1. Úvod
Radium (chemická značka Ra) není jen chemický prvek. Je to legenda. Jeho objev manžely Curieovými v roce 1898 byl bodem zlomu v chápání hmoty. Do té doby byl atom považován za neměnný a stabilní. Radium ukázalo, že hmota v sobě skrývá nepředstavitelnou energii, která se uvolňuje samovolným rozpadem.
Historie radia je příběhem o lidské genialitě i naivitě. Na začátku 20. století bylo považováno za zázračný všelék – přidávalo se do zubních past, čokolády i vody na pití. Stálo miliony dolarů za gram. O pár let později, když začaly umírat dělnice v továrnách na hodinky s rozpadlými čelistmi, se stalo symbolem neviditelné smrti. Dnes je radium obávaným odpadem, ale zároveň nadějí v nejmodernější léčbě rakoviny.
2. Základní charakteristika prvku
Radium je nejtěžší kov alkalických zemin (2. skupina), ležící v 7. periodě pod baryem. Všechny jeho izotopy jsou radioaktivní.
- Protonové číslo: 88
- Elektronová konfigurace: [Rn] 7s2
- Relativní atomová hmotnost: (226) u (nejstabilnější izotop)
- Hustota: cca 5,5 g/cm3
- Teplota tání: 700 stupňů Celsia (přibližně)
Vlastní teplo
Radium je tak intenzivně radioaktivní, že se zahřívá vlastním rozpadem. Čistý vzorek radia má teplotu vždy o několik stupňů vyšší než okolí. Jeden gram radia-226 produkuje výkon asi 28 miliwattů. Kdybyste měli kostku radia, v temnotě by slabě světélkovala (radioluminiscence excitovaného dusíku ve vzduchu) a hřála by.
Vzhled
Čisté kovové radium je zářivě bílý kov, podobný baryu. Na vzduchu však okamžitě reaguje s dusíkem a kyslíkem a pokrývá se černou vrstvou nitridu a oxidu.
3. Chemické chování a reakce
Chemie radia je velmi podobná chemii barya, jen je o něco “extrémnější”. Tvoří výhradně kationty Ra2+.
Nerozpustnost síranu
Klíčovou chemickou vlastností, která umožnila jeho izolaci, je nerozpustnost síranu radnatého (RaSO4). Je to jedna z nejméně rozpustných látek, jaké známe. Marie Curieová toho využila: když k roztoku uranové rudy přidala kyselinu sírovou, radium se vysráželo společně s baryem, zatímco uran zůstal v roztoku.
Reaktivita
Radium reaguje s vodou bouřlivě za vývoje vodíku (jako baryum) a tvoří silně zásaditý hydroxid radnatý. Ra + 2H2O -> Ra(OH)2 + H2
4. Výskyt v přírodě
Radium je extrémně vzácné. V zemské kůře se vyskytuje jen proto, že neustále vzniká rozpadem uranu a thoria.
Rozpadová řada
Nejvýznamnější izotop Radium-226 (poločas rozpadu 1600 let) je součástí uran-radiové rozpadové řady. Vzniká z uranu-238. To znamená, že radium najdeme všude tam, kde je uran. Nejznámějším zdrojem byl smolinec (uraninit) z českého Jáchymova. Právě z jáchymovského odpadu (hlušiny po těžbě uranu na barvení skla) izolovali Curieovi první decigramy radia. Poměr je neúprosný: Na 3 tuny uranu připadá v rudě přibližně 1 gram radia.
5. Získávání a výroba
V dobách největší slávy (1900–1960) bylo radium nejdražší látkou na světě. Jeho výroba byla heroickým chemickým výkonem.
Frakční krystalizace
Protože radium a baryum jsou chemická dvojčata, nelze je oddělit běžnými srážecími reakcemi. Marie Curieová vyvinula metodu frakční krystalizace chloridů (později bromidů). Směs chloridu barnatého a radnatého se rozpustí v horké vodě a nechá se chladnout. Chlorid radnatý je o něco méně rozpustný, takže krystalizuje jako první. Krystaly se oddělí (jsou bohatší na radium) a proces se opakuje. K získání čistého radia bylo nutné provést tento krok tisíckrát.
Dnes se radium získává jen výjimečně, většinou pomocí iontoměničů z vyhořelého jaderného paliva nebo jako vedlejší produkt těžby uranu, pokud je pro něj využití.
6. Praktické využití
Role radia se dramaticky změnila. Z “nositelé světla” se stalo “nositelem smrti” a nyní “cíleným zabijákem rakoviny”.
Minulost: Svítící barvy
Směs soli radia a sulfidu zinečnatého (ZnS) svítí ve tmě. Alfa částice z radia narážejí do krystalků zinku, které vyzáří foton (scintilace).
- Použití: Ciferníky hodinek, palubní desky letadel, mířidla zbraní. Toto použití skončilo v 60. letech (nahrazeno tritiem a později neradioaktivními pigmenty).
Minulost: Šarlatánská medicína
V 20. a 30. letech se prodávaly radiové vody (“Radithor”), čípky, a dokonce radiové dečky na revma. Věřilo se, že “energie” léčí. Mnoho lidí si tím přivodilo strašlivou smrt.
Současnost: Cílená alfa terapie (Xofigo)
Moderní medicína využívá izotop Radium-223. Má poločas rozpadu jen 11,4 dne. Používá se k léčbě rakoviny prostaty, která metastázovala do kostí. Protože radium se chemicky chová jako vápník, tělo ho zabuduje přímo do kostních metastáz. Zde se radium rozpadne a vyzáří alfa částici. Alfa záření má obrovskou energii, ale dolet jen pár buněk. Zničí nádor, ale nepoškodí okolní zdravou dřeň.
7. Zdraví, bezpečnost a toxicita
Radium je radiotoxický jed.
“Bone Seeker” (Hledač kostí)
Tělo si plete radium s vápníkem. Po požití se až 20 % radia uloží do kostí, kde zůstane navždy. Radium je zářič alfa. Alfa částice jsou v podstatě jádra helia – jsou těžké a mají velký náboj. Zvenčí kůží neprojdou. Ale uvnitř kosti působí jako demoliční koule. Ozařují kostní dřeň (leukémie) a ničí kostní buňky (nekróza).
Radium Girls (Radiové dívky)
Ve 20. letech v USA pracovaly dívky v továrnách na barvení ciferníků. Aby měly štětce špičatý hrot, olizovaly je (technika “lip, dip, paint”). Polykaly tak mikrogramy radia denně. Následky byly hororové: anémie, lámavost kostí, a především “radiová čelist” (radium jaw). Kosti čelisti odumřely a rozpadly se zaživa, v ústech se tvořily nehojící se abscesy. Jejich soudní spor vedl k zavedení prvních zákonů o bezpečnosti práce s radioaktivitou.
Radonové nebezpečí
Rozpadem radia vzniká plyn Radon (Rn-222). Ten je také radioaktivní. Pokud máte v domě radium (např. ve starých hodinách), uvolňuje se z něj radon, který můžete vdechnout, což zvyšuje riziko rakoviny plic.
8. Zajímavosti a méně známé souvislosti
Sešity Marie Curie
Pracovní deníky a kuchařky Marie Curieové jsou dodnes uloženy v olověných boxech v Paříži. Jsou tak kontaminované radiem, že budou nebezpečné ještě dalších 1500 let. Badatelé musí podepsat reverz a nosit ochranný oděv, aby do nich mohli nahlédnout.
Eben Byers
Americký milionář a sportovec, který si po zranění ruky začal na doporučení lékaře kupovat “lék” Radithor (voda s rozpuštěným radiem). Vypil ho přes 1400 lahviček. Když v roce 1932 zemřel, “jeho kosti se rozpadaly a lebka měla díry”. Jeho smrt vedla k zákazu volného prodeje radioaktivních “léků”. Byl pohřben v olověné rakvi. Když ji v roce 1965 exhumovali pro výzkum, byla stále silně radioaktivní.
Jednotka Curie
Původní jednotka radioaktivity, Curie (Ci), byla definována jako aktivita 1 gramu radia-226 (což je 37 miliard rozpadů za sekundu). Dnes používáme Becquerel (Bq), což je jeden rozpad za sekundu. 1 gram radia má tedy aktivitu 37 GBq.
9. Budoucnost prvku
Radium má budoucnost pouze v nukleární medicíně.
- Výroba aktinia: Ozařováním starého radia-226 v reaktorech lze vyrobit Aktinium-225. To je další nadějný alfa-zářič pro léčbu rakoviny (imunoterapie), který se navazuje na protilátky. Staré zásoby radia z nemocnic a průmyslu se tak stávají cennou surovinou.
- Likvidace zátěží: Budoucnost radia je také v jeho bezpečném uložení. Staré továrny na luminiscenční barvy a hlušiny po těžbě uranu jsou stále environmentálním problémem, který vyžaduje sanaci.
10. Zdroje a odkazy
- IAEA (International Atomic Energy Agency): The Environmental Behaviour of Radium.
- The Radium Girls (Kate Moore): Kniha detailně popisující osudy dělnic a soudní procesy.
- NIST: Radionuclide Half-life Measurements (data o izotopech).
- Bayer HealthCare: Technické informace k léku Xofigo (Radium-223 dichloride).
- USGS: Mineral Commodity Summaries – Radium (historická data).