Тритий (10028-17-8) Физико-химические свойства
Тритий
Тритий (водород‑3) — радиоактивный изотоп водорода, поставляемый в виде молекулярного газа или тритированной воды, используемый в трассерных исследованиях, радиомечении и специальных люминесцентных и связанных с термоядерным синтезом приложениях.
| Номер CAS | 10028-17-8 |
| Класс вещества | Радионуклиды (изотоп водорода) |
| Типичная форма | Бесцветный газ (или тритированная вода) |
| Обычные сорта | EP, USP |
Тритий — радиоактивный изотоп водорода с массовым числом 3 (ядерный состав: один протон и два нейтрона). Химически относится к изотопной серии водорода и в молекулярной форме встречается преимущественно как двухатомный молекулярный тритий (T2, часто обозначается как 3H2 или дитрий) и как тритированная вода (HTO или T2O) после окисления. В электронном и химическом плане тритий ведёт себя аналогично другим изотопам водорода: образует те же типы ковалентных связей и участвует в тех же кислотно-основных равновесиях, что протий и дейтерий, однако изотопные массовые различия влияют на нулевую энергию колебаний, кинетику реакций и диффузионные свойства. В молекулярной форме рассчитанные дескрипторы для дитрия отражают минимальную полярную площадь поверхности и отсутствие водородных связей: SMILES "[3H][3H]", рассчитанная молекулярная масса 6.032098563.
Тритий является бета-излучателем низкой энергии; при распаде образуется электрон и антинейтрино, а сам изотоп преобразуется в гелий-3. Радиологические свойства (период полураспада, удельная активность, спектр бета-излучения) напрямую влияют на его практическое использование: тритированная вода химически неотличима от обычной воды и легко обменивается и перемещается в природных и биологических системах, обеспечивая основной путь внутреннего облучения. Элементарный тритий (T2 или HT) — это горючий двухатомный газ, значительно менее биодоступный, чем HTO, но представляющий трудности в сдерживании и совместимости с материалами из-за высокой диффузии, водородного охрупчивания большинства металлов и деградации/проницаемости полимеров.
Распространённые коммерческие сорта данного вещества включают: EP, USP.
Основные физические свойства (плотность, температура плавления, температура кипения)
Атомная масса
Тритий — изотоп водорода с массовым числом 3 (номинальная атомная масса 3). Для молекулярного дитрия (T2) вычисленная молекулярная масса составляет 6.032098563 (единица измерения: \(\mathrm{г}\,\mathrm{моль}^{-1}\), молярная масса).
Внешний вид и физическое состояние
В несвязанной форме тритий представляет собой двухатомный газ. Экспериментальные описания физического состояния отмечают присутствие газа трития (HT/T2) и тритированной воды (HTO), причём последняя является доминирующей биологически значимой формой.
Плотность
Сообщаются измеренные и вычисленные параметры, связанные с плотностью конденсированных фаз: критический объём \(57.1\ \text{куб.см/моль}\) (вычисленный); теплота сублимации \(1640\ \mathrm{Дж}\,\mathrm{моль}^{-1}\); энтропия испарения \(54.0\ \mathrm{Дж}\,\mathrm{моль}^{-1}\,\mathrm{К}^{-1}\); и молярная плотность жидкости при \(25\ \mathrm{K}\) равна \(42.65\ \mathrm{моль}\,\mathrm{л}^{-1}\).
Температура плавления
Экспериментально определённая температура плавления: \(-254.54\ ^\circ\mathrm{C}\) (\(20.62\ \mathrm{K}\)) при давлении \(162\ \mathrm{мм}\,\mathrm{рт.ст.}\).
Температура кипения
Экспериментально определённая температура кипения: \(-248.12\ ^\circ\mathrm{C}\) (\(25.04\ \mathrm{K}\)).
Химические свойства (реакционная способность и степени окисления)
Степени окисления
Тритий проявляет те же формальные степени окисления, что и протий: обычно \(-1, 0\) и \(+1\), в зависимости от химической среды. Как изотоп водорода, он образует гидриды (степень окисления \(-1\)), двухатомный газ (степень окисления 0) и протонные виды (степень окисления \(+1\)) в кислотах и ковалентных соединениях.
Реакция с воздухом и водой
Элементарный тритий (T2 или HT) — горючий двухатомный газ с химической активностью, характерной для водорода: он горит или образует оксиды в воздухе при воспламенении и обменивается с обычным водородом во многих реакциях. Окисление во влажном воздухе или на каталитических поверхностях быстро приводит к образованию тритированной воды (HTO/T2O). HTO химически идентична обычной воде и распределяется в водных фазах и биологических жидкостях; так как HTO химически неотличима от H2O, она является основной формой, значимой для транспортировки в окружающей среде и биологического усвоения.
Реакция с кислотами и основаниями
Тритий следует химии водорода. Тритий может входить в состав кислот как катионная форма (T+) и в металлические гидриды как (T−). Тритий-меченые реагенты и тритированные соединения участвуют в кислотно-основных и окислительно-восстановительных равновесиях аналогично соединениям с протием и дейтерием, с кинетическими эффектами из-за большей массы трития.
Изотопный состав
Стабильные изотопы
Водород имеет два стабильных изотопа: протий (\(^1\)H) и дейтерий (\(^2\)H или D). Тритий (\(^3\)H) — следующий по массе изотоп, но радиоактивный, а не стабильный.
Радиоизотопы
Тритий (\(^3\)H) — радиоактивный изотоп водорода. Сообщается несколько экспериментальных значений периода полураспада и параметров распада: период полураспада варьируется около \(\text{12.33 лет}\), \(\text{12.26 лет}\) и \(\text{12.323}\pm\text{0.004 лет}\) в различных измерениях; распад происходит путём бета-минус излучения (максимальная энергия бета-частиц \(\sim 18.6\ \mathrm{кэВ}\), средняя энергия бета-частиц \(\sim 5.7\ \mathrm{кэВ}\)). Сообщаемые радиохимические показатели активности включают максимальную удельную активность \(1078.9\ \mathrm{ГБк}\,\mathrm{ммоль}^{-1}\) и молярную активность \(2157\ \mathrm{ТБк}\,\mathrm{моль}^{-1}\).
Термодинамические параметры
Теплоёмкость и сопутствующие данные
Прямые значения теплоёмкости не представлены в текущих данных. Сообщаемые энергетические параметры фазовых превращений включают теплоту испарения \(1390\ \mathrm{Дж}\,\mathrm{моль}^{-1}\) и теплоту сублимации \(1640\ \mathrm{Дж}\,\mathrm{моль}^{-1}\). Энтропия испарения равна \(54.0\ \mathrm{Дж}\,\mathrm{моль}^{-1}\,\mathrm{К}^{-1}\).
Энтальпия и энергия Гиббса
Отсутствуют экспериментально установленные данные по стандартной энтальпии образования или энергии Гиббса для эталонных соединений, содержащих тритий, в текущем контексте.
Идентификаторы и синонимы
Регистрационные номера и коды
- Номер CAS: 10028-17-8
- Номер Европейского сообщества (EC): 233-070-8
- UNII: YGG3Y3DAG1
- ChEBI: CHEBI:29298
- DSSTox Substance ID: DTXSID80881374
- InChI: InChI=1S/H2/h1H/i1+2T
- InChIKey: UFHFLCQGNIYNRP-JMRXTUGHSA-N
- SMILES: [3H][3H]
Синонимы и распространённые названия
Распространённые синонимы и обозначения вещества включают: Тритий; Водород-3; дитрий; (3H2) дигидроген; Молекулярный тритий; Тритий, радиоактивный; Молекула трития; ВОДОРОД, ИЗОТОП МАССЫ 3.
Промышленные и коммерческие применения
Основные отрасли применения
Тритий используется там, где выгодна его радиомаркировка или низкоэнергетическое бета-излучение: в технологии ядерного оружия (повышение выхода и термоядерные приложения), радиолюминесцентных устройствах и светящихся вывесках, радиотрейсерных исследованиях в гидрологии, экологических и биологических исследованиях, а также в некоторых аналитических и детекционных приложениях. Производится коммерчески путем нейтронного облучения материалов, содержащих литий-6, а также образуется в реакторах путем захвата нейтронов дейтерием.
Типичные примеры применения
- Радиолюминесцентные источники: смесь трития с фосфорами обеспечивает долговременные слабосветящиеся источники света для аварийных выходов, шкал приборов и прицельных устройств.
- Радиотрейсер и маркировка: тритиевые соединения широко используются в биохимических и экологических трасерных исследованиях, поскольку тритий излучает бета-излучение без сопутствующих гамма-лучей.
- Термоядерная и ядерная техника: тритий служит компонентом топлива или реагентом термоядерного синтеза, а также усилителем в некоторых видах вооружений.
- Исследования и технологические процессы: калибровка детекторов, источники для электронно-захватных детекторов и специализированные радиохимические исследования.
Если требуется краткое резюме применения для закупок или технических спецификаций, выбор обычно определяется желаемой активностью (удельной или молярной), химической формой (газ, металлический гидрид или водный HTO) и требованиями к упаковке/контейнеризации.
Обзор техники безопасности и обращения
Требования к хранению и обращению
Тритий представляет собой радиологическую опасность и вызывает проблемы совместимости с материалами. Основные положения: - Формы и контейнеры: элементарный тритий (T2/HT) — это воспламеняющийся диффузный газ; тритиевая вода (HTO) химически аналогична обычной воде и является основным путем биологического проникновения. Газообразные формы требуют герметичных сосудов с низкой проницаемостью и рассчитанных на давление ёмкостей, спроектированных для предотвращения охрупчивания и накопления гелия в результате распада. - Совместимость материалов: тритий легко диффундирует через многие полимеры и некоторые металлы; многие стали и металлы, образующие гидриды, не подходят для длительной эксплуатации из-за водородного охрупчивания или образования гидридов. Полимеры могут поглощать тритий и подвергаться радиационному разрушению; распространённые инженерные полимеры (например, LDPE, PTFE) обладают проницаемостью или радиолитическим разрушением и должны применяться только после проверки совместимости. - Форматы хранения: тритий может храниться в виде газа в ампулах/баллонах под давлением, в виде металлических тритидов или тритиевой воды с двойной защитой. Хранение в тритидах металлов снижает объем свободного газа, но может вызвать появление пирофорных металлических частиц или усложнить восстановление из-за легирования. - Контроль разливов и утечек: при утечках HTO требуется мониторинг загрязнения воздуха и поверхностей; меры контроля включают изоляцию, абсорбенты для жидкостей и системы улавливания/вентиляции через ловушки для трития (например, водяные ловушки) для отводимых газов.
Для подробной информации о рисках, транспортировке и нормативных требованиях пользователям следует обращаться к Специфичной паспорту безопасности (SDS) и местному законодательству.
Профессиональное воздействие и средства защиты
- Радиационные характеристики: тритий является слабым бета-излучателем, его излучение не проникает через неповрежденную кожу; основная опасность — внутреннее облучение при вдыхании, проглатывании или через кожу (особенно HTO).
- Биологическое поведение и мониторинг: тритиевая вода быстро распределяется в теле и имеет короткий биологический период полураспада у человека — обычно несколько дней (общепринятые величины в диапазоне нескольких до ~14 дней для водной составляющей организма, при этом органически связанный тритий удерживается дольше). Мониторинг профессионального воздействия осуществляют методом биохимического анализа мочи с жидкостной сцинтиляционной спектроскопией.
- Предельно допустимые уровни и контроль: для планирования работы используются консервативные регуляторные пределы и производные количественные показатели (например, максимальная допустимая нагрузка на организм — \(37\ \mathrm{MBq}\) (равно \(1\ \mathrm{mCi}\)) и нормативы для питьевой воды на уровне \(20{,}000\ \mathrm{pCi}\,\mathrm{L}^{-1}\)). Концепция допустимой концентрации в воздухе применяется для определения приемлемых уровней при постоянном профессиональном воздействии; рекомендуются инженерные средства защиты, перчаточные боксы, вытяжные шкафы с ловушками для трития или водяными капельницами, а также строгие меры герметизации при работе с количествами уровня кюри.
- Средства индивидуальной защиты (СИЗ): при выборе акцент делают на предотвращение внутреннего поступления и контроль поверхностного загрязнения. При наличии трития в воздухе или значительной активности эффективны респираторы с подачей воздуха (СИП или полнолицевые с подачей воздуха). В лабораторных условиях обычно используют перчаточные боксы, одноразовые лабораторные принадлежности, защитную одежду и проводят частый контроль и замену загрязненных перчаток. Для снижения биологического периода задержания после значительного непреднамеренного поступления применяются усиленное потребление жидкости и диуретики.
- Аварийные ситуации и дезактивация: первоочередные меры — немедленное прекращение контакта, снятие загрязненной одежды и тщательное мытье. При значительном внутреннем попадании медицинское ведение сосредоточено на поддерживающей терапии и снижении дозы (например, принудительное потребление жидкости). Обращение с отходами, загрязненными тритием, обычно соответствует установленным практикам обращения с радиоактивными отходами и может включать твердение водных отходов перед утилизацией.
Для подробных операционных протоколов и методик оценки доз следует использовать действующие программы радиационной защиты, квалифицированный персонал по радиационной безопасности и соответствующие законодательные и нормативные рамки.
