Poloniu: istoria descoperirii elementului. Poloniul: istoria descoperirii elementului Istoria descoperirii poloniului

Element radioactiv din grupa VI a sistemului periodic al lui Mendeleev. Poloniul a fost descoperit în 1898 de Marie Sklodowska-Curie și Pierre Curie. Numele a fost dat în onoarea Poloniei.
M. Curie a descoperit că unele mostre de minereu de rășină de uraniu sunt mai radioactive decât uraniul însuși. Prin urmare, acest minereu trebuie să fi conținut substanțe mai radioactive decât uraniul. Aceste substanțe (elemente) au fost izolate. Mai întâi poloniu și apoi radiu.
Cel mai longeviv dintre izotopii naturali este 210 Po. Timpul de înjumătățire al lui 210 Po este de 138,376 zile, adică În acest timp, suma inițială de 210 Po este redusă la jumătate. După acest timp, jumătate din nucleele de 210 Po se transformă în nuclee ale izotopului stabil de plumb 206 Pb. Transformarea 210 Po în 206 Pb are loc ca urmare a dezintegrarii α

210 Po → 206 Pb + α.

Acestea. Pe lângă nucleele de plumb (206 Pb), descompunerea lui 210 Po produce și nuclee de heliu 4 He, care sunt denumite de obicei particule α (alfa). Mai mult, 210 Po este un emițător α aproape pur. Dezintegrarea alfa, dacă nu apare la starea fundamentală sau nu numai la starea fundamentală a nucleului final, este însoțită de radiații gamma. În majoritatea covârșitoare a cazurilor, 210 Po se descompune în starea fundamentală de 206 Pb cu emisia de particule alfa cu o energie de 5,3 MeV și doar o mică fracțiune (0,00122%) din nucleele de 210 Po se descompun în excitat (803 keV). ) stare de 206 Pb, care se descompune odată cu emisia de particule de raze gamma. Radiația gamma care însoțește o astfel de dezintegrare alfa poate fi detectată doar într-un experiment de precizie.
Izotopul 210Po nu este doar cel mai longeviv dintre cei naturali, de exemplu. existenți pe Pământ, și nu obținuți artificial, izotopi ai poloniului, dar și cei mai des întâlniți. Se formează în mod constant datorită unui lanț de descompunere izotopică care începe cu 238 U și se termină cu 206 Pb.

238 U → 234 Th → 234 Pa → 234 U → 230 Th → 228 Ra → 222 Rn → 218 Po → 214 Pb → 214 Bi → 214 Po → 210 Pb → 210 Bi → 210 Po → 206 Pb.

Timpul de înjumătățire (T 1/2) al 238 U este de 4,5 miliarde de ani. În amestecul natural de uraniu, 238 U este mai mult de 99%. Pentru numărul de izotopi de nuclee (N) ai uraniului (238 U) și poloniu (210 Po) dintr-un amestec natural și timpii lor de înjumătățire (T 1/2), următoarea relație este adevărată:

N(238 U)/N(210 Po) = T 1/2 (238 U)/T 1/2 (210 Po).

Relații similare sunt valabile pentru toți izotopii dintr-un lanț de dezintegrari succesive, deoarece sunt în așa-numita echilibru secular , când numărul de dezintegrari pe unitatea de timp este același pentru toți izotopii. Ca urmare a descompunerii anterioare pe unitatea de timp se formează mulți nuclee izotopice, același număr dintre ei se descompune. Astfel, 1 tonă de minereu de uraniu conține doar aproximativ 100 de micrograme de poloniu. Practic este 210 Po. Toți ceilalți izotopi naturali ai poloniului sunt chiar mai mici (și de mulți). Poloniul poate fi izolat din minereurile de uraniu în timpul procesării deșeurilor de producție de uraniu. Cu toate acestea, pentru a obține o cantitate notabilă de poloniu, ar trebui procesată o cantitate incredibilă de astfel de deșeuri. 210 Po este produs în reactoare nucleare prin iradierea bismutului cu neutroni ca rezultat al reacției

209 Bi(n,y) 210 Bi.

210 Bi suferă dezintegrare beta și se transformă în 210 Po. Timpul de înjumătățire al lui 210 Bi este de 5,013 zile.
În plus față de 210 Po, încă doi izotopi radioactivi artificial ai poloniului au timpi de înjumătățire relativ lungi - 208 Po (T 1/2 = 2,898 g) și 209 Po (T 1/2 = 102 g). Acești izotopi pot fi produși prin bombardarea țintelor de plumb sau bismut cu fascicule accelerate de ciclotron de particule alfa, protoni sau deuteroni. 209 Po pot fi achiziționate de la Laboratorul Național Oak Ridge cu permisiunea Comisiei pentru Energie Atomică (A.E.C.) din Statele Unite pentru aproximativ 3.200 USD per µCi (microcurie)*. Într-o astfel de sursă vor fi 6 · 10 -8 g 209 Po. Toți ceilalți izotopi de poloniu au timpi de înjumătățire de la 8,8 zile (206 Po) la fracțiuni de microsecundă ( ).

Diferite tipuri de radiații ionizante (α,β,γ) au abilități de penetrare semnificativ diferite. Particulele alfa din izotopii radioactivi care zboară prin materie preiau cu ușurință electroni și se transformă în atomi de heliu. Deci, pentru a se transforma în heliu, este suficient ca particulele alfa de 210 Po să zboare mai puțin de 4 cm în aer, mai puțin de 50 de microni în țesutul biologic și mai puțin de 30 de microni în aluminiu. Astfel, radiațiile alfa din surse radioactive nu pot fi detectate de dozimetrele convenționale care folosesc contoare Geiger. Particulele alfa de astfel de energii nu vor trece prin corpul contorului, chiar dacă suprafața acestuia este unsă cu un izotop alfa radioactiv. Este suficient să plasați un emițător α pur într-un pachet sigilat cu pereți nu mai groși decât o foaie de hârtie (principalul este că medicamentul radioactiv nu se „vărsă” din el); dispozitive mai sensibile, cum ar fi, pt. de exemplu, detectoarele cu semiconductor sau cu scintilație, nu vor putea detecta radiația acestuia. Acestea din urmă pot ajuta la detectarea radiațiilor alfa dacă se află în imediata apropiere a unei surse „deschise” de contaminare radioactivă.

În fig. 2 prezintă caracteristicile detectorului de poluare cu scintilație LB 124 SCINT, fabricat de BERTHOLD TECHNOLOGIES GmbH & Co.
Sursele radioactive de 210 Po sunt utilizate atât în ​​cercetarea științifică, cât și în tehnologie. În timpul lucrărilor la Proiectul Manhattan, sursa de neutroni poloniu-beriliu a fost destinată să fie folosită ca fitil pentru o bombă atomică. Neutronii dintr-o astfel de sursă sunt obținuți ca urmare a interacțiunii particulelor alfa din dezintegrarea lui 210 Po cu beriliu, reacția 9 Be(α,n). Cu toate acestea, această decizie a fost ulterior abandonată. Eliberarea de energie specifică a poloniului este mare - 140 Watt/g. O capsulă care conține 0,5 g de poloniu este încălzită la 500 o C. Această proprietate este folosită pentru a crea surse termoelectrice pe baza ei, care sunt, în special, utilizate în nave spațiale. Poloniul este, de asemenea, utilizat în dispozitivele de îndepărtare a electricității statice. Unele dispozitive de acest fel pot conține poloniu cu o activitate de până la 500 µCi (aproximativ 0,1 micrograme). Această sumă este teoretic suficientă pentru a ucide 5.000 de oameni. Cu toate acestea, acest poloniu este ambalat în siguranță, iar extragerea lui în scopuri rău intenționate necesită tehnologie sofisticată și cunoștințe aprofundate. De regulă, activitatea surselor oferite pe piață este scăzută. Deci, puteți achiziționa o sursă de 210 Po cu o activitate de 0,1 µCi (microcurie) pentru 69 USD. O sursă cu o astfel de activitate emite 3.700 de particule pe secundă. Masa de 210 Po într-o astfel de sursă este de aproximativ 2 · 10 -11
Radiațiile alfa din sursele radioactive nu pot pătrunde în piele, însă nuclizii care emit alfa prezintă un mare pericol atunci când pătrund în organism prin organele respiratorii și digestive, răni deschise și suprafețe de arsuri, și nu numai datorită radiațiilor ionizante, ci și pur și simplu ca toxice. substante. Doza maximă admisă pe corp atunci când 210 Po este ingerată este de numai 0,03 µCi (6,8 - 10 -12 g). Cu aceeași greutate, 210 Po este aproximativ 2,5. De 10 de 11 ori mai toxic decât acidul cianhidric. Odată ajuns în corpul uman, poloniul se răspândește în țesuturi prin fluxul sanguin. Poloniul este excretat din organism în principal prin fecale și urină. Cea mai mare parte este excretată în primele zile. În 50 de zile, aproximativ jumătate din poloniul care intră în organism este eliminat. Prezența poloniului la persoanele infectate cu acesta este identificată prin radiația gamma slabă a secrețiilor. Ingestia a o sută de miimi dintr-un miligram de poloniu în corpul uman este fatală în 50% din cazuri. Poloniul este un metal foarte volatil; în aer, în 45 de ore, 50% din el se evaporă la o temperatură de 55 o C.

* Unităţi de activitate - 1 Ci (Curie) = 3,7. 10 10 dezintegrare pe secundă, 1 Ci = 10 3 mCi = 10 6 μCi. 1 Bq = 1 dezintegrare pe secundă.

Poloniul-210 are o asociere foarte clară cu radiațiile. Și acest lucru nu este în zadar, deoarece este extrem de periculos.

Istoria descoperirii

Existența sa a fost prezisă încă din 1889 de Mendeleev, când a creat faimosul său tabel periodic. În practică, acest element, numărul 84, a fost obținut nouă ani mai târziu prin eforturile soților Curie, care studiau fenomenul radiațiilor. a încercat să afle motivul radiațiilor puternice emanate de unele minerale și, prin urmare, a început să lucreze cu mai multe mostre de rocă, prelucrându-le în toate modurile la îndemâna ei, împărțindu-le în fracții și aruncând ceea ce nu era necesar. Drept urmare, ea a obținut o nouă substanță, care a devenit un analog al bismutului și al treilea element radioactiv descoperit după uraniu și toriu.

În ciuda rezultatelor de succes ale experimentului, Maria nu s-a grăbit să vorbească despre descoperirea ei. realizată de un coleg de la Curie, nici nu a dat motive să se vorbească despre descoperirea unui nou element. Cu toate acestea, într-un raport la o reuniune a Academiei de Științe din Paris în iulie 1898, cuplul a raportat presupusa primire a unei substanțe care prezintă proprietățile unui metal și a propus să o numească poloniu în onoarea Poloniei, patria Mariei. Acesta a fost primul și singurul caz din istorie când un element care nu fusese încă identificat în mod fiabil a primit deja un nume. Ei bine, prima mostră a apărut abia în 1910.

Proprietati fizice si chimice

Poloniul este un metal relativ moale, alb-argintiu. Este atât de radioactiv încât strălucește în întuneric și se încălzește constant. În plus, punctul său de topire este puțin mai mare decât cel al staniului - doar 254 de grade Celsius. Metalul se oxidează foarte repede în aer. La temperaturi scăzute formează o rețea cristalină cubică simplă monoatomică.

În ceea ce privește proprietățile sale chimice, poloniul este foarte aproape de analogul său, telurul. În plus, natura compușilor săi este foarte influențată de nivelurile ridicate de radiații. Deci reacțiile care implică poloniul pot fi destul de spectaculoase și interesante, deși destul de periculoase din punct de vedere al beneficiilor pentru sănătate.

Izotopi

În total, știința cunoaște în prezent 27 (conform altor surse - 33) forme de poloniu. Niciuna dintre ele nu este stabilă și toate sunt radioactive. Cei mai grei dintre izotopi (cu numere de ordine de la 210 la 218) se găsesc în cantități mici în natură, restul nu pot fi obținute decât artificial.

Poloniul-210 radioactiv este cea mai longevivă formă naturală. Se găsește în cantități mici în minereurile de radiu-uraniu și se formează printr-un lanț de reacții care începe cu U-238 și durează aproximativ 4,5 miliarde de ani în ceea ce privește timpul de înjumătățire.

Chitanță

1 tonă conține izotopul poloniu-210 într-o cantitate egală cu aproximativ 100 micrograme. Ele pot fi izolate prin prelucrarea deșeurilor industriale, dar pentru a obține un volum mai mult sau mai puțin important de element ar fi necesară prelucrarea unei cantități uriașe de material. O metodă mult mai simplă și mai eficientă este sinteza bismutului natural folosind iradierea cu neutroni în reactoare nucleare.

Rezultatul, după mai multe proceduri, este poloniul-210. Izotopii 208 și 209 pot fi obținuți și prin iradierea bismutului sau plumbului cu fascicule accelerate de particule alfa, protoni sau deuteroni.

Radioactivitate

Poloniul-210, ca și alți izotopi, este un emițător alfa. Grupul mai greu emite și raze gamma. În ciuda faptului că izotopul 210 este o sursă doar de particule alfa, este destul de periculos; nu trebuie manipulat sau chiar abordat la distanță apropiată, deoarece atunci când se încălzește, se transformă într-o stare de aerosoli. De asemenea, este extrem de periculos dacă poloniul este ingerat prin respirație sau prin alimente. De aceea lucrul cu această substanță are loc în cutii speciale sigilate. Este curios că acest element a fost descoperit în frunzele de tutun în urmă cu aproximativ o jumătate de secol. Perioada de degradare a poloniului-210 este destul de lungă în comparație cu alți izotopi și, prin urmare, se poate acumula în plantă și, ulterior, poate dăuna și mai mult sănătății fumătorului. Cu toate acestea, orice încercare de a extrage această substanță din tutun nu a avut succes.

Pericol

Deoarece poloniul-210 emite doar particule alfa, nu trebuie să vă fie frică să lucrați cu el dacă sunt luate anumite măsuri de precauție. Lungimea de călătorie a acestor valuri depășește rar zece centimetri și, în plus, de obicei nu pot pătrunde în piele.

Cu toate acestea, odată în interiorul corpului, îi provoacă un mare rău. Când intră în sânge, se răspândește rapid în toate țesuturile - în câteva minute prezența sa poate fi observată în toate organele. Este prezent în principal în rinichi și ficat, dar în general este distribuit destul de uniform, ceea ce poate explica efectul său dăunător general ridicat.

Toxicitatea poloniului este atât de mare încât chiar și dozele mici provoacă boala cronică de radiații și moartea după 6-11 luni. Principalele căi de eliminare din organism sunt prin rinichi și tractul gastrointestinal. Există o dependență de metoda de intrare. Timpul de înjumătățire variază de la 30 la 50 de zile.

Otrăvirea accidentală cu poloniu este complet imposibilă. Pentru a obține o cantitate suficientă de substanță, este necesar să aveți acces la un reactor nuclear și să plasați în mod deliberat izotopul pe victimă. Dificultatea diagnosticului constă și în faptul că doar câteva cazuri sunt cunoscute de-a lungul istoriei. Prima victimă este considerată a fi fiica descoperitorilor poloniului, Irene Joliot-Curie, care în timpul cercetărilor a spart o capsulă cu substanța din laborator și a murit 10 ani mai târziu. Încă două cazuri apar în secolul al XXI-lea. Primul dintre ele este cazul senzațional al lui Litvinenko, care a murit în 2006, iar al doilea este moartea lui Yasser Arafat, în ale cărui bunuri au fost găsite urme ale unui izotop radioactiv. Cu toate acestea, diagnosticul final nu a fost niciodată confirmat.

Descompunere

Unul dintre cei mai longeviv izotopi, împreună cu 208 și 209, este poloniul-210. (adică timpul în care numărul de particule radioactive este înjumătățit) pentru primii doi este de 2,9 și, respectiv, 102 ani, iar pentru ultimii 138 de zile și 9 ore. Ca și pentru alți izotopi, durata lor de viață este calculată în principal în minute și ore.

Combinația diferitelor proprietăți ale poloniului-210 îl face cel mai convenabil din gamă pentru utilizare în diferite domenii ale vieții. Fiind într-o carcasă metalică specială, nu mai poate dăuna sănătății, dar este capabil să-și dea energia în folosul umanității. Deci, pentru ce se folosește poloniul-210 astăzi?

Aplicație modernă

Potrivit unor rapoarte, aproximativ 95% din producția de poloniu este concentrată în Rusia, cu aproximativ 100 de grame de substanță sintetizată pe an și aproape în totalitate este exportată în Statele Unite.

Există mai multe domenii în care se folosește poloniul-210. În primul rând, acestea sunt nave spațiale. Cu dimensiunile sale compacte, este indispensabil ca o sursă excelentă de energie și căldură. Deși eficacitatea sa este înjumătățită aproximativ la fiecare 5 luni, izotopii mai grei sunt mult mai scumpi de produs.

În plus, poloniul este absolut indispensabil în fizica nucleară. Este utilizat pe scară largă în studierea efectelor radiațiilor alfa asupra altor substanțe.

În cele din urmă, un alt domeniu de aplicare este producția de dispozitive de îndepărtare a electricității statice atât pentru industrie, cât și pentru uz casnic. Este uimitor cum un astfel de element periculos poate deveni aproape un ustensil de bucătărie, fiind închis într-o carcasă de încredere.

Poloniul (lat. Poloniu; simbolizat Po) este un element chimic cu număr atomic 84 în tabelul periodic, un semimetal radioactiv de culoare alb-argintiu. Nu are izotopi stabili.

Istoria și originea numelui

Elementul a fost descoperit în 1898 de soții Pierre Curie și Marie Skłodowska-Curie în amestec de rășini. Elementul a fost numit după patria lui Marie Skłodowska-Curie - Polonia (lat. Polonia).
În 1902, omul de știință german Wilhelm Markwald a descoperit un nou element. L-a numit radioteluriu. Curie, după ce a citit o notă despre descoperire, a raportat că acesta este elementul poloniu, pe care l-au descoperit cu patru ani mai devreme. Markwald nu a fost de acord cu această evaluare, spunând că poloniul și radiotelurul sunt elemente diferite. După o serie de experimente cu elementul, Curies au demonstrat că poloniul și radiotelurul au același timp de înjumătățire. Markwald a fost forțat să se retragă.
Prima probă de poloniu care conține 0,1 mg din acest element a fost izolată în 1910.

Proprietăți

Poloniul este un metal radioactiv moale, alb-argintiu.
Poloniul metal se oxidează rapid în aer. Dioxidul de poloniu (PoO2) x și monoxidul de poloniu PoO sunt cunoscute. Formează tetrahalogenuri cu halogeni. Când este expus la acizi, intră în soluție cu formarea de cationi roz Po 2+:
Po + 2HCI → PoCl2 + H2.

Când poloniul este dizolvat în acid clorhidric în prezență de magneziu, se formează hidrogen polonidă:
Po + Mg + 2HCl → MgCl2 + H2Po,

Care este în stare lichidă la temperatura camerei (de la -36,1 la 35,3 °C)
În cantități indicator, s-au obținut trioxid de poloniu acid PoO 3 și săruri ale acidului poloniu, care nu există în stare liberă - polonați K 2 PoO 4. Dioxidul de poloniu PoO2 este de asemenea cunoscut. Formează halogenuri ale compoziției PoX 2, PoX 4 și PoX 6. La fel ca teluriul, poloniul este capabil să formeze compuși chimici - polonide - cu un număr de metale.
Poloniul este singurul element chimic care, la temperaturi scăzute, formează o rețea cristalină cubică simplă monoatomică.

Chitanță

În practică, nuclidul de poloniu 210 Po este sintetizat artificial în cantități de grame prin iradierea 209 Bi metalic cu neutroni în reactoare nucleare. 210 Bi rezultat se transformă în 210 Po datorită dezintegrarii β. Când același izotop de bismut este iradiat cu protoni conform reacției
209 Bi + p → 209 Po + n
se formează cel mai longeviv izotop al poloniului, 209 Po.
Micro cantități de poloniu sunt extrase din deșeurile de la prelucrarea minereului de uraniu. Poloniul este izolat prin extracție, schimb ionic, cromatografie și sublimare.
Po metalic se obține prin descompunerea termică în vid a sulfurei sau dioxidului de PoS (PoO 2) x la 500 °C.
98% din producția mondială de poloniu provine din Rusia.

Poloniu(lat. Poloniu), Po, un element chimic radioactiv din grupa VI a sistemului periodic al lui Mendeleev, număr atomic 84. Poloniul este primul element descoperit pentru proprietățile sale radioactive de P. Curie și M. Sklodowska-Curie în 1898. Numit în onoarea Poloniei (lat. Polonia) - locul de naștere al lui M. Skłodowska-Curie. Există 25 de izotopi radioactivi cunoscuți ai Poloniului cu numere de masă de la 194 la 218. Cel mai longeviv este α-radioactiv 209 Po produs artificial (timp de înjumătățire T ½ = 103 ani). Există 7 izotopi ai Poloniului găsiți în natură cu numerele de masă 210-212, 214-216 și 218 ca membri ai seriei radioactive de uraniu, actinouraniu și toriu. Cel mai stabil dintre ele este α-radioactiv 210 Po (T ½ = 138 zile). Cantități de miligrame de 210 Po pot fi izolate nu numai din obiectele naturale, ci și sintetizate artificial prin reacția nucleară a neutronilor cu bismut. Aproape toate informațiile despre Polonium au fost obținute folosind 210 Po.

Poloniul este un element rar; conținutul său în scoarța terestră este de aproximativ 2,10 -15%. În forma sa liberă, poloniul este un metal moale alb-argintiu; densitate 9,3 g/cm3, punct de topire 254 °C, punct de fierbere 1162 °C. Configurația învelișului electron exterior al atomului este 6s 2 6p 4. În ceea ce privește proprietățile chimice, poloniul este cel mai apropiat de teluriu. În compuși (cum ar fi Te) prezintă stări de oxidare -2, +2, +4 și +6. Sunt cunoscuți oxizii PoO, PoO2 și PoO3. Când Zn acționează asupra unei soluții de acid clorhidric de poloniu, se formează hidrura volatilă PoH2. Soluțiile de poloniu conțin ioni PoO 4 2- PoO 3 2-, Po 4+ și Po 2+.

Este cunoscut hidroxidul de poloniu - PoO(OH) 2.

Tetrahalogenuri și sulfați de poloniu ușor hidrolizați de diferite compoziții au fost sintetizați în cantități în greutate. Folosind metoda purtătorului (folosind analogul Poloniu - teluriu), au fost sintetizați compuși organopoloniu în care se realizează legătura Po - carbon [obținut, de exemplu, Polonium difenil (C 6 H 5) 2 Po, Polonium difenil diclorură (C) 6 H 3) 2 PoCl 2 etc. etc.]. Poloniul este extrem de toxic și, prin urmare, lucrul cu acesta se realizează în cutii speciale.

Izotopul 210 Po este utilizat în sursele de neutroni. Energia particulelor de 210 Po α poate fi convertită în energie electrică. Bateriile electrice „atomice” cu 210 Po, care au o durată de viață lungă, au fost utilizate, în special, pe sateliții Kosmos-84 și Kosmos-89.

Poloniul-210 (210 Po) este o componentă comună a precipitațiilor radioactive naturale. Intră în plante din sol prin rădăcini sau din atmosferă ca urmare a depunerii pe organele supraterane. In cantitati mici (10 -4 pcurie/g) 210 Po se gaseste in apa de mare; se poate acumula de către organismele marine (în alga Porphyra umbilicalis coeficientul său de acumulare este de ~ 1000). 210 Po intră în corpul animalelor și al oamenilor cu mâncare. Conținutul aproximativ de 210 Po în peștele de mare este de 20-100 pcuri/kg, carne - 2-3 pcuri/kg, pâine - 1 pcuri/kg, cereale - 2 pcuri/kg, ceai - 500-600 pcuri/kg. În corpul animalelor și al oamenilor (concentrația specifică este de aproximativ 4-10 -5 pCuries/g de țesut brut), poloniul este distribuit relativ uniform în organele individuale. Efectul biologic al 210 Po se datorează radiației α. Experimentele pe animale au arătat toxicitatea ridicată a acestui radionuclid în concentrații mari. Astfel, concentrațiile de 210 Po peste 0,0003 µCurie/g greutate vie au redus speranța de viață a șobolanilor albi, au modificat compoziția sângelui periferic și au cauzat ciroza hepatică; pe termen lung, animalele au dezvoltat tumori la rinichi, intestine gros, testicule și o serie de alte organe. Efectul biologic al concentrațiilor scăzute de 210 Po nu a fost suficient studiat.