Радиотоксикологическая характеристика искусственных радионуклеидов. Цирконий 95 (период полураспада, физические характеристики, химическая активность, распространение в объектах окружающей среды, формы присутствия в организме сельскохозяйственных животных

1 Физико-химические свойства циркония-95
Изотопы циркония – разновидности химического элемента циркония с различным количеством нейтронов в ядре. Известны изотопы циркония с массовыми числами от 78 до 110. Природный цирконий состоит из смеси 5 изотопов: 90Zr, 91Zr, 92Zr, 94Zr и 96Zr. Цирконий-95 – это искусственный изотоп с периодом полураспада 64 суток. Он используется в качестве изотопного индикатора, то есть выступает в роли меченого атома, чтобы охарактеризовать поведение элемента в исследуемом процессе.
Цирконий — блестящий серебристо-серый металл. Существует в трёх кристаллических модификациях, α, β и ω:
• α-Zr — гексагональная сингония, пространственная группа P63/mmc, параметры ячейки a = 0,3231 нм, c = 0,5146 нм, Z = 2, d = 6,5107 г/см3 с плотноупакованной решёткой типа магния.
• β-Zr — кубическая сингония (объёмно-центрированная решётка), пространственная группа Im3m, параметры ячейки a = 0,361 нм, Z = 2 с решёткой типа α-Fe. Переход α ↔ β происходит при 863 °C, ΔH перехода 3,89 кДж/моль. Добавки Al, Sn, Pb, Cd повышают, а Fe, Cr, Ni, Mo, Cu, Ti, Mn, Co, V и Nb понижают температуру перехода.
• ω-Zr — возникающая при высоких давлениях метастабильная гексагональная фаза, которая не является плотноупакованной и имеет три атома на элементарную ячейку.
Плотность α-циркония при 20 °C равна 6,5107 г/см³; температура плавления Tпл = 1855 °C; температура кипения Tкип = 4409 °C; удельная теплоёмкость (25—100 °C) 0,291 кДж/(кг·К) или 0,0693 кал/(г·°C), коэффициент теплопроводности (50 °C) 20,96 Вт/(м·К) или 0,050 кал/(см·с·°C); температурный коэффициент линейного расширения (20—400 °C) 6,9⋅10−6; удельное электрическое сопротивление циркония высокой степени чистоты (20 °C) 44,1 мкОм·см. Температура перехода в состояние сверхпроводимости 0,7 K.
Цирконий парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость увеличивается при нагревании и при −73 °C равна 1,28⋅10−6, а при 327 °C — 1,41⋅10−6. Сечение захвата тепловых нейтронов 0,18⋅10−28 м² (0,18 барн), примесь гафния увеличивает это значение, поэтому для изготовления твэлов применяется цирконий, хорошо очищенный от гафния. Чистый цирконий пластичен, легко поддаётся холодной и горячей обработке (прокатке, ковке, штамповке). Наличие растворённых в металле малых количеств кислорода, азота, водорода и углерода (или соединений этих элементов с цирконием) вызывает хрупкость циркония. Модуль упругости (20 °C) 97 ГН/м² (9700 кгс/мм²); предел прочности при растяжении 253 МН/м² (25,3 кгс/мм²); твёрдость по Бринеллю 640—670 МН/м² (64—67 кгс/мм²); на твёрдость очень сильное влияние оказывает содержание кислорода: при концентрации более 0,2 % цирконий не поддаётся холодной обработке давлением.
Внешняя электронная конфигурация атома циркония 4d25s2. Для циркония характерна степень окисления +4. Более низкие степени окисления +2 и +3 известны для циркония только в его соединениях с хлором, бромом и иодом.
Компактный цирконий медленно начинает окисляться в пределах 200—400 °C, покрываясь плёнкой диоксида циркония ZrO2; выше 800 °C энергично взаимодействует с кислородом воздуха. Порошкообразный металл пирофорен — может воспламеняться на воздухе при обычной температуре. Цирконий активно поглощает водород уже при 300 °C, образуя твёрдый раствор и гидриды ZrH и ZrH2; при 1200—1300 °C в вакууме гидриды диссоциируют, и весь водород может быть удалён из металла. С азотом цирконий образует при 700—800 °C нитрид ZrN. Цирконий взаимодействует с углеродом при температуре выше 900 °C с образованием карбида ZrC. Карбид циркония и нитрид циркония — твёрдые тугоплавкие соединения; карбид циркония — полупродукт для получения хлорида ZrCl4. Цирконий вступает в реакцию со фтором при обычной температуре, а с хлором, бромом и йодом при температуре выше 200 °C, образуя высшие галогениды ZrHal4 (где Hal — галоген).