Polonium

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 29. září 2022; kontroly vyžadují 2 úpravy .
Polonium
←  Bismut | Astat  →
84 Te

Po

Lv
Periodická soustava prvků84po _
Vzhled jednoduché látky
Stříbřitě bílý měkký kov
Tenký film z polonia na kotouči z nerezové oceli
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo Polonium / Polonium (Po), 84
atomová hmotnost
( molární hmotnost )
208,9824  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 4
Poloměr atomu 176 hodin
Chemické vlastnosti
kovalentní poloměr 146  hodin
Poloměr iontů (+6e) 67  hodin
Elektronegativita 2,3 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál Po ← Po 3+ 0,56 V
Po ← Po 2+ 0,65 V
Oxidační stavy −2, +2, +4, +6
Ionizační energie
(první elektron)
813,1 (8,43)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. ) 9,196 [1]  g/cm³
Teplota tání 527K ( 254 °C) [1]
Teplota varu 1235 K (962 °C)] [1]
Oud. teplo tání 10 kJ/mol
Oud. výparné teplo 102,9 kJ/mol
Molární tepelná kapacita 26,4 [2]  J/(K mol)
Molární objem 22,7  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce krychlový
Parametry mřížky a = 3,35  Á
Číslo CAS 7440-08-6
84 Polonium
Po(209)
4f 14 5d 10 6s 2 6p 4

Polonium  je radioaktivní chemický prvek 16. skupiny (podle zastaralé klasifikace - hlavní podskupina VI. skupiny), 6. periody v periodickém systému D. I. Mendělejeva, s atomovým číslem 84, značeno symbolem Po ( lat.  Polonium ). Patří do skupiny chalkogenů . Za normálních podmínek se jedná o měkký radioaktivní kov (podle jiných zdrojů - polokov ) stříbřitě bílé barvy [2] [3] .

Historie a původ jména

Prvek objevili v roce 1898 manželé Pierre Curie a Maria Skłodowska-Curie v rudě uranové pryskyřice [4] . Poprvé tento objev oznámili 18. července na zasedání pařížské akademie věd ve zprávě s názvem „O nové radioaktivní látce obsažené v pryskyřicové směsi“ [5] . Prvek byl pojmenován po vlasti Marie Skłodowské-Curie - Polsku ( lat.  Polonia ) [3] [cca. 1] .

V roce 1902 objevil německý vědec Wilhelm Markwald nový prvek. Nazval to radiotelurium . Curie po přečtení poznámky o objevu oznámil, že se jedná o prvek polonia, který objevili před čtyřmi lety. Markwald s tímto hodnocením nesouhlasil a uvedl, že polonium a radiotelurium jsou různé prvky. Po sérii experimentů s prvkem Curieovi dokázali, že polonium a radiotelurium mají stejný poločas rozpadu . Marwald byl nucen přiznat svou chybu.

První vzorek polonia obsahující 0,1 mg tohoto prvku byl izolován v roce 1910 .

Být v přírodě

Radionuklidy polonia jsou součástí přirozené radioaktivní řady :

210 Po ( T 1/2 = 138,376 dní ), 218 Po ( T 1/2 = 3,10 min) a 214 Po ( T 1/2 = 1,643⋅10 −4 s) - v řadě 238 U; 216 Po ( Т 1/2 = 0,145 s) a 212 Po ( Т 1/2 = 2,99⋅10 −7 s) - v řadě Th; 215 Po ( Т 1/2 = 1,781⋅10 −3 s) a 211 Po ( Т 1/2 = 0,516 s) - v řadě 235 U.

Proto je polonium vždy přítomno v minerálech uranu a thoria. Rovnovážný obsah polonia v zemské kůře  je asi 2⋅10 −14  % hmotnosti [2] .

Fyzikální a chemické vlastnosti

Polonium je měkký, stříbřitě bílý radioaktivní kov (často klasifikovaný jako polokov ).


Kovové polonium na vzduchu rychle oxiduje. Oxid polonium (PoO 2 ) x a oxid polonium PoO jsou známy. S halogeny tvoří tetrahalogenidy . Působením kyselin přechází do roztoku za vzniku růžových Po 2+ kationtů:

Když se polonium rozpustí v kyselině chlorovodíkové za přítomnosti hořčíku, vytvoří se polovodík :

který je kapalný při pokojové teplotě (-36,1 až 35,3 °C)

Kyselý oxid polonium PoO 3 a soli kyseliny polonia, které neexistují ve volném stavu, polonáty K 2 PoO 4 , byly získány v indikačních množstvích . Tvoří halogenidy o složení PoX 2 , PoX 4 a PoX 6 . Stejně jako telur je polonium schopno tvořit chemické sloučeniny, polonidy, s řadou kovů.

Polonium je jediný chemický prvek, který při nízkých teplotách tvoří monoatomickou jednoduchou kubickou krystalovou mřížku [6] .

Izotopy

Na začátku roku 2006 je známo 33 izotopů polonia v rozsahu hmotnostních čísel od 188 do 220. Kromě toho je známo 10 metastabilních excitovaných stavů izotopů polonia. Nemá žádné stabilní izotopy [2] . Nejdéle žijící izotopy, 209 Po a 208 Po, mají poločasy 125 a 2,9 roku. Některé izotopy polonia zahrnuté v radioaktivní řadě uranu a thoria mají své vlastní názvy , které jsou nyní většinou považovány za zastaralé:

Izotop název Označení radioaktivní série
210 po _ Radium F RaF 238 U
211po _ aktinium C' AcC' 235 U
212 po _ Thorium C' ThC' 232th _
214po _ Radium C' RaC' 238 U
215 Po Aktinium A ACA 235 U
216po _ Thorium A ThA 232th _
218 po _ Radium A RaA 238 U

Získání

V praxi je nuklid polonia 210 Po uměle syntetizován v gramových množstvích ozařováním kovového 209 Bi tepelnými neutrony v jaderných reaktorech. Výsledné 210 Bi se převede na 210 Po β-rozpadem . Když je stejný izotop vizmutu ozářen protony podle reakce

209 Bi + p → 209 Po + n

209 Po je nejdéle žijící izotop polonia .

V reaktorech s tekutým kovovým nosičem lze jako chladivo použít eutektikum olovo-bismut . Takový reaktor byl instalován zejména na ponorce K-27 . V aktivní zóně reaktoru se vizmut může změnit na polonium.

Z odpadu zpracování uranové rudy se získávají mikrokvantita polonia . Polonium se izoluje extrakcí , iontovou výměnou , chromatografií a sublimací .

Kovový Po se získává tepelným rozkladem sulfidu nebo oxidu PoS (PoO 2 ) x ve vakuu při 500 °C.

Více než 95 % světové produkce polonia-210 je v Rusku [7] , nicméně téměř celý je dodáván do Spojených států amerických, kde se využívá zejména k výrobě průmyslových a domácích antistatických ionizátorů vzduchu.

V roce 2006 se podle britského vědce a spisovatele Johna Emsleyho vyrobilo asi 100 gramů 210 Rho ročně. [osm]

Cena

Podle britských odborníků stojí mikroskopické dávky polonia-210 miliony amerických dolarů [9] . Na druhou stranu podle vyjádření radiochemika d. x. n. B. Žuykova, získaný z vizmutu polonia-210 je velmi levný [7] . Podle údajů za rok 2006 bylo pro výrobu 9,6 gramů polonia-210 do závodu Avangard [cca. 2] zaplatil asi 10 milionů rublů [10] , což je srovnatelné s cenou tritia [11] . Americká společnost United Nuclear, která izotop dostává z Ruska, však v roce 2006 prodávala vzorky za 69  USD a tvrdila, že k nahromadění smrtelné dávky by bylo potřeba více než 1 milion dolarů [12] .

Aplikace

Polonium-210 ve slitinách s beryliem a borem se používá k výrobě kompaktních a velmi výkonných neutronových zdrojů, které prakticky nevytvářejí γ-záření (ale jsou krátkodobé díky krátké životnosti 210 Po: T 1/2 = 138,376 dnů) - částice alfa polonia-210 rodí neutrony na jádrech berylia nebo boru v (α,  n )-reakci. Jedná se o hermeticky uzavřené kovové ampule obsahující polonium-210-potažené karbid boru nebo keramické peletky karbidu berylia . Takové neutronové zdroje jsou lehké a přenosné, provozně zcela bezpečné a velmi spolehlivé. Například sovětský zdroj neutronů VNI-2 je mosazná ampule o průměru 2 cm a výšce 4 cm, která každou sekundu emituje až 90 milionů neutronů [13] .

Polonium-210 se často používá k ionizaci plynů (zejména vzduchu). Především je ionizace vzduchu nezbytná pro boj se statickou elektřinou ( ve výrobě , při manipulaci se zvláště citlivými zařízeními) [14] . Například kartáče na odstraňování prachu jsou vyrobeny pro přesnou optiku. Pro lakování automobilů v garážích se používají stříkací pistole s přívodem vzduchu procházejícím přes antistatický ionizátor s poloniem („iontová pistole“) [15] . Další, dávná aplikace efektu ionizace plynu je v elektrodových slitinách automobilových zapalovacích svíček ke snížení iniciačního napětí jiskry [16] .

Důležitou oblastí použití polonia-210 je jeho použití ve formě slitin s olovem , ytriem nebo samostatně pro výrobu výkonných a velmi kompaktních zdrojů tepla pro autonomní instalace , například vesmírné. Jeden krychlový centimetr polonia-210 uvolňuje asi 1320 wattů tepla. Tento výkon je velmi vysoký, snadno uvádí polonium do roztaveného stavu, proto se leguje např. olovem. Tyto slitiny mají sice znatelně nižší hustotu energie ( 150 W/cm 3 ), nicméně jsou pohodlnější a bezpečnější, protože polonium-210 emituje téměř výhradně částice alfa a jejich penetrační síla a délka dráhy v husté hmotě jsou minimální. .. Například sovětská samohybná vozidla lunochodského vesmírného programu používala k ohřevu přístrojového prostoru poloniové topení.

Polonium-210 může sloužit ve slitině s lehkým izotopem lithia ( 6 Li) jako látka, která může výrazně snížit kritickou hmotnost jaderné nálože a sloužit jako druh jaderné rozbušky . . Polonium je navíc vhodné pro vytváření kompaktních „ špinavých bomb “ a je vhodné pro skrytou přepravu, protože prakticky nevyzařuje gama záření [13] . Izotop emituje gama kvanta s energií 803 keV s výtěžkem pouze 0,001 % na jeden rozpad [17] .

Polonium je strategický kov , musí se s ním velmi přísně počítat a jeho skladování musí být pod kontrolou státu kvůli hrozbě jaderného terorismu .

Toxicita

Polonium-210 má zvláště vysokou radiotoxicitu a je karcinogenní, s poločasem rozpadu 138 dnů 9 hodin [18] [19] . Jeho specifická aktivita (166 TBq/g, výdej tepla 148 W/g) je tak vysoká, že i když vyzařuje pouze alfa částice, nelze s ním manipulovat ručně, protože dojde k radiačnímu poškození kůže a případně celé tělo: polonium proniká poměrně snadno dovnitř kůží. Je také nebezpečný ve vzdálenosti přesahující délku dráhy částic alfa, protože jeho sloučeniny se samovolně zahřívají v důsledku velmi silného měrného tepla a přecházejí do aerosolového stavu. . MPC ve vodních útvarech a ve vzduchu pracovních prostor je 11,1⋅10 −3 Bq/l a 7,41⋅10 −3 Bq/m 3 [19] . Proto pracujte s poloniem-210 pouze v uzavřených krabicích. Nebezpečné jsou také všechny sloučeniny polonia, z nichž nejjedovatější je hydrogenpolonid. .

Kladně nabité částice alfa emitované poloniem neprocházejí kůží, pokud se však polonium dostane do těla – při požití nebo vdechnutí – částice alfa nevratně způsobí nebezpečné radiobiologické účinky uvnitř lidského těla (především v důsledku radiolýzy vody ), což může vést k mutacím, rozvoji maligních onemocnění (mezi nimi - leukémie ), poruše krvetvorby a smrti [20] [cca. 3] .

Podle odborníků se smrtelná dávka polonia-210 pro dospělého člověka odhaduje na 0,1–0,3 GBq (0,6–2 μg), když se izotop dostane do těla plícemi , do 1–3 GBq (6–18 μg), když přijímány trávicím traktem [21] .

Polonium-208 s delší životností (poločas rozpadu 2,898 let) a polonium-209 (poločas rozpadu 103 let) mají o něco menší radiotoxicitu na jednotku hmotnosti, nepřímo úměrnou poločasu rozpadu. O radiotoxicitě jiných izotopů polonia s krátkou životností je známo jen málo. V lidském těle se polonium chová jako jeho chemické homology, selen a telur , koncentrované v játrech, ledvinách, slezině a kostní dřeni. . Poločas rozpadu z těla - od 30 do 50 dnů, vylučuje se převážně ledvinami . Byly tam zprávy o úspěšném použití 2,3-dimerkaptopropanolu k odstranění polonia z těla potkanů ​​- 90 % zvířat, kterým byla intravenózně podána letální dávka polonia-210 (9 ng / kg tělesné hmotnosti ) přežil, zatímco v kontrolní skupině všechny krysy zemřely do měsíce a půl.

Případy otravy poloniem-210

Obsah polonia ve výrobcích

Polonium-210 se v přírodě vyskytuje v malých množstvích a hromadí se v tabáku [25] [26] [27] , a proto je jedním z významných faktorů, které poškozují zdraví kuřáka. Jiné přirozené izotopy polonia se velmi rychle rozkládají, takže se nestihnou hromadit v tabáku [28] . „Výrobci tabáku objevili tento prvek před více než 40 lety, pokusy o jeho odstranění byly neúspěšné,“ uvádí článek z roku 2008 [27] od výzkumníků z americké Stanfordské univerzity a Mayo Clinic v Rochesteru [29] .

Poznámky

Komentáře
  1. V době objevu polonia Polsko jako stát neexistovalo: země byla rozdělena mezi Rusko, Rakousko a Německo.
  2. Ruská elektrárna poblíž města Sarov , která má vojenský jaderný reaktor .
  3. Otravu polloniem je obtížné odhalit, protože Geigerovým počítačem nelze zjistit žádné gama záření . Identifikace polonia vyžaduje speciální vybavení a složité metody ( Případ Litviněnko: smrtící stopa Polonia Archived 28. července 2015 na Wayback Machine // BBC , 28. července 2015).
Poznámky pod čarou
  1. 1 2 3 Polonium: fyzikální  vlastnosti . WebElements. Získáno 28. srpna 2013. Archivováno z originálu dne 28. září 2013.
  2. 1 2 3 4 Ch. Ed.: N. S. Žefirov. Chemická encyklopedie / N. S. Zefirov. - Moskva: Velká ruská encyklopedie, 1995. - T. 4. - S. 53. - 639 s. — (5 svazků). — 20 000 výtisků.  — ISBN 5852700924 .
  3. 1 2 Polonius - článek z Velké sovětské encyklopedie
  4. E. Rutherford. Radioaktivní látky a jejich záření . — London: Forgotten Books. - S. 20. - 699 s. - ISBN 1451001983 , 9781451001983.
  5. Manolov K., Tyutyunnik V. Biografie atomu. Atom - z Cambridge do Hirošimy. - Upravený jízdní pruh. z bulharštiny .. - M . : Mir , 1984. - S. 26. - 246 s.
  6. Igor Ivanov. Hádanka polonia 1 je vyřešena (12.07.2007). - "Výpočty provedené českými badateli daly odpověď na otázku, která fyziky dlouho trápí: proč polonium dává přednost kubické krystalové mřížce?" Získáno 4. května 2010. Archivováno z originálu 22. srpna 2011.
  7. 1 2 Proč bylo potřeba polonium? Archivováno 11. února 2015 na Wayback Machine // Trinity Variant, 10. února 2015.
  8. Otázky a odpovědi: Polonium-210 archivováno 13. července 2015 na Wayback Machine // Royal Society of Chemistry, 27. listopadu 2006.
  9. Případ Litviněnko: Rusko se zapojilo „tak či onak“ Archivováno 2. srpna 2015 na Wayback Machine // BBC, 31. července 2015.
  10. Když bylo polonium povoláno do provozu Archivní kopie ze dne 27. června 2015 na Wayback Machine // Rossijskaja Gazeta, 31. července 2015.
  11. Je energie z jaderné syntézy skutečně životaschopná? Archivováno 26. září 2015 na Wayback Machine // BBC, 5. března 2010.
  12. Osoba zasažená poloniem-210 nemůže zanechat stopy Archivní kopie ze dne 28. dubna 2018 na Wayback Machine // RIANOVOSTI, 11. prosince 2006.
  13. 1 2 Krásná verze Litviněnkovy „sebevraždy“ kvůli křivým rukám . www.stringer.ru (28. listopadu 2006). - Verze "špinavé" bomby od RBC, 28.11.2006. Získáno 2. března 2012. Archivováno z originálu dne 22. června 2012.
  14. Ochrana proti statické elektřině. Elektrická bezpečnostní zařízení . Energetický průmysl. Získáno 9. srpna 2013. Archivováno z originálu 12. března 2013.
  15. Vysoká škola porušuje radioaktivní předpisy Archivováno 26. listopadu 2015 na Wayback Machine .
  16. JH Dillon. Slitina polonia pro elektrody zapalovacích svíček  (anglicky)  (nedostupný odkaz) . Journal of Applied Physics (16. ledna 1940). Získáno 9. srpna 2013. Archivováno z originálu 13. srpna 2013.
  17. Boris Žuikov. Proč bylo potřeba polonium? . Noviny "Trinity option - Science" (10.02.2015). Datum přístupu: 15. února 2015. Archivováno z originálu 11. února 2015.
  18. Jedovaté polonium . Získáno 18. února 2021. Archivováno z originálu dne 5. března 2022.
  19. 1 2 V. A. Bazhenov, L. A. Buldakov, I. Ya. Vasilenko a další Škodlivé chemikálie. Radioaktivní látky: Ref. vyd. / Pod. vyd. V. A. Filová a další - L  .: Chemie, 1990. - S. 35, 309-320. — ISBN 5-7245-0216-X .
  20. Případ Litviněnko: smrtící stopa polonia Archivováno 28. července 2015 na Wayback Machine // BBC , 28. července 2015.
  21. John Harrison, Rich Leggett, David Lloyd, Alan Phipps, Bobby Scott. Polonium-210 jako jed  . Journal of Radiological Protection (6. března 2007). Získáno 9. srpna 2013. Archivováno z originálu 13. srpna 2013.
  22. Ostatky Jásira Arafata byly odstraněny z mauzolea . Lenta.Ru (27. listopadu 2012). Získáno 9. srpna 2013. Archivováno z originálu 13. srpna 2013.
  23. Vyšetření potvrdilo, že Arafat byl otráven poloniem . RIA Novosti (6.11.2013). Získáno 8. listopadu 2013. Archivováno z originálu 7. listopadu 2013.
  24. Ruští lékaři: Arafat zemřel přirozenou smrtí (26. prosince 2013). Datum přístupu: 28. ledna 2014. Archivováno z originálu 30. prosince 2013.
  25. Tobacco Smoke / EPA Radiation Protection  (anglicky) : "tabákové listy používané při výrobě cigaret obsahují radioaktivní materiál, zejména olovo-210 a polonium-210".
  26. Tso TC, Harley N., Alexander LT Zdroj olova-210 a polonia-210 v tabáku   // Věda . - 1966. - Sv. 153 , iss. 3738 . - S. 880-882 . - doi : 10.1126/science.153.3738.880 .
  27. 1 2 Muggli Monique E. , Ebbert Jon O. , Robertson Channing , Hurt Richard D. Waking a Sleeping Giant: Reakce tabákového průmyslu na vydání Polonia-210  //  American Journal of Public Health. - 2008. - září ( roč. 98 , č. 9 ). - S. 1643-1650 . doi : 10.2105/ AJPH.2007.130963 .
  28. Polonium-210 v tabákovém kouři (nepřístupný odkaz) . Získáno 20. října 2010. Archivováno z originálu 8. srpna 2010. 
  29. Tabák obsahuje radioaktivní polonium-210 . RIA Novosti (29. srpna 2008). Získáno 9. srpna 2013. Archivováno z originálu 13. srpna 2013.

Odkazy