Полоний

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
84 ВисмутПолонийАстат
Te

Po

Lv
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
84Po
Cubic.svg
Electron shell 084 Polonium.svg
Внешний вид простого вещества
Тонкая пленка металлического полония на диске из нержавеющей стали Серебристо-белый мягкий металл
Свойства атома
Название, символ, номер

Поло́ний / Polonium (Po), 84

Атомная масса
(молярная масса)

208,9824 а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p4

Радиус атома

176 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

146 пм

Радиус иона

(+6e) 67 пм

Электроотрицательность

2,3 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Po ← Po3+ 0,56 В
Po ← Po2+ 0,65 В

Степени окисления

–2, +2, +4, +6

Энергия ионизации
(первый электрон)

 813,1 (8,43) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

9,196 г/см3[1] г/см³

Температура плавления

527 K (254 °C, 489 °F)[1]

Температура кипения

1235 K (962 °C, 1764 °F)][1]

Уд. теплота плавления

10 кДж/моль

Уд. теплота испарения

102,9 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

26,4[2] Дж/(K·моль)

Молярный объём

22,7 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

кубическая

Параметры решётки

3,350 Å

84
Полоний
Po
(209)
4f145d106s26p4

Поло́ний — радиоактивный химический элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы), 6-го периода в периодической системе Д. И. Менделеева, с атомным номером 84, обозначается символом Po (лат. Polonium). Относится к группе халькогенов. При нормальных условиях представляет собой мягкий металл серебристо-белого цвета[3][2].

История и происхождение названия[править | править вики-текст]

Элемент открыт в 1898 году супругами Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри в урановой смоляной руде[4]. Элемент был назван в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши (лат. Polonia)[3].

В 1902 году немецкий учёный Вильгельм Марквальд открыл новый элемент. Он назвал его радиотеллур. Кюри, прочтя заметку об открытии, сообщила, что это — элемент полоний, открытый ими четырьмя годами ранее. Марквальд не согласился с такой оценкой, заявив, что полоний и радиотеллур — разные элементы. После ряда экспериментов с элементом супруги Кюри доказали, что полоний и радиотеллур обладают одним и тем же периодом полураспада. Марквальд был вынужден признать свою ошибку.

Первый образец полония, содержащий 0,1 мг этого элемента, был выделен в 1910 году.

Нахождение в природе[править | править вики-текст]

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 — около 2·10−14% по массе[2].

Свойства[править | править вики-текст]

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:

\mathsf{Po + 2HCl \rightarrow PoCl_2 + H_2\uparrow}

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

\mathsf{Po + Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2Po}

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. 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[5].

Изотопы[править | править вики-текст]

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. Стабильных изотопов не имеет[2]. Наиболее долгоживущие изотопы, 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

Получение[править | править вики-текст]

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

209Bi + p209Po + n

образуется самый долгоживущий изотоп полония 209Po.

В реакторах с жидкометаллическим носителем в качестве теплоносителя может применяться эвтектика свинец-висмут. Такой реактор, в частности, был установлен на подводной лодке К-27. В активной зоне реактора висмут может переходить в полоний.

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.

98 % мирового производства полония приходится на Россию.

Применение[править | править вики-текст]

Полоний-210 в сплавах с бериллием и бором применяется для изготовления компактных и очень мощных нейтронных источников, практически не создающих γ-излучения (но 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 надёжны. Например, советский нейтронный источник ВНИ-2 представляет собой латунную ампулу диаметром два и высотой четыре сантиметра, ежесекундно излучающую до 90 миллионов нейтронов[6].

Полоний часто применялся раньше (иногда и в настоящее время) для ионизации газов (в частности воздуха). В первую очередь ионизация воздуха необходима для борьбы со статическим электричеством (на производстве, при обращении с особо чувствительной аппаратурой)[7]. Например для прецизионной оптики изготавливаются кисточки удаления пыли. Другое применение эффекта ионизации газа — в электродных сплавах автомобильных свечей зажигания для уменьшения напряжения возникновения искры[8].

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 почти исключительно альфа-частицы, а их проникающая способность и длина пробега в плотном веществе минимальны. Например, у советских самоходных аппаратов космической программы «Луноход» для обогрева приборного отсека применялся полониевый обогреватель.

Полоний-210 может послужить в сплаве с лёгким изотопом лития (6Li) веществом, которое способно существенно снизить критическую массу ядерного заряда и послужить своего рода ядерным детонатором. Кроме того, полоний пригоден для создания компактных «грязных бомб» и удобен для скрытной транспортировки, так как практически не испускает гамма-излучения[6]. Поэтому полоний является стратегическим металлом, должен очень строго учитываться, и его хранение должно быть под контролем государства ввиду угрозы ядерного терроризма.

Биологическая роль[править | править вики-текст]

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 водоёмах и в воздухе рабочих помещений 11,1·10−3 Бк/л и 7,41·10−3 Бк/м³. Поэтому работают с полонием-210 только в герметичных боксах.

Полоний-210 в небольших количествах находится в природе и накапливается табаком, вследствие чего является одним из заметных факторов, который наносит вред здоровью курильщика. Другие природные изотопы полония распадаются очень быстро, поэтому не успевают накапливаться в табаке[9]. «Производители табака обнаружили этот элемент более 40 лет назад, попытки изъять его были безуспешны», — говорится в статье 2008 года исследователей из американского Стэнфордского университета и клиники Майо в Рочестере[10].

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[11] 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.

Случаи отравления полонием-210, получившие широкое освещение[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 Polonium: physical properties (англ.). WebElements. Проверено 28 августа 2013.
  2. 1 2 3 4 Глав. ред.: Н.С. Зефиров. Химическая энциклопедия / Н.С. Зефиров. — Москва: Большая Российская Энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 53. — 639 с. — (5 томов). — 20 000 экз. — ISBN 5852700924
  3. 1 2 Полоний — статья из Большой советской энциклопедии
  4. E. Rutherford. Radioactive Substances and Their Radiations. — Лондон: Forgotten Books. — С. 20. — 699 с. — ISBN 1451001983, 9781451001983
  5. Игорь Иванов. Разгадана загадка полония (рус.) 1 (12.07.07). — «Вычисления, проведенные чешскими исследователями, дали ответ на вопрос, давно мучивший физиков: почему полоний предпочитает кубическую кристаллическую решетку?»  Проверено 4 мая 2010. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  6. 1 2 Красивая версия "самоубийства" Литвиненко вследствие криворукости. www.stringer.ru (28 ноября 2006). — «Грязная» бомба версия от «РБК», 28.11.2006. Проверено 2 марта 2012. Архивировано из первоисточника 22 июня 2012.
  7. Защита от статического электричества. Устройства электробезопасности. Электроэнергетика. Проверено 9 августа 2013. Архивировано из первоисточника 13 августа 2013.
  8. J. H. Dillon. Polonium Alloy for Spark Plug Electrodes (англ.). Journal of Applied Physics (16 January 1940). Проверено 9 августа 2013. Архивировано из первоисточника 13 августа 2013.
  9. Полоний-210 в табачном дыме
  10. Табак содержит радиоактивный полоний-210. РИА Новости (29 августа 2008). Проверено 9 августа 2013. Архивировано из первоисточника 13 августа 2013.
  11. John Harrison, Rich Leggett, David Lloyd, Alan Phipps, Bobby Scott. Polonium-210 as a poison (англ.). Journal of Radiological Protection (6 March 2007). Проверено 9 августа 2013. Архивировано из первоисточника 13 августа 2013.
  12. Останки Ясира Арафата извлекли из мавзолея. Лента.Ру (27 ноября 2012). Проверено 9 августа 2013. Архивировано из первоисточника 13 августа 2013.
  13. Экспертиза подтвердила, что Арафата отравили полонием. РИА Новости (6.11.2013). Проверено 8 ноября 2013.
  14. Российские медики: Арафат умер свой смертью (26 декабря 2013).

Ссылки[править | править вики-текст]