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.
Элемент №84 – полоний – первый элемент, вписанный в таблицу Менделеева после открытия радиоактивности. Он же первый (по порядку атомных номеров) и самый легкий из элементов, не имеющих стабильных изотопов. Он же один из первых радиоактивных элементов, примененных в космических исследованиях.
В то же время элемент №84, пожалуй, один из наименее известных, наименее популярных радиоактивных элементов. Вначале он оставался в тени, оттесненный на второй план славой радия. Позже его не слишком афишировали, как почти все материалы атомных и космических исследований.
История открытия элемента №84 достаточно хорошо известна. Его открыли Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри . В лабораторном журнале супругов Кюри символ «Po» (вписанный рукой Пьера) впервые появляется 13 июля 1898 г.
Спустя несколько лет после смерти Пьера Кюри его жена и соавтор двух самых ярких его открытий написала книгу «Пьер Кюри». Благодаря этой книге мы «из первых рук» узнаем историю открытия полония и радия, знакомимся с особенностями и принципами работы двух выдающихся ученых. Вот отрывок из этой книги: «...Рудой, избранной нами, была смоляная обманка, урановая руда, которая в чистом виде приблизительно в четыре раза активнее окиси урана... Метод, примененный нами, – это новый метод химического анализа, основанный на радиоактивности. Он заключается в разделении обычными средствами химического анализа и в измерении, в надлежащих условиях, радиоактивности всех выделенных продуктов. Таким способом можно составить себе представление о химических свойствах искомого радиоактивного элемента; последний концентрируется в тех фракциях, радиоактивность которых становится все больше и больше по мере продолжающегося разделения. Вскоре мы смогли определить, что радиоактивность концентрируется преимущественно в двух различных химических фракциях, и мы пришли к выводу, что в смоляной обманке присутствуют по крайней мере два новых радиоэлемента: полоний и радий. Мы сообщили о существовании элемента полония в июле 1898 г. и о радии в декабре того же года...»
Первое сообщение о полонии датировано 18 июля. Оно написано в высшей степени сдержанно и корректно. Есть там такая фраза: «Если существование этого нового металла подтвердится, мы предлагаем назвать его полонием, по имени родины одного из нас».
По-латыни Polonia – Польша.
«Полоний» – не первое «географическое» название элемента. К тому времени уже были открыты и германий, и рутений, и галлий, и скандий. Тем не менее это название особое, его можно рассматривать как название-протест: самостоятельного польского государства в то время не существовало. Польша была раздроблена, поделена между Австрийской, Германской и Российской империями...
В известной книге «Мария Кюри», написанной младшей дочерью супругов Кюри Евой, сделан такой вывод: «Выбор этого названия показывает, что Мари, став французским физиком, не отреклась от своей родины. Об этом же говорит и то, что прежде, чем заметка «О новом радиоактивном веществе в составе уранинита»* появилась в «Докладах Академии наук», Мари послала рукопись на родину, к Иосифу Богусскому, руководителю той лаборатории Музея промышленности и сельского хозяйства, где начались ее первые научные опыты. Сообщение было опубликовано в «Swialto», ежемесячном иллюстрированном обозрении, почти одновременно с опубликованием в Париже».
* Минерал урана, его состав UO 2 . Супруги Кюри исследовали разные урансодержащие минералы.
В самом деле, почему радий, а не полоний принес супругам Кюри всемирную славу? Ведь первым элементом, открытым ими, был элемент №84.
После года работы у них не было сомнений, что в урановой смолке присутствуют два новых элемента. Но эти элементы давали знать о себе только радиоактивностью, а чтобы убедить всех, и прежде всего химиков, в том, что открытия действительно произошли, нужно было эти активности выделить, получить новые элементы хотя бы в виде индивидуальных соединений.
Все радиоактивные элементы и изотопы, как известно, сейчас объединены в семейства: распадаясь, ядро радиоактивного атома превращается в атомное ядро другого, дочернего элемента. Все элементы радиоактивных семейств находятся между собой в определенном равновесии. Измерено, что в урановых рудах равновесное отношение урана к полонию составляет 1,9·10 10 , а в равновесии с граммом радия находятся 0,2 мг полония. Это значит, что в урановых минералах радия почти в 20 млрд раз меньше, чем урана, а полония еще в 5 тыс. раз меньше.
Супруги Кюри, конечно, не знали этих точных цифр. Тем не менее, поняв, какая титаническая работа по выделению новых элементов предстоит, они приняли единственно правильное решение. В уже цитированной нами книге о Пьере Кюри сказано: «Результаты, полученные после года работы, ясно показали, что радий легче выделить, чем полоний; поэтому усилия были сконцентрированы на радии».
Здесь вполне уместен вопрос: если полоний действительно ультраредкий и сверхтруднодоступный элемент, то во что же обходится добыча полония в наше время?
Точными цифрами мы не располагаем, однако сегодня элемент №84 не менее доступен, чем радий. Получить его из руды действительно сложно, но есть другой путь – ядерный синтез.
Сегодня полоний получают двумя способами, причем исходным сырьем в обоих случаях служит висмут-209. В атомных реакторах его облучают потоками нейтронов, и тогда по сравнительно несложной цепочке ядерных превращений образуется самый важный сегодня изотоп элемента №84 – полоний-210:
А если тот же изотоп висмута поместить в другую важнейшую машину ядерного синтеза – циклотрон и там обстрелять потоками протонов, то по реакции
образуется самый долгоживущий изотоп элемента №84.
Первая реакция важнее: полоний-210 – значительно более интересный для техники изотоп, чем полоний-209. (О причинах – ниже.) К тому же по второй реакции одновременно с полонием образуется свинец-209 – одна из самых трудноудаляемых примесей к полонию.
А вообще очистка полония и выделение его из смеси с другими металлами для современной техники не представляют особо трудной задачи. Существуют разные способы выделения полония, в частности электрохимический, когда металлический полоний выделяют на платиновом или золотом катоде, а затем отделяют возгонкой.
Полоний – металл легкоплавкий и сравнительно низкокипящий; температуры его плавления и кипения соответственно 254 и 962°C.
Вполне очевидно, что существующие ныне совершенные методы получения и выделения полония стали возможны лишь после досконального изучения этого редкого радиоактивного металла. И его соединений, разумеется.
Основы химии полония заложены его первооткрывателями. В одной из лабораторных тетрадей супругов Кюри есть запись, сделанная в 1898 г.: «После первой обработки смоляной обманки серной кислотой полоний осаждается не полностью и может быть частично извлечен путем промывания разбавленной SO 4 H 2 (здесь и ниже сохранена химическая индексация оригинала). В противоположность этому две обработки остатка смоляной обманки и одна обработка остатка немецкой [руды] карбонатами дают карбонаты, причем из карбоната, растворенного в уксусной кислоте, SO 4 H 2 полностью осаждает активное вещество».
Позже об этом элементе узнали значительно больше. Узнали, в частности, что элементарный полоний – металл серебристо-белого цвета – существует в двух аллотропных модификациях. Кристаллы одной из них – низкотемпературной – имеют кубическую решетку, а другой – высокотемпературной – ромбическую.
Фазовый переход из одной формы в другую происходит при 36°C, однако при комнатной температуре полоний находится в высокотемпературной форме. Его подогревает собственное радиоактивное излучение.
По внешнему виду полоний похож на любой самый обыкновенный металл. По легкоплавкости – на свинец и висмут. По электрохимическим свойствам – на благородные металлы. По оптическому и рентгеновскому спектрам – только на самого себя. А по поведению в растворах – на все другие радиоактивные элементы: благодаря ионизирующему излучению в растворах, содержащих полоний, постоянно образуются и разлагаются озон и перекись водорода.
По химическим свойствам полоний – прямой аналог серы, селена и теллура. Он проявляет валентности 2–, 2+, 4+ и 6+, что естественно для элемента этой группы. Известны и достаточно хорошо изучены многочисленные соединения полония, начиная от простого окисла PoO 2 , растворимого в воде, и кончая сложными комплексными соединениями.
Последнее не должно удивлять. Склонность к комплексообразованию – удел большинства тяжелых металлов, а полоний относится к их числу. Кстати, его плотность – 9,4 г/см 3 – чуть меньше, чем у свинца.
Очень важное для радиохимии в целом исследование свойств полония было проведено в 1925...1928 гг. в ленинградском Радиевом институте. Было принципиально важно выяснить, могут ли радиоактивные элементы, находящиеся в растворах в исчезающе малых количествах, образовывать собственные коллоидные соединения. Ответ на этот вопрос – ответ положительный – был дан в работе «К вопросу о коллоидных свойствах полония». Ее автором был И.Е. Старик, впоследствии известный радиохимик, член-корреспондент Академии наук СССР.
Людям, далеким от радиохимии и ядерной физики, следующее утверждение покажется странным: сегодня полоний – значительно более важный элемент, чем радий. Исторические заслуги последнего бесспорны, но это прошлое. Полоний же – элемент сегодняшнего и завтрашнего дня. Прежде всего это относится к изотопу полоний-210.
Всего известно 27 изотопов полония с массовыми числами от 192 до 218. Это один из самых многоизотопных, если можно так выразиться, элементов. Период полураспада самого долгоживущего изотопа – полония-209 – 103 года. Поэтому, естественно, в земной коре есть только радиогенный полоний, и его там исключительно мало – 2·10 –14 %. У нескольких изотопов полония, существующих в природе, есть собственные имена и символы, определяющие место этих изотопов в радиоактивных рядах. Так, полоний-210 еще называют радием F (RaF), 211 Po – AcC" , 212 Po – ThC" , 214 Po – PaC" , 215 Po – AcA, 216 Po – ThA и 218 Po – RaA.
Каждое из этих названий имеет свою историю; все они связаны с «родительскими» изотопами той или иной атомной разновидности полония, так что правильнее было бы назвать их не «именами», а «отчествами». С появлением современной системы обозначения изотопов перечисленные старые названия постепенно почти вышли из употребления.
Наиболее важный изотоп полоний-210 – чистый альфа-излучатель. Испускаемые им частицы тормозятся в металле и, пробегая в нем всего несколько микрометров, растрачивают при этом свою энергию. Атомную энергию, между прочим. Но энергия не появляется и не исчезает. Энергия альфа-частиц полония превращается в тепло, которое можно использовать, скажем, для обогрева и которое не так уж сложно превратить в электричество.
Эту энергию уже используют и на Земле, и в космосе. Изотоп 210 Po применен в энергетических установках некоторых искусственных спутников. В частности, он слетал за пределы Земли на советских спутниках «Космос-84» и «Космос-90».
Чистые альфа-излучатели, и полоний-210 в первую очередь, имеют перед другими источниками излучения несколько очевидных преимуществ. Во-первых, альфа-частица достаточно массивна и, следовательно, несет много энергии. Во-вторых, такие излучатели практически не требуют специальных мер защиты: проникающая способность и длина пробега альфа-частиц минимальны. Есть и в-третьих, и в-четвертых, и в-пятых, но эти два преимущества – главные.
В принципе для работы на космических станциях в качестве источников энергии приемлемы плутоний-238, долоний-210, стронций-90, церий-144 и кюрий-244. Но у полония-210 есть важное преимущество перед остальными изотопами-конкурентами – самая высокая удельная мощность, 1210 Вт/см 3 . Он выделяет так много тепловой энергии, что это тепло способно расплавить образец. Чтобы этого не случилось, полоний помещают в свинцовую матрицу. Образующийся сплав полония и свинца имеет температуру плавления около 600°C – намного больше, чем у каждого из составляющих металлов. Мощность, правда, при этом уменьшается, но она остается достаточно большой – около 150 Вт/см 3 .
У. Корлисс и Д. Харви, авторы книги «Источники энергии на радиоактивных изотопах» (на русском языке эта книга вышла в 1967 г.), пишут: «Как показывают новейшие исследования, 210 Po может быть использован в пилотируемых космических кораблях». В качестве еще одного достоинства полония-210 они упоминают доступность этого изотопа. В той же книге говорится, что висмут и получаемый из него полоний легко разделяются методом ионного обмена. Так что космическая служба полония, видимо, только начинается.
А начало положено хорошее. Радиоактивный изотоп полоний-210 служил топливом «печки», установленной на «Луноходе-2».
Ночи на Луне очень долги и холодны. В течение 14,5 земных суток луноход находился при температуре ниже –130°C. Но в приборном контейнере все это время должна была сохраняться температура, приемлемая для сложной научной аппаратуры.
Полониевый источник тепла был размещен вне приборного контейнера. Полоний излучал тепло непрерывно; но только тогда, когда температура в приборном отсеке опускалась ниже необходимого предела, газ-теплоноситель, подогреваемый полонием, начинал поступать в контейнер. В остальное время избыточное тепло рассеивалось в космическое пространство.
Атомную печку «Лунохода-2» отличали полная автономность и абсолютная надежность.
Есть, правда, у полония-210 и ограничение. Относительно малый период его полураспада – всего 138 дней – ставит естественный предел срока службы радиоизотопных источников с полонием.
Подобные же устройства используют и на Земле. Кроме них, важны полоний-бериллиевые и полоний-борные источники нейтронов. Это герметичные металлические ампулы, в которые заключена покрытая полонием-210 керамическая таблетка из карбида бора или карбида бериллия. Поток нейтронов из ядра атома бора или бериллия порождают альфа-частицы, испускаемые полонием.
Такие нейтронные источники легки и портативны, совершенно безопасны в работе, очень надежны. Латунная ампула диаметром 2 см и высотой 4 см – советский полоний-бериллиевый источник нейтронов – ежесекундно дает до 90 млн нейтронов.
Среди прочих земных дел элемента №84, вероятно, следует упомянуть его применение в стандартных электродных сплавах. Эти сплавы нужны для запальных свечей двигателей внутреннего сгорания. Излучаемые полонием-210 альфа-частицы понижают напряжение, необходимое для образования искры, и, следовательно, облегчают включение двигателя.
При работе с полонием приходится соблюдать особую осторожность. Пожалуй, это один из самых опасных радиоэлементов. Его активность настолько велика, что, хотя он излучает только альфа-частицы, брать его руками нельзя, результатом будет лучевое поражение кожи и, возможно, всего организма: полоний довольно легко проникает внутрь сквозь кожные покровы. Элемент №84 опасен и на расстоянии, превышающем длину пробега альфа-частиц. Он способен быстро переходить в аэрозольное состояние и заражать воздух. Поэтому работают с полонием лишь в герметичных боксах, а то обстоятельство, что от излучения полония защититься несложно, чрезвычайно благоприятно для всех, кто имеет дело с этим элементом.
Внимательный читатель, вероятно, уже заметил, что в этой статье везде, где говорится о практическом применении полония, фигурирует лишь один изотоп – с массовым числом 210. Действительно, другие изотопы элемента №84, в том числе и самый долгоживущий полоний-209, пока не вышли за пределы лабораторий.
Правда, многие ученые считают, что для космических источников энергии перспективен и полоний-208, тоже чистый альфа-излучатель. Период полураспада у него значительно больше, чем у полония-210, – 2,9 года. Но пока этот изотоп почти недоступен. Сколько времени ходить ему только в перспективных, покажет будущее.
Содержание статьи
ПОЛОНИЙ – радиоактивный химический элемент VI группы периодической системы, аналог теллура. Атомный номер 84. Не имеет стабильных изотопов. Известно 27 радиоактивных изотопов полония с массовыми числами от 192 до 218, из них семь (с массовыми числами от 210 до 218) встречаются в природе в очень малых количествах как члены радиоактивных рядов урана, тория и актиния,остальные изотопы получены искусственно. Наиболее долгоживущие изотопы полония – искусственно полученные 209 Ро (t 1/2 = 102 года) и 208 Ро (t 1/2 = 2,9 года), а также содержащийся в радиево-урановых рудах 210 Ро (t 1/2 = 138,4 сут). Содержание в земной коре 210 Ро составляет всего 2·10 –14 %; в 1 т природного урана содержится 0,34 г радия и доли миллиграмма полония-210. Самый короткоживущий из известных изотопов полония – 21З Ро (t 1/2 = 3·10 –7 с). Самые легкие изотопы полония – чистые альфа-излучатели, более тяжелые одновременно испускают альфа- и гамма-лучи. Некоторые изотопы распадаются путем электронного захвата, а самые тяжелые проявляют также очень слабую бета-активность (см . РАДИОАКТИВНОСТЬ). Разные изотопы полония имеют исторические названия, принятые еще в начале 20 в., когда их получали в результате цепочки распадов из «родительского элемента»: RaF (210 Po), AcC" (211 Po), ThC" (212 Po), RaC" (214 Po), AcA (215 Po), ThA (216 Po), RaA (218 Po).
Существование элемента с порядковым номером 84 было предсказано Д.И.Менделеевым в 1889 – он назвал его двителлуром (на санскрите – «второй» теллур) и предположил, что его атомная масса будет близка к 212. Конечно, Менделеев не мог предвидеть, что этот элемент окажется неустойчивым. Полоний – первый радиоактивный элемент, открытый в 1898 супругами Кюри в поисках источника сильной радиоактивности некоторых минералов (см . РАДИЙ). Когда оказалось, что урановая смоляная руда излучает сильнее, чем чистый уран, Мария Кюри решила выделить из этого соединения химическим путем новый радиоактивный химический элемент. До этого было известно только два слабо радиоактивных химических элемента – уран и торий. Кюри начала с традиционного качественного химического анализа минерала по стандартной схеме, которая была предложена немецким химиком-аналитиком К.Р.Фрезениусом (1818–1897) еще в 1841 и по которой многие поколения студентов в течение почти полутора веков определяли катионы так называемым «сероводородным методом». Вначале у нее было около 100 г минерала; затем американские геологи подарили Пьеру Кюри еще 500 г. Проводя систематический анализ, М.Кюри каждый раз проверяла отдельные фракции (осадки и растворы) на радиоактивность с помощью чувствительного электрометра, изобретенного ее мужем. Неактивные фракции отбрасывались, активные анализировались дальше. Ей помогал один из руководителей химического практикума в Школе физики и промышленной химии Густав Бемон.
Прежде всего, Кюри растворила минерал в азотной кислоте, выпарила раствор досуха, остаток растворила в воде и пропустила через раствор ток сероводорода. При этом выпал осадок сульфидов металлов; в соответствии с методикой Фрезениуса, этот осадок мог содержать нерастворимые сульфиды свинца, висмута, меди, мышьяка, сурьмы и ряда других металлов. Осадок был радиоактивным, несмотря на то, что уран и торий остались в растворе. Она обработала черный осадок сульфидом аммония, чтобы отделить мышьяк и сурьму – они в этих условиях образуют растворимые тиосоли, например, (NH 4) 3 AsS 4 и (NH 4) 3 SbS 3 . Раствор не обнаружил радиоактивности и был отброшен. В осадке остались сульфиды свинца, висмута и меди.
Не растворившуюся в сульфиде аммония часть осадка Кюри снова растворила в азотной кислоте, добавила к раствору серную кислоту и выпарила его на пламени горелки до появления густых белых паров SO 3 . В этих условиях летучая азотная кислота полностью удаляется, а нитраты металлов превращаются в сульфаты. После охлаждения смеси и добавления холодной воды в осадке оказался нерастворимый сульфат свинца PbSO 4 – активности в нем не было. Осадок она выбросила, а к отфильтрованному раствору добавила крепкий раствор аммиака. При этом снова выпал осадок, на этот раз – белого цвета; он содержал смесь основного сульфата висмута (BiO) 2 SO 4 и гидроксида висмута Bi(OH) 3 . В растворе же остался комплексный аммиакат меди SO 4 ярко-синего цвета. Белый осадок, в отличие от раствора, оказался сильно радиоактивным. Поскольку свинец и медь были уже отделены, в белом осадке был висмут и примесь нового элемента.
Кюри снова перевела белый осадок в темно-коричневый сульфид Bi 2 S 3 , высушила его и нагрела в вакуумированной ампуле. Сульфид висмута при этом не изменился (он устойчив к нагреву и лишь при 685° С плавится), однако из осадка выделились какие-то пары, которые осели в виде черной пленки на холодной части ампулы. Пленка была радиоактивной и, очевидно, содержала новый химический элемент – аналог висмута в периодической таблице. Это был полоний – первый после урана и тория открытый радиоактивный элемент, вписанный в периодическую таблицу (в том же 1898 году были открыты радий , а также группа благородных газов – неон, криптон и ксенон). Как потом выяснилось, полоний при нагревании легко возгоняется – его летучесть примерно такая же, как у цинка .
Супруги Кюри не спешили назвать черный налет на стекле новым элементом. Одной радиоактивности было мало. Коллега и друг Кюри французский химик Эжен Анатоль Демарсе (1852–1903), специалист в области спектрального анализа (в 1901 он открыл европий), исследовал спектр испускания черного налета и не обнаружил в нем новых линий, которые могли бы свидетельствовать о присутствии нового элемента. Спектральный анализ – один из самых чувствительных методов, позволяющий обнаруживать многие вещества в микроскопических, невидимых глазом количествах. Тем не менее, в статье, опубликованной 18 июля 1898 супруги Кюри написали: «Мы думаем, что вещество, выделенное нами из урановой смолки, содержит не известный пока металл, являющийся по аналитическим свойствам аналогом висмута. Если существование нового металла будет подтверждено, мы предлагаем назвать его полонием, по родине одного из нас» (Polonia на латыни – Польша). Это единственный случай, когда еще не идентифицированный новый химический элемент уже получил название. Однако получить весовые количества полония не удалось – его в урановой руде было слишком мало (позднее полоний был получен искусственно). И прославил супругов Кюри не этот элемент, а радий
Уже теллур частично проявляет металлические свойства, полоний же – мягкий серебристо-белый металл. Из-за сильной радиоактивности светится в темноте и сильно нагревается, поэтому нужен непрерывный отвод тепла. Температура плавления полония 254° С (чуть выше, чем у олова), температура кипения 962° С, поэтому уже при небольшом нагревании полоний возгоняется. Плотность полония почти такая же, как у меди – 9,4 г/см 3 . В химических исследованиях применяется только полоний-210, более долгоживущие изотопы практически не используются ввиду трудности их получения при одинаковых химических свойствах.
Химические свойства металлического полония близки к свойствам его ближайшего аналога – теллура, он проявляет степени окисления –2, +2, +4, +6. На воздухе полоний медленно окисляется (быстро при нагревании до 250° С) с образованием красного диоксида РоО 2 (при охлаждении он становится желтым в результате перестройки кристаллической решетки). Сероводород из растворов солей полония осаждает черный сульфид PoS.
Сильная радиоактивность полония отражается на свойствах его соединений. Так, в разбавленной соляной кислоте полоний медленно растворяется с образованием розовых растворов (цвет ионов Ро 2+): Po + 2HCl ® PoCl 2 + H 2 , однако под действием собственной радиации дихлорид превращается в желтый PoCl 4 . Разбавленная азотная кислота пассивирует полоний, а концентрированная быстро его растворяет. С неметаллами VI группы полоний роднит реакция с водородом с образованием летучего гидрида РоН 2 (т.пл. –35° С, т.кип. +35° С, легко разлагается), реакция с металлами (при нагревании) с образованием твердых полонидов черного цвета (Na 2 Po, MgPo, CaPo, ZnPo, HgPo, PtPo и др.) и реакция с расплавленными щелочами с образованием полонидов: 3Po + 6NaOH ® 2Na 2 Po + Na 2 PoO 3 + H 2 O. С хлором полоний реагирует при нагревании с образованием ярко-желтых кристаллов PoCl 4 , с бромом получаются красные кристаллы PoBr 4 , с иодом уже при 40° С полоний реагирует с образованием черного летучего иодида PoI 4 . Известен и белый тетрафторид полония PoF 4 . При нагревании тетрагалогениды разлагаются с образованием более стабильных дигалогенидов, например, PoCl 4 ® PoCl 2 + Cl 2 . В растворах полоний существует в виде катионов Ро 2+ , Ро 4+ , анионов РоО 3 2– , РоО 4 2– , также разнообразных комплексных ионов, например, PoCl 6 2– .
Полоний-210 синтезируют путем облучения нейтронами природного висмута (он содержит только 208 Bi) в ядерных реакторах (промежуточно образуется бета-активный изотоп висмута-210): 208 Bi + n ® 210 Bi ® 210 Po + e. При облучении висмута ускоренными протонами образуется полоний-208, его отделяют от висмута возгонкой в вакууме – как это делала М.Кюри. В нашей стране методику выделения полония разработала Зинаида Васильевна Ершова (1905–1995). В 1937 она была командирована в Париж в Институт радия в лабораторию М.Кюри (руководимую в то время Ирэн Жолио-Кюри). В результате этой командировки коллеги стали называть ее «русской мадам Кюри». Под научным руководством З.В.Ершовой в стране было создано постоянно действующее, экологически чистое производство полония, что позволило реализовать отечественную программу запуска луноходов, в которых полоний использовали в качестве источника тепла.
Долгоживущие изотопы полония пока не получили заметного практического применения из-за сложности их синтеза. Для их получения можно использовать ядерные реакции 207 Pb + 4 He ® 208 Po + 3n, 208 Bi + 1 H ® 208 Po + 2n, 208 Bi + 2 D ® 208 Po + 3n, 208 Bi + 2 D ® 208 Po + 2n, где 4 Не – альфа-частицы, 1 Н – ускоренные протоны, 2 D – ускоренные дейтроны (ядра дейтерия).
Полоний-210 испускает альфа-лучи с энергией 5,3 МэВ, которые в твердом веществе тормозятся, проходя всего тысячные доли миллиметра и отдавая при этом свою энергию. Время его жизни позволяет использовать полоний как источник энергии в атомных батареях космических кораблей: для получения мощности 1 кВт достаточно всего 7,5 г полония. В этом отношении он превосходит другие компактные «атомные» источники энергии. Такой источник энергии работал, например, на «Луноходе-2», обогревая аппаратуру во время долгой лунной ночи. Конечно, мощность полониевых источников энергии со временем убывает – вдвое каждые 4,5 месяца, однако более долгоживущие изотопы полония слишком дороги. Полоний удобно применять и для исследования воздействия альфа-излучения на различные вещества. Как альфа-излучатель, полоний в смеси с бериллием применяют для изготовления компактных источников нейтронов: 9 Be + 4 He ® 12 C + n. Вместо бериллия в таких источниках можно использовать бор. Сообщалось, что в 2004 инспекторы международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) обнаружили в Иране программу по производству полония. Это привело к подозрению, что он может быть использован в бериллиевом источнике для «запуска» с помощью нейтронов цепной ядерной реакции в уране, приводящей к ядерному взрыву.
Полоний при попадании в организм можно считать одним из самых ядовитых веществ: для 210 Ро предельно допустимое содержание в воздухе составляет всего 40 миллиардных долей микрограмма в 1 м 3 воздуха, т.е. полоний в 4 триллиона раз токсичнее синильной кислоты. Вред наносят испускаемые полонием альфа-частицы (и в меньшей мере также гамма-лучи), которые разрушают ткани и вызывают злокачественные опухоли. Атомы полония могут образоваться в легких человека в результате распада в них газообразного радона. Кроме того, металлический полоний способен легко образовывать мельчайшие частицы аэрозолей. Поэтому все работы с полонием проводят дистанционно в герметичных боксах.
Илья Леенсон
Поло́ний (лат. Polonium; обозначается символом Po) - химический элемент с атомным номером 84 в периодической системе , радиоактивный полуметалл серебристо-белого цвета. Не имеет стабильных изотопов.
Элемент открыт в 1898 году супругами Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри в смоляной обманке. Элемент был назван в честь родины Марии Склодовской-Кюри - Польши (лат. Polonia).
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 отступить.
Первый образец полония, содержащий 0,1 мг этого элемента, был выделен в 1910 г.
Полоний - мягкий серебристо-белый радиоактивный металл.
Металлический полоний быстро окисляется на воздухе. Известны диоксид полония (РоО 2) х и монооксид полония РоО. С галогенами образует тетрагалогениды. При действии кислот переходит в раствор с образованием катионов Ро 2+ розового цвета:
Ро + 2HCl → PoCl 2 + Н 2 .
При растворении полония в соляной кислоте в присутствии магния образуется полоноводород:
Ро + Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2 Po,
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 . Известен также диоксид полония PoO 2 . 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.
На практике в граммовых количествах нуклид полония 210 Ро синтезируют искусственно, облучая металлический 209 Bi нейтронами в ядерных реакторах. Получившийся 210 Bi за счет 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.
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) х при 500 °C.
98 % мирового производства полония приходится на Россию.
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.
