Полоній
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.
Полоній був відкритий П'єром та Марією Кюрі у 1898 році в урановій смоляній обманці[1]. Аналіз цього мінералу показав, що його активність у 2.5 рази вища за активніть очищеного урану.
Елемент був названий на честь батьківщини Марії Склодовської-Кюрі — Польщі (лат. Polonia).
У 1902 році німецький вчений Вільгельм Марквальд[en] 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.
Полоній є першим елементом, знайденим за своєю радіоактивністю[2]. У 1911 році Марі Склодовська-Кюрі отримала Нобелівську Премію з хімії "За визнання її заслуг у розвитку хімії завдяки відкриттю елементів радію і полонію, виділенню радію та вивченню природи і сполук цього особливого елемента"[3].
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.
Станом на 2024 рік відомі 42 ізотопи полонію в діапазоні масових чисел від 186 до 227[4]. 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 |
Теоретично, згідно з моделлю Гартрі-Фока-Боголюбова (HFB-14)[5], полоній має ще 45 ізотопів.
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.[6]
Полоній виділяють, використовуючи методи осадження, екстракції, хроматографії, електрохімії.
Вперше полоній виділили та очистили Марія та Пʼєр Кюрі з мінералу уранініту. Вони опрацювали декілька тон мінералу заради отримання мінімальної кількості полонію. У середньому, тонна уранових мінералів містить лише біля 100 мкг полонію[2]. Лише у 1906 році була виведена схема отримання та очищення полонію з уранініту. Через незначну отриману кількість полонію, до 1944 року усі його хімічні властивості (з одним виключенням[7]) були досліджені лише у мікрокількостях. Нова ера у методах видобування полонію почалася у другу світову війну, коли в рамках Мангеттенського проєкту вчені звернули увагу на полоній, що повинен був стати тригером для початку реакції для детонування ядерних бомб. Ці розробки були засекречені до 1980х[8]. Проєкт з вивчення полонію отримав назву Дайтонський і розпочався у 1943 році. За декілька років вчені переробили 37 тон мінералів, і отримали 9 мг (або 1.5 ТБк[9][10]) полонію, винайшовши три основних методи очищення полонію з уранініту. Найефективнишим з них вважається "вологий" метод, де подрібнений оксид свинцю переводили у нітрат свинцю шляхом обробки нітратною кислотою і нейтралізацією карбонатом свинцю. І хоч ці методи і дозволили отримувати чистий полоній, його вартість таким чином залишалась дуже високою, бо потрібно працювати з тонами мінералів, що, окрім грошей, займало багато часу. Тому сьогодні цей метод вже не використовується для основного отримання полонію, але процедура очищення залишається дуже схожою. З 1944 року полоній отримують шляхом радіаційної обробки бісмуту[11].
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) [12]. Наприклад, для прецизійної оптики виготовляються пензлики видалення пилу[13]. Інше застосування ефекту іонізації газу — в електродних сплавах автомобільних свічок запалювання для зменшення напруги виникнення іскри.[14]
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.[15]
Полоній-210 може послужити в сплаві з легким ізотопом літію (6Li) як речовина, яка здатна істотно знизити критичну масу ядерного заряду і працювати свого роду ядерним детонатором. Тому полоній є стратегічним металом.
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. [16] «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.[17]
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 [18] 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-димеркаптопропанол[en] у 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 місяця.[19]
Колишній агент ФСБ Олександр Литвиненко був отруєний полонієм-210.
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
- ↑ E. Rutherford. Radioactive Substances and Their Radiations. — Лондон : Forgotten Books. — С. 20. — ISBN 1451001983, 9781451001983.
- ↑ а б Bagnall, K. W. (1 січня 1962). Emeléus, H. J.; Sharpe, A. G. (ред.). The Chemistry of Polonium. Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry. Т. 4. Academic Press. с. 197—229. doi:10.1016/s0065-2792(08)60268-x.
- ↑ Friedrich, Christoph; Remane, Horst (16 травня 2011). Marie Curie: Recipient of the 1911 Nobel Prize in Chemistry and Discoverer of the Chemical Elements Polonium and Radium. Angewandte Chemie International Edition (англ.). Т. 50, № 21. с. 4752—4758. doi:10.1002/anie.201008063. ISSN 1433-7851. Процитовано 21 листопада 2024.
- ↑ Fry, C.; Thoennessen, M. (1 травня 2013). Discovery of the thallium, lead, bismuth, and polonium isotopes. Atomic Data and Nuclear Data Tables. Т. 99, № 3. с. 365—389. doi:10.1016/j.adt.2012.01.005. ISSN 0092-640X. Процитовано 22 листопада 2024.
- ↑ Templeton, D. H.; Howland, J. J.; Perlman, I. (1 листопада 1947). Artificial Radioactive Isotopes of Polonium. Physical Review (англ.). Т. 72, № 9. с. 758—765. doi:10.1103/PhysRev.72.758. ISSN 0031-899X. Процитовано 22 листопада 2024.
- ↑ Игорь Иванов. (12 липня 2007). Разгадана загадка полония [Розгадано загадку полонію] (рос.) . с. 1. Архів оригіналу за 22 серпня 2011. Процитовано 4 травня 2010.
Обчислення, проведені чеськими дослідниками дали відповідь на запитання, яке давно мучило фізиків: чому полоній надає перевагу кубічній кристалічній ґратці?
- ↑ Curie, P.; Debierne, A. (1 лютого 1910). Sur le polonium. Le Radium (фр.). Т. 7, № 2. с. 38—40. doi:10.1051/radium:019100070203801. ISSN 0370-3223. Процитовано 24 січня 2024.
- ↑ Herran, Nestor (6 вересня 2018). Polonium in the Playhouse: The Manhattan Project’s Secret Chemistry Work in Dayton, Ohio. Ambix. Т. 65, № 4. с. 407—408. doi:10.1080/00026980.2018.1518681. ISSN 0002-6980. Процитовано 24 січня 2024.
- ↑ Moyer, H. V. ed (1 січня 1955). POLONIUM (English) . № TID-5221. doi:10.2172/4367751. Процитовано 24 січня 2024.
- ↑ Robinson, P. L. (1 серпня 1958). Chemistry of the rare radioelements. Polonium-Actinium: K. W. Bagnall: Butterworths Scientific Publications, London, 1957. x + 177 pp., 30s. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. Т. 7, № 1. с. 159—160. doi:10.1016/0022-1902(58)80046-9. ISSN 0022-1902. Процитовано 24 січня 2024.
- ↑ Reed, B. Cameron (1 травня 2019). Rousing the dragon: Polonium production for neutron generators in the Manhattan Project. American Journal of Physics (англ.). Т. 87, № 5. с. 377—383. doi:10.1119/1.5094138. ISSN 0002-9505. Процитовано 24 січня 2024.
- ↑ Іонізатори повітря
- ↑ Антистатичний пензлик. Архів оригіналу за 4 червня 2011. Процитовано 1 квітня 2011.
- ↑ J. H. Dillon. Polonium Alloy for Spark Plug Electrodes[недоступне посилання з липня 2019]. J. Appl. Phys. 11, 291 (1940).
- ↑ «Ядерний Центр Росії — Саров». Архів оригіналу за 1 травня 2007. Процитовано 1 квітня 2011.
- ↑ Полоній-210 в тютюновому диму. Архів оригіналу за 8 серпня 2010. Процитовано 1 квітня 2011.
- ↑ РІА Новини: Тютюн містить радіоактивний полоній-210. Архів оригіналу за 22 серпня 2011. Процитовано 1 квітня 2011.(рос.)
- ↑ Polonium-210 as a poison [недоступне посилання]
- ↑ Rencováa J.; Svoboda V.; Holuša R.; Volf V. та ін. (1997). Reduction of subacute lethal radiotoxicity of polonium-210 in rats by chelating agents. International Journal of Radiation Biology. 72 (3): 341—8. doi:10.1080/095530097143338. PMID 9298114.
- Про полоній на сайті WebElements (англ.)
 | |
|---|---|
| Словники та енциклопедії | |
| Довідкові видання | |
| Нормативний контроль | BNF: 12276890p · Freebase: /m/025s7y9 · GND: 4175077-9 · J9U: 987007563151805171 · LCCN: sh85104579 · NDL: 00569159 · NKC: ph273316 |