Полоний
|
|||||
Внешний вид простого вещества | |||||
---|---|---|---|---|---|
Свойства атома | |||||
Название, символ, номер |
Поло́ний / Polonium (Po), 84 |
||||
Атомная масса (молярная масса) |
|||||
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 |
||||
Степени окисления |
–2, +2, +4, +6 |
||||
Энергия ионизации (первый электрон) |
|||||
Термодинамические свойства простого вещества | |||||
Плотность (при н. у.) |
9,196 г/см3[1] г/см³ |
||||
Температура плавления | |||||
Температура кипения | |||||
Уд. теплота плавления |
10 кДж/моль |
||||
Уд. теплота испарения |
102,9 кДж/моль |
||||
Молярная теплоёмкость |
26,4[2] Дж/(K·моль) |
||||
Молярный объём | |||||
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].
Содержание
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]. Об открытии они впервые сообщили 18 июля на заседании Парижской академии наук в докладе под названием «О новом радиоактивном веществе, содержащемся в смоляной обманке»[5]. 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:
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. 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[6].
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 125 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
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.
Более 95% мирового производства полония-210 приходится на Россию[7][нет в источнике], однако практически весь он поставляется в США, где используется в основном для производства промышленных и бытовых антистатических ионизаторов воздуха.[нет в источнике]
На 2006 год, по утверждению британского учёного и писателя Джона Эмсли, в год производилось около 100 грамм 210Ро.[8]
- Стоимость
По данным британских экспертов, микроскопические дозы полония-210 стоят миллионы долларов США[9]. С другой стороны, согласно утверждению радиохимика, д.х.н. Б.Жуйкова, получаемый из висмута полоний-210 очень дёшев[7]. Согласно данным на 2006 год за производство 9,6 граммов полония-210 заводу «Авангард»[прим. 1] платили порядка 10 миллионов рублей[10], что сопоставимо со стоимостью трития[11]. Однако, американская компания United Nuclear, получающая изотоп из России, на 2006 год продавала образцы по цене $69, утверждая, что для накопления смертельной дозы потребовалось бы более $1 миллиона[12].
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[13].
Полоний-210 часто применяется 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)[14]. Например, для прецизионной оптики изготавливаются кисточки удаления пыли. Для окраски автомобилей в гаражах используются пульверизаторы с подачей воздуха, проходящего через антистатический ионизатор с полонием («ионную пушку»)[15]. Другое, уже ушедшее в прошлое применение эффекта ионизации газа — в электродных сплавах автомобильных свечей зажигания для уменьшения напряжения возникновения искры[16].
Важной областью применения полония-210 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[13]. Изотоп испускает гамма-кванты с энергией 803 кэВ с выходом только 0,001 % на распад[17].
Полоний является стратегическим металлом, должен очень строго учитываться, и его хранение должно быть под контролем государства ввиду угрозы ядерного терроризма.
Токсичность[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, поскольку 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.
Положительно заряженные альфа-частицы, излучаемые полонием не проходят через кожу, однако при попадании полония внутрь организма, — если его проглотить или вдохнуть, — альфа-частицы необратимо разрушают внутренние органы и ткани, что зачастую приводит к гибели организма[18][прим. 2].
По оценке специалистов 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[19].
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[править | править вики-текст]
- Смерть Александра Литвиненко в 2006 году, который скончался в результате отравления полонием-210.
- Полоний был обнаруженЯсира Арафата, который скончался в 2004 году. Проведена эксгумация тела[20]. Первоначально швейцарская сторона международной комиссии подтвердила факт отравления полонием[21]. Однако позже согласилась с выводами российской и французской стороны об отсутствии доказательств отравления[22]. в личных вещах
Содержание полония в продуктах[править | править вики-текст]
Полоний-210 в небольших количествах находится в природе и накапливается табаком[23][24][25], 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[26]. «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[27].
Примечания[править | править вики-текст]
- Комментарии
- ↑ Российский завод, расположенный вблизи города Саров, имеющий военный ядерный реактор
- ↑ Отравление полонием трудно обнаружить, поскольку гамма-излучение, определяемое счетчиком Гейгера отсутствует. Для идентификации полония требуется специальное оборудование и сложные методы («Дело Литвиненко: смертельный след полония»,Би-Би-Си, 28 июля 2015)
- Сноски
- ↑ 1 2 3 Polonium: physical properties (англ.). WebElements. Проверено 28 августа 2013.
- ↑ 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.
- ↑ 1 2 Полоний — статья из Большой советской энциклопедии
- ↑ E. Rutherford. Radioactive Substances and Their Radiations. — Лондон: Forgotten Books. — С. 20. — 699 с. — ISBN 1451001983, 9781451001983.
- ↑ Манолов К., Тютюнник В. Биография атома. Атом — от Кембриджа до Хиросимы. — Переработанный пер. с болг.. — М.: Мир, 1984. — С. 26. — 246 с.
- ↑ 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.
- ↑ 1 2 Зачем был нужен полоний?, «Троицкий вариант», 10 февраля 2015 года.
- ↑ Q&A: Polonium-210, Royal Society of Chemistry, 27 November 2006
- ↑ «Дело Литвиненко: Россия причастна "так или иначе"», Би-Би-Си, 31 июля 2015
- ↑ Когда полоний призвали на службу, Российская газета, 31 июля 2015 года
- ↑ Is fusion power really viable?, Би-Би-Си, 5 марта 2010
- ↑ Человек, пораженный полонием-210, не может оставлять после себя следы, РИАНОВОСТИ, 11 декабря 2006 г.
- ↑ 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.
- ↑ Защита от статического электричества. Устройства электробезопасности. Электроэнергетика. Проверено 9 августа 2013. Архивировано из первоисточника 13 августа 2013.
- ↑ College breaches radioactive regulations.
- ↑ 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.
- ↑ Борис Жуйков. Зачем был нужен полоний?. Газета «Троицкий вариант — Наука» (10.02.2015). Проверено 15 февраля 2015.
- ↑ «Дело Литвиненко: смертельный след полония»,Би-Би-Си, 28 июля 2015
- ↑ 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.
- ↑ Останки Ясира Арафата извлекли из мавзолея. Лента.Ру (27 ноября 2012). Проверено 9 августа 2013. Архивировано из первоисточника 13 августа 2013.
- ↑ Экспертиза подтвердила, что Арафата отравили полонием. РИА Новости (6.11.2013). Проверено 8 ноября 2013.
- ↑ Российские медики: Арафат умер свой смертью (26 декабря 2013).
- ↑ Tobacco Smoke / EPA Radiation Protection (англ.): "tobacco leaves used in making cigarettes contain radioactive material, particularly lead-210 and polonium-210."
- ↑ Source of Lead-210 and Polonium-210 in Tobacco / Science 19 August 1966: Vol. 153 no. 3738 pp. 880-882 DOI: 10.1126/science.153.3738.880
- ↑ Waking a Sleeping Giant: The Tobacco Industry’s Response to the Polonium-210 Issue / Am J Public Health. 2008 September; 98(9): 1643–1650. doi:10.2105/AJPH.2007.130963
- ↑ Полоний-210 в табачном дыме
- ↑ Табак содержит радиоактивный полоний-210. РИА Новости (29 августа 2008). Проверено 9 августа 2013. Архивировано из первоисточника 13 августа 2013.
Ссылки[править | править вики-текст]
Полоний в Викисловаре? | |
Полоний на Викискладе? |
- Полоний. Популярная библиотека химических элементов. Проверено 28 августа 2013. Архивировано из первоисточника 15 сентября 2013.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||||||||||||||||||||||||||
1 | H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||||||||||||||
6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | ||||||||||||
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Uut | Fl | Uup | Lv | Uus | Uuo | ||||||||||||
8 | Uue | Ubn | Ubu | Ubb | Ubt | Ubq | Ubp | Ubh | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Соединения полония | |
---|---|
Бромид полония(II) (PoBr2) • Бромид полония(IV) (PoBr4) • Гидрид полония(II) (PoH2) • Иодид полония(IV) (PoI4) • Нитрат полония(IV) (Po(NO3)4) • Оксид полония(II) (PoO) • Оксид полония(IV) (PoO2) • Оксид полония(VI) (PoO3) • Полонат калия (К2РоО4) • Полонид кремния (Po2Si) • Полонид натрия (Na2Po) • Полониевая кислота • Селенит полония(II) (PoSeO3) • Сульфат полония(IV) (Po(SO4)2) • Сульфид полония (PoS) • Сульфит полония(II) (PoSO3) • Хлорид полония(II) (PoCl2) • Хлорид полония(IV) (PoCl4) |
Чрезвычайно опасные вещества | |||
---|---|---|---|
|