- Полоний-210
-
Порошок полония в пробиркеПолоний / Polonium (Po)
Атомный номер 84
Внешний вид простого вещества серебристо-серый металл
Свойства атома Атомная масса
(молярная масса)Радиус атома 176 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p4
Химические свойства Ковалентный радиус 146 пм
Радиус иона (+6e) 67 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)2,0
Электродный потенциал Po ← Po3+ 0,56 В
Po ← Po2+ 0,65 ВСтепени окисления –2, +2, +4, +6
Термодинамические свойства простого вещества Плотность Удельная теплоёмкость Теплопроводность Температура плавления 527 K
Теплота плавления Температура кипения 1235 K
Теплота испарения Молярный объём Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки кубическая
Период решётки 3,350 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая n/a K
Po 84 [209] 6s26p4 Полоний Поло́ний — химический элемент с атомным номером 84 в периодической системе, обозначается символом Po (лат. Polonium), радиоактивный полуметалл серебристо-белого цвета. Не имеет стабильных изотопов.
Содержание
История и происхождение названия
Элемент открыт в 1898 году супругами Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри в смоляной обманке — урановой руде. Первый образец полония, содержащий 0,1 мг этого элемента, был выделен в 1910 г.
Элемент назван в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши (лат. Polonia).
Свойства
Полоний — мягкий серебристо-белый радиоактивный металл.
Металлический полоний быстро окисляется на воздухе. Известны диоксид полония (РоО2)x и монооксид полония РоО. С галогенами образует тетрагалогениды. При действии кислот переходит в раствор с образованием катионов Ро2+ розового цвета:
Ро + 2HCl → PoCl2 + Н2↑.
При растворении полония в соляной кислоте в присутствии магния образуется полоноводород:
Ро + Mg + 2HCl → MgCl2 + H2Po,
который при комнатной температуре находится в жидком состоянии (от −36,1 до 35,3 °C)
В индикаторных количествах получены кислотный триоксид полония РоО3 и соли полониевой кислоты, не существующей в свободном состоянии — полонаты К2РоО4. Известен также диоксид полония PoO2. Образует галогениды состава PoX2, PoX4 и PoX6. Подобно теллуру полоний способен с рядом металлов образовывать химические соединения — полониды.
Полоний является единственным химическим элементом, который при низкой температуре образует одноатомную простую кубическую кристаллическую решётку. [1]
Нахождение в природе
Радионуклиды полония входят в состав естественных радиоактивных рядов:
210Po (Т1/2 = 138,376 суток), 218Po (Т1/2 = 3,10 мин) и 214Po (Т1/2 = 1,643·10−4 с) — в ряд 238U;
216Po (Т1/2 = 0,145 с) и 212Po (Т1/2 = 2,99·10−7 с) — в ряд Th;
215Po (Т1/2 = 1,781·10−3 с) и 211Po(Т1/2 = 0,516 с) — в ряд 235U.
Поэтому полоний всегда присутствует в урановых и ториевых минералах. Равновесное содержание полония в земной коре 2·10−14% по массе.
Также Полоний-210 содержится в табаке и табачном дыме, об этом предпочитают умалчивать производители табака. "Производители табака обнаружили этот элемент более 40 лет назад, попытки изъять его были безуспешны" - говорится в статье, исследователей из американского Стэнфордского университета и клиники Майо в Рочестере.[1]
Получение
На практике в граммовых количествах нуклид полония 210Ро синтезируют искусственно, облучая металлический 209Bi нейтронами в ядерных реакторах. Получившийся 210Bi за счет β-распада превращается в 210Po. При облучении того же изотопа висмута протонами по реакции
209Bi + p → 209Po + n
образуется самый долгоживущий изотоп полония 209Po.
Микроколичества полония извлекают из отходов переработки урановых руд. Выделяют полоний экстракцией, ионным обменом, хроматографией и возгонкой.
Металлический Po получают термическим разложением в вакууме сульфида PoS или диоксида (PoO2)x при 500 °C.
Применение
Полоний-210 в сплавах с бериллием и бором применяется для изготовления компактных и очень мощных нейтронных источников, практически не создающих γ-излучения (но, к сожалению, короткоживущих, ввиду малого времени жизни 210Po: Т1/2 = 138,376 суток). Альфа-частицы полония-210 рождают нейтроны на ядрах бериллия или бора в (α, n)-реакции. Это герметичные металлические ампулы, в которые заключена покрытая полонием-210 керамическая таблетка из карбида бора или карбида бериллия. Такие нейтронные источники легки и портативны, совершенно безопасны в работе и очень надежны. Например, латунная ампула диаметром два и высотой четыре сантиметра ежесекундно дает до 90 миллионов нейтронов.
Полоний также применялся в электродных сплавах автомобильных свечей зажигания для уменьшения напряжения возникновения искры.
Важной областью применения полония является его использование в виде сплавов со свинцом, иттрием или самостоятельно для производства мощных и весьма компактных источников тепла для автономных установок, например космических. Один кубический сантиметр полония-210 выделяет около 1320 Вт тепла. Эта мощность весьма велика, она легко приводит полоний в расплавленное состояние, поэтому его сплавляют, например, со свинцом. Хотя эти сплавы имеют заметно меньшую энергоплотность (150 Вт/см3), тем не менее они более удобны к применению и безопасны, так как полоний-210 испускает альфа-частицы, проникающая способность и длина пробега которых минимальны. Например, у советского лунохода для обогрева приборного отсека применялся полониевый обогреватель [2].
Отдельной строкой надо указать, что полоний-210 может послужить в сплаве с легким изотопом лития (6Li) веществом, которое способно существенно снизить критическую массу ядерного заряда и послужить своего рода ядерным детонатором. Поэтому полоний является стратегическим металлом, должен очень строго учитываться, и его хранение должно быть под контролем государства ввиду угрозы ядерного терроризма.
Биологическая роль
Полоний-210 высокотоксичен, имеет период полураспада 138 дней и 9 часов. Его удельная активность (166 ТБк/г) настолько велика, что, хотя он излучает только альфа-частицы, брать его руками нельзя, результатом будет лучевое поражение кожи и, возможно, всего организма: полоний довольно легко проникает внутрь сквозь кожные покровы. Он опасен и на расстоянии, превышающем длину пробега альфа-частиц, так как его соединения саморазогреваются и переходят в аэрозольное состояние. ПДК в водоемах и в воздухе рабочих помещений 11,1·10−3 Бк/л и 7,41·10−3 Бк/м3. Поэтому работают с полонием-210 лишь в герметичных боксах.
Точных сведений о воздействии радиационного отравления полонием на человека не существуют, так как опыты на человеке не проводились (проводились, однако, измерения кинетики малых доз полония в организме человека, а также наблюдения нескольких известных случаев острого или хронического отравления полонием). По оценке специалистов, опубликованной[3] в научном журнале Journal of Radiological Protection и основанной на математической модели радиационного отравления, разработанной на основе данных по опытам над животными, летальная доза полония-210 для взрослого человека оценивается в пределах от 0,1–0,3 ГБк (0,6-2 мкг), при попадании изотопа в организм через лёгкие, до 1-3 ГБк (6-18 мкг), при попадании в организм через пищеварительный тракт.
Более долгоживущие полоний-208 (период полураспада 2,898 года) и полоний-209 (период полураспада 103 года) обладают несколько меньшей радиотоксичностью на единицу веса, обратно пропорционально периоду полураспада. Сведений о радиотоксичности других, короткоживущих изотопов полония мало. В организме человека полоний ведет себя подобно своим химическим гомологам, селену и теллуру, концентрируется в печени, почках, селезёнке и костном мозге. Период полувыведения из организма − от 30 до 50 дней, выделяется в основном через почки. Есть сообщения об успешном использовании 2,3-димеркаптопропанола для выведения полония из организма крыс — 90 % животных, которым внутривенно вводилась смертельная доза полония-210 (9 нг/кг веса), выжили, тогда как в контрольной группе все крысы погибли в течение полутора месяцев.
Широко известен случай с Александром Литвиненко, который скончался в результате отравления полонием-210 в 2006 году.
Изотопы полония
На начало 2006 года известны 33 изотопа полония в диапазоне массовых чисел от 188 до 220. Кроме того, известны 10 метастабильных возбуждённых состояний изотопов полония. Наиболее долгоживущий изотоп, 209Po и 208Po имеют периоды полураспада 102 и 2,9 года соответственно. Некоторые изотопы полония, входящие в радиоактивные ряды урана и тория, имеют собственные наименования, которые сейчас в основном рассматриваются как устаревшие:
Изотоп Название Обозначение Радиоактивный ряд 210Po Радий F RaF 238U 211Po Актиний C' AcC' 235U 212Po Торий C' ThC' 232Th 214Po Радий C' RaC' 238U 215Po Актиний A AcA 235U 216Po Торий A ThA 232Th 218Po Радий A RaA 238U См. также Полный список изотопов полония(англ.)
Примечания
Ссылки
Wikimedia Foundation. 2010.
