев. Он собирал и классифицировал информацию о свойствах элементов и их соединений, а затем уточнял её в ходе многочисленных экспериментов. Собрав данные, Дмитрий Иванович записал сведения о каждом элементе на карточки, раскладывал их на столе и многократно перемещал, пытаясь выстроить логическую систему. Долгие научные изыскания привели его к выводу, что свойства элементов и их соединений изменяются с возрастанием атомной массы, однако не монотонно, а периодически.
Так был открыт периодический закон, который учёный сформулировал следующим образом: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».
Своё открытие Менделеев совершил почти за 30 лет до того, как учёным удалось понять структуру атома. Открытия в области атомной физики позволили установить, что свойства элементов определяются не атомной массой, а зависят от количества электронов, содержащихся в нём. Поэтому современная формулировка закона звучит так:
Свойства химических элементов, а также формы и свойства образуемых ими веществ и соединений находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов.
Этот принцип Менделеев проиллюстрировал в таблице, в которой были представлены все 63 известных на тот момент химических элемента. При её создании учёный предпринял ряд весьма смелых шагов.
<<Форма демодоступа>>
Во-первых, многочисленные эксперименты позволили Менделееву сделать вывод, что атомные массы некоторых элементов ранее были вычислены неправильно, и он изменил их в соответствии со своей системой.
Во-вторых, в таблице были оставлены места для новых элементов, открытие которых учёный предсказал, подробно описав их свойства.
Первый вариант Периодической таблицы элементов, составленной Д.И. Менделеевым.
Мировое научное сообщество поначалу скептически отнеслось к открытию русского химика. Однако вскоре были открыты предсказанные им химические элементы: галлий, скандий и германий. Это разрушило сомнения в правильности системы Менделеева, которая навсегда изменила науку. Там, где раньше учёному требовалось провести ряд сложнейших (и даже не всегда возможных в реальности) опытов — теперь стало достаточно одного взгляда в таблицу.
Теперь расскажем, как устроена Периодическая таблица элементов Менделеева и как ею пользоваться.
