Rádio

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Rádio,  88 Ra
Radium226.jpg
Rádio
Pronúncia/ R d i ə m / ( RAIO -dee, əm )
Aparênciametálico branco prateado
Número de massa[226]
Rádio na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Ba

Ra

( Ubn )
frânciorádioactínio
Número atômico ( Z )88
Grupogrupo 2 (metais alcalino-terrosos)
Períodoperíodo 7
Bloquear  bloco s
Configuração de elétron[ Rn ] 7s 2
Elétrons por camada2, 8, 18, 32, 18, 8, 2
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido
Ponto de fusão973  K (700 ° C, 1292 ° F) (disputado)
Ponto de ebulição2010 K (1737 ° C, 3159 ° F)
Densidade (próximo à  rt )5,5 g / cm 3
Calor de fusão8,5  kJ / mol
Calor da vaporização113 kJ / mol
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 mil 10 k 100 k
em  T  (K) 819 906 1037 1209 1446 1799
Propriedades atômicas
Estados de oxidação+2 (espera-se que tenha umóxidofortemente básico )
Eletro-negatividadeEscala de Pauling: 0,9
Energias de ionização
  • 1o: 509,3 kJ / mol
  • 2º: 979,0 kJ / mol
Raio covalente221 ±  14h
Raio de Van der Waals283 pm
Color lines in a spectral range
Linhas espectrais de rádio
Outras propriedades
Ocorrência naturalda decadência
Estrutura de cristalcúbica de corpo centrado (BCC)
Body-centered cubic crystal structure for radium
Condutividade térmica18,6 W / (m⋅K)
Resistividade elétrica1 µΩ⋅m (a 20 ° C)
Ordenação magnéticanão magnético
Número CAS7440-14-4
História
DescobertaPierre e Marie Curie (1898)
Primeiro isolamentoMarie Curie (1910)
Principais isótopos de rádio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
223 Ra vestígio 11,43 d α 219 Rn
224 Ra vestígio 3,6319 d α 220 Rn
225 Ra vestígio 14,9 d β - 225 Ac
226 Ra vestígio 1600 anos α 222 Rn
228 Ra vestígio 5,75 a β - 228 Ac
Category Categoria: Rádio
| referências

O rádio é um elemento químico com o símbolo  Ra e número atômico  88. É o sexto elemento do grupo 2 da tabela periódica , também conhecido como metais alcalino-terrosos . O rádio puro é branco prateado, mas reage prontamente com o nitrogênio (em vez do oxigênio) na exposição ao ar, formando uma camada superficial preta de nitreto de rádio (Ra 3 N 2 ). Todos os isótopos de rádio são altamente radioativos , com o isótopo mais estável sendo o rádio-226 , que tem meia-vida de 1600 anos e decai emgás radônio (especificamente o isótopo radônio-222 ). Quando o rádio se decompõe, a radiação ionizante é um subproduto, que pode excitar produtos químicos fluorescentes e causar radioluminescência .

O rádio, na forma de cloreto de rádio , foi descoberto por Marie e Pierre Curie em 1898 a partir do minério extraído de Jáchymov . Eles extraíram o composto de rádio da uraninita e publicaram a descoberta na Academia Francesa de Ciências cinco dias depois. O rádio foi isolado em seu estado metálico por Marie Curie e André-Louis Debierne por meio da eletrólise do cloreto de rádio em 1911. [1]

Na natureza, o rádio é encontrado no urânio e (em menor extensão) nos minérios de tório em pequenas quantidades, como um sétimo de grama por tonelada de uraninita. O rádio não é necessário para os organismos vivos , e efeitos adversos à saúde são prováveis ​​quando ele é incorporado a processos bioquímicos por causa de sua radioatividade e reatividade química. Atualmente, exceto seu uso na medicina nuclear , o rádio não tem aplicações comerciais; anteriormente, era usado como uma fonte radioativa para dispositivos radioluminescentes e também no charlatanismo radioativopor seus supostos poderes curativos. Hoje, essas aplicações anteriores não estão mais em voga porque a toxicidade do rádio se tornou conhecida, e isótopos menos perigosos são usados ​​em dispositivos radioluminescentes.

Propriedades agregadas

O rádio é o metal alcalino-terroso mais pesado conhecido e é o único membro radioativo de seu grupo. Suas propriedades físicas e químicas se assemelham mais ao bário, seu congênere mais leve . [2]

O rádio puro é um metal branco prateado volátil , embora seus congêneres mais claros , cálcio , estrôncio e bário, tenham uma leve coloração amarela. [2] Esta tonalidade desaparece rapidamente com a exposição ao ar, produzindo uma camada preta de nitreto de rádio (Ra 3 N 2 ). [3] Seu ponto de fusão é 700 ° C (1.292 ° F) ou 960 ° C (1.760 ° F) [a] e seu ponto de ebulição é 1.737 ° C (3.159 ° F). Ambos os valores são ligeiramente inferiores aos do bário, confirmando tendências periódicas para baixo nos elementos do grupo 2. [4] Como o bário e ometais alcalinos , o rádio se cristaliza na estrutura cúbica centrada no corpo em temperatura e pressão padrão : a distância de ligação rádio-rádio é de 514,8  picômetros . [5] O rádio tem uma densidade de 5,5 g / cm 3 , maior do que a do bário, novamente confirmando as tendências periódicas; a razão de densidade de rádio-bário é comparável à razão de massa atômica de rádio-bário, [6] devido às estruturas cristalinas semelhantes dos dois elementos. [6] [7]

Isótopos

Cadeia de decaimento de 238 U, o progenitor primordial de 226 Ra

O rádio tem 33 isótopos conhecidos, com números de massa de 202 a 234: todos eles são radioativos . [8] Quatro destes - 223 Ra ( meia-vida 11,4 dias), 224 Ra (3,64 dias), 226 Ra (1600 anos) e 228 Ra (5,75 anos) - ocorrem naturalmente nas cadeias de decaimento do tório primordial -232 , urânio-235 e urânio-238 ( 223 Ra de urânio-235, 226 Ra de urânio-238 e os outros dois de tório-232). Esses isótopos, no entanto, ainda têm meia-vidamuito curtos para serem radionuclídeos primordiais e só existem na natureza a partir dessas cadeias de decomposição. [9] Junto com o 225 Ra (15 d) principalmente artificial , que ocorre na natureza apenas como um produto de decaimento de traços minúsculos de 237 Np, [10] estes são os cinco isótopos de rádio mais estáveis. [11] Todos os outros isótopos de rádio conhecidos têm meia-vida inferior a duas horas, e a maioria tem meia-vida inferior a um minuto. [8] Pelo menos 12 isômeros nucleares foram relatados; o mais estável deles é o rádio-205m, com meia-vida entre 130 e 230 milissegundos; ainda é menor do que vinte e quatro estado fundamentalisótopos de rádio. [8]

No início da história do estudo da radioatividade, os diferentes isótopos naturais do rádio recebiam nomes diferentes. Neste esquema, 223 Ra foi denominado actínio X (AcX), 224 Ra tório X (ThX), 226 Ra rádio (Ra) e 228 Ra mesotório 1 (MsTh 1 ). [9] Quando se percebeu que todos esses são isótopos do mesmo elemento, muitos desses nomes caíram em desuso, e "rádio" passou a se referir a todos os isótopos, não apenas 226 Ra. Alguns dos produtos de decaimento do rádio-226 receberam nomes históricos, incluindo "rádio", variando de rádio A a rádio G, com a letra indicando aproximadamente a que distância eles estavam na cadeia de seu pai 226Ra. Emanação de rádio = 222 Rn, RaA = 218 Po, RaB = 214 Pb, RaC = 214 Bi, RaC 1 = 214 Po, RaC 2 = 210 Tl, RaD = 210 Pb, RaE = 210 Bi, RaF = 210 Po e RaG = 206 Pb. [11] [12]

226 Ra é o isótopo mais estável do rádio e é o último isótopo na  cadeia de decaimento (4 n + 2) do urânio-238 com meia-vida de mais de um milênio: ele compõe quase todo o rádio natural. Seu produto de decomposição imediata é o denso gás nobre radioativo radônio (especificamente o isótopo 222 Rn ), que é responsável por grande parte do perigo do rádio ambiental. [13] É 2,7 milhões de vezes mais radioativo do que a mesma quantidade molar de urânio natural (principalmente urânio-238), devido à sua meia-vida proporcionalmente mais curta. [14] [15]

Uma amostra de metal de rádio se mantém em uma temperatura mais alta do que seu ambiente por causa da radiação que emite - partículas alfa , partículas beta e raios gama . Mais especificamente, o rádio natural (que é principalmente 226 Ra) emite principalmente partículas alfa, mas outras etapas em sua cadeia de decaimento (a série de urânio ou rádio ) emitem partículas alfa ou beta, e quase todas as emissões de partículas são acompanhadas por raios gama. [16]

Em 2013, foi descoberto que o núcleo do rádio-224 é em forma de pêra. Esta foi a primeira descoberta de um núcleo assimétrico. [17]

Química

O rádio, como o bário, é um metal altamente reativo e sempre exibe seu estado de oxidação de grupo +2. [3] Ele forma o cátion Ra 2+ incolor em solução aquosa , que é altamente básico e não forma complexos prontamente. [3] A maioria dos compostos de rádio são, portanto , compostos iônicos simples , [3] embora a participação dos elétrons 6s e 6p (além dos elétrons 7s de valência) seja esperada devido aos efeitos relativísticos e aumentaria o caráter covalente dos compostos de rádio, como Ra F 2 e RaÀs 2 . [18] Por esta razão, o potencial de eletrodo padrão para a meia-reação Ra 2+ (aq) + 2e - → Ra (s) é -2,916  V , mesmo ligeiramente menor do que o valor -2,92 V para bário, enquanto os valores tinha anteriormente aumentado suavemente ao longo do grupo (Ca: -2,84 V; Sr: -2,89 V; Ba: -2,92 V). [19] Os valores de bário e rádio são quase exatamente iguais aos dos metais alcalinos mais pesados , potássio , rubídio e césio . [19]

Compostos

Os compostos de rádio sólidos são brancos, pois os íons de rádio não fornecem uma coloração específica, mas gradualmente tornam-se amarelos e depois escuros com o tempo devido à autorradiólise do decaimento alfa do rádio . [3] Os compostos insolúveis de rádio coprecipitam com todo o bário, a maioria do estrôncio e a maioria dos compostos de chumbo . [20]

O óxido de rádio (RaO) não foi caracterizado há muito tempo, apesar dos óxidos serem compostos comuns para outros metais alcalino-terrosos. O hidróxido de rádio (Ra (OH) 2 ) é o mais facilmente solúvel entre os hidróxidos alcalino-terrosos e é uma base mais forte do que seu congênere de bário , o hidróxido de bário . [21] Também é mais solúvel que o hidróxido de actínio e o hidróxido de tório : esses três hidróxidos adjacentes podem ser separados por precipitação com amônia . [21]

O cloreto de rádio (RaCl 2 ) é um composto luminoso incolor. Torna-se amarelo depois de algum tempo devido à autodestruição pela radiação alfa emitida pelo rádio quando ele se decompõe. Pequenas quantidades de impurezas de bário dão ao composto uma cor rosa. [21] É solúvel em água, embora menos do que o cloreto de bário , e sua solubilidade diminui com o aumento da concentração de ácido clorídrico . A cristalização em solução aquosa dá o di-hidrato RaCl 2 · 2H 2 O, isomorfo com o seu análogo de bário. [21]

O brometo de rádio (RaBr 2 ) também é um composto luminoso incolor. [21] Na água, é mais solúvel do que o cloreto de rádio. Como o cloreto de rádio, a cristalização em solução aquosa dá o di-hidrato RaBr 2 · 2H 2 O, isomorfo com seu análogo de bário. A radiação ionizante emitida pelo brometo de rádio excita as moléculas de nitrogênio no ar, fazendo-o brilhar. As partículas alfa emitidas pelo rádio ganham rapidamente dois elétrons para se tornarem hélio neutro , que se acumula internamente e enfraquece os cristais de brometo de rádio. Esse efeito às vezes faz com que os cristais se quebrem ou mesmo explodam. [21]

Nitrato de rádio (Ra (NO 3 ) 2 ) é um composto branco que pode ser feito dissolvendo carbonato de rádio em ácido nítrico . Conforme a concentração de ácido nítrico aumenta, a solubilidade do nitrato de rádio diminui, uma propriedade importante para a purificação química do rádio. [21]

O rádio forma praticamente os mesmos sais insolúveis que seu congênere mais leve: ele forma o sulfato insolúvel (RaSO 4 , o sulfato mais insolúvel conhecido), cromato (RaCrO 4 ), carbonato (RaCO 3 ), iodato (Ra (IO 3 ) 2 ) , tetrafluoroberilato (RaBeF 4 ) e nitrato (Ra (NO 3 ) 2 ). Com exceção do carbonato, todos eles são menos solúveis em água do que os sais de bário correspondentes, mas são todos isoestruturais em relação às suas contrapartes de bário. Além disso, o fosfato de rádio ,oxalato e sulfito são provavelmente também insolúveis, visto que coprecipitam com os correspondentes sais de bário insolúveis. [22] A grande insolubilidade do sulfato de rádio (a 20 ° C, apenas 2,1  mg se dissolvem em 1  kg de água) significa que ele é um dos compostos de rádio menos perigosos biologicamente. [23] O grande raio iônico de Ra 2+ (148 pm) resulta em fraca complexação e má extração de rádio de soluções aquosas quando não em pH alto. [24]

Ocorrência

Todos os isótopos de rádio têm meias-vidas muito mais curtas do que a idade da Terra , de modo que qualquer rádio primordial já teria decaído há muito tempo. No entanto, o rádio ainda ocorre no ambiente , pois os isótopos 223 Ra, 224 Ra, 226 Ra e 228 Ra fazem parte das cadeias de decaimento dos isótopos naturais de tório e urânio; como o tório e o urânio têm meias-vidas muito longas, essas filhas são continuamente regeneradas por sua decomposição. [9] Destes quatro isótopos, o de vida mais longa é 226 Ra (meia-vida de 1600 anos), um produto da decomposição do urânio natural. Por causa de sua longevidade relativa, 226Ra é o isótopo mais comum do elemento, constituindo cerca de uma parte por trilhão da crosta terrestre; essencialmente todo o rádio natural é 226 Ra. [25] Assim, o rádio é encontrado em pequenas quantidades na uraninita de minério de urânio e em vários outros minerais de urânio , e em quantidades ainda menores nos minerais de tório. Uma tonelada de pechblenda normalmente rende cerca de um sétimo de um grama de rádio. [26] Um quilograma da crosta terrestre contém cerca de 900  picogramas de rádio e um litro de água do marcontém cerca de 89  femtogramas de rádio. [27]

História

Marie e Pierre Curie experimentando rádio, um desenho de André Castaigne
Tubo de vidro de cloreto de rádio mantido pelo US Bureau of Standards que serviu como o principal padrão de radioatividade para os Estados Unidos em 1927.

O rádio foi descoberto por Marie Skłodowska-Curie e seu marido Pierre Curie em 21 de dezembro de 1898, em uma amostra de uraninita (pitchblende) de Jáchymov . [28] Enquanto estudavam o mineral anteriormente, os Curie removeram o urânio dele e descobriram que o material restante ainda era radioativo. Em julho de 1898, enquanto estudavam a pechblenda, eles isolaram um elemento semelhante ao bismuto que acabou sendo o polônio . Eles então isolaram uma mistura radioativa consistindo de dois componentes: compostos de bário , que deram uma cor de chama verde brilhante, e compostos radioativos desconhecidos que deram carmim linhas espectrais que nunca haviam sido documentadas antes. Os Curie descobriram que os compostos radioativos eram muito semelhantes aos compostos de bário, exceto que eram menos solúveis. Essa descoberta possibilitou aos Curie isolar os compostos radioativos e descobrir um novo elemento neles. Os Curie anunciaram sua descoberta à Academia Francesa de Ciências em 26 de dezembro de 1898. [29] [30] A denominação de rádio data de cerca de 1899, da palavra francesa rádio , formada em latim moderno de radius ( ray ): isto foi em reconhecimento do poder do rádio de emitir energia na forma de raios. [31] [32] [33]

Em setembro de 1910, Marie Curie e André-Louis Debierne anunciaram que haviam isolado o rádio como um metal puro por meio da eletrólise de solução de cloreto de rádio puro (RaCl 2 ) usando um cátodo de mercúrio , produzindo amálgama de rádio-mercúrio . [34] Este amálgama foi então aquecido em uma atmosfera de gás hidrogênio para remover o mercúrio, deixando o metal de rádio puro. [35] Mais tarde naquele mesmo ano, a E. Eoler isolou o rádio por decomposição térmica de sua azida , Ra (N 3 ) 2 . [9]O rádio metálico foi produzido pela primeira vez industrialmente no início do século 20 pela Biraco , uma empresa subsidiária da Union Minière du Haut Katanga (UMHK) em sua fábrica de Olen na Bélgica. [36]

A unidade histórica geral de radioatividade, o curie , é baseada na radioatividade de 226 Ra, a quantidade de radioatividade liberada por um grama de rádio é equivalente a um curie. [37]

Aplicações históricas

Tinta luminescente

Tinta branca autoluminosa que contém rádio no mostrador e no ponteiro de um relógio antigo.
Rádio relógio ponteiros sob luz ultravioleta

O rádio era usado anteriormente em tintas autoluminosas para relógios, painéis nucleares, interruptores de aeronaves, relógios e mostradores de instrumentos. Um relógio autoluminoso típico que usa tinta de rádio contém cerca de 1 micrograma de rádio. [38] Em meados da década de 1920, um processo foi movido contra a United States Radium Corporation por cinco " Radium Girls " - pintores que pintaram tinta luminosa à base de rádio nos mostradores de relógios. Os pintores de mostradores foram instruídos a lamber seus pincéis para obter uma ponta fina, assim ingerindo rádio. [39] A exposição ao rádio causou sérios efeitos à saúde, incluindo feridas, anemia e câncer ósseo. Isso ocorre porque o corpo trata o rádio como cálcio e o deposita nos ossos , onde a radioatividade degrada a medula e pode causar mutação nas células ósseas . [13]

Durante o litígio, foi determinado que os cientistas e a administração da empresa haviam tomado precauções consideráveis ​​para se proteger dos efeitos da radiação, mas isso não parecia proteger seus funcionários. Além disso, por vários anos as empresas tentaram encobrir os efeitos e evitar responsabilidades, insistindo que as Radium Girls estavam sofrendo de sífilis . Esse desprezo total pelo bem-estar dos funcionários teve um impacto significativo na formulação da legislação trabalhista sobre doenças ocupacionais . [40]

Como resultado do processo, os efeitos adversos da radioatividade tornaram-se amplamente conhecidos, e os pintores de mostradores de rádio foram instruídos sobre as devidas precauções de segurança e munidos de equipamentos de proteção. Em particular, os pintores de mostradores não lambiam mais os pincéis para modelá-los (o que causava alguma ingestão de sais de rádio). O rádio ainda era usado em mostradores até a década de 1960, mas não houve mais ferimentos nos pintores de mostradores. Isso destacou que o dano às Radium Girls poderia facilmente ter sido evitado. [41]

A partir da década de 1960, o uso de tinta de rádio foi interrompido. Em muitos casos, mostradores luminosos foram implementados com materiais fluorescentes não radioativos excitados pela luz; esses dispositivos brilham no escuro após a exposição à luz, mas o brilho desvanece. [13] Quando a autoluminosidade de longa duração no escuro era necessária, foi usada tinta de promécio radioativo -147 mais segura (meia-vida de 2,6 anos) ou trítio (meia-vida de 12 anos); ambos continuam a ser usados ​​hoje. [42] Eles tinham a vantagem adicional de não degradar o fósforo ao longo do tempo, ao contrário do rádio. [43] O trítio emite radiação beta de energia muito baixa (energia ainda mais baixa do que a radiação beta emitida pelo promécio) [8]que não pode penetrar na pele, [44] em vez da radiação gama penetrante do rádio e é considerada mais segura. [45]

Relógios, relógios e instrumentos que datam da primeira metade do século 20, muitas vezes em aplicações militares, podem ter sido pintados com tinta luminosa radioativa. Eles geralmente não são mais luminosos; entretanto, isso não se deve ao decaimento radioativo do rádio (que tem meia-vida de 1.600 anos), mas à fluorescência do meio fluorescente de sulfeto de zinco desgastado pela radiação do rádio. [46] O aparecimento de uma camada geralmente espessa de tinta verde ou marrom amarelada em dispositivos desse período sugere um risco radioativo. A dose de radiação de um dispositivo intacto é relativamente baixa e geralmente não é um risco agudo; mas a tinta é perigosa se for liberada e inalada ou ingerida. [47] [48]

Uso comercial

Cartão postal de hotel anunciando banhos de rádio, c.1940s

O rádio já foi um aditivo em produtos como pasta de dente, cremes para o cabelo e até alimentos devido aos seus supostos poderes curativos. [49] Esses produtos logo saíram de moda e foram proibidos pelas autoridades em muitos países depois que foi descoberto que eles poderiam ter sérios efeitos adversos à saúde. (Ver, por exemplo, radithor ou Revigator tipos de "água de rádio" ou "Radium solução padrão para beber".) [46] Spas com água rica em rádio são ainda ocasionalmente apontado como benéfico, tais como aqueles em Misasa, Tottori , Japão . Nos Estados Unidos, a irradiação com rádio nasal também foi administrada a crianças para prevenir problemas de ouvido médio ou aumento das amígdalas desde o final dos anos 1940 até o início dos anos 1970.[50]

Uso médico

Anúncio dos cosméticos Radior que o fabricante afirmava conter rádio, que supostamente trazia benefícios à saúde da pele. Pós, cremes para a pele e sabonetes faziam parte dessa linha.

O rádio (geralmente na forma de cloreto de rádio ou brometo de rádio ) era usado na medicina para produzir gás radônio, que por sua vez era usado no tratamento do câncer ; por exemplo, várias dessas fontes de radônio foram usadas no Canadá nas décadas de 1920 e 1930. [47] [51] No entanto, muitos tratamentos que eram usados ​​no início de 1900 não são mais usados ​​devido aos efeitos prejudiciais causados ​​pela exposição ao brometo de rádio. Alguns exemplos desses efeitos são anemia , câncer e mutações genéticas . [52] Emissores gama mais seguros, como 60 Co, que é mais barato e está disponível em grandes quantidades, geralmente são usados ​​hoje para substituir o uso histórico do rádio nesta aplicação. [24]

No início de 1900, os biólogos usaram o rádio para induzir mutações e estudar genética . Já em 1904, Daniel MacDougal usou o rádio na tentativa de determinar se ele poderia provocar grandes mutações repentinas e causar grandes mudanças evolutivas. Thomas Hunt Morgan usou o rádio para induzir mudanças que resultaram em moscas-das-frutas de olhos brancos. O biólogo ganhador do Nobel, Hermann Muller , estudou brevemente os efeitos do rádio nas mutações da mosca da fruta antes de recorrer a experimentos de raio-x mais acessíveis. [53]

Howard Atwood Kelly , um dos médicos fundadores do Hospital Johns Hopkins , foi um dos principais pioneiros no uso médico do rádio para tratar o câncer. [54] Seu primeiro paciente foi sua própria tia em 1904, que morreu logo após a cirurgia. [55] Kelly era conhecido por usar quantidades excessivas de rádio para tratar vários tipos de câncer e tumores. Como resultado, alguns de seus pacientes morreram por exposição ao rádio. [56] Seu método de aplicação de rádio era inserir uma cápsula de rádio perto da área afetada e, em seguida, costurar os "pontos" de rádio diretamente no tumor . [56] Este foi o mesmo método usado para tratar Henrietta Lacks , a hospedeira das células HeLa originais , paracâncer cervical . [57] Atualmente, radioisótopos mais seguros e disponíveis são usados ​​em seu lugar. [13]

Produção

Monumento à descoberta do rádio em Jáchymov

O urânio não teve aplicação em grande escala no final do século 19 e, portanto, não existiam grandes minas de urânio. No início, a única grande fonte de minério de urânio eram as minas de prata em Jáchymov , na Áustria-Hungria (hoje República Tcheca ). [28] O minério de urânio era apenas um subproduto das atividades de mineração. [58]

Na primeira extração do rádio, Curie aproveitou os resíduos após a extração do urânio da pechblenda. O urânio foi extraído por dissolução em ácido sulfúrico deixando o sulfato de rádio, que é semelhante ao sulfato de bário, mas ainda menos solúvel nos resíduos. Os resíduos também continham quantidades bastante substanciais de sulfato de bário que agia assim como um transportador para o sulfato de rádio. As primeiras etapas do processo de extração do rádio envolviam a fervura com hidróxido de sódio, seguido pelo tratamento com ácido clorídrico para minimizar as impurezas de outros compostos. O resíduo restante foi então tratado com carbonato de sódiopara converter o sulfato de bário em carbonato de bário (transportando o rádio), tornando-o solúvel em ácido clorídrico. Após a dissolução, o bário e o rádio foram reprecipitados como sulfatos; isto foi então repetido para purificar ainda mais o sulfato misto. Algumas impurezas que formam sulfetos insolúveis foram removidas tratando a solução de cloreto com sulfeto de hidrogênio, seguido de filtração. Quando os sulfatos mistos eram suficientemente puros, eram mais uma vez convertidos em cloretos mistos; Depois disso, o bário e o rádio foram separados por cristalização fracionada enquanto monitorava o progresso usando um espectroscópio (o rádio fornece linhas vermelhas características em contraste com as linhas verdes de bário) e o eletroscópio . [59]

Após o isolamento do rádio por Marie e Pierre Curie do minério de urânio de Jáchymov , vários cientistas começaram a isolar o rádio em pequenas quantidades. Mais tarde, pequenas empresas compraram rejeitos das minas Jáchymov e começaram a isolar o rádio. Em 1904, o governo austríaco nacionalizou as minas e parou de exportar minério bruto. Até 1912, quando a produção de rádio aumentou, a disponibilidade de rádio era baixa. [58]

A formação de um monopólio austríaco e o forte desejo de outros países de terem acesso ao rádio levaram a uma busca mundial por minérios de urânio. Os Estados Unidos assumiram a liderança na produção no início da década de 1910. As areias Carnotite no Colorado fornecem alguns dos elementos, mas minérios mais ricos são encontrados no Congo e na área do Lago Great Bear e do Lago Great Slave, no noroeste do Canadá. Nenhum dos depósitos é extraído para o rádio, mas o conteúdo de urânio torna a mineração lucrativa. [28] [60]

O processo de Curies ainda era usado para extração industrial de rádio em 1940, mas brometos mistos eram usados ​​para o fracionamento. Se o conteúdo de bário do minério de urânio não for alto o suficiente, é fácil adicionar um pouco para transportar o rádio. Esses processos foram aplicados a minérios de urânio de alto teor, mas podem não funcionar bem com minérios de baixo teor. [61]

Ainda na década de 1990, pequenas quantidades de rádio eram extraídas do minério de urânio por meio desse método de precipitação mista e troca iônica, [25] mas hoje são extraídos apenas do combustível nuclear usado. [62] Em 1954, o fornecimento mundial total de rádio purificado era de cerca de 5 libras (2,3 kg) [38] e ainda está nesta faixa hoje, enquanto a produção anual de compostos de rádio puros é de apenas cerca de 100 g no total, como de 1984. [25] Os principais países produtores de rádio são Bélgica, Canadá, República Tcheca, Eslováquia, Reino Unido e Rússia. [25] As quantidades de rádio produzidas foram e são sempre relativamente pequenas; por exemplo, em 1918, 13,6 g de rádio foram produzidos nos Estados Unidos.[63] O metal é isolado reduzindo o óxido de rádio com o metal alumínio em um vácuo a 1200 ° C. [24]

Aplicativos modernos

Pesquisa em física atômica, molecular e óptica

O rádio está sendo cada vez mais usado no campo da física atômica, molecular e óptica . Escala de forças de quebra de simetria proporcional a, [64] [65] o que torna o rádio, o elemento alcalino-terroso mais pesado, adequado para restringir a nova física além do modelo padrão. Alguns isótopos de rádio, como o rádio-225, têm dupletos de paridade deformados em octupolo que aumentam a sensibilidade à paridade de carga, violando a nova física em duas a três ordens de magnitude em comparação comHg. [66] [67] [68]

O rádio também é promissor para um relógio óptico de íon aprisionado . O íon rádio tem duas transições de largura de linha subhertz doestado fundamental que pode servir como a transição do relógio em um relógio óptico. [69] Além disso, o rádio pode ser particularmente adequado para um relógio óptico transportável, uma vez que todas as transições necessárias para a operação do relógio podem ser tratadas com lasers de diodo direto. [70]

Embora o rádio não tenha isótopos estáveis, há onze isótopos de rádio com meia-vida superior a um minuto que podem ser comparados com alta precisão em um gráfico de King. Os desvios de isótopos podem ser medidos com alta precisão em qualquer uma das transições de largura de linha subhertz do íon rádio do estado fundamental, ou no para linha de intercombinação em rádio neutro. [71] O grau de quaisquer não linearidades potenciais em um gráfico de King poderia definir limites em uma nova física além do modelo padrão. [72]

Alguns dos poucos usos práticos do rádio são derivados de suas propriedades radioativas. Os radioisótopos descobertos mais recentemente , como o cobalto-60 e o césio-137 , estão substituindo o rádio mesmo nesses usos limitados porque vários desses isótopos são emissores mais poderosos, mais seguros de manusear e disponíveis em uma forma mais concentrada. [73] [74]

O isótopo 223 Ra (sob o nome comercial de Xofigo ) foi aprovado pela Food and Drug Administration dos Estados Unidos em 2013 para uso na medicina como tratamento de câncer de metástase óssea . [75] [76] A principal indicação do tratamento com Xofigo é a terapia de metástases ósseas de câncer de próstata resistente à castração devido às características favoráveis ​​desse radiofármaco emissor-alfa. [77] 225 Ra também foi usado em experimentos relativos à irradiação terapêutica, pois é o único isótopo de rádio razoavelmente longo que não tem o radônio como uma de suas filhas. [78]

O rádio ainda é usado hoje como fonte de radiação em alguns dispositivos de radiografia industrial para verificar se há peças metálicas defeituosas, de forma semelhante à imagem de raios-X . [13] Quando misturado com berílio , o rádio atua como uma fonte de nêutrons . [46] [79] Fontes de nêutrons de rádio-berílio às vezes ainda são usadas até hoje, [13] [80] mas outros materiais como o polônio são mais comuns: cerca de 1.500 fontes de nêutrons de polônio-berílio, com uma atividade individual de 1.850 Ci ( 68 TBq), têm sido usados ​​anualmente na Rússia . Estes RaBeF 4As fontes de nêutrons de base (α, n) foram descontinuadas, apesar do alto número de nêutrons que emitem (1,84 × 10 6 nêutrons por segundo) em favor de fontes 241 Am- Be. [24] Hoje, o isótopo 226 Ra é usado principalmente para formar 227 Ac por irradiação de nêutrons em um reator nuclear. [24]

Perigos

O rádio é altamente radioativo e seu filho imediato, o gás radônio , também é radioativo. Quando ingerido, 80% do rádio ingerido deixa o corpo pelas fezes , enquanto os outros 20% vão para a corrente sanguínea , acumulando-se principalmente nos ossos. [13] A exposição ao rádio, interno ou externo, pode causar câncer e outros distúrbios, porque o rádio e o radônio emitem raios alfa e gama em sua decomposição, que matam e transformam as células. [13] Na época do Projeto Manhattan em 1944, a "dose de tolerância" para os trabalhadores era fixada em 0,1 microgramas de rádio ingerido. [81] [82]

Alguns dos efeitos biológicos do rádio incluem o primeiro caso de "dermatite do rádio", relatado em 1900, dois anos após a descoberta do elemento. O físico francês Antoine Becquerel carregou uma pequena ampola de rádio no bolso do colete por seis horas e relatou que sua pele havia ulcerado . Pierre e Marie Curie ficaram tão intrigados com a radiação que sacrificaram a própria saúde para aprender mais sobre ela. Pierre Curie fixou um tubo cheio de rádio em seu braço por dez horas, o que resultou no aparecimento de uma lesão na pele, sugerindo o uso do rádio para atacar o tecido canceroso como havia atacado o tecido saudável. [83] O manuseio do rádio foi responsabilizado pela morte de Marie Curie devido à anemia aplástica. Uma parte significativa do perigo do rádio vem de seu radônio filho: sendo um gás, ele pode entrar no corpo muito mais prontamente do que seu rádio original. [13]

Hoje, o 226 Ra é considerado o mais tóxico da quantidade de radioelementos, e deve ser manuseado em caixas de luvas apertadas com grande circulação de ar que é então tratado para evitar o escape de seu filho 222 Rn para o meio ambiente. Ampolas velhas contendo soluções de rádio devem ser abertas com cuidado porque a decomposição radiolítica da água pode produzir uma sobrepressão de gás hidrogênio e oxigênio. [24] A maior concentração mundial de 226 Ra é armazenada na Estrutura de Contenção de Resíduos Provisória , aproximadamente 9,6 mi (15,4 km) ao norte de Niagara Falls, Nova York . [84]

Veja também

Notas

  1. ^ Ambos os valores são encontrados em fontes e não há acordo entre os cientistas quanto ao verdadeiro valor do ponto de fusão do rádio.

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Bibliografia

Leitura adicional

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