Файл: Баранов, В. И. Радиогеология учебник.pdf

Г Л А В A I V

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОХИМИИ ЕСТЕСТВЕННЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Начиная с висмута все элементы периодической системы ра­ диоактивны. Период полураспада 2 0 9 B i очень велик, так что пока он не представляет интерес в радиогеологии. Полоний, астат, ра­ дон, франций, радий, актиний и протактиний являются продуктами радиоактивного распада урана и тория. Их содержание в природ­ ных образованиях мало. Особенно мало содержание астата и франция, которые в радиогеологии совсем не используются. Уран и торий — наиболее распространенные и широко, используемые радиоактивные элементы. Следующие за ураном нептуний и плу­ тоний содержатся в земном веществе в следовых количествах. Ос­ тальные радиоактивные изотопы, встречающиеся в природе, имеют

протактиний, уран, нептуний и плутоний. Их химические свойст­ ва имеют много общего. Семейство актиноидов «5/-элементов» — более тяжелый аналог семейства лантаноидов — ч<4/-элементов». Р1зучение структуры электронных оболочек актиноидов показало, что при переходе от более легких элементов к более тяжелым у них не появляются новые электронные уровни, а происходит до­ стройка более глубоко расположенной 5/-подоболочки. Подобно

101

В связи с тем что происходит заполнение внутренней оболоч­

никало сомнений в принадлежности актиноидов к указанным выше

расположен нептуний. Сходство актиноидов с элементами своих подгрупп уменьшается от актиния к урану и для трансурановых элементов л е наблюдается совсем.

§ 2. АКТИНИЙ

Актиний — первый член семейства актиноидов и аналог лан­ тана. По своим химическим свойствам он чрезвычайно близок к редкоземельным элементам. Актиний в соединениях сильно элект­ роположителен и проявляет себя исключительно как трехвалент­ ный элемент. Ионный радиус А с 3 + 1,10 А, радиус иона La3 + — 1,06 А. Небольшое различие радиусов ионов, аналогичная элект­ ронная структура по типу инертных газов и одинаковый заряд определяют близость химических свойств актиния и лантана. Все химические соединения актиния изоструктурны с соответствующи­ ми соединениями лантана. Для актиния, подобно лантану, харак­ терны нерастворимые в воде фторид, гидроокись, оксалат, карбо­ нат, фосфат.

102

Актиний имеет самые крупные размеры из трехзарядных ионов и поэтому обладает более основными свойствами, чем лантан. Ка­ тион А с 3 + сильнее адсорбируется, чем La3 +. Гидроокись А с ( О Н ) 3 более растворима, чем La (ОН)з. При действии паров воды на галогениды лантана происходит полный гидролиз с образованием гидроокиси, в то время как при гидролизе галогенидов актиния образуются оксигалогениды (например, AcOCl).

Наиболее долгоживущий изотоп актиния — 897 Ас — продукт распада урана-235. Обладая сравнительно небольшой продолжи­ тельностью жизни (7, i/2 = 21,6 года), он является постоянным спут­ ником урана. Весовые концентрации его очень малы: на 1 т чистой урановой смоляной руды приходится 0,15 мг 2 2 7 Ас, Геохимия акти­ ния практически не изучена ввиду его низкого содержания в. при­ родных образованиях. Можно предположить, что отделенный от материнского продукта •— протактиния актиний будет вести себя подобно лантану. Самостоятельные микроконцентрации, не связан­ ные с протактинием, актиний может образовывать только в са­ мых молодых геохимических объектах или объектах, претерпеваю­ щих изменения в настоящее время.

Убедительных данных по этому вопросу пока нет. Существуют лишь отрывочные сведения о существовании неравновесных отно­ шений актиния п протактиния в некоторых гипергенных и гидро­ термальных минералах (в частности, в молибденитах).

§ 3. ТОРИЙ

Химические свойства

Торий, подобно лантану, по своим свойствам близок, с одной стороны, к другим актиноидам, с другой — к элементам своей под­ группы в периодической системе (Ti, Zr, Hf). Аналогично другим членам семейства актиноидов торий имеет несомненное сходство

слантаноидами.

Вприродных соединениях торию свойственно одно валентное состояние — четыре. В лабораторных условиях получены соедине­ ния тория с валентностью I I и I I I .

в решетки всех их минералов. Изоморфизм тория и циркония про­ является значительно слабее.

Основные соединения тория

Двуокись тория Th0 2 — одно из важнейших его соединений. Она жаропрочна и труднорастворима. Температура плавления 3220°. Растворимость зависит от термической обработки. Прока­ ленная при температуре не выше 600° ТлОг сравнительно легко

103