Сообщение про полоний по химии

Обновлено: 28.06.2024

Полоний — химический элемент с атомным номером 84 в периодической системе, обозначается символом Po ( Polonium ), радиоактивный полуметалл серебристо-белого цвета. Не имеет стабильных изотопов.

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 (Polonia).

Свойства полония

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 Ро 2+ розового цвета:

При растворении полония в соляной кислоте в присутствии магния образуется полоноводород:

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.

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
210 Po	Радий F	RaF	238 U
211 Po	Актиний C'	AcC'	235 U
212 Po	Торий C'	ThC'	232 Th
214 Po	Радий C'	RaC'	238 U
215 Po	Актиний A	AcA	235 U
216 Po	Торий A	ThA	232 Th
218 Po	Радий A	RaA	238 U

Нахождение в природе

Радионуклиды полония входят в состав естественных радиоактивных рядов:

210 Po (Т_1/2 = 138,376 суток), 218 Po (Т_1/2 = 3,10 мин) и 214 Po (Т_1/2 = 1,643·10 −4 с) — в ряд 238 U;

216 Po (Т_1/2 = 0,145 с) и 212 Po (Т_1/2 = 2,99·10 −7 с) — в ряд Th;

215 Po (Т_1/2 = 1,781·10 −3 с) и 211 Po(Т_1/2 = 0,516 с) — в ряд 235 U.

Поэтому полоний всегда присутствует в урановых и ториевых минералах. Равновесное содержание полония в земной коре 2·10 −14 % по массе.

Получение

На практике в граммовых количествах нуклид полония 210 Ро синтезируют искусственно, облучая металлический 209 Bi нейтронами в ядерных реакторах. Получившийся 210 Bi за счет β-распада превращается в 210 Po. При облучении того же изотопа висмута протонами по реакции

209 Bi + p → 209 Po + n

образуется самый долгоживущий изотоп полония 209 Po.

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 210 Po: Т_1/2 = 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.

Также следует указать, что полоний-210 может послужить в сплаве с легким изотопом лития ( 6 Li) 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 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.

Открытие полония.

Прежде всего, Кюри растворила минерал в азотной кислоте, выпарила раствор досуха, остаток растворила в воде и пропустила через раствор ток сероводорода. При этом выпал осадок сульфидов металлов; в соответствии с методикой Фрезениуса, этот осадок мог содержать нерастворимые сульфиды свинца, висмута, меди, мышьяка, сурьмы и ряда других металлов. Осадок был радиоактивным, несмотря на то, что уран и торий остались в растворе. Она обработала черный осадок сульфидом аммония, чтобы отделить мышьяк и сурьму – они в этих условиях образуют растворимые тиосоли, например, (NH₄)₃AsS₄ и (NH₄)₃SbS₃. Раствор не обнаружил радиоактивности и был отброшен. В осадке остались сульфиды свинца, висмута и меди.

Не растворившуюся в сульфиде аммония часть осадка Кюри снова растворила в азотной кислоте, добавила к раствору серную кислоту и выпарила его на пламени горелки до появления густых белых паров SO₃. В этих условиях летучая азотная кислота полностью удаляется, а нитраты металлов превращаются в сульфаты. После охлаждения смеси и добавления холодной воды в осадке оказался нерастворимый сульфат свинца PbSO₄ – активности в нем не было. Осадок она выбросила, а к отфильтрованному раствору добавила крепкий раствор аммиака. При этом снова выпал осадок, на этот раз – белого цвета; он содержал смесь основного сульфата висмута (BiO)₂SO₄ и гидроксида висмута Bi(OH)₃. В растворе же остался комплексный аммиакат меди [Cu(NH₃)₄]SO₄ ярко-синего цвета. Белый осадок, в отличие от раствора, оказался сильно радиоактивным. Поскольку свинец и медь были уже отделены, в белом осадке был висмут и примесь нового элемента.

Кюри снова перевела белый осадок в темно-коричневый сульфид Bi₂S₃, высушила его и нагрела в вакуумированной ампуле. Сульфид висмута при этом не изменился (он устойчив к нагреву и лишь при 685° С плавится), однако из осадка выделились какие-то пары, которые осели в виде черной пленки на холодной части ампулы. Пленка была радиоактивной и, очевидно, содержала новый химический элемент – аналог висмута в периодической таблице. Это был полоний – первый после урана и тория открытый радиоактивный элемент, вписанный в периодическую таблицу (в том же 1898 году были открыты радий, а также группа благородных газов – неон, криптон и ксенон). Как потом выяснилось, полоний при нагревании легко возгоняется – его летучесть примерно такая же, как у цинка.

Свойства полония.

Уже теллур частично проявляет металлические свойства, полоний же – мягкий серебристо-белый металл. Из-за сильной радиоактивности светится в темноте и сильно нагревается, поэтому нужен непрерывный отвод тепла. Температура плавления полония 254° С (чуть выше, чем у олова), температура кипения 962° С, поэтому уже при небольшом нагревании полоний возгоняется. Плотность полония почти такая же, как у меди – 9,4 г/см 3 . В химических исследованиях применяется только полоний-210, более долгоживущие изотопы практически не используются ввиду трудности их получения при одинаковых химических свойствах.

Химические свойства металлического полония близки к свойствам его ближайшего аналога – теллура, он проявляет степени окисления –2, +2, +4, +6. На воздухе полоний медленно окисляется (быстро при нагревании до 250° С) с образованием красного диоксида РоО₂ (при охлаждении он становится желтым в результате перестройки кристаллической решетки). Сероводород из растворов солей полония осаждает черный сульфид PoS.

Сильная радиоактивность полония отражается на свойствах его соединений. Так, в разбавленной соляной кислоте полоний медленно растворяется с образованием розовых растворов (цвет ионов Ро 2+ ): Po + 2HCl ® PoCl₂ + H₂, однако под действием собственной радиации дихлорид превращается в желтый PoCl₄. Разбавленная азотная кислота пассивирует полоний, а концентрированная быстро его растворяет. С неметаллами VI группы полоний роднит реакция с водородом с образованием летучего гидрида РоН₂ (т.пл. –35° С, т.кип. +35° С, легко разлагается), реакция с металлами (при нагревании) с образованием твердых полонидов черного цвета (Na₂Po, MgPo, CaPo, ZnPo, HgPo, PtPo и др.) и реакция с расплавленными щелочами с образованием полонидов: 3Po + 6NaOH ® 2Na₂Po + Na₂PoO₃ + H₂O. С хлором полоний реагирует при нагревании с образованием ярко-желтых кристаллов PoCl₄, с бромом получаются красные кристаллы PoBr₄, с иодом уже при 40° С полоний реагирует с образованием черного летучего иодида PoI₄. Известен и белый тетрафторид полония PoF₄. При нагревании тетрагалогениды разлагаются с образованием более стабильных дигалогенидов, например, PoCl₄ ® PoCl₂ + Cl₂. В растворах полоний существует в виде катионов Ро 2+ , Ро 4+ , анионов РоО₃ 2– , РоО₄ 2– , также разнообразных комплексных ионов, например, PoCl₆ 2– .

Получение полония.

Долгоживущие изотопы полония пока не получили заметного практического применения из-за сложности их синтеза. Для их получения можно использовать ядерные реакции 207 Pb + 4 He ® 208 Po + 3n, 208 Bi + 1 H ® 208 Po + 2n, 208 Bi + 2 D ® 208 Po + 3n, 208 Bi + 2 D ® 208 Po + 2n, где 4 Не – альфа-частицы, 1 Н – ускоренные протоны, 2 D – ускоренные дейтроны (ядра дейтерия).

Применение полония.

Полоний при попадании в организм можно считать одним из самых ядовитых веществ: для 210 Ро предельно допустимое содержание в воздухе составляет всего 40 миллиардных долей микрограмма в 1 м 3 воздуха, т.е. полоний в 4 триллиона раз токсичнее синильной кислоты. Вред наносят испускаемые полонием альфа-частицы (и в меньшей мере также гамма-лучи), которые разрушают ткани и вызывают злокачественные опухоли. Атомы полония могут образоваться в легких человека в результате распада в них газообразного радона. Кроме того, металлический полоний способен легко образовывать мельчайшие частицы аэрозолей. Поэтому все работы с полонием проводят дистанционно в герметичных боксах.

Этот химический элемент открыт случайно – при исследовании радиоактивного сырья. Полоний – один из самых токсичных, опасных химических веществ. Но ценим ядерщиками.

Что представляет собой

Полоний – это химический элемент №84 таблицы Менделеева, белый с серебристостью – мягкий металл.

Тонкая плёнка металлического полония на диске из нержавеющей стали

Радиоактивен. По составу это конгломерат четырех десятков изотопов:

Международное обозначение – Po (Polonium).

Как был открыт

Полоний как элемент получен супругами Кюри к 1898 году при исследовании урановой смолки:

В историю науки элемент вошел как полоний, в честь Польши (Polonia) – родины Марии Кюри.

Супруги придумали единицу измерения для нового элемента – беккерель (Бк). Так они отдали дань уважения французскому коллеге, вдохновившему Марию на исследования.

Физико-химические характеристики

Для физика или химика это небанальный материал:

Полоний – единственный химический элемент, кристалл которого формирует решетку-куб из одного атома при малых температурах.

Как представлен в природе

Тонна земной коры содержит 0,00002 мкг полония. Элемент извлекают из минералов тория и урана. Здесь его концентрация на три-четыре порядка выше.

Полониевый изотоп 210 замечен в табаке. Попытки избавить растительное сырье от данного элемента успехом не увенчались.

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

Технология получения

Источник радиоактивного элемента – урановые руды. Но концентрация ничтожна: на 100 триллионов частиц урана приходится одна частица полония.

Поэтому сегодня львиную долю вещества получают на ядерных реакторах:

Металлический висмут бомбардируют нейтронами.
Энергия бета-распада превращает изотоп висмута в полоний-210.
Облучение его же протонами создает полониевый изотоп-долгожитель.

Металлическую форму вещества получают, разлагая сульфид либо диоксид полония (495°C в вакууме).

Микродозы элемента извлекают из уранового шлама. Применяют ионный обмен, хроматографию, другие методы.

Где используется

В научном, оборонном, гражданском секторе нашлось применение изотопу вещества-210:

Полониево-боро-бериллиевый сплав приноситпользу как материал источников нейтронов. Выпускается в виде шайбочек из карбида бора либо бериллия, покрытых полонием. Отпускаются в запаянных емкостях. Продукт безопасен, надежен, портативен, легок.
Элемент (соло либо со свинцом, иттрием) используют в производстве источников тепла для агрегатов, работающих автономно. Например, луно- или марсоходов.
Компонент сплавов электродов свечей зажигания.

В дуэте с изотопом лития элемент становится ядерным детонатором, кратно понижая критическую массу заряда.

Полоний признают стратегическим сырьем и органы власти государств, и террористические группировки. Учитывается с пристрастием.

Влияние на человека

Данные о влиянии элемента на организм человека базируются на результатах опытов с животными (на людях вещество не тестировалось).

Фатальная для взрослого доза полония – 0,6-2 мкг при вдыхании. При попадании с пищей или водой – на порядок больше.

Полоний отнесен к веществам первого класса опасности: запредельная токсичность дополняется радиоактивностью.

Этим обусловлены правила работы с материалом:

Манипуляции проводятся только в изолированных боксах.
Брать запрещено даже надев перчатки: кожа и сопредельные внутренние области облучатся.

В организм человека вещество попадает с воздухом, пищей, водой, табачным дымом. Локализуется мозгом, печенью, селезенкой, почками.

Симптомы отравления схожи с таллием: выпадение волос, судороги, онкология.

Из организма выводится наполовину через месяц-два.

Конспирология

Свойства вещества создали ему репутацию идеального яда:

Крупинка полония размером полмиллиметра способна убить 3,5 тысячи человек.

Тема вещества как яда актуализировалась в начале тысячелетия:

В 2004 году ему приписали смерть лидера государства Палестина Ясира Арафата.
Через два года – отравление экс-сотрудника спецслужб РФ Александра Литвиненко.

Полоний — мягкий серебристо-белый радиоактивный металл.

еходит в раствор с образованием катионов Ро 2+ розового цвета:
Ро + 2НСl → РоСl₂ + 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)

Нахождение в природе

Получение

На практике в граммовых количествах 209 Bi нейтронами в ядерных реакторах. Получившийся 210 Bi за счет β-распада превращается в 210 Po. А если тот же изотоп висмута поместить в циклотрон и там обстрелять потоками протонов, то по реакции
209 Bi + p → 209 Po + n образуется самый долгоживущий изотоп полония 209 Po.

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 210 Po: Т_1/2 = 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 применяется в электродных 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. И хотя эти сплавы имеют заметно меньшую энергоплотность (150 Вт/см 3 ), тем не менее более удобны к применению и безопасны, так как полоний-210 испускает альфа-частицы, проникающая способность и длина пробега которых минимальны. Например у советского [1].

Отдельной строкой надо указать, что полоний-210 может послужить в сплаве с легким изотопом лития ( 6 Li) 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 токсичен. Его активность 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 ПДК в водоемах и в воздухе рабочих помещений 11,1·10 −3 Бк/л и 7,41·10 −3 Бк/м 3 . Поэтому работают с полонием-210 лишь в герметичных боксах. Пожалуй, это один из самых опасных радионуклидов. Половинная летальная доза полония-210 для человека оценивается в 10 нанограмм при попадании в организм через легкие и 50 нг — через пищеварительный тракт.

Широко известен случай с Александром Литвиненко, который был отравлен полонием в 2006 году.

Читайте также: