Polonium | ||||
---|---|---|---|---|
← Bismut | Astat → | ||||
| ||||
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] .
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 .
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] .
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] .
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 |
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 + n209 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]
CenaPodle 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] .
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 .
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.
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] .
Slovníky a encyklopedie |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Řady elektrochemické aktivity kovů | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |
polonia | Sloučeniny|
---|---|
|