锆和铌的放射化学

化学反应

锆和铌的放射化学由于裂变产物锆和铌的重要同位素锆95、铌95是母子体关系，并且示踪量的锆、铌常有相似的化学行为，常常将它们的放射化学性质一起讨论。锆和铌在周期表中分别为ⅣB和ⅤB族元素，溶液中锆以正四价、铌以正五价存在。

简介

放射化学的一个组成部分，研究与锆和铌的放射性同位素有关的化学问题。在后处理过程中锆容易被磷酸三丁酯的降解产物萃取；它们容易被吸附在微粒上（特别是溶液中的二氧化硅微粒上）并萃取入有机相。这些原因使得后处理流程去除锆95－铌95的效果变差。

物理性质

锆（Zirconium）是一种化学元素，它的化学符号是Zr，它的原子序数是40，是一种银白色的高熔点金属之一，呈浅灰色。密度6.49克/立方厘米。熔点1852±2℃，沸点4377℃。化合价+2、+3和+4。第一电离能6.84电子伏特。锆的表面易形成一层氧化膜，具有光泽，故外观与钢相似。有耐腐蚀性，可溶于氢氟酸和王水；高温时，可与非金属元素和许多金属元素反应，生成固体溶液化合物。

铌（niobium）是一种化学元素。化学符号Nb，原子序数41，原子量92.90638，属周期系ⅤB族。

化学性质

可溶盐在酸溶液中锆的硝酸盐、氯化物、溴化物、碘化物、高氯酸盐和硫酸盐可溶，但这些盐的水溶液很易水解并聚合而形成胶体。铌的水解倾向更严重，通常在水中只有碱金属的铌酸盐,如NaNbO、KNbO可溶。

难溶化合物锆的磷酸盐、苯砷酸盐和铜铁试剂盐都是难溶的。在氢氟酸介质中以钡离子为沉淀剂可形成难溶的BaZrF沉淀,沉淀在过量的氢氟酸中也不溶解;利用这个性质从裂变产物中分离锆，成为放化分析中锆95、锆97的经典分离方法。在稀酸溶液中锆和杏仁酸及其衍生物生成杏仁酸锆沉淀，反应是定量的，并有固定组成，所以杏仁酸锆在锆的放化分析中常被作为称量形式和制作放射性测量源。

铌的特征难溶化合物是五氧化物。将强酸加入铌酸盐溶液，水合氧化物被沉淀出来，这个反应的选择性好，常作为放化分析铌95的基础。另外,丹宁酸、苯砷酸、铜铁试剂、钽试剂都可和铌形成难溶化合物。

络合物草酸和氢氟酸可与锆和铌形成稳定的、可溶的络合离子。在氢氟酸介质中放射性的与稳定的锆、铌同位素能很容易达到完全交换。

锆95－铌95溶液常用作示踪剂，在不含有络合离子时，锆95－铌95常表现出反常的化学性质；即使在酸性溶液中，锆和铌也发生水解、聚合反应，形成放射性胶体。胶体粒子带有负电荷。它们能被多种沉淀如多种金属的氢氧化物、磷酸盐、硫化物以及二氧化锰等载带。溶液中存在的灰尘或二氧化硅的微粒都能显著吸附锆、铌放射性胶体。此外，铬、铌放射性胶体容易粘附在玻璃器皿的表面。加入氟离子或草酸根等络合离子，示踪剂能从胶体状态转化成离子状态，变得稳定。因此锆95－铌95示踪剂溶液通常采用草酸介质。

元素分布

已发现锆有19个放射性同位素，铌有22个放射性同位素。锆和铌的主要放射性同位素及其核性质和产生方式见表。在这些核素中锆95和铌95最为重要，铌95是锆95的子体。它们具有强的γ放射性，裂变产额高，所以锆95－铌95的γ放射性占总裂变产物放射性的相当大比重，是核燃料后处理过程中重点去除的裂变产物。

研究历史

1801年英国C.哈切特从铌铁矿中分离出一种新元素的氧化物，并命名该元素为columbium（中译名钶）。

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