Radyum

Radyum, ₈₈Ra ⓘ
Radyum
Telaffuz	/ˈreɪdiəm/ (RAY-dee-əm)
Görünüş	gümüşi beyaz metalik
Kütle numarası	[226]
Periyodik tabloda radyum
	francium ← radyum → aktinyum
Atom numarası (Z)	88
Grup	grup 2 (toprak alkali metaller)
Dönem	dönem 7
Blok	s-blok
Elektron konfigürasyonu	[[[Radon\|Rn]]] 7s2
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 32, 18, 8, 2
Fiziksel özellikler
STP'de Faz	katı
Erime noktası	973 K (700 °C, 1292 °F) (tartışmalı)
Kaynama noktası	2010 K (1737 °C, 3159 °F)
Yoğunluk (r.t.'ye yakın)	5,5 g/cm3
Füzyon ısısı	8,5 kJ/mol
Buharlaşma ısısı	113 kJ/mol
Atomik özellikler
Oksidasyon durumları	+2 (güçlü bir bazik okside sahip olması beklenir)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 0.9
İyonlaşma enerjileri	1: 509,3 kJ/mol ; 2.: 979,0 kJ/mol ; ;
Kovalent yarıçap	221±2 pm
Van der Waals yarıçapı	283 pm
	Radyumun spektral çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum	çürümeden
Kristal yapı	gövde merkezli kübik (bcc)
Termal iletkenlik	18,6 W/(m⋅K)
Elektriksel direnç	1 µΩ⋅m (20 °C'de)
Manyetik sıralama	Manyetik olmayan
CAS Numarası	7440-14-4
Tarih
Keşif	Pierre ve Marie Curie (1898)
İlk izolasyon	Marie Curie (1910)
Radyumun ana izotopları
	Kategori Radyum; görünüm; konuşmak; Düzenle; \| referanslar

Radyum, Ra sembolüne ve 88 atom numarasına sahip kimyasal bir elementtir. Toprak alkali metaller olarak da bilinen periyodik tablonun 2. grubundaki altıncı elementtir. Saf radyum gümüşi beyazdır, ancak havaya maruz kaldığında nitrojenle (oksijen yerine) kolayca reaksiyona girerek siyah bir radyum nitrür (Ra₃N₂) yüzey tabakası oluşturur. Radyumun tüm izotopları yüksek derecede radyoaktiftir, en kararlı izotop 1600 yıllık yarı ömre sahip olan ve radon gazına (özellikle radon-222 izotopu) bozunan radyum-226'dır. Radyum bozunduğunda, floresan kimyasalları uyarabilen ve radyolüminesansa neden olabilen iyonlaştırıcı radyasyon bir yan üründür. ⓘ

Radyum, radyum klorür formunda, Marie ve Pierre Curie tarafından 1898 yılında Jáchymov'da çıkarılan cevherden keşfedilmiştir. Radyum bileşiğini uraninitten çıkardılar ve keşiflerini beş gün sonra Fransız Bilimler Akademisi'nde yayınladılar. Radyum, 1911 yılında Marie Curie ve André-Louis Debierne tarafından radyum klorürün elektrolizi yoluyla metalik halde izole edildi. ⓘ

Radyum doğada uranyum ve (daha az oranda) toryum cevherlerinde, bir ton uraninit başına bir gramın yedide biri kadar küçük eser miktarlarda bulunur. Radyum canlı organizmalar için gerekli değildir ve radyoaktivitesi ve kimyasal reaktivitesi nedeniyle biyokimyasal süreçlere dahil edildiğinde sağlık üzerinde olumsuz etkileri olması muhtemeldir. 2014 yılı itibariyle, nükleer tıpta kullanımı dışında radyumun ticari bir uygulaması yoktur. Eskiden, 1950'ler civarında, radyolüminesan cihazlar için radyoaktif bir kaynak olarak ve ayrıca sözde iyileştirici gücü için radyoaktif şarlatanlıkta kullanılmıştır. Radyumun toksisitesi nedeniyle bu uygulamalar geçerliliğini yitirmiştir; 2020 itibariyle radyolüminesan cihazlarda daha az tehlikeli izotoplar (diğer elementlerin) kullanılmaktadır. ⓘ

Radyum, 1898 yılında Fransız fizikçileri Pierre Curie ve eşi Marie Curie tarafından bulunan, atom numarası 88, atom ağırlığı 226,05 olan, 700 °C de eriyen, soğukta suyu ayrıştıran, ışın etkinliği çok kuvvetli bir elementtir. Parlak olduğu için nişangahlarda, pusulalarda ve saatlerde kullanılır. Kısaltması Ra'dır. Radyumu tedbir almadan kullanmak tehlikelidir; çünkü sürekli olarak içe işleyen öldürücü ışınlar çıkarır; radyumun bu özelliğine radyoaktiflik denir. ⓘ

Radyumu karı-koca olan, Fransız Pierre Curie ve Polonya asıllı Marie Curie keşfetmişlerdir. 1898'de bir uranyum filizi olan pekblend üzerinde çalışırken bu madenden 900 defa daha radyoaktif bir cismin varlığını saptamışlardır. Buna radyum adını vermişlerdir. ⓘ

Yığın özellikleri

Radyum bilinen en ağır toprak alkali metaldir ve kendi grubunun tek radyoaktif üyesidir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri en çok hafif türü olan baryuma benzer. ⓘ

Saf radyum uçucu gümüşi beyaz bir metaldir, ancak daha hafif türleri olan kalsiyum, stronsiyum ve baryum hafif sarı bir renk tonuna sahiptir. Bu renk tonu havaya maruz kaldığında hızla kaybolur ve siyah bir radyum nitrür (Ra₃N₂) tabakası ortaya çıkar. Erime noktası 700 °C (1,292 °F) veya 960 °C (1,760 °F) ve kaynama noktası 1,737 °C'dir (3,159 °F); ancak bu iyi belirlenmemiştir. Bu değerlerin her ikisi de baryumunkinden biraz daha düşüktür ve grup 2 elementlerindeki periyodik eğilimleri doğrulamaktadır. Baryum ve alkali metaller gibi radyum da standart sıcaklık ve basınçta gövde merkezli kübik yapıda kristalleşir: radyum-radyum bağ mesafesi 514,8 pikometredir. Radyumun yoğunluğu 5,5 g/cm³ ile baryumdan daha yüksektir ve yine periyodik eğilimleri doğrular; radyum-baryum yoğunluk oranı, iki elementin benzer kristal yapıları nedeniyle radyum-baryum atomik kütle oranıyla karşılaştırılabilir. ⓘ

İzotoplar

²²⁶Ra'nın ilk atası olan ²³⁸U'nun bozunma zinciri ⓘ

Radyumun bilinen 33 izotopu vardır ve kütle numaraları 202 ila 234 arasındadır: hepsi radyoaktiftir. Bunlardan dördü - ²²³Ra (yarı ömür 11,4 gün), ²²⁴Ra (3,64 gün), ²²⁶Ra (1600 yıl) ve ²²⁸Ra (5,75 yıl) - ilkel toryum-232, uranyum-235 ve uranyum-238'in bozunma zincirlerinde doğal olarak meydana gelir (²²³Ra uranyum-235'ten, ²²⁶Ra uranyum-238'den ve diğer ikisi toryum-232'den). Bu izotoplar yine de ilkel radyonüklitler olamayacak kadar kısa yarı ömürlere sahiptir ve doğada sadece bu bozunma zincirlerinden bulunurlar. Doğada yalnızca neptünyum-237'nin çok küçük parçacıklarının bozunma ürünü olarak bulunan ve çoğunlukla yapay olan ²²⁵Ra (15 d) ile birlikte, bunlar radyumun en kararlı beş izotopudur. Bilinen diğer 27 radyum izotopunun tümünün yarı ömrü iki saatin altındadır ve çoğunun yarı ömrü bir dakikanın altındadır. En az 12 nükleer izomer rapor edilmiştir; bunların en kararlısı 130 ila 230 milisaniye arasında bir yarı ömre sahip olan radyum-205m'dir; bu hala yirmi dört temel durum radyum izotopundan daha kısadır. ⓘ

Radyoaktivite çalışmalarının erken tarihinde, radyumun farklı doğal izotoplarına farklı isimler verilmiştir. Bu şemada ²²³Ra aktinyum X (AcX), ²²⁴Ra toryum X (ThX), ²²⁶Ra radyum (Ra) ve ²²⁸Ra mezotoryum 1 (MsTh₁) olarak adlandırıldı. Bunların hepsinin aynı elementin izotopları olduğu fark edildiğinde, bu isimlerin çoğu kullanımdan kalktı ve "radyum" sadece ²²⁶Ra'yı değil, tüm izotopları ifade etmeye başladı. Radyum-226'nın bozunma ürünlerinden bazıları, radyum A'dan radyum G'ye kadar değişen "radyum" da dahil olmak üzere tarihsel isimler almıştır; harfler, ana ²²⁶Ra'dan zincirin yaklaşık olarak ne kadar aşağısında olduklarını gösterir. Radyum emanasyonu = ²²²Rn, RaA = ²¹⁸Po, RaB = ²¹⁴Pb, RaC = ²¹⁴Bi, RaC₁ = ²¹⁴Po, RaC₂ = ²¹⁰Tl, RaD = ²¹⁰Pb, RaE = ²¹⁰Bi, RaF = ²¹⁰Po ve RaG = ²⁰⁶Pb. ⓘ

²²⁶Ra radyumun en kararlı izotopudur ve uranyum-238'in (4n + 2) bozunma zincirindeki son izotoptur ve bin yıldan uzun bir yarı ömre sahiptir: doğal radyumun neredeyse tamamını oluşturur. İlk bozunma ürünü, çevresel radyum tehlikesinin çoğundan sorumlu olan yoğun radyoaktif soy gaz radondur (özellikle ²²²Rn izotopu). Oransal olarak daha kısa yarı ömrü nedeniyle aynı molar miktardaki doğal uranyumdan (çoğunlukla uranyum-238) 2,7 milyon kat daha radyoaktiftir. ⓘ

Bir radyum metali örneği, yaydığı radyasyon - alfa parçacıkları, beta parçacıkları ve gama ışınları - nedeniyle kendisini çevresinden daha yüksek bir sıcaklıkta tutar. Daha spesifik olarak, doğal radyum (çoğunlukla ²²⁶Ra olan) çoğunlukla alfa parçacıkları yayar, ancak bozunma zincirindeki diğer adımlar (uranyum veya radyum serisi) alfa veya beta parçacıkları yayar ve neredeyse tüm parçacık emisyonlarına gama ışınları eşlik eder. ⓘ

2013 yılında CERN'de radyum-224 çekirdeğinin armut şeklinde olduğu, coulomb uyarımı adı verilen bir teknik kullanılarak keşfedildi. Bu, asimetrik bir çekirdeğin ilk keşfiydi. Bu, bazı ağır, kararsız atom çekirdeklerinin çarpıtılmış çekirdeklere, bu durumda armut şekline sahip olduğuna dair güçlü bir ikinci derece kanıttır. ⓘ

Kimya

Radyum, baryum gibi, oldukça reaktif bir metaldir ve her zaman +2 grup oksidasyon durumunu sergiler. Oldukça bazik olan ve kolayca kompleks oluşturmayan sulu çözeltide renksiz Ra²⁺ katyonunu oluşturur. Bu nedenle çoğu radyum bileşiği basit iyonik bileşiklerdir, ancak 6s ve 6p elektronlarının (değerlik 7s elektronlarına ek olarak) katılımı rölativistik etkiler nedeniyle beklenmektedir ve RaF₂ ve RaAt₂ gibi radyum bileşiklerinin kovalent karakterini artıracaktır. Bu nedenle, Ra²⁺ (aq) + 2e- → Ra (s) yarı reaksiyonu için standart elektrot potansiyeli -2,916 V olup, baryum için -2,92 V değerinden biraz daha düşüktür, oysa değerler daha önce grupta düzgün bir şekilde artmıştı (Ca: -2,84 V; Sr: -2,89 V; Ba: -2,92 V). Baryum ve radyum için değerler, daha ağır alkali metaller olan potasyum, rubidyum ve sezyum için olanlarla neredeyse tamamen aynıdır. ⓘ

Bileşikler

Katı radyum bileşikleri, radyum iyonları spesifik bir renk vermediği için beyazdır, ancak radyumun alfa bozunmasından kaynaklanan kendi kendine radyoliz nedeniyle zamanla yavaş yavaş sarıya ve ardından koyuya dönüşürler. Çözünmeyen radyum bileşikleri tüm baryum, çoğu stronsiyum ve çoğu kurşun bileşikleriyle birlikte çökelir. ⓘ

Radyum oksit (RaO), oksitlerin diğer toprak alkali metaller için yaygın bileşikler olmasına rağmen, varlığının ötesinde iyi karakterize edilmemiştir. Radyum hidroksit (Ra(OH)₂) toprak alkali hidroksitler arasında en kolay çözünenidir ve baryum konjenerasyonu olan baryum hidroksitten daha güçlü bir bazdır. Ayrıca aktinyum hidroksit ve toryum hidroksitten daha fazla çözünür: bu üç komşu hidroksit amonyak ile çöktürülerek ayrılabilir. ⓘ

Radyum klorür (RaCl₂) renksiz, parlak bir bileşiktir. Radyum bozunduğunda yaydığı alfa radyasyonunun kendine verdiği zarar nedeniyle bir süre sonra sarı renge dönüşür. Az miktarda baryum safsızlığı bileşiğe gül rengi verir. Baryum klorürden daha az olmakla birlikte suda çözünür ve çözünürlüğü artan hidroklorik asit konsantrasyonu ile azalır. Sulu çözeltiden kristalizasyon, baryum analogu ile izomorf olan dihidrat RaCl₂-2H₂O'yu verir. ⓘ

Radyum bromür (RaBr₂) de renksiz, parlak bir bileşiktir. Suda radyum klorürden daha fazla çözünür. Radyum klorür gibi, sulu çözeltiden kristallendirildiğinde baryum analoğu ile izomorf olan dihidrat RaBr₂-2H₂O elde edilir. Radyum bromür tarafından yayılan iyonlaştırıcı radyasyon havadaki nitrojen moleküllerini uyararak parlamasını sağlar. Radyum tarafından yayılan alfa parçacıkları hızla iki elektron kazanarak nötr helyuma dönüşür ve bu da radyum bromür kristallerinin içinde birikerek onları zayıflatır. Bu etki bazen kristallerin kırılmasına ve hatta patlamasına neden olur. ⓘ

Radyum nitrat (Ra(NO₃)₂), radyum karbonatın nitrik asit içinde çözülmesiyle elde edilebilen beyaz bir bileşiktir. Nitrik asit konsantrasyonu arttıkça radyum nitratın çözünürlüğü azalır, bu da radyumun kimyasal saflaştırılması için önemli bir özelliktir. ⓘ

Radyum, daha hafif türü olan baryumla hemen hemen aynı çözünmez tuzları oluşturur: çözünmez sülfat (RaSO₄, bilinen en çözünmez sülfat), kromat (RaCrO₄), karbonat (RaCO₃), iyodat (Ra(IO₃)₂), tetrafloroberilat (RaBeF₄) ve nitrat (Ra(NO₃)₂) oluşturur. Karbonat hariç, bunların hepsi suda karşılık gelen baryum tuzlarından daha az çözünür, ancak hepsi baryum muadillerine göre izostrüktüreldir. Ek olarak, radyum fosfat, oksalat ve sülfit de muhtemelen çözünmezdir, çünkü karşılık gelen çözünmez baryum tuzları ile birlikte çökelirler. Radyum sülfatın büyük oranda çözünmezliği (20 °C'de 1 kg suda sadece 2,1 mg çözünecektir) biyolojik olarak daha az tehlikeli radyum bileşiklerinden biri olduğu anlamına gelir. Ra²⁺'nın büyük iyonik yarıçapı (148 pm), yüksek pH'da olmadığında zayıf kompleksleşmeye ve sulu çözeltilerden radyumun zayıf ekstraksiyonuna neden olur. ⓘ

Oluşumu

Radyumun tüm izotoplarının yarı ömürleri Dünya'nın yaşından çok daha kısadır, bu nedenle herhangi bir ilkel radyum uzun zaman önce bozunmuş olacaktır. Yine de ²²³Ra, ²²⁴Ra, ²²⁶Ra ve ²²⁸Ra izotopları doğal toryum ve uranyum izotoplarının bozunma zincirlerinin bir parçası olduğundan radyum çevrede hala bulunmaktadır; toryum ve uranyum çok uzun yarı ömürlere sahip olduğundan, bu kızlar bozunmalarıyla sürekli olarak yenilenmektedir. Bu dört izotop arasında en uzun ömürlü olanı doğal uranyumun bozunma ürünü olan ²²⁶Ra'dır (yarı ömrü 1600 yıl). Görece uzun ömürlü olması nedeniyle ²²⁶Ra elementin en yaygın izotopudur ve yerkabuğunun yaklaşık trilyonda birini oluşturur; esasen tüm doğal radyum ²²⁶Ra'dır. Bu nedenle radyum, uranyum cevheri uraninit ve diğer çeşitli uranyum minerallerinde çok küçük miktarlarda ve toryum minerallerinde daha da küçük miktarlarda bulunur. Bir ton pitchblende tipik olarak bir gram radyumun yaklaşık yedide birini verir. Yerkabuğunun bir kilogramı yaklaşık 900 pikogram radyum içerir ve bir litre deniz suyu yaklaşık 89 femtogram radyum içerir. ⓘ

Tarih

Marie ve Pierre Curie radyum ile deney yaparken, André Castaigne'in çizimi ⓘ

ABD Standartlar Bürosu tarafından tutulan ve 1927'de Amerika Birleşik Devletleri için birincil radyoaktivite standardı olarak hizmet veren cam radyum klorür tüpü. ⓘ

Radyum, Marie Skłodowska-Curie ve eşi Pierre Curie tarafından 21 Aralık 1898'de Jáchymov'daki bir uraninit (pitchblende) örneğinde keşfedildi. Curie'ler daha önce mineral üzerinde çalışırken uranyumu mineralden çıkarmış ve kalan maddenin hala radyoaktif olduğunu tespit etmişlerdi. Temmuz 1898'de pitchblende üzerinde çalışırken bizmuta benzer bir element izole ettiler ve bunun polonyum olduğu ortaya çıktı. Daha sonra iki bileşenden oluşan radyoaktif bir karışım izole ettiler: parlak yeşil bir alev rengi veren baryum bileşikleri ve daha önce hiç belgelenmemiş karmin spektral çizgileri veren bilinmeyen radyoaktif bileşikler. Curie'ler radyoaktif bileşiklerin, daha az çözünür olmaları dışında baryum bileşiklerine çok benzediğini buldular. Bu keşif Curie'lerin radyoaktif bileşikleri izole etmelerini ve içlerinde yeni bir element keşfetmelerini mümkün kıldı. Curie'ler keşiflerini 26 Aralık 1898'de Fransız Bilimler Akademisi'ne duyurdular. Radyumun isimlendirilmesi yaklaşık 1899'a dayanır, Fransızca radyum kelimesi Modern Latince'de radius (ışın) kelimesinden oluşmuştur: bu, radyumun ışınlar şeklinde enerji yayma gücünün tanınmasıydı. ⓘ

Eylül 1910'da Marie Curie ve André-Louis Debierne, saf radyum klorür (RaCl₂) çözeltisinin bir cıva katodu kullanılarak elektrolizi yoluyla radyumu saf bir metal olarak izole ettiklerini ve radyum-cıva amalgamı ürettiklerini duyurdular. Bu amalgam daha sonra hidrojen gazı atmosferinde ısıtılarak cıva uzaklaştırıldı ve geriye saf radyum metali kaldı. Aynı yılın ilerleyen zamanlarında E. Eoler, radyumu, azidi Ra(N₃)₂'nin termal ayrışması yoluyla izole etti. Radyum metali endüstriyel olarak ilk kez 20. yüzyılın başında Union Minière du Haut Katanga'nın (UMHK) bir yan kuruluşu olan Biraco tarafından Belçika'daki Olen tesisinde üretildi. ⓘ

Radyoaktivite için genel tarihsel birim olan curie, ²²⁶Ra'nın radyoaktivitesine dayanmaktadır: bir gram radyum tarafından salınan radyoaktivite miktarı bir curie'ye eşdeğerdir. ⓘ

Tarihsel uygulamalar

Lüminesan boya

Eski bir saatin yüzünde ve akrebinde radyum içeren kendinden ışıklı beyaz boya. ⓘ

Ultraviyole ışık altında radyum saat ibreleri ⓘ

Radyum eskiden saatler, nükleer paneller, uçak şalterleri, saatler ve alet kadranları için kendinden ışıklı boyalarda kullanılırdı. Radyum boyası kullanılan tipik bir kendinden ışıklı saat yaklaşık 1 mikrogram radyum içerir. 1920'lerin ortalarında, ölmek üzere olan beş "Radyum Kızı" - saat ve saat kadranlarına radyum bazlı ışıklı boya boyayan kadran boyacıları - tarafından Birleşik Devletler Radyum Şirketi aleyhine bir dava açıldı. Kadran boyacılarına fırçalarını yalayarak ince uçlu hale getirmeleri ve böylece radyum yutmaları talimatı verilmişti. Radyuma maruz kalmaları, yaralar, anemi ve kemik kanseri gibi ciddi sağlık etkilerine neden oldu. Bunun nedeni, vücudun radyumu kalsiyum olarak görmesi ve radyoaktivitenin iliği bozduğu ve kemik hücrelerini mutasyona uğratabildiği kemiklerde biriktirmesidir. ⓘ

Dava sırasında, şirketin bilim adamları ve yönetiminin kendilerini radyasyonun etkilerinden korumak için önemli önlemler aldıkları, ancak çalışanlarını korumadıkları tespit edildi. Buna ek olarak, şirketler birkaç yıl boyunca Radyum Kızlarının frengiden muzdarip olduğu konusunda ısrar ederek etkileri örtbas etmeye ve sorumluluktan kaçınmaya çalışmışlardır. Çalışanların refahının tamamen göz ardı edilmesi, meslek hastalıkları iş kanununun oluşturulmasında önemli bir etkiye sahipti. ⓘ

Davanın bir sonucu olarak, radyoaktivitenin olumsuz etkileri yaygın olarak bilinir hale geldi ve radyum kadran boyacılarına uygun güvenlik önlemleri konusunda talimatlar verildi ve koruyucu ekipmanlar sağlandı. Özellikle, kadran boyacıları artık boya fırçalarını yalayarak şekillendirmiyordu (bu da bazı radyum tuzlarının yutulmasına neden oluyordu). Radyum 1960'ların sonlarına kadar kadranlarda kullanılmaya devam etti, ancak kadran boyacılarında başka yaralanma olmadı. Bu durum, Radyum Kızları'na verilen zararın kolaylıkla önlenebileceğinin altını çizmiştir. ⓘ

1960'lardan itibaren radyum boya kullanımı durduruldu. Birçok durumda ışıklı kadranlar, ışıkla uyarılan radyoaktif olmayan floresan malzemelerle uygulanmıştır; bu tür cihazlar ışığa maruz kaldıktan sonra karanlıkta parlar, ancak parlaklık kaybolur. Karanlıkta uzun süreli kendiliğinden parlaklık gerektiğinde, daha güvenli radyoaktif prometyum-147 (yarı ömrü 2.6 yıl) veya trityum (yarı ömrü 12 yıl) boya kullanıldı; her ikisi de 2004 itibariyle kullanılmaya devam etmektedir. Bunlar, radyumun aksine fosforun zamanla bozulmaması gibi bir avantaja sahipti. Trityum, radyumun nüfuz edici gama radyasyonu yerine deriye nüfuz edemeyen çok düşük enerjili beta radyasyonu (prometyumun yaydığı beta radyasyonundan bile daha düşük enerjili) yayar ve daha güvenli olarak kabul edilir. ⓘ

Genellikle askeri uygulamalarda kullanılan 20. yüzyılın ilk yarısından kalma saatler, saatler ve aletler radyoaktif ışıklı boya ile boyanmış olabilir. Bunlar genellikle artık parlak değildir; ancak bunun nedeni radyumun radyoaktif bozunması değil (1600 yıllık bir yarı ömrü vardır), çinko sülfür floresan ortamın radyumdan gelen radyasyonla aşınmasıdır. Bu döneme ait cihazlarda genellikle kalın bir yeşil veya sarımsı kahverengi boya tabakasının görülmesi radyoaktif bir tehlikeye işaret etmektedir. Sağlam bir cihazdan alınan radyasyon dozu nispeten düşüktür ve genellikle akut bir risk oluşturmaz; ancak boya açığa çıkar ve solunur ya da yutulursa tehlikelidir. ⓘ

Ticari kullanım

Radyum banyolarını tanıtan otel kartpostalı, 1940'lar civarı ⓘ

Radyum bir zamanlar sözde iyileştirici gücü nedeniyle diş macunu, saç kremleri ve hatta gıda maddeleri gibi ürünlerde katkı maddesi olarak kullanılıyordu. Bu tür ürünler kısa süre içinde gözden düştü ve sağlık üzerinde ciddi olumsuz etkileri olabileceği keşfedildikten sonra birçok ülkede yetkililer tarafından yasaklandı. (Örneğin, Radithor veya Revigator tipi "radyum suyu" veya "İçmek için Standart Radyum Çözeltisi "ne bakınız). Radyum açısından zengin su içeren kaplıcalar, Misasa, Tottori, Japonya'da olduğu gibi, hala zaman zaman faydalı olarak lanse edilmektedir. ABD'de 1940'ların sonundan 1970'lerin başına kadar orta kulak sorunlarını veya bademcik büyümesini önlemek için çocuklara burun radyum ışınlaması da uygulanmıştır. ⓘ

Tıbbi kullanım

Üreticinin radyum içerdiğini iddia ettiği Radior kozmetik ürünlerinin reklamı, bunun kişinin cildi için sağlık yararları olduğu varsayılıyordu. Pudralar, cilt kremleri ve sabun bu serinin bir parçasıydı. ⓘ

Radyum (genellikle radyum klorür veya radyum bromür formunda) tıpta radon gazı üretmek için kullanıldı ve bu da kanser tedavisi olarak kullanıldı; örneğin, bu radon kaynaklarının birçoğu 1920'lerde ve 1930'larda Kanada'da kullanıldı. Ancak, 1900'lerin başında kullanılan birçok tedavi, radyum bromür maruziyetinin neden olduğu zararlı etkiler nedeniyle artık kullanılmamaktadır. Bu etkilere örnek olarak anemi, kanser ve genetik mutasyonlar verilebilir. 2011 yılı itibariyle, daha az maliyetli olan ve daha büyük miktarlarda bulunan ⁶⁰Co gibi daha güvenli gama yayıcılar, genellikle bu uygulamada radyumun tarihsel kullanımının yerini almak için kullanılmaktadır. ⓘ

1900'lerin başlarında biyologlar mutasyonları tetiklemek ve genetiği incelemek için radyum kullandılar. Daniel MacDougal 1904 gibi erken bir tarihte radyumu, ani büyük mutasyonları tetikleyip tetikleyemeyeceğini ve büyük evrimsel değişimlere neden olup olamayacağını belirlemek amacıyla kullanmıştır. Thomas Hunt Morgan, beyaz gözlü meyve sinekleriyle sonuçlanan değişiklikleri tetiklemek için radyum kullandı. Nobel ödüllü biyolog Hermann Muller, daha uygun fiyatlı x-ışını deneylerine yönelmeden önce radyumun meyve sineği mutasyonları üzerindeki etkilerini kısa bir süre inceledi. ⓘ

Johns Hopkins Hastanesi'nin kurucu hekimlerinden biri olan Howard Atwood Kelly, radyumun kanser tedavisinde tıbbi olarak kullanılmasında önemli bir öncüydü. İlk hastası 1904 yılında ameliyattan kısa bir süre sonra ölen kendi teyzesiydi. Kelly'nin çeşitli kanser ve tümörleri tedavi etmek için aşırı miktarda radyum kullandığı biliniyordu. Sonuç olarak, bazı hastaları radyuma maruz kaldıkları için ölmüştür. Radyum uygulama yöntemi, etkilenen bölgenin yakınına bir radyum kapsülü yerleştirmek ve ardından radyum "noktalarını" doğrudan tümöre dikmekti. Bu, orijinal HeLa hücrelerinin sahibi Henrietta Lacks'ın rahim ağzı kanseri tedavisinde kullanılan yöntemin aynısıydı. 2015 yılı itibariyle bunun yerine daha güvenli ve daha uygun radyoizotoplar kullanılmaktadır. ⓘ

Üretim

Jáchymov'da Radyumun Keşfi Anıtı ⓘ

Uranyumun 19. yüzyılın sonlarında büyük ölçekli bir uygulaması yoktu ve bu nedenle büyük uranyum madenleri de mevcut değildi. Başlangıçta uranyum cevheri için tek büyük kaynak Jáchymov, Avusturya-Macaristan'daki (şimdi Çek Cumhuriyeti) gümüş madenleriydi. Uranyum cevheri madencilik faaliyetlerinin sadece bir yan ürünüydü. ⓘ

Radyumun ilk ekstraksiyonunda Curie, uranyumun pitchblende'den ekstraksiyonundan sonraki kalıntıları kullandı. Uranyum, baryum sülfata benzeyen ancak kalıntılarda daha az çözünen radyum sülfat bırakan sülfürik asitte çözündürülerek ekstrakte edilmişti. Kalıntılar ayrıca oldukça önemli miktarda baryum sülfat içeriyordu ve bu da radyum sülfat için bir taşıyıcı görevi görüyordu. Radyum ekstraksiyon işleminin ilk adımları sodyum hidroksit ile kaynatma ve ardından diğer bileşiklerin safsızlıklarını en aza indirmek için hidroklorik asit işlemini içeriyordu. Kalan kalıntı daha sonra baryum sülfatı baryum karbonata (radyum taşıyan) dönüştürmek için sodyum karbonat ile muamele edildi ve böylece hidroklorik asitte çözünür hale getirildi. Çözünmeden sonra, baryum ve radyum sülfatlar olarak yeniden çökeltildi; bu daha sonra karışık sülfatı daha da saflaştırmak için tekrarlandı. Çözünmeyen sülfitler oluşturan bazı safsızlıklar, klorür çözeltisinin hidrojen sülfür ile muamele edilmesi ve ardından filtrelenmesiyle giderildi. Karışık sülfatlar yeterince saf olduğunda, bir kez daha karışık klorürlere dönüştürüldü; bundan sonra baryum ve radyum, spektroskop (radyum, yeşil baryum çizgilerinin aksine karakteristik kırmızı çizgiler verir) ve elektroskop kullanılarak ilerleme izlenirken fraksiyonel kristalizasyon ile ayrıldı. ⓘ

Marie ve Pierre Curie tarafından Jáchymov'daki uranyum cevherinden radyumun izole edilmesinden sonra, birçok bilim adamı küçük miktarlarda radyum izole etmeye başladı. Daha sonra, küçük şirketler Jáchymov madenlerinden maden atıkları satın aldı ve radyum izole etmeye başladı. 1904 yılında Avusturya hükümeti madenleri kamulaştırdı ve ham cevher ihracatını durdurdu. Radyum üretiminin arttığı 1912 yılına kadar radyum bulunabilirliği düşüktü. ⓘ

Avusturya tekelinin oluşması ve diğer ülkelerin radyuma erişmek için güçlü bir istek duyması, dünya çapında uranyum cevheri arayışına yol açtı. Amerika Birleşik Devletleri 1910'ların başında lider üretici konumuna geldi. Colorado'daki Karnotit kumları elementin bir kısmını sağlamaktadır, ancak daha zengin cevherler Kongo'da ve Büyük Ayı Gölü ile kuzeybatı Kanada'daki Büyük Köle Gölü bölgesinde bulunmaktadır. Bu yataklardan hiçbiri radyum için çıkarılmamaktadır ancak uranyum içeriği madenciliği karlı hale getirmektedir. ⓘ

Curie'lerin prosesi 1940'ta endüstriyel radyum ekstraksiyonu için hala kullanılıyordu, ancak daha sonra fraksiyonlama için karışık bromürler kullanıldı. Uranyum cevherinin baryum içeriği yeterince yüksek değilse, radyumu taşımak için bir miktar eklemek kolaydır. Bu işlemler yüksek dereceli uranyum cevherlerine uygulanmıştır ancak düşük dereceli cevherlerde iyi çalışmayabilir. ⓘ

Bu karışık çökeltme ve iyon değişimi yöntemiyle 1990'ların sonlarına kadar uranyum cevherinden az miktarda radyum elde edilmeye devam edilmiştir, ancak 2011 itibariyle sadece kullanılmış nükleer yakıttan elde edilmektedir. 1954 yılında dünya çapında toplam saflaştırılmış radyum arzı yaklaşık 5 pound (2,3 kg) idi ve 2015 yılında hala bu aralıkta iken, saf radyum bileşiklerinin yıllık üretimi 1984 yılı itibariyle toplamda sadece 100 g civarındadır. Başlıca radyum üreticisi ülkeler Belçika, Kanada, Çek Cumhuriyeti, Slovakya, Birleşik Krallık ve Rusya'dır. Üretilen radyum miktarları her zaman nispeten az olmuştur ve olmaktadır; örneğin 1918 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde 13,6 g radyum üretilmiştir. Metal, radyum oksitin alüminyum metali ile 1200 °C'de vakumda indirgenmesiyle izole edilir. ⓘ

Modern uygulamalar

Atomik, moleküler ve optik fizik araştırmaları

Radyum atomik, moleküler ve optik fizik alanında giderek daha fazla kullanılıyor. Simetri kırma kuvvetleri $Z^{3}$ Bu da en ağır toprak alkali elementi olan radyumu, standart modelin ötesindeki yeni fiziği kısıtlamak için çok uygun hale getirir. Radyum-225 gibi bazı radyum izotopları, yeni fiziği ihlal eden yük paritesine duyarlılığı iki ila üç büyüklük sırasına göre artıran oktupol deforme parite çiftlerine sahiptir. $^{199}$ Hg. ⓘ

Radyum da hapsolmuş iyon optik saati için umut vericidir. Radyum iyonunun iki althertz çizgi genişliği geçişi vardır $7s^{2}S_{1/2}$ optik bir saatte saat geçişi olarak hizmet edebilecek zemin durumu. Ayrıca radyum, saatin çalışması için gerekli tüm geçişler doğrudan diyot lazerlerle ele alınabileceğinden, taşınabilir bir optik saat için özellikle uygun olabilir. ⓘ

Radyumun kararlı izotopları olmamasına rağmen, bir King grafiğinde yüksek hassasiyetle karşılaştırılabilecek bir dakikadan daha uzun yarı ömürlü on bir radyum izotopu vardır. İzotop kaymaları, radyum iyonunun temel durumdan althertz çizgi genişliği geçişlerinden herhangi birinde veya $^{1}S_{0}$ için $^{3}P_{0}$ nötr radyumdaki birleşme çizgisi. Böyle bir King grafiğindeki herhangi bir potansiyel doğrusal olmayanlığın derecesi, standart modelin ötesinde yeni fiziğin sınırlarını belirleyebilir. ⓘ

Radyumun az sayıdaki pratik kullanım alanlarından bazıları radyoaktif özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Kobalt-60 ve sezyum-137 gibi daha yeni keşfedilen radyoizotoplar, bu sınırlı kullanımlarda bile radyumun yerini almaktadır çünkü bu izotopların birçoğu daha güçlü yayıcıdır, kullanımı daha güvenlidir ve daha konsantre formda mevcuttur. ⓘ

²²³Ra izotopu (Xofigo ticari adı altında) 2013 yılında Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç Dairesi tarafından kemik metastazının kanser tedavisi olarak tıpta kullanılmak üzere onaylanmıştır. Xofigo ile tedavinin ana endikasyonu, bu alfa yayıcı radyofarmasötiğin elverişli özellikleri nedeniyle kastrasyona dirençli prostat kanserinden kaynaklanan kemik metastazlarının tedavisidir. ²²⁵Ra, kızlarından biri radon olmayan makul derecede uzun ömürlü tek radyum izotopu olduğu için terapötik ışınlama ile ilgili deneylerde de kullanılmıştır. ⓘ

Radyum 2007 yılında hala bazı endüstriyel radyografi cihazlarında X-ışını görüntülemesine benzer şekilde kusurlu metalik parçaları kontrol etmek için radyasyon kaynağı olarak kullanılmaktadır. Radyum berilyum ile karıştırıldığında nötron kaynağı olarak işlev görür. 2004 yılı itibariyle, radyum-berilyum nötron kaynakları hala bazen kullanılmaktadır, ancak polonyum gibi diğer malzemeler daha yaygındır: Rusya'da yılda 1.850 Ci (68 TBq) bireysel aktiviteye sahip yaklaşık 1500 polonyum-berilyum nötron kaynağı kullanılmıştır. Bu RaBeF₄ tabanlı (α, n) nötron kaynakları, yaydıkları yüksek nötron sayısına rağmen (saniyede 1,84×10⁶ nötron) ²⁴¹Am-Be kaynakları lehine kullanımdan kaldırılmıştır. 2011 itibariyle ²²⁶Ra izotopu esas olarak bir nükleer reaktörde nötron ışınlamasıyla ²²⁷Ac oluşturmak için kullanılmaktadır. ⓘ

Tehlikeler

Radyum yüksek derecede radyoaktiftir ve hemen ardından gelen radon gazı da radyoaktiftir. Yutulduğunda, alınan radyumun %80'i dışkı yoluyla vücudu terk ederken, diğer %20'si kan dolaşımına karışır ve çoğunlukla kemiklerde birikir. Radyum ve radon, bozunduklarında hücreleri öldüren ve mutasyona uğratan alfa ve gama ışınları yaydıkları için radyuma maruz kalmak, içten ya da dıştan, kansere ve diğer rahatsızlıklara neden olabilir. 1944'te Manhattan Projesi sırasında, işçiler için "tolerans dozu" yutulan radyumun 0,1 mikrogramı olarak belirlenmiştir. ⓘ

Radyumun biyolojik etkilerinden bazıları, elementin keşfinden iki yıl sonra, 1900 yılında bildirilen ilk "radyum-dermatit" vakasını içerir. Fransız fizikçi Antoine Becquerel, yeleğinin cebinde altı saat boyunca küçük bir radyum ampulü taşımış ve derisinin ülserleştiğini rapor etmiştir. Pierre ve Marie Curie radyasyondan o kadar etkilendiler ki, radyasyon hakkında daha fazla bilgi edinmek için kendi sağlıklarını feda ettiler. Pierre Curie radyum dolu bir tüpü on saat boyunca koluna bağladı ve bunun sonucunda deride bir lezyon ortaya çıktı; bu da radyumun sağlıklı dokulara saldırdığı gibi kanserli dokulara da saldırdığını gösteriyordu. Marie Curie'nin aplastik anemi nedeniyle ölümünden radyum kullanımı sorumlu tutulmuştur. Radyumun tehlikesinin önemli bir kısmı kızı radondan kaynaklanmaktadır: bir gaz olarak, vücuda ana radyumdan çok daha kolay girebilir. ⓘ

2015 yılı itibariyle ²²⁶Ra, miktar radyoelementleri arasında en zehirli olanı olarak kabul edilmektedir ve kızı ²²²Rn'nin çevreye kaçmasını önlemek için işlemden geçirilen önemli hava akımı sirkülasyonuna sahip sıkı eldiven kutularında kullanılmalıdır. Radyum çözeltileri içeren eski ampuller dikkatle açılmalıdır çünkü suyun radyolitik ayrışması aşırı hidrojen ve oksijen gazı basıncı üretebilir. Dünyanın en büyük ²²⁶Ra konsantrasyonu, Niagara Falls, New York'un yaklaşık 9,6 mil (15,4 km) kuzeyindeki Geçici Atık Muhafaza Yapısı içinde depolanmaktadır. ⓘ