בין כל מרכיבי הטבלה המחזורית, חלק ניכר שייך לאלו שרוב האנשים מדברים עליהם בפחד. איך אחרת? אחרי הכל, הם רדיואקטיביים, מה שאומר איום ישיר על בריאות האדם.
בואו ננסה להבין בדיוק אילו יסודות מסוכנים ומהם, וגם לגלות מהי ההשפעה המזיקה שלהם על גוף האדם.
תפיסה כללית של קבוצה של יסודות רדיואקטיביים
קבוצה זו כוללת מתכות. יש הרבה מהם, הם ממוקמים במערכת המחזורית מיד לאחר עופרת ועד לתא האחרון. הקריטריון העיקרי שלפיו נהוג לייחס יסוד כזה או אחר לקבוצה הרדיואקטיבית הוא יכולתו לקבל זמן מחצית חיים מסוים.
במילים אחרות, דעיכה רדיואקטיבית היא הפיכה של גרעין מתכת לילד אחר, המלווה בפליטת קרינה מסוג מסוים. במקביל, חלק מהאלמנטים הופכים לאחרים.
מתכת רדיואקטיבית היא מתכת שבה לפחות איזוטופ אחד רדיואקטיבי. גם אם כל הזניםיהיו שישה, ובמקביל רק אחד מהם יהיה נושא של תכונה זו, היסוד כולו ייחשב רדיואקטיבי.
סוגי קרינה
סוגי הקרינה העיקריים הנפלטים על ידי מתכות במהלך ריקבון הם:
- חלקיקי אלפא;
- חלקיקי בטא או ריקבון ניטרינו;
- מעבר איזומר (קרני גמא).
ישנן שתי אפשרויות לקיומם של אלמנטים כאלה. הראשון הוא טבעי, כלומר, כאשר מתכת רדיואקטיבית מתרחשת בטבע ובצורה הפשוטה ביותר, בהשפעת כוחות חיצוניים, עם הזמן היא הופכת לצורות אחרות (מראה את הרדיואקטיביות והדעיכה שלה).
הקבוצה השנייה היא מתכות שנוצרו באופן מלאכותי על ידי מדענים, המסוגלות להתפרק במהירות ולשחרור רב עוצמה של כמויות גדולות של קרינה. זה נעשה לשימוש בתחומי פעילות מסוימים. מתקנים שבהם נוצרות תגובות גרעיניות על ידי הפיכת יסוד אחד למשנהו נקראים סינכרופאסוטרונים.
ההבדל בין שתי שיטות מחצית החיים המצוינות ברור: בשני המקרים הוא ספונטני, עם זאת, רק מתכות שהושגו באופן מלאכותי נותנות בדיוק תגובות גרעיניות בתהליך ההרס.
ייעוד בסיסי של אטומים דומים
מכיוון שלרוב היסודות יש רק איזוטופים אחד או שניים שהם רדיואקטיביים, נהוג לציין בייעודים סוג מסוים, ולא את כל היסוד בכללותו. לדוגמה, עופרת היא רק חומר. אם ניקח בחשבון שמדובר במתכת רדיואקטיבית, אזצריך לקרוא, למשל, "lead-207".
זמן מחצית החיים של החלקיקים המדוברים יכולים להשתנות מאוד. ישנם איזוטופים שקיימים רק 0.032 שניות. אבל בדומה להם יש כאלה שמתכלים במשך מיליוני שנים בבטן האדמה.
רשימת מתכות רדיואקטיביות
רשימה מלאה של כל האלמנטים השייכים לקבוצה הנבדקת יכולה להיות מרשימה למדי, כי בסך הכל היא כוללת כ-80 מתכות. קודם כל, אלו כל העומדים במערכת המחזורית לאחר עופרת, כולל קבוצת הלנתנידים והאקטינידים. כלומר, ביסמוט, פולוניום, אסטטין, ראדון, פרנציום, רדיום, רותרפודיום וכן הלאה במספרים סידוריים.
מעל הגבול המצוין יש נציגים רבים, שלכל אחד מהם יש גם איזוטופים. עם זאת, חלקם עשויים להיות רק רדיואקטיביים. לכן, חשוב אילו זנים יש ליסוד כימי. מתכת רדיואקטיבית, או יותר נכון אחד מהזנים האיזוטופים שלה, נמצאת כמעט בכל נציג של הטבלה. לדוגמה, יש להם:
- calcium;
- selenium;
- hafnium;
- טונגסטן;
- osmium;
- bismuth;
- indium;
- פוטסיום;
- rubidium;
- זירקוניום;
- europium;
- רדיו ואחרים.
לכן, ברור שיש הרבה יסודות שמפגינים את תכונות הרדיואקטיביות - רובם המכריע. חלקם בטוחים בשל זמן מחצית חיים ארוך מדי ונמצאים בטבע, בעוד שאחרים נוצרים באופן מלאכותי על ידי האדם.לצרכים שונים במדע ובטכנולוגיה והוא מסוכן ביותר לגוף האדם.
אפיון של רדיום
שם היסוד ניתן על ידי מגליו - בני הזוג קירי, פייר ומריה. האנשים האלה הם שגילו לראשונה שאחד האיזוטופים של מתכת זו - רדיום-226 - הוא הצורה היציבה ביותר, בעלת התכונות המיוחדות של רדיואקטיביות. זה קרה ב-1898, ותופעה דומה רק נודעה. בני זוגם של כימאים פשוט החלו במחקר מפורט על זה.
האטימולוגיה של המילה נובעת מהשפה הצרפתית, שבה היא נשמעת כמו רדיום. ידועים בסך הכל 14 שינויים איזוטופים של יסוד זה. אבל הצורות היציבות ביותר עם מספרי מסה הן:
- 220;
- 223;
- 224;
- 226;
- 228.
לצורה 226 יש רדיואקטיביות בולטת. רדיום עצמו הוא יסוד כימי עם מספר 88. מסה אטומית [226]. כמה חומר פשוט מסוגל להתקיים. זוהי מתכת רדיואקטיבית כסופה-לבנה עם נקודת התכה של כ-6700C.
מנקודת מבט כימית, הוא מפגין דרגת פעילות גבוהה למדי ומסוגל להגיב עם:
- מים;
- חומצות אורגניות, יוצרות קומפלקסים יציבים;
- תחמוצת יוצרות חמצן.
נכסים ויישומים
כמו כן, רדיום הוא יסוד כימי היוצר סדרה של מלחים. ידועים הניטרידים, הכלורידים, הסולפטים, הניטרטים, הקרבונטים, הפוספטים, הכרומטים שלו. ישנם גם מלחים כפולים עם טונגסטן ובריליום.
את העובדה שרדיום-226 עלול להיות מסוכן לבריאות, המגלה שלו פייר קירי לא זיהה מיד. עם זאת, הוא הצליח לאמת זאת כשערך ניסוי: במשך יום הוא הלך עם מבחנה שמתכת קשורה לכתף זרועו. כיב שאינו מרפא הופיע במקום המגע עם העור, שהמדען לא הצליח להיפטר ממנו במשך יותר מחודשיים. בני הזוג לא סירבו לניסויים שלהם בתופעת הרדיואקטיביות, ולכן שניהם מתו ממנת קרינה גדולה.
בנוסף להיותו שלילי, ישנם מספר אזורים שבהם נעשה שימוש ברדיום-226 ומועיל:
- מחוון שינוי מפלס המים באוקיינוס.
- משמש לקביעת כמות האורניום בסלע.
- כלול בתערובות תאורה.
- משמש ברפואה ליצירת אמבטיות ראדון טיפוליות.
- משמש להסרת מטענים חשמליים.
- בעזרתו, זיהוי פגמים ביציקות מתבצע ותפרים של חלקים מרותכים.
פלוטוניום והאיזוטופים שלו
אלמנט זה התגלה בשנות הארבעים של המאה העשרים על ידי מדענים אמריקאים. היא בודדה לראשונה מעפרת אורניום, שבה היא נוצרה מנפטוניום. האחרון הוא תוצאה של ריקבון של גרעין האורניום. כלומר, כולם קשורים זה לזה על ידי טרנספורמציות רדיואקטיביות נפוצות.
יש כמה איזוטופים יציבים של מתכת זו. עם זאת, הזן הנפוץ והחשוב ביותר הוא פלוטוניום-239. תגובות כימיות ידועות של זהמתכת c:
- oxygen,
- acids;
- מים;
- alkali;
- halogens.
מבחינת התכונות הפיזיקליות שלה, פלוטוניום-239 היא מתכת שבירה עם נקודת התכה של 6400C. שיטות ההשפעה העיקריות על הגוף הן היווצרות הדרגתית של מחלות אונקולוגיות, הצטברות בעצמות וגרימת הרס שלהן, מחלות ריאה.
תחום השימוש הוא בעיקר התעשייה הגרעינית. ידוע שבמהלך התפרקות גרם אחד של פלוטוניום-239 משתחררת כמות כזו של חום המשתווה ל-4 טון פחם שרוף. לכן סוג זה של מתכת נמצא בשימוש כה נרחב בתגובות. פלוטוניום גרעיני הוא מקור אנרגיה בכורים גרעיניים ובפצצות תרמו-גרעיניות. הוא משמש גם לייצור סוללות לאחסון אנרגיה חשמלית, אשר חיי השירות שלהן יכולים להגיע לחמש שנים.
אורניום הוא מקור לקרינה
יסוד זה התגלה בשנת 1789 על ידי הכימאי הגרמני קלפרוט. עם זאת, אנשים הצליחו לחקור את תכונותיו וללמוד כיצד ליישם אותם רק במאה ה-20. המאפיין העיקרי הוא שאורניום רדיואקטיבי מסוגל ליצור גרעינים במהלך ריקבון טבעי:
- lead-206;
- krypton;
- plutonium-239;
- lead-207;
- xenon.
בטבע, מתכת זו היא בצבע אפור בהיר, בעלת נקודת התכה של מעל 11000C. נמצא במינרלים:
- Uranium mica.
- Uraninite.
- Nasturan.
- אימות.
- Tyuyanmunit.
ידועים שלושה איזוטופים טבעיים יציבים ו-11 איזוטופים מסונתזים באופן מלאכותי, עם מספרי מסה מ-227 עד 240.
בתעשייה, אורניום רדיואקטיבי נמצא בשימוש נרחב, המסוגל להתפרק במהירות עם שחרור אנרגיה. אז הוא משמש:
- בגיאוכימיה;
- mining;
- כורים גרעיניים;
- בייצור נשק גרעיני.
ההשפעה על גוף האדם אינה שונה מהמתכות הנחשבות הקודמות - הצטברות מובילה למינון מוגבר של קרינה ולהופעת גידולים סרטניים.
אלמנטים טרנס-אוראניים
החשובות מבין המתכות הבאות לאורניום בטבלה המחזורית הן אלו שהתגלו לאחרונה. פשוטו כמשמעו בשנת 2004, פורסמו מקורות המאשרים את לידתו של היסוד ה-115 של המערכת המחזורית.
הם הפכו למתכת הרדיואקטיבית ביותר מכל הידוע כיום - ununpentium (Uup). תכונותיו נותרו לא נחקרו עד כה, מכיוון שזמן מחצית החיים הוא 0.032 שניות! פשוט בלתי אפשרי לשקול ולחשוף את פרטי המבנה והמאפיינים המתבטאים בתנאים כאלה.
עם זאת, הרדיואקטיביות שלו גבוהה פי כמה מהאינדיקטורים של היסוד השני מבחינת תכונה זו - פלוטוניום. אף על פי כן, לא נעשה שימוש בפועל ב-ununpentium, אלא בחבריו ה"איטיים" יותר לטבלה - אורניום, פלוטוניום, נפטניום, פולוניום ואחרים.
יסוד נוסף - unbibium - קיים תיאורטית, אבל כדי להוכיח זאתלמעשה, מדענים ממדינות שונות לא יכולים מאז 1974. הניסיון האחרון נעשה ב-2005, אך לא אושר על ידי המועצה הכללית של הכימאים.
Thorium
הוא התגלה עוד במאה ה-19 על ידי ברזליוס ונקרא על שמו של האל הסקנדינבי תור. זוהי מתכת רדיואקטיבית חלשה. לחמישה מ-11 האיזוטופים שלו יש תכונה זו.
היישום העיקרי באנרגיה גרעינית אינו מבוסס על היכולת לפלוט כמות עצומה של אנרגיה תרמית במהלך ריקבון. המוזרות היא שגרעיני התוריום מסוגלים ללכוד נויטרונים ולהפוך לאורניום-238 ופלוטוניום-239, שכבר נכנסים ישירות לתגובות גרעיניות. לכן, ניתן לייחס תוריום גם לקבוצת המתכות שאנו שוקלים.
פולוניום
מתכת רדיואקטיבית כסופה-לבנה מספר 84 במערכת המחזורית. הוא התגלה על ידי אותם חוקרים נלהבים של רדיואקטיביות וכל מה שקשור בה, בני הזוג מארי ופייר קירי ב-1898. התכונה העיקרית של חומר זה היא שהוא קיים בחופשיות במשך כ-138.5 ימים. כלומר, זהו זמן מחצית החיים של המתכת הזו.
הוא נמצא בטבע כחלק מאורניום ומעפרות אחרות. הוא משמש כמקור אנרגיה, וחזק למדי. זוהי מתכת אסטרטגית, מכיוון שהיא משמשת לייצור נשק גרעיני. הכמות מוגבלת בהחלט ונמצאת בשליטתה של כל מדינה.
משמש גם ליינון אוויר, ביטול חשמל סטטי בחדר, לייצור חללתנורי חימום ופריטים דומים אחרים.
השפעה על גוף האדם
לכל המתכות הרדיואקטיביות יש את היכולת לחדור לעור האדם ולהצטבר בתוך הגוף. הם מופרשים בצורה גרועה מאוד עם חומרי פסולת, הם לא מופרשים עם זיעה בכלל.
עם הזמן, הם מתחילים להשפיע על מערכת הנשימה, מחזור הדם, העצבים, וגורמים לשינויים בלתי הפיכים בהם. הם משפיעים על התאים, וגורמים להם לתפקד בצורה לא נכונה. כתוצאה מכך, היווצרות גידולים ממאירים, מחלות אונקולוגיות מתרחשות.
לכן, כל מתכת רדיואקטיבית מהווה סכנה גדולה לבני אדם, במיוחד אם אנחנו מדברים עליה בצורתן הטהורה. אין לגעת בהם בידיים לא מוגנות ולהיות איתם בתוך הבית ללא ציוד מגן מיוחד.
