< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Хімічні властивості цезію та стронцію

Цезій (Cs) – хімічний елемент першої групи Періодичної системи Д.І. Менделєєва з відносною атомною масою 132,91. Атомний номер 55; температура плавлення 28,5 °С; температура кипіння 688°С; густина 1,873 г • см-3 при 20 °С; належить до лужних металів. В усіх сполуках Cs одновалентний. Метал Cs – хімічно активний елемент, сполучається з киснем з миттєвим спалахуванням, з водою реагує з вибухом. Cs бурхливо реагує з усіма кислотами, реакція відбувається з виділенням водню та утворенням відповідних солей Cs, більшість з яких добре розчинні [314, 389]. За іонним радіусом Cs стоїть найближче до рубідію (Rb) і калію (К). Цим визначається ізоморфізм більшості сполук Cs і Rb та їх спільна присутність у мінералах значно поширеного К. Атоми Cs і Rb здатні заміщувати атоми К у кристалічній решітці мінералів [185, 206]. Найінтенсивніше Cs поглинається вермікулітом, флогопітом, гідрофлогопітом, міканітом, гумбрином [205]. Ця властивість відіграє надзвичайно важливу роль у процесах міграції Cs – незважаючи на високу розчинність його сполук, він проникає у кристалічні решітки глинистих мінералів, міцно зв'язуючись тонкодисперсною частиною ґрунту [6, 42, 235, 259, 300, 302], та визначає перспективу захоронения цезієвих радіоактивних відходів у мінералоподібні матриці з метою тривалого зберігання [336, 337].

Cs відрізняється незначною власною комплексотвірною здатністю, проте входить у комплексні сполуки як позасферний катіон. При цьому його вплив на процеси комплексоутворення іноді надзвичайно великий, що визначається більшою, ніж у інших лужних металів, здатністю до поляризації та меншою – до гідратації. Міцність більшості комплексних сполук, що містять лужні елементи, зростає від літію до цезію [243]. Тому крім глинистих мінералів Cs міцно зв'язують органічні речовини ґрунту, утворюючи гумати та фульвати. Останні характеризуються значно вищою рухливістю. Водорозчинні речовини, що утворюються внаслідок мінералізації рослинних решток, також збільшують рухливість Cs [97, 324].

Cs належить до групи рідкісних елементів. У дуже незначних концентраціях він міститься практично в усіх об'єктах навколишнього середовища [391]. Вміст його в земній корі не перевищує 7•10-4 % [21]. Середній вміст Cs в організмі людини становить близько 1,5 мг; 55 % з них міститься у м'язах, 11 % – у кістках [392].

Cs має 23 ізотопи з масовим числом 123–144, з них 22 ізотопи – радіоактивні і лише один – l33Cs – стабільний [72, 73, 80, 141]. Всі радіоактивні ізотопи Cs – штучні, утворюються або під час вимушеного ділення ядер атомів важких елементів у ядерних реакторах, або під час ядерних вибухів, або з використанням прискорювачів заряджених частинок. Природний Cs представлений лише одним стабільним ізотопом ,33Cs. Серед усіх радіоактивних ізотопів Cs найнебезпечнішим з медико-біологічного погляду є 137Cs, що утворюється внаслідок послідовного розпаду ланцюга продуктів поділу з масовим числом 137 [411]:

Схему розпаду 137Cs показано на рис. 4.1.

Загалом до 1963 р. (підписання більшістю країн договору про заборону випробувань ядерної зброї в трьох середовищах) унаслідок ядерних випробувань в атмосфері і космосі утворилося близько 1,2•1018 Бк 137Cs [184], тобто в 30 разів більше, ніж викинуто з аварійного енергоблока ЧАЕС.

Стронцій (Sr) – елемент другої групи Періодичної системи Д.І. Менделєєва з атомним номером 38, належить до підгрупи лужноземельних елементів. Атомна маса 87,63; густина 2,63 г • см"3 при 20 °С; температура плавлення 770 °С; температура кипіння 1380 °С.

За хімічними властивостями Sr подібний до Са і Ва, займаючи проміжне положення між ними. У сполуках Sr двовалентний. Належить до найбільш електронегативних металів, що визначає його високу хімічну активність. Сильний відновлювач, витісняє водень не лише з розбавлених кислот, а й з води, а також усі важкі метали з розчинів їх солей. При нагріванні на повітрі метал Sr спалахує, а порошкоподібний – самозапалюється за кімнатної температури.

З неметалами Sr сполучається досить енергійно з виділенням значної кількості тепла. За підвищених температур (понад 200°С) Sr взаємодіє з воднем, азотом (понад 400°С), фосфором, сіркою та галогенами. Слабо взаємодіє з концентрованими кислотами (HNO3 і H2SO4). Розбавлені кислоти розчиняють Sr з утворенням відповідних солей. Солі мінеральних кислот з аніонами Сl-, Вг, Г, N03“ легкорозчинні, з аніонами Р, SO42-, СO32-, РO43- – важкорозчинні у воді [246].

Вміст Sr у земній корі становить (4,0-4,5) 10-2 % [56, 273]. В утвореннях земної кори Sr виступає геохімічним аналогом Са. Ці два елементи мають близькі значення радіуса іонів, розчинності сполук з аніонами, константи стійкості комплексних сполук тощо. Порівняння їх фізико-хімічних властивостей свідчить про те, що Sr, маючи менші іонний радіус та електровід'ємність, має бути ще більш слабким комплексоутворювачем, ніж Са. У водах четвертинного горизонту у формі Sr2+ знаходиться 98 % і лише 0,5 % – у формі комплексних сполук з фульвокислотами. У ґрунтових розчинах частка органічних комплексів Sr може сягати 5 % [300]. За розрахунками Г.М. Варшалл зі співавт. [52], у поверхневих водах частка Sr, пов'язана у фульвокомплекси, становить близько 2,5, іонні форми – понад 95 %.

У природі є чотири стабільні ізотопи стронцію: 84Sr (0,56 %), 86Sr (9,86 %), 87Sr (7,02 %), 88Sr (82,56 %), причому вміст 87Sr коливається, оскільки він утворюється під час розпаду радіоактивного довгоіснуючого ізотопу 87Rb [401].

Крім стабільних ізотопів отримано штучні радіоактивні ізотопи Sr з масовим числом від 80 до 97 та періодом піврозпаду від кількох хвилин до 30 років. Довгоіснуючі ізотопи 89Sr (7!Λ = 53,6 доби) та 90Sr (Т,Л = 29,12 року) утворюються з великим виходом в ядерних реакціях поділу урану, зокрема під час ядерних вибухів. Ізотоп 90Sr належить до найнебезпечніших радіоактивних ізотопів. Поряд з великим періодом піврозпаду він має властивість міцно утримуватися в організмі, накопичуватися в кістках, що зумовлює опромінення кісткового мозку [174].

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >