Полоний: история открытия элемента. Полоний. Свойства полония. Применение полония История открытия полония

Вскоре после открытия радиоактивности Поль Кюри и Мария Склодовская-Кюри изучая урановую смоляную руду установили, что она обладает значительно большей радиоактивностью, чем чистый уран. Было сделано предположение, что руда содержит другие химические элементы, более радиоактивные чем уран. Переработка многих тонн урановой руды позволило в 1898 году выделить из нее еще два новых химических элемента: радий и элемент № 84, который в честь Польши был назван Полонием.

Получение:

В природе изотопы полония входят в естественный радиоактивный ряд 238 U и всегда присутствуют в урановых рудах, но, вследствии короткого периода полураспада не накапливаются в ней в значительных количествах. Содержание в урановой руде наиболее устойчивого изотопа 210 Po (период полураспада 138,3 суток) 2*10 -10 . Для выделения полония из руды сначала извлекают радий, затем остатки растворяют в соляной кислоте и осаждают полоний вместе с висмутом сероводородом. От висмута полоний отделяют дробной кристаллизацией соединений, обладаюших разной растворимостью, хроматографией, электрохимическими методами. В настоящее время 210 Po получают главным образом в ядерных реакторах, облучая висмут нейтронами:
209 Bi (n, g ) 210 Bi; 210 Bi (-, b ) 210 Po
Наиболее долгоживущий изотоп полония (период полураспада 103 года) получают бомбардировкой висмута протонами:
209 Bi (p, n) 209 Po.

Физические свойства:

Серебристо-белый металл, напоминающий висмут и свинец. Вследствие высокой радиоактивности в темноте можно заметить светло-голубое свечение, а также наблюдается саморазогревание. Полоний выделяет так много тепловой энергии, что это тепло способно расплавить образец. Температура плавления Po равна 254°С; температура кипения 962°С, плотность 9,4 г/см 3 .
Полоний претерпевает a -распад, превращаясь в устойчивый изотоп свинца: 210 Po (-, a ) 206 Pb

Химические свойства:

По своим свойствам полоний типичный металл, окисляется на воздухе, взаимодействует с галогенами, с водородом образует летучий гидрид. Положение полоние в электрохимическом ряду напряжений противоречиво: по одним данным он реагирует с кислотами с выделением водорода, по другим - расположен между Cu и Ag, по третьим - вытесняется серебром из растворов..
Азотной кислотой полоний окисляется образуя нитрат Po(IV):
Po + 8HNO 3 = Po(NO 3) 4 + 4NO 2 + 4H 2 O
В соединениях проявляет степени окисления -2, +2 и +4 (+6 не характерна).

Важнейшие соединения:

Степень окисления -2 . Гидрид полония PoH 2 по свойства аналогичен теллуроводороду, но еще менее устойчив. Следы PoH 2 образуются при растворении полония в соляной кислоте в присутствии магния. Полониды - соединения полония с более активными металлами, например Na 2 Po
Степень окисления +2 . Галогениды полония (PoCl 2 - красный, PoBr 2) по свойствам аналогичны солям. Известны также черный сульфид PoS и красный сульфит PoSO 3 .
Степень окисления +4 , наиболее характерная.
Оксид полония(IV) , PoO 2 (красный) - амфотерный оксид с преобладанием основных свойств, со щелочами взаимодействует лишь при сплавлении, образуя полониты M 2 PoO 3 . С кислотами реагирует как основной оксид:
PoO 2 + 2H 2 SO 4 = Po(SO 4) 2 + 2H 2 O
Соли полония(IV) Po(SO 4) 2 *nH 2 O, Po(NO 3) 4 , бесцв. кристаллы, в растворе сильно гидролизуются, образуя коллоидные растворы PoO(OH) 2 (светло-желтый). Этот гидроксид тоже амфотерен, его можно считать полонистой кислотой .
Галогениды полония(IV) PoCl 4 (желтый), PoBr 4 (красный), PoI 4 черный), не растворимы в воде, взаимодействуют с галогенидами щелочных металлов, образуя соединения типа K 2

Применение:

Основная область применения полония-210 изготовление атомных батареек, применяемых на космических аппаратах. По сравнению с другими источниками полоний-210 обладает самой высокой удельной мощностью, 1210 вт/см3. Радиоактивный изотоп полоний-210 служил, например, топливом "печки", установленной на "Луноходе-2", поддерживая приемлемую температуру приборного отсека этого аппарата.
Используется он также как источник a -частиц, а в смеси с бериллием или бором - как ампульный источник нейтронов. a -частицы, испускаемые полонием, порождают поток нейтронов из ядер атома бора или бериллия.
Высокая токсичность полония объясняется, главным образом его радиоактивностью. Испускаемое им a -излучение, с одной стороны, наиболее легко поглощается даже листом бумаги. Проникающая способность и длина пробега альфа-частицы минимальны. С другой стороны, это излучение оказывает наиболее разрушительное воздействие при попадании источника внутрь организма. Поскольку полоний способен быстро переходить в аэрозольное состояние и заражать воздух, он опасен и на расстоянии, превышающим длину пробега альфа-частиц. См. также:
Трифонов Д.Н. М. Склодовская-Кюри: познание радиоактивности./ Химия в школе, 1997, №7.

В 1898 г., исследуя урановую смолку из Богемии, содержащую до 75% урана, Кюри-Склодовская заметила, что смолка обладает значительно более высокой радиоактивностью, чем чистые препараты урана, выделенные из той же смолки. Это позволило предположить, что в минерале содержится один или несколько новых элементов высокой радиоактивности. В июле того же года Кюри-Склодовская сделала полный анализ урановой смолки, тщательно контролируя радиоактивность каждого выделенного из нее продукта. Анализ оказался очень сложным, так как в минерале содержалось несколько элементов. Повышенную радиоактивность имели две фракции; одна из них содержала соли висмута, другая - соли бария. Из висмутовой фракции был выделен продукт, активность которого в 400 раз превышала активность урана. Кюри- Склодовская пришла к естественному выводу, что столь высокая активность обусловлена присутствием солей какого-то доселе неизвестного металла. Она назвала его полонием (Polonium) в честь своей родины Пол (лат. Polonia - Польша). Однако несколько лет после этого открытия существование полония считалось спорным. В 1902 г. Марквальд проверил анализ урановой смолки на большом количестве минерала (около 2 тонн). Он выделил висмутовую фракцию, обнаружил в ней "новый" элемент и назвал его радиотеллуром (Radiotellurium), так как, будучи сильно радиоактивным, по другим свойствам металл был похож на теллур. Как определил Марквальд, выделенная им соль радиотеллура в миллион раз активнее урана и в 1000 раз активнее полония. Элемент имеет атомный вес 212 и плотность 9,3. Менделеев в свое время предсказал существование элемента с такими свойствами и по его предполагаемому положению в периодической системе назвал элемент дви-теллуром. Кроме того, выводы Марквальда были подтверждены несколькими исследователями. Однако вскоре Резерфорд установил, что радиотеллур является одним из продуктов радиоактивного распада ряда урана, и назвал элемент Rа-F (Radium-F). Только через несколько лет стало очевидным, что полоний, радиотеллур и радий-F представляют собой один и тот же элемент, обладающий alfa- и gamma - излучением и периодом полураспада около 140 дней. В результате этого было признано, что приоритет открытия нового элемента принадлежит польской ученой, и оставлено название, предложенное ею.

Полоний (лат. Polonium), Po, радиоактивный химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 84. Полоний - первый элемент, открытый по радиоактивным свойствам П. Кюри и М. Склодовской-Кюри в 1898 году. Назван в честь Польши (лат. Polonia) - родины М. Склодовской-Кюри. Известно 25 радиоактивных изотопов Полония с массовыми числами от 194 до 218. Наиболее долгоживущим является искусственно полученный α-радиоактивный 209 Ро (период полураспада T ½ = 103 года). В природе встречаются 7 изотопов Полоний с массовыми числами 210-212, 214-216 и 218 как члены радиоактивных рядов урана, актиноурана и тория. Наиболее устойчив из них α-радиоактивный 210 Ро (Т ½ = 138 сут). Миллиграммовые количества 210 Ро можно выделить не только из природных объектов, но и синтезировать искусственно по ядерной реакции нейтронов с висмутом. Практически все сведения о Полонии получены с использованием 210 Ро.

Полоний - редкий элемент; содержание его в земной коре около 2·10 -15 % . В свободном виде Полоний - мягкий серебристо-белый металл; плотность 9,3 г/см 3 , t пл 254 °С, t кип 1162 °С. Конфигурация внешней электронной оболочки атома 6s 2 6p 4 . По химическим свойствам Полоний ближе всего к теллуру. В соединениях (как и Те) проявляет степени окисления -2, +2, +4 и +6. Известны оксиды РоО, РоО 2 и РоО 3 . При действии Zn на солянокислый раствор Полоний образуется летучий гидрид РоН 2 . В растворах Полония существуют ионы РоО 4 2- РоО 3 2- , Ро 4+ и Ро 2+ .

Известен гидрооксид Полония - РоО(ОН) 2 .

В весовых количествах синтезированы легко гидролизующиеся тетрагалогениды Полония и сульфаты различных составов. Методом носителей (используя аналог Полония - теллур) синтезированы полонийорганические соединения, в которых осуществляется связь Ро - углерод [получены, например, дифенил Полония (С 6 Н 5) 2 Ро, дифенилдихлорид Полония (С 6 Н 3) 2 РоCl 2 и т. д.]. Полоний чрезвычайно токсичен и поэтому работы с ним проводят в специальных боксах.

Изотоп 210 Ро применяется в нейтронных источниках. Энергию α-частиц 210 Ро можно преобразовать в электрическую энергию. Электрические "атомные" батарейки с 210 Ро, обладающие длительным сроком службы, применялись, в частности, на спутниках "Космос-84" и "Космос-89".

Полоний-210 (210 Ро) - обычный компонент естественных радиоактивных выпадений. В растения поступает из почвы через корни или из атмосферы в результате отложения на надземных органах. В небольших количествах (10 -4 пкюри/г) 210 Ро находится в морской воде; может накапливаться морскими организмами (у морской водоросли Porphyra umbilicalis коэффициент накопления его ~ 1000). В организм животных и человека 210 Ро поступает с пищей. Примерное содержание 210 Ро в морской рыбе составляет 20-100 пкюри/кг, мясе - 2-3 пкюри/кг, хлебе - 1 пкюри/кг, крупе - 2 пкюри/кг, чае - 500-600 пкюри/кг. В организме животных и человека (удельная концентрация около 4-10 -5 пкюри/г сырой ткани) Полоний относительно равномерно распределяется по отдельным органам. Биологическое действие 210 Ро обусловлено α-излучением. В опытах на животных показана высокая токсичность этого радионуклида в больших концентрациях. Так, концентрации 210 Ро выше 0,0003 мккюри/г живого веса снижали продолжительность жизни белых крыс, изменяли состав периферической крови, вызывали циррозы печени; в отдаленные сроки у животных развивались опухоли почек, толстого кишечника, семенников и ряда других органов. Биологическое действие малых концентраций 210 Ро изучено недостаточно.

Полоний-210 вызывает совершенно четкую ассоциацию с радиацией. И это совсем не зря, поскольку он крайне опасен.

История открытия

Его существование было предсказано еще в 1889 году Менделеевым, когда тот создал свою знаменитую периодическую таблицу. На практике же этот элемент под номером 84 был получен девятью годами позже усилиями супругов Кюри, изучавших явление радиации. пыталась выяснить причину сильного излучения, исходящего от некоторых минералов, а потому начала работу с несколькими образцами пород, обрабатывая их всеми доступными ей способами, деля на фракции и отбрасывая ненужное. В результате она получила новое вещество, ставшее аналогом висмута и третьим открытым радиоактивным элементом после урана и тория.

Несмотря на удачные результаты эксперимента, Мария не спешила говорить о своей находке. проведенный коллегой супругов Кюри, также не дал оснований говорить об открытии нового элемента. Тем не менее в докладе на заседании Парижской академии наук в июле 1898 года супруги сообщили о предположительном получении вещества, проявляющего свойства металла и предложили назвать его полонием в честь Польши - родины Марии. Это был первый и единственный в истории случай, когда еще не выделенный достоверно элемент уже получил название. Ну а первый образец появился лишь в 1910 году.

Физические и химические свойства

Полоний представляет собой сравнительно мягкий серебристо-белый металл. Он настолько радиоактивен, что светится в темноте и постоянно нагревается. При этом температура его плавления чуть выше, чем у олова - всего 254 градуса Цельсия. Металл очень быстро окисляется на воздухе. При низких температурах образует одноатомную простую кубическую кристаллическую решетку.

По своим химическим свойствам полоний очень близок к своему аналогу - теллуру. Кроме того, на характер его соединений большое влияние имеет высокий уровень радиации. Так что реакции с участием полония могут быть весьма зрелищными и интересными, хоть и довольно опасными с точки зрения пользы для здоровья.

Изотопы

Всего науке на данный момент известно 27 (по другим источникам - 33) форм полония. Ни одна из них не является стабильной, и все они радиоактивны. Наиболее тяжелые из изотопов (с порядковыми числами от 210 до 218) в небольшом количестве встречаются в природе, остальные могут быть получены только искусственными путями.

Радиоактивный полоний-210 - наиболее долгоживущий из природных форм. Он содержится в небольшом количестве в радиево-урановых рудах и образуется за счет цепочки реакций, начинающейся с U-238 и длящейся примерно 4,5 миллиарда лет, если говорить про период полураспада.

Получение

В 1 тонне содержится изотоп полоний-210 в количестве, равном примерно 100 микрограммам. Их можно выделить при обработке отходов производства, однако для получения более или менее значительного объема элемента пришлось бы обработать огромное количество материала. Гораздо более простым и эффективным способов является синтез с помощью облучения нейтронами природного висмута в ядерных реакторах.

В результате после еще некоторых процедур получается полоний-210. Изотопы 208 и 209 также можно получить, если облучать висмут или свинец ускоренными пучками альфа-частиц, протонов или дейтронов.

Радиоактивность

Полоний-210, как и остальные изотопы, является альфа-излучателями. Группа более тяжелых также испускает гамма-лучи. Несмотря на то что изотоп 210 является источником только альфа-частиц, он достаточно опасен, его нельзя брать руками и даже приближаться на близкое расстояние, поскольку, разогреваясь, он переходит в аэрозольное состояние. Крайне опасно также попадание полония внутрь с дыханием или пищей. Именно поэтому работа с этим веществом проходит в специальных герметичных боксах. Любопытно, что этот элемент около полувека назад был обнаружен в табачных листьях. Период распада полония-210 по сравнению с другими изотопами достаточно велик, а потому он может накопиться в растении и впоследствии навредить здоровью курильщика еще больше. Тем не менее, любые попытки извлечь из табака это вещество оказались безуспешными.

Опасность

Поскольку полоний-210 испускает лишь альфа-частицы, соблюдая определенные меры предосторожности, бояться работы с ним не следует. Длина пробега этих волн редко превышает десяток сантиметров, кроме того, они обычно не могут проникнуть сквозь кожу.

Однако, оказавшись внутри организма, они наносят ему огромный вред. При попадании в кровь он быстро разносится по всем тканям - уже через несколько минут его присутствие можно заметить во всех органах. Прежде всего он присутствует в почках и печени, но в общем и целом он распределяется довольно равномерно, чем и можно объяснить его высокое общее поражающее действие.

Токсичность полония настолько велика, что даже небольшие дозы вызывают хроническую лучевую болезнь и смерть через 6-11 месяцев. Основные пути выведения из организма - через почки и ЖКТ. Наблюдается зависимость от способа попадания. Период полувыведения составляет от 30 до 50 дней.

Случайное отравление полонием совершенно невозможно. Для получения достаточного количества вещества необходимо иметь доступ к ядерному реактору и намеренно подложить изотоп жертве. Сложность диагностики заключается также в том, что известно лишь несколько случаев за всю историю. Первой жертвой считается дочь первооткрывателей полония - Ирен Жолио-Кюри, которая в ходе исследований разбила капсулу с веществом в лаборатории и скончалась спустя 10 лет. Еще два случая приходятся на XXI век. Первый из них - нашумевшее дело Литвиненко, скончавшегося в 2006 году, а второй - смерть Ясера Арафата, в вещах которого были найдены следы радиоактивного изотопа. Тем не менее окончательный диагноз так и не был подтвержден.

Распад

Одним из наиболее долгоживущих изотопов, наряду с 208 и 209, является полоний-210. (то есть времени, за которое количество радиоактивных частиц уменьшается вдвое) у первых двух составляет соответственно 2,9 и 102 года, а у последнего 138 дней и 9 часов. Что касается остальных изотопов, время их жизни исчисляется в основном минутами и часами.

Сочетание различных свойств полония-210 делает его наиболее удобным из ряда для использования в различных сферах жизни. Находясь в специальной металлической оболочке, он уже не может навредить здоровью, но способен отдать свою энергию на благо человечества. Итак, для чего используется полоний-210 сегодня?

Современное применение

По некоторым данным, около 95% производства полония сосредоточено в России, причем в год синтезируется примерно 100 граммов вещества, и почти все оно экспортируется в США.

Существует несколько сфер, в которых применяется полоний-210. Прежде всего это космические аппараты. При своих компактных размерах он незаменим как прекрасный источник энергии и тепла. Несмотря на то что примерно каждые 5 месяцев его эффективность снижается вдвое, более тяжелые изотопы являются гораздо более дорогостоящими в производстве.

Кроме того, полоний совершенно незаменим в ядерной физике. Он широко применяется в изучении влияния альфа-излучения на другие вещества.

Наконец, еще одной областью применения является производство устройств для снятия статического электричества как для промышленности, так и для домашнего использования. Даже удивительно, как такой опасный элемент может стать чуть ли не кухонной утварью, будучи заключен в надежную оболочку.

Назван в честь Польши. Полония – имя страны на латинском языке и одного из элементов . Металл обнаружен в 1898-ом году, стал первым вписанным в перечень после открытия радиоактивности. Полоний представили миру супруги Пьер и Мария Кюри.

Женщине даже дали за открытие Нобелевскую премию. Живя во Франции, Мария помнила о родине – Польше, поэтому и нарекла новый элемент в ее честь, не отразив в имени главного – кто открыл полоний .

Химические и физические свойства полония

Полоний относится к халькогенам. Понятие образована на основе 2-х греческих слов «халькос» — «» и «генос» — «рожденный». Так что, полоний и другие элементы 16-ой группы таблицы Менделеева – вещества, слагающие медные руды. Кроме 84-го металла в них находят кислород, , и .

В своей группе 84-ый металл занимает последнюю позицию. Это значит, что ядро полония и весь атом превосходят по размерам атомы других халькогенов. При этом, энергия ионизации и электроотрицательность у радиоактивного элемента минимальны.

В обычных условиях масса полония имеет металлический , по цвету серебристо-белая. Днем напоминает свинец, но в темноте слегка светится. Голубое лучение – следствие радиоактивности полония . Определить 84-ый металл можно и по его способности самонагреваться.

Тепловой энергии выделяется столько, что образец плавится на глазах. Получается, полоний самостоятельно доходит до 250-ти градусов – температуры смены агрегатного состояния. Закипает металл при 962-х по шкале Цельсия.

Металл не случайно напоминает свинец. Распад полония заканчивается переходом элемента именно в него. Получается устойчивый, то есть не радиоактивный, изотоп под номером 206. Он безопасен, если, конечно, не вдыхать, мазать каждый день на кожу, или есть в чистом виде, а не продуктах.

Полоний 210 , из которого получается свинец, напротив, опасен даже в малых дозах. Смертельный предел – 2 миллиграмма. Рискуют те, кто вдыхает, получает отраву с пищей, или через раны на коже.

В остальном, от полония можно защититься. В отличие от многих радиоактивных элементов, 84-ый излучает лучи лишь одного спектра – альфа. Уберегут маска и перчатки защитят.

Ходят слухи, что Александра Литвиненко и Бориса Березовского отравили полонием , именно 210-ым изотопом. Всего же в природе существует 27 изотопов металла. Радиоактивны все, но период распада 210-го самый короткий – около 139-ти дней.

Отравление полонием офицера ФСБ Литвиненко или же бизнесмена Березовского сужает круг подозреваемых. 210-ый изотоп производят исключительно в атомных реакторах, на ускорителях частиц. Доступ к элементу есть у единиц.

Химические реакции полония типичны для металла. Элемент активно взаимодействует с галогенами, то есть веществами из 17-ой группы периодической системы.

При встрече с водородом образуется гидрид. Он летучий. Нитрат полония дает слияние с азотной кислотой. Реакции с кислотами сопровождаются выделением водорода.

Применение полония

Распад полония , его радиоактивность, ограничивают сферу применения элемента атомными технологиями. В частности, 84-ый элемент идет на батареи космических аппаратов. За счет присутствия радиоактивного металла, у них наибольшая удельная мощность – 1210 вт/cм 3 .

Примером батареи, работающей на топливе-полонии, служит «Луноход-2». В нем 84-ый элемент поддерживает необходимую температуру в отсеке для горючего.

Использование полония в качестве источника тепла осложняется все той же мощностью вещества. Выделяя около 1300 Вт, металл плавится. Жидкое состояние осложняет работу с элементом.

Поэтому, полоний часто сплавляют со свинцом. Так сохраняется твердое состояние носителя, но уменьшается энерго плотность. Технологи идут на уступки ради удобства в работе.

Купить полоний , выделить его, специалисты атомной промышленности стремятся и для нейтронных излучателей. Модели из 84-го металла с бериллием почти не источают y-частиц, только альфа. Внешне излучатели похожи на герметичные ампулы.

Внутри расположена таблетка из карбида бора. Она покрыта 210-ым полонием. Конструкция легкая, просто переносится, безопасна. Корпус, как правило, латунный. За секунду установка дает около 90 000 000 нейтронов.

Сплав 210-го полония с снижает критическую массу ядерного заряда. Показатель изменяется существенно. Получается, что дуэт легкого изотопа лития и 84-го элемента служит детонатором. Это первопричина признания полония стратегически важным материалом, подконтрольным государству.

На федеральном уровне за веществом следят из-за угрозы ядерного терроризма. Для России это особенно актуально, ведь она является одним из основных добытчиков радиоактивного металла в мире.

Добыча полония

Период полураспада полония в природе невелик. Поэтому, изотопы, присутствующие в урановых рудах, не накапливаются. Добычу приходится вести в сжатые сроки и получать малый «выхлоп». Сначала из руды извлекают радий. Остатки породы растворяют, заливая соляной кислотой.

Предстоит осадить , сероводород и, собственно, полоний . Их нужно разделить. От висмута избавляются дробной кристаллизацией. Этот метод опирается на разную растворимость веществ. Можно воспользоваться и хроматографией. Нужные элементы абсорбируют, опираясь на цвет. Иногда, применяют электрохимический метод.

Большую часть полония извлекают не из урановых руд, а на основе висмута. Его помещают в ядерные установки и бомбардируют протонами. Так получают 209-ый изотоп металла. 210-ый «рождается» вследствие обработки все того же висмута нейтронами.

В природе малые дозы полония образуются при распаде радона. Выделяется радиоактивный элемент и в процессе курения табака. Условие – он должен быть выращен с применением фосфатных удобрений. Количество образующегося полония не опасно для здоровья.

Чтобы нанести вред человеку, как уже говорилось, нужно единовременно принять около 2-х миллиграммов вещества. По иронии судьбы примерно такую дозу получила дочь первооткрывательницы полония Ирен Жулио-Кюри.

Девушка пошла по стопам матери, стала химиком, дневала и ночевала в лаборатории. Там-то однажды и разбилась ампула с 84-ым элементом. Женщина заболела раком и в 1956-ом году умерла.

Цена полония

Цена полония , как и его производство, продажа, — тайна под 7-ю замками. Занимаясь делом об отравлении Александра Литвиненко, стражи правопорядка сообщили, что доза, доставшаяся офицеру, стоит примерно 29 миллионов евро.

При этом, есть данные, что около 60-ти евро стоит 0, 000 000 000 001 грамма элемента. Примерно таков ценник, выставляемый «Авангардом». Это российское предприятие, ведущее торговлю 210-ым изотопом.

Эксперты уверяют, что все предприятия страны передают на экспорт не более 10-ти граммов полония в месяц. Так, в частности, утверждает Сергей Кириенко. Мужчина занимает должность главы «Росатома». Основной рынок сбыта – Соединенные Штаты Америки.

Раньше поставки велись и в Великобританию. Однако, этот канал закрыт с 2002-го года. Основная масса радиоактивного металла остается внутри страны, обеспечивая атомную энергетику России.