Polonium | ||||
---|---|---|---|---|
← Vismutti | Astatiini → | ||||
| ||||
Yksinkertaisen aineen ulkonäkö | ||||
Hopeanvalkoinen pehmeä metalli | ||||
Ohut kalvo poloniummetallia ruostumattomalla teräslevyllä | ||||
Atomin ominaisuudet | ||||
Nimi, symboli, numero | Polonium / Polonium (Po), 84 | |||
Atomimassa ( moolimassa ) |
208.9824 a. e. m ( g / mol ) | |||
Elektroninen konfigurointi | [Xe] 4f 14 5p 10 6s 2 6p 4 | |||
Atomin säde | klo 176 | |||
Kemiallisia ominaisuuksia | ||||
kovalenttinen säde | klo 146 | |||
Ionin säde | (+6e) klo 67 | |||
Elektronegatiivisuus | 2.3 (Pauling-asteikko) | |||
Elektrodin potentiaali |
Po ← Po 3+ 0,56 V Po ← Po 2+ 0,65 V |
|||
Hapetustilat | −2, +2, +4, +6 | |||
Ionisaatioenergia (ensimmäinen elektroni) |
813,1 (8,43) kJ / mol ( eV ) | |||
Yksinkertaisen aineen termodynaamiset ominaisuudet | ||||
Tiheys ( n.a. ) | 9,196 [1] g/cm³ | |||
Sulamislämpötila | 527K ( 254 °C) [1] | |||
Kiehumislämpötila | 1235 K (962 °C)] [1] | |||
Oud. sulamisen lämpöä | 10 kJ/mol | |||
Oud. haihtumislämpö | 102,9 kJ/mol | |||
Molaarinen lämpökapasiteetti | 26,4 [2] J/(K mol) | |||
Molaarinen tilavuus | 22,7 cm³ / mol | |||
Yksinkertaisen aineen kidehila | ||||
Hilarakenne | kuutio | |||
Hilan parametrit | a = 3,35 Å | |||
CAS-numero | 7440-08-6 |
84 | Polonium |
Po(209) | |
4f 14 5p 10 6s 2 6p 4 |
Polonium on radioaktiivinen kemiallinen alkuaine 16. ryhmästä (vanhentuneen luokituksen mukaan - ryhmän VI pääalaryhmä), 6. jakso D. I. Mendelejevin jaksollisessa järjestelmässä , atominumerolla 84, jota merkitään symbolilla Po ( lat. Polonium ). Kuuluu kalkogeeniryhmään . Normaaleissa olosuhteissa se on pehmeä radioaktiivinen metalli (muiden lähteiden mukaan puolimetalli ), jonka väri on hopeanvalkoinen [2] [3] .
Puolisot Pierre Curie ja Maria Skłodowska-Curie löysivät alkuaineen vuonna 1898 uraanihartsimalmista [ 4] . He ilmoittivat löydöstä ensimmäisen kerran 18. heinäkuuta Pariisin tiedeakatemian kokouksessa raportissa "Uudesta radioaktiivisesta aineesta hartsiseoksessa" [5] . Elementti on nimetty Maria Skłodowska-Curien kotimaan mukaan Puolassa ( lat. Polonia ) [3] [noin. 1] .
Vuonna 1902 saksalainen tiedemies Wilhelm Markwald löysi uuden elementin. Hän antoi sille nimen radiotellurium . Curie, luettuaan muistiinpanon löydöstä, kertoi, että tämä oli poloniumin alkuaine, jonka he löysivät neljä vuotta aiemmin. Markwald oli eri mieltä tästä arviosta ja totesi, että polonium ja radiotelluuri ovat eri alkuaineita. Alkuaineella tehtyjen kokeiden jälkeen Curiet osoittivat, että poloniumilla ja radiotelluurilla on sama puoliintumisaika . Marwald joutui myöntämään virheensä.
Ensimmäinen poloniumnäyte, joka sisälsi 0,1 mg tätä alkuainetta, eristettiin vuonna 1910 .
Poloniumradionuklidit ovat osa luonnollista radioaktiivista sarjaa :
210 Po ( T 1/2 = 138,376 päivää ), 218 Po ( T 1/2 = 3,10 min) ja 214 Po ( T 1/2 = 1,643⋅10 -4 s) - peräkkäin 238 U; 216 Po ( Т 1/2 = 0,145 s) ja 212 Po ( Т 1/2 = 2,99⋅10 -7 s) - Th-sarjassa; 215 Po ( Т 1/2 = 1,781⋅10 -3 s) ja 211 Po ( Т 1/2 = 0,516 s) - peräkkäin 235 U.Siksi polonium on aina läsnä uraani- ja toriummineraaleissa. Poloniumin tasapainopitoisuus maankuoressa on noin 2⋅10 −14 massaprosenttia [2] .
Polonium on pehmeä, hopeanvalkoinen radioaktiivinen metalli (usein luokitellaan puolimetalliksi ).
Poloniummetalli hapettuu nopeasti ilmassa. Poloniumdioksidi (PoO 2 ) x ja poloniummonoksidi PoO tunnetaan. Muodostaa tetrahalogenideja halogeenien kanssa . Happojen vaikutuksesta se liukenee ja muodostuu vaaleanpunaisia Po 2+ -kationeja:
Kun polonium liuotetaan kloorivetyhappoon magnesiumin läsnä ollessa, muodostuu polonivetyä :
joka on nestemäistä huoneenlämmössä (-36,1 - 35,3 °C)
Hapanta poloniumtrioksidia PoO 3 ja poloniumhapon suoloja, joita ei ole vapaassa tilassa, K 2 PoO 4 -polonaatteja saatiin indikaattorimäärinä . Muodostaa halogenideja koostumukseltaan PoX 2 , PoX 4 ja PoX 6 . Kuten telluuri, polonium pystyy muodostamaan kemiallisia yhdisteitä, polonideja, useiden metallien kanssa.
Polonium on ainoa kemiallinen alkuaine, joka muodostaa monoatomisen yksinkertaisen kuutiokidehilan matalissa lämpötiloissa [6] .
Vuoden 2006 alussa tunnetaan 33 polonium - isotooppia massaluvuilla 188-220 . Lisäksi tunnetaan 10 polonium-isotooppien metastabiilia virittyneitä tilaa . Sillä ei ole stabiileja isotooppeja [2] . Pisin eläneiden isotooppien, 209 Po ja 208 Po, puoliintumisajat ovat 125 ja 2,9 vuotta. Joillakin uraanin ja toriumin radioaktiivisiin sarjoihin kuuluvilla polonium-isotoopeilla on omat nimensä , joita pidetään nykyään enimmäkseen vanhentuneina:
Isotooppi | Nimi | Nimitys | radioaktiivinen sarja |
---|---|---|---|
210po _ | Radium F | RaF | 238 U |
211po _ | Actinium C' | AcC' | 235 U |
212po _ | torium C' | ThC' | 232th _ |
214po _ | Radium C' | RaC' | 238 U |
215 Po | Actinium A | ACA | 235 U |
216po _ | Torium A | ThA | 232th _ |
218po _ | Radium A | RaA | 238 U |
Käytännössä poloniumnuklidi 210 Po syntetisoidaan keinotekoisesti grammamäärinä säteilyttämällä metallista 209 Bi lämpöneutroneilla ydinreaktoreissa . Tuloksena oleva 210 Bi muunnetaan 210 Po :ksi β-hajoamisen avulla. Kun samaa vismutin isotooppia säteilytetään protoneilla reaktion mukaisesti
209 Bi + p → 209 Po + n209 Po on poloniumin pisin elänyt isotooppi .
Reaktoreissa , joissa on nestemäinen metallikantaja , lyijy-vismuttieutektiikkaa voidaan käyttää jäähdytysaineena . Tällainen reaktori asennettiin erityisesti K-27- sukellusveneeseen . Reaktorin sydämessä vismutti voi muuttua poloniumiksi.
Uraanimalmin käsittelyjätteestä uutetaan mikromääriä poloniumia . Polonium eristetään uuttamalla , ioninvaihdolla , kromatografialla ja sublimaatiolla .
Metallinen Po saadaan lämpöhajoamalla PoS-sulfidin tai -dioksidin (PoO 2 ) x tyhjössä 500 °C:ssa.
Yli 95 % maailman polonium-210:n tuotannosta on Venäjällä [7] , kuitenkin lähes kaikki se toimitetaan Yhdysvaltoihin, missä sitä käytetään pääasiassa teollisuuden ja kotitalouksien antistaattisten ilmanionisaattoreiden valmistukseen.
Vuonna 2006 brittiläisen tiedemiehen ja kirjailijan John Emsleyn mukaan tuotettiin noin 100 grammaa 210 Rhoa vuodessa. [kahdeksan]
HintaBrittiasiantuntijoiden mukaan polonium-210:n mikroskooppiset annokset maksavat miljoonia Yhdysvaltain dollareita [9] . Toisaalta radiokemistin lausunnon mukaan d. x. n. B. Zhuykov, joka saadaan vismuttipolonium-210:stä, on erittäin halpaa [7] . Vuoden 2006 tietojen mukaan 9,6 gramman polonium-210:n tuotantoa varten Avangardin tehtaalle [n. 2] maksoi noin 10 miljoonaa ruplaa [10] , mikä on verrattavissa tritiumin hintaan [11] . Kuitenkin amerikkalainen yritys United Nuclear, joka vastaanottaa isotoopin Venäjältä, myi näytteitä 69 dollarilla vuonna 2006 väittäen, että tappavan annoksen kerääminen vaatisi yli miljoona dollaria [12] .
Polonium-210:tä berylliumin ja boorin seoksissa käytetään kompaktien ja erittäin tehokkaiden neutronilähteiden valmistukseen , jotka eivät käytännössä aiheuta γ-säteilyä (mutta ovat lyhytikäisiä 210 Po:n lyhyen käyttöiän vuoksi: T 1/2 = 138,376 päivää) - Polonium-210:n alfahiukkaset synnyttävät (α, n ) -reaktiossa neutroneja berylliumin tai boorin ytimiin. Nämä ovat hermeettisesti suljettuja metalliampulleja, jotka sisältävät polonium-210-päällystettyä boorikarbidia tai berylliumkarbidikeraamista pellettiä . Tällaiset neutronilähteet ovat kevyitä ja kannettavia, täysin turvallisia käyttää ja erittäin luotettavia. Esimerkiksi Neuvostoliiton neutronilähde VNI-2 on halkaisijaltaan 2 cm ja 4 cm korkea messinkiampulli, joka lähettää jopa 90 miljoonaa neutronia sekunnissa [13] .
Polonium-210:tä käytetään usein kaasujen (erityisesti ilman) ionisointiin . Ensinnäkin ilman ionisaatio on tarpeen staattisen sähkön torjumiseksi ( tuotannossa , kun käsitellään erityisen herkkiä laitteita) [14] . Esimerkiksi pölynpoistoharjat on tehty tarkkuusoptiikkaan. Autojen maalaamiseen autotallissa käytetään ruiskupistooleja, joissa ilma kulkee poloniumia sisältävän antistaattisen ionisaattorin ("ionipistooli") läpi [15] . Toinen kaasu-ionisaation vaikutuksen vanha sovellus on autojen sytytystulppien elektrodiseoksissa kipinän sytytysjännitteen alentamiseksi [16] .
Tärkeä polonium-210:n käyttöalue on sen käyttö lyijy- , yttriumi- ja seoksina tai itsenäisesti tehokkaiden ja erittäin kompaktien lämmönlähteiden valmistukseen autonomisiin asennuksiin , esimerkiksi avaruusasennuksiin. Yksi kuutiosentti polonium-210 vapauttaa noin 1320 wattia lämpöä. Tämä teho on erittäin korkea, se saattaa poloniumin helposti sulaan tilaan, joten se on seostettu esimerkiksi lyijyllä. Vaikka näillä metalliseoksilla on huomattavasti pienempi energiatiheys ( 150 W/cm 3 ), ne ovat kuitenkin mukavampia käyttää ja turvallisempia, koska polonium-210 emittoi lähes yksinomaan alfahiukkasia ja niiden tunkeutumiskyky ja polun pituus tiheässä aineessa ovat minimaaliset. . Esimerkiksi Lunokhod - avaruusohjelman Neuvostoliiton itseliikkuvat ajoneuvot käyttivät poloniumlämmitintä instrumenttitilan lämmittämiseen.
Polonium-210 voi toimia seoksessa, jossa on litiumin kevyt isotooppi ( 6 Li) aineena, joka voi merkittävästi vähentää ydinvarauksen kriittistä massaa ja toimia eräänlaisena ydinsytyttimenä . Lisäksi polonium soveltuu kompaktien " likaisten pommien " luomiseen ja on kätevä piilokuljetukseen, koska se ei käytännössä lähetä gammasäteilyä [13] . Isotooppi emittoi gamma-kvantteja, joiden energia on 803 keV ja saanto vain 0,001 % hajoamista kohti [17] .
Polonium on strateginen metalli , siitä on huolehdittava erittäin tarkasti ja sen varastoinnin on oltava valtion hallinnassa ydinterrorismin uhan vuoksi .
Polonium-210:llä on erityisen korkea radiotoksisuus ja se on karsinogeeninen, ja sen puoliintumisaika on 138 päivää 9 tuntia [18] [19] . Sen ominaisaktiivisuus (166 TBq/g, lämmön vapautuminen 148 W/g) on niin korkea, että vaikka se emittoi vain alfahiukkasia, sitä ei voi käsitellä käsin, koska seurauksena on säteilyvaurioita iholle ja mahdollisesti koko vartalo: polonium tunkeutuu melko helposti ihon läpi. Se on vaarallinen myös alfahiukkasten polun pituuden ylittävällä etäisyydellä, koska sen yhdisteet kuumenevat itsestään erittäin voimakkaan ominaislämmön vaikutuksesta ja menevät aerosolitilaan. . MPC vesistöissä ja työtilojen ilmassa on 11,1⋅10 −3 Bq/l ja 7,41⋅10 −3 Bq/m 3 [19] . Siksi työskentele polonium-210:n kanssa vain suljetuissa laatikoissa. Kaikki poloniumyhdisteet ovat myös vaarallisia, joista myrkyllisin on vetypolonidi. .
Poloniumin lähettämät positiivisesti varautuneet alfahiukkaset eivät kulje ihon läpi, mutta poloniumin joutuessa elimistöön - nieltäessä tai hengitettynä - alfahiukkaset aiheuttavat peruuttamattomasti vaarallisia radiobiologisia vaikutuksia ihmiskehossa (ensisijaisesti veden radiolyysin vuoksi ), mikä voi johtaa mutaatioihin, pahanlaatuisten sairauksien (joiden joukossa leukemia ) kehittymiseen, hematopoieesin heikkenemiseen ja kuolemaan [20] [noin. 3] .
Asiantuntijoiden mukaan polonium-210:n tappava annos aikuiselle on arviolta 0,1–0,3 GBq (0,6–2 μg), kun isotooppi joutuu kehoon keuhkojen kautta, ja 1–3 GBq (6–18 μg) nieltynä ruoansulatuskanavan kautta [21] .
Pitkäikäisillä polonium-208:lla (puoliintumisaika 2,898 vuotta) ja polonium-209:llä (puoliintumisaika 103 vuotta) on hieman vähemmän radiotoksisuutta massayksikköä kohden, kääntäen verrannollinen puoliintumisaikaan. Muiden poloniumin lyhytikäisten isotooppien radiotoksisuudesta tiedetään vain vähän. Ihmiskehossa polonium käyttäytyy kuten sen kemialliset homologit, seleeni ja telluuri , keskittyen maksaan, munuaisiin, pernaan ja luuytimeen . Puoliintumisaika kehosta - 30 - 50 päivää, erittyy pääasiassa munuaisten kautta . Viestejä tuli2,3-dimerkaptopropanolin onnistuneesta käytöstä poloniumin poistamiseksi rottien kehosta - 90 % eläimistä, joille injektoitiin suonensisäisesti tappava annos polonium-210:tä (9 ng/kg ruumiinpainoa) ) selvisivät hengissä, kun taas kontrolliryhmässä kaikki rotat kuolivat puolentoista kuukauden sisällä.
Polonium-210 esiintyy luonnossa pieniä määriä ja kerääntyy tupakkaan [25] [26] [27] ja on siksi yksi merkittävimmistä tupakoitsijoiden terveydelle haitallisista tekijöistä. Muut poloniumin luonnolliset isotoopit hajoavat hyvin nopeasti, joten ne eivät ehdi kerääntyä tupakkaan [28] . "Tupakanvalmistajat löysivät tämän elementin yli 40 vuotta sitten, mutta yritykset poistaa se epäonnistuivat", sanotaan amerikkalaisen Stanfordin yliopiston ja Rochesterin Mayo Clinicin tutkijoiden vuonna 2008 julkaisemassa artikkelissa [27 ] .
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|
D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Metallien sähkökemiallisen toiminnan sarja | |
---|---|
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 , |
_ | Poloniumyhdisteet|
---|---|
|