Interested Article - Полоний

84
Полоний
(209)
4f 14 5d 10 6s 2 6p 4

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 радиоактивный металл (согласно другим данным — полуметалл ) серебристо-белого цвета .

История и происхождение названия

Элемент открыт в 1898 году супругами Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри в урановой смоляной руде . Об открытии они впервые сообщили 18 июля на заседании Парижской академии наук в докладе под названием «О новом радиоактивном веществе, содержащемся в смоляной обманке» . Элемент был назван в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши ( лат. Polonia ) .

В 1902 году немецкий учёный 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

Радионуклиды полония входят в состав естественных радиоактивных рядов :

210 Po ( Т 1/2 = 138,376 сут ), 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 — около 2⋅10 −14 % по массе .

Физические и химические свойства

Полоний — мягкий серебристо-белый радиоактивный металл (часто относят к полуметаллам ).

Металлический полоний быстро окисляется на воздухе. Известны диоксид полония (РоО 2 ) 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 РоО 3 и соли полониевой кислоты, не существующей в свободном состоянии — полонаты К 2 РоО 4 . Образует галогениды состава PoX 2 , PoX 4 и PoX 6 . 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

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 . Наиболее долгоживущие изотопы, 209 Po и 208 Po 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
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

Получение

На практике в граммовых количествах нуклид полония 210 Ро синтезируют искусственно, облучая металлический 209 Bi тепловыми нейтронами в ядерных реакторах. Получившийся 210 Bi за счёт 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.

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 (PoO 2 ) x при 500 °C.

Более 95 % мирового производства полония-210 приходится на Россию [ 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 граммов 210 Ро.

Стоимость

По данным британских экспертов, микроскопические дозы полония-210 стоят миллионы долларов США . С другой стороны, согласно утверждению радиохимика, д. х. н. Б. Жуйкова, получаемый из висмута полоний-210 очень дёшев . Согласно данным на 2006 год, за производство 9,6 граммов полония-210 заводу «Авангард» платили порядка 10 миллионов рублей , что сопоставимо со стоимостью трития . Однако, американская компания United Nuclear, получающая изотоп из России, на 2006 год продавала образцы по цене 69 USD , утверждая, что для накопления смертельной дозы потребовалось бы более 1 миллиона долларов .

Применение

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 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 надёжны. Например, советский нейтронный источник ВНИ-2 представляет собой латунную ампулу диаметром 2 и высотой 4 сантиметра, ежесекундно излучающую до 90 миллионов нейтронов .

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) . 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») . Другое, уже ушедшее в прошлое применение эффекта ионизации газа — в электродных сплавах автомобильных свечей зажигания для уменьшения напряжения возникновения искры .

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/см 3 ), 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 ( 6 Li) веществом, которое способно существенно снизить критическую массу ядерного заряда и послужить своего рода ядерным детонатором [ источник не указан 1251 день ] . Кроме того, полоний пригоден для создания компактных « грязных бомб » и удобен для скрытной транспортировки, так как практически не испускает гамма-излучения . Изотоп испускает гамма-кванты с энергией 803 кэВ с выходом только 0,001 % на распад .

Полоний является , должен очень строго учитываться, и его хранение должно быть под контролем государства ввиду угрозы ядерного терроризма .

Токсичность

Полоний-210 обладает особо высокой радиотоксичностью и является канцерогеном, имеет период полураспада 138 дней 9 часов . Его удельная активность (166 ТБк/г, тепловыделение 148 Вт/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 из-за очень сильного удельного тепловыделения и переходят в аэрозольное состояние [ источник не указан 1251 день ] . ПДК в водоёмах и в воздухе рабочих помещений 11,1⋅10 −3 Бк/л и 7,41⋅10 −3 Бк/м 3 . Поэтому работают с полонием-210 только в герметичных боксах. Опасны также и все соединения полония, наиболее токсичным из которых является полоноводород [ источник не указан 1294 дня ] .

Положительно заряженные альфа-частицы, излучаемые полонием, не проходят через кожу, однако при попадании полония внутрь организма, — если его проглотить или вдохнуть, — альфа-частицы необратимо вызовут опасные радиобиологические эффекты внутри организма человека (в первую очередь они обусловлены радиолизом воды), что может привести к мутациям, развитию злокачественных заболеваний (среди них — лейкоз ), нарушению кроветворения и гибели .

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 .

Более долгоживущие полоний-208 (период полураспада 2,898 года) и полоний-209 (период полураспада 103 года) обладают несколько меньшей радиотоксичностью на единицу массы, обратно пропорционально периоду полураспада. Сведений о радиотоксичности других, короткоживущих изотопов полония мало. В организме человека полоний ведёт себя подобно своим химическим гомологам, селену и теллуру , концентрируется в печени, почках, селезёнке и костном мозге [ источник не указан 1251 день ] . Период полувыведения из организма − от 30 до 50 дней, выделяется в основном через почки [ источник не указан 1251 день ] . Были сообщения [ источник не указан 1251 день ] об успешном использовании 2,3-димеркаптопропанола для выведения полония из организма крыс — 90 % животных, которым внутривенно вводилась смертельная доза полония-210 (9 нг/кг массы тела), выжили, тогда как в контрольной группе все крысы погибли в течение полутора месяцев.

Случаи отравления полонием-210

Содержание полония в продуктах

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 . «Производители табака обнаружили этот элемент более 40 лет назад, попытки удалить его были безуспешны», — говорится в статье 2008 года исследователей из американского Стэнфордского университета и клиники Майо в Рочестере .

Примечания

Комментарии
  1. Во время открытия полония Польши как государства не существовало: страна была поделена между Россией, Австрией и Пруссией.
  2. Российский завод, расположенный вблизи города Саров , имеющий военный ядерный реактор .
  3. Отравление полонием трудно обнаружить, поскольку гамма-излучение, определяемое счётчиком Гейгера , отсутствует. Для идентификации полония требуется специальное оборудование и сложные методы ( от 28 июля 2015 на Wayback Machine // Би-Би-Си , 28 июля 2015).
Сноски
  1. (англ.) . WebElements. Дата обращения: 28 августа 2013. 28 сентября 2013 года.
  2. 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. Полоний — статья из Большой советской энциклопедии .
  4. E. Rutherford. . — Лондон: Forgotten Books. — С. 20. — 699 с. — ISBN 1451001983 , 9781451001983.
  5. Манолов К., Тютюнник В. Биография атома. Атом — от Кембриджа до Хиросимы. — Переработанный пер. с болг.. — М. : Мир , 1984. — С. 26. — 246 с.
  6. Игорь Иванов. 1 (12 июля 2007). — «Вычисления, проведённые чешскими исследователями, дали ответ на вопрос, давно мучивший физиков: почему полоний предпочитает кубическую кристаллическую решетку?» Дата обращения: 4 мая 2010. 22 августа 2011 года.
  7. от 11 февраля 2015 на Wayback Machine // Троицкий вариант, 10 февраля 2015.
  8. от 13 июля 2015 на Wayback Machine // Royal Society of Chemistry, 27 November 2006.
  9. от 2 августа 2015 на Wayback Machine // Би-Би-Си, 31 июля 2015.
  10. от 27 июня 2015 на Wayback Machine // Российская газета, 31 июля 2015.
  11. от 26 сентября 2015 на Wayback Machine // Би-Би-Си, 5 марта 2010.
  12. от 28 апреля 2018 на Wayback Machine // РИАНОВОСТИ, 11 декабря 2006.
  13. . www.stringer.ru (28 ноября 2006). — «Грязная» бомба версия от «РБК», 28.11.2006. Дата обращения: 2 марта 2012. 22 июня 2012 года.
  14. . Электроэнергетика. Дата обращения: 9 августа 2013. 12 марта 2013 года.
  15. от 26 ноября 2015 на Wayback Machine .
  16. J. H. Dillon. (англ.) . Journal of Applied Physics (16 января 1940). Дата обращения: 9 августа 2013. Архивировано из 13 августа 2013 года.
  17. Борис Жуйков. Газета «Троицкий вариант — Наука» (10 февраля 2015). Дата обращения: 15 февраля 2015. 11 февраля 2015 года.
  18. . Дата обращения: 18 февраля 2021. 5 марта 2022 года.
  19. В. А. Баженов, Л. А. Булдаков, И. Я. Василенко и др. Вредные химические вещества. Радиоактивные вещества : Справ. изд. / Под. ред. В. А. Филова и др.. — Л. : Химия, 1990. — С. 35, 309-320. — ISBN 5-7245-0216-X .
  20. от 28 июля 2015 на Wayback Machine // Би-Би-Си , 28 июля 2015.
  21. John Harrison, Rich Leggett, David Lloyd, Alan Phipps, Bobby Scott. (англ.) . Journal of Radiological Protection (6 марта 2007). Дата обращения: 9 августа 2013. 13 августа 2013 года.
  22. . Лента.Ру (27 ноября 2012). Дата обращения: 9 августа 2013. 13 августа 2013 года.
  23. . РИА Новости (6 ноября 2013). Дата обращения: 8 ноября 2013. 7 ноября 2013 года.
  24. (26 декабря 2013). Дата обращения: 28 января 2014. 30 декабря 2013 года.
  25. / EPA Radiation Protection (англ.) : «tobacco leaves used in making cigarettes contain radioactive material, particularly lead-210 and polonium-210».
  26. Tso T. C., Harley N., Alexander L. T. (англ.) // Science. — 1966. — Vol. 153 , iss. 3738 . — P. 880—882 . — doi : . 24 сентября 2015 года.
  27. Muggli Monique E. , Ebbert Jon O. , Robertson Channing , Hurt Richard D. (англ.) // American Journal of Public Health. — 2008. — September ( vol. 98 , no. 9 ). — P. 1643—1650 . — doi : .
  28. . Дата обращения: 20 октября 2010. Архивировано из 8 августа 2010 года.
  29. . РИА Новости (29 августа 2008). Дата обращения: 9 августа 2013. 13 августа 2013 года.

Ссылки

  • . Популярная библиотека химических элементов. Дата обращения: 28 августа 2013. 15 сентября 2013 года.
  • от 21 января 2016 на Wayback Machine (англ.)
Источник —

Same as Полоний