Полоній

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Полоній (Po)
Атомний номер 84
Зовнішній вигляд
простої речовини
сріблясто-сірий метал
Властивості атома
Атомна маса
(молярна маса)
208,9824 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 176 пм
Енергія іонізації
(перший електрон)
813,1(8,43) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p4
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 146 пм
Радіус іона (+6e) 67 пм
Електронегативність
(за Полінгом)
2,0
Електродний потенціал Po←Po3+ 0,56В
Po←Po2+ 0,65В
Ступені окиснення 6, 4, 2
Термодинамічні властивості
Густина 9,32 г/см³
Питома теплоємність 0,125 Дж/(K моль)
Теплопровідність n/a Вт/(м К)
Температура плавлення 527 K
Теплота плавлення (10) кДж/моль
Температура кипіння 1235 K
Теплота випаровування (102,9) кДж/моль
Молярний об'єм 22,7 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки кубічна
Період ґратки 3,350 Å
Відношення c/a n/a
Температура Дебая n/a K
Періодична система елементів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Полоній (Po) — радіоактивний хімічний елемент з атомним номером 84, перший елемент, відкритий за своїми радіоактивними властивостями П'єром Кюрі і Марією Склодовською-Кюрі у 1898 році при дослідженні уранової руди. Елемент названий на честь Польщі (лат. Polonia) — батьківщини Марії Склодовської-Кюрі.

Полоній — м'який, сріблясто-білий метал. Його густина 9,36 г/см³. За хімічними властивостями Полоній найближчий до Телуру. На повітрі Полоній окиснюється. Середній вміст (кларк) Полонію в земній корі 2·10-14 % мас.

Історія[ред.ред. код]

Відкритий П'єром та Марією Кюрі у 1898 році в урановій смоляній обманці[1]. Елемент був названий на честь батьківщини Марії Склодовської-Кюрі — Польщі (лат. Polonia).

У 1902 році німецький вчений Вільгельм Марквальд відкрив новий елемент. Він назвав його радіотелуром. Кюрі, прочитавши нотатку про відкриття, повідомила, що це елемент полоній, відкритий ними чотирма роками раніше. Марквальд не погодився з такою оцінкою, заявивши, що полоній і радіотелур різні елементи. Після ряду експериментів з елементом, подружжя Кюрі довели, що полоній і радіотелур мають один і той же період напіврозпаду. Марквальд був змушений відступити.

Перший зразок полонію, вагою 0,1 мг, був виділений у 1910 році.

Присутність у природі[ред.ред. код]

Радіонукліди полонію входять до складу природних радіоактивних рядів:

210Po (Т1/2 = 138,376 діб), 218Po (Т1/2 = 3,10 хв) і 214Po (Т1/2 = 1,643×10−4 с) — до ряду 238U;

216Po (Т1/2 = 0,145 с) і 212Po (Т1/2 = 2,99×10−7 с) — до ряду Th;

215Po (Т1/2 = 1,781×10−3 с) і 211Po(Т1/2 = 0,516 с) — до ряду 235U.

Тому полоній завжди присутній в уранових і торієвих мінералах. Рівноважний вміст полонію в земній корі 2×10−14% по масі.

Ізотопи[ред.ред. код]

Станом на початок 2006 року відомі 33 ізотопи полонію в діапазоні масових чисел від 188 до 220. Крім того, відомі 10 метастабільних збуджених станів ізотопів полонію. Стабільних ізотопів не виявлено. Найтриваліші ізотопи, 209Po і 208Po мають періоди напіврозпаду 102 і 2,9 роки відповідно. Деякі ізотопи полонію, що входять до радіоактивних рядів урану і торію, мають власні назви, які зараз переважно розглядаються як застарілі:

Ізотоп Назва Позначення Радіоактивний ряд
210Po Радій F RaF 238U
211Po Актиній C' AcC' 235U
212Po Торій C' ThC' 232Th
214Po Радій C' RaC' 238U
215Po Актиній A AcA 235U
216Po Торій A ThA 232Th
218Po Радій A RaA 238U

Властивості[ред.ред. код]

Полоній — м'який сріблясто-білий радіоактивний метал.

Металевий полоній швидко окиснюється на повітрі. Відомі діоксид полонію (PoO2)x і монооксид полонію PoO. З галогенами утворює тетрагалогеніди. При дії кислот переходить у розчин з утворенням катіонів Ро2+ рожевого кольору:

Ро + 2HCl → PoCl2 + Н2↑.

При розчиненні полонію в соляній кислоті в присутності магнію утворюється полоноводень:

Ро + Mg + 2HCl → MgCl2 + H2Po,

який при кімнатній температурі знаходиться в рідкому стані (від −36,1 до 35,3 °C)

У індикаторних кількостях отримані кислотний триоксид полонію PoO3 та солі полонієвої кислоти, що не існує у вільному стані — полонати K2РоО4. Відомий також діоксид полонію PoO2. Утворює галогеніди PoX2, PoX4 и PoX6. Подібно до телуру полоній здатний утворювати хімічні сполуки з рядом металів — полоніди.

Полоній є єдиним хімічним елементом, який за низької температури утворює одноатомну[Джерело?] просту кубічну кристалічну решітку.[2]

Отримання[ред.ред. код]

Полоній виділяють, використовуючи методи осадження, екстракції, хроматографії, електрохімії.

Застосування[ред.ред. код]

Полоній-210 в сплавах з берилієм і бором застосовується для виготовлення компактних і дуже потужних нейтронних джерел, що практично не створюють γ- випромінювання (та, на жаль, вони мають малий час напівжиття 210Po: Т1/2 = 138,376 діб). Альфа-частинки полонію-210 народжують нейтрони на ядрах берилію або бору в (α, n)-реакції. Джерела нейтронів мають вигляд герметичних металевих ампул, в які вкладена керамічна таблетка з карбіду бору або карбіду берилію, вкрита полонієм-210. Такі нейтронні джерела легкі і портативні, абсолютно безпечні в роботі і дуже надійні. Наприклад, латунна ампула діаметром два і заввишки чотири сантиметри щосекунди дає до 90 мільйонів нейтронів.

Полоній часто застосовувався раніше (іноді й зараз) для іонізації газів (зокрема повітря). У першу чергу іонізація повітря необхідна для боротьби із статичною електрикою (на виробництві, при роботі з особливо чутливою апаратурою) [3]. Наприклад, для прецизійної оптики виготовляються пензлики видалення пилу[4]. Інше застосування ефекту іонізації газу — в електродних сплавах автомобільних свічок запалювання для зменшення напруги виникнення іскри.[5]

Важливою сферою застосування полонію є його використання у вигляді сплавів зі свинцем, ітрієм або самостійно для виробництва потужних і дуже компактних джерел тепла для автономних установок, які використовуються, наприклад, в космічній галузі. Один кубічний сантиметр полонію-210 виділяє близько 1320 Вт тепла. Ця потужність досить велика, вона легко приводить полоній в розплавлений стан, саме тому його сплавляють зі свинцем. Хоча ці сплави мають помітно меншу енергогустину (150 Вт/см³), однак вони зручніші до застосування і безпечні, оскільки полоній-210 випускає альфа-частинки, проникна здатність і довжина пробігу яких мінімальні. Наприклад, у радянськогому місяцеході для обігріву приладового відсіку застосовувався полонієвий обігрівач.[6]

Полоній-210 може послужити в сплаві з легким ізотопом літію (6Li) у якості речовини, яка здатна істотно знизити критичну масу ядерного заряду і працювати свого роду ядерним детонатором. Тому полоній є стратегічним металом.

Біологічна роль[ред.ред. код]

Полоній — надзвичайно токсичний метал. Має період напіврозпаду 138 днів і 9 годин. Його питома активність (166 ТБк/г) настільки велика, що, хоча він випромінює тільки альфа-частинки, брати його руками не можна, результатом буде променеве ураження шкіри і, можливо, всього організму: полоній досить легко проникає всередину крізь шкірні покриви. Він небезпечний і на відстані, що перевищує довжину пробігу альфа-частинок, оскільки його сполуки саморозігріваються і переходять в аерозольний стан. Гранично допустима концентрація у водоймах і в повітрі робочих приміщень — 11,1 ×10-3 Бк/л і 7,41 ×10-3 Бк/м³ відповідно. Саме тому з полонієм-210 працюють лише в герметичних боксах.

Полоній-210 в невеликих кількостях знаходиться в природі і накопичується тютюном, внаслідок чого є одним з помітних факторів, який завдає шкоду здоров'ю курця. Інші природні ізотопи полонію розпадаються дуже швидко, тому не встигають накопичуватися в тютюні. [7] «Виробники тютюну виявили цей елемент більш як 40 років тому, спроби вилучити його були безуспішними», — йдеться в статті дослідників з американського Стенфордського університету й клініки Майо в Рочестері.[8]

Точних відомостей про вплив радіаційного отруєння полонієм на людину не існують, оскільки досліди на людині не проводилися (проводилися лише вимірювання кінетики малих доз полонію в організмі людини, а також спостереження декількох відомих випадків гострого або хронічного отруєння полонієм). За оцінкою фахівців, що була опублікована [9] у науковому журналі Journal of Radiological Protection, яка базується на математичній моделі радіаційного отруєння, летальна доза полонію-210 для дорослої людини оцінюється в межах від 0,1-0,3 ГБк (0,6-2 мкг), при потраплянні ізотопу в організм через легені, до 1-3 ГБк (6-18 мкг), при потраплянні в організм через травний тракт.

Триваліші полоній-208 (період напіврозпаду 2,898 роки) і полоній-209 (період напіврозпаду 103 роки) мають дещо меншу радіотоксичність на одиницю маси, що обернено пропорційна періоду напіврозпаду. Відомостей про радіотоксичність інших, недовговічних ізотопів полонію мало. В організмі людини полоній поводиться подібно до своїх хімічних гомологів селену і телуру: концентрується в печінці, нирках, селезінці і кістковому мозку. Період напіввиведення з організму — від 30 до 50 діб, виділяється в основному через нирки. Є повідомлення про успішне використання 2,3-димеркаптопропанолу для виведення полонію з організму щурів — 90% тварин, яким у вену вводилася смертельна доза полонію-210 (9 нг/кг ваги), вижили, тоді як в контрольній групі всі щури загинули протягом півтора місяці.

Література[ред.ред. код]

Виноски[ред.ред. код]

  1. E. Rutherford Radioactive Substances and Their Radiations. — Лондон: Forgotten Books. — С. 20. — ISBN 1451001983, 9781451001983
  2. Игорь Иванов. (2007-07-12). «Разгадана загадка полония» [Розгадано загадку полонію] (рос.). с. 1. Архів оригіналу за 2011-08-22. Процитовано 2010-05-04. «Обчислення, проведені чеськими дослідниками дали відповідь на запитання, яке давно мучило фізиків: чому полоній надає перевагу кубічній кристалічній гратці?» 
  3. Іонізатори повітря
  4. Антистатичний пензлик
  5. J. H. Dillon. Polonium Alloy for Spark Plug Electrodes. J. Appl. Phys. 11, 291 (1940).
  6. «Ядерний Центр Росії — Саров»
  7. Полоній-210 в тютюновому диму
  8. «РІА Новини: Тютюн містить радіоактивний полоній-210». Архів оригіналу за 2011-08-22. (рос.)
  9. Polonium-210 as a poison

Посилання[ред.ред. код]