Отворите главни мени

Полонијум (лат. polonium) јесте хемијски елемент са симболом Po и атомским бројем 84. Открили су га 1898. године Марија Кири и Пјер Кири. То је редак и веома радиоактиван елемент без стабилних изотопа. У хемијском аспекту, полонијум је веома сличан бизмуту и телуру, а јавља се у склопу руда уранијума. Постоји врло мали број области где се користи полонијум. Осим као средство за генерирање топлоте у свемирским пробама, користи се у антистатичким уређајима и као извор неутрона и алфа-честица. Због свог места у периодном систему, где је уврштен у VIA групу, полонијум се понекад сматра металоидом.[2] Међутим, други извори наводе да је он без сумње метал, што доказују на бази особина и деловања полонијума.[3]

Полонијум
Polonium.jpg
Општа својства
Име, симболполонијум, Po
Алотропиα, β
Изгледsilvery
У периодном систему
Водоник Хелијум
Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон
Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон
Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон
Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон
Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон
Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон
Te

Po

Lv
бизмутполонијумастат
Атомски број (Z)84
Група, периодагрупа 16 (халкогени), периода 6
Блокp-блок
Категорија  постпрелазни метал, али тај статус је оспорен
Масени број209 (најстабилнији изотоп)
Ел. конфигурација[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p4
по љускама
2, 8, 18, 32, 18, 6
Физичка својства
Агрегатно стањечврст
Тачка топљења527 K ​(254 °‍C, ​489 °F)
Тачка кључања1235 K ​(962 °‍C, ​1764 °F)
Густина при с.т.алфа: 9,196 g/cm3
бета: 9,398 g/cm3
Топлота фузијеca. 13 kJ/mol
Топлота испаравања102,91 kJ/mol
Мол. топл. капацитет26,4 J/(mol·K)
Напон паре
P (Pa) 100 101 102
на T (K)
P (Pa) 103 104 105
на T (K) (846) 1003 1236
Атомска својства
Електронегативност2,0
Енергије јонизације1: 812,1 kJ/mol
Атомски радијус168 pm
Ковалентни радијус140±4 pm
Валсов радијус197 pm
Линије боје у спектралном распону
Остало
Кристална структуракубична
Cubic кристална структура за полонијум

α-Po
ромбоедарска
Rhombohedral кристална структура за полонијум

β-Po
Топл. ширење23,5 µm/(m·K) (на 25 °‍C)
Топл. водљивост20 W/(m·K) (?)
Електрична отпорностα: 0.40 µΩ·m (на 0 °‍C)
Магнетни распореднемагнетан
CAS број7440-08-6
Историја
Именовањепо лат. Polonia, латински за Пољска, домовона Марије Кир
ОткрићеПјер и Марија Кири (1898)
Прва изолацијаВили Марквалд (1902)
Главни изотопи
изо РА полуживот (t1/2) ТР ПР
208Po syn 2.898 y α 204Pb
β+ 208Bi
209Po syn 125,2 y[1] α 205Pb
β+ 209Bi
210Po трагови 138,376 d α 206Pb
референцеВикиподаци

Садржај

ИсторијаУреди

Раније провизорно назван радијум Ф, полонијум су открили Марија и Пјер Кири 1898. године,[4] и дали му име у част Маријине домовине Пољске (лат. Polonia).[5][6] Данашња Пољска у то време је била подељења између Руског царства, Немачке и Аустроугарске па није постојала као независна земља. Киријева нада којом се руководила при давању имена елемента је била да ће то имати одјека у свету и скренути пажњу на пољску тежњу ка независношћу.[7] Полонијум је био први елемент који је добио име у сврху наглашавања неке политичке контроверзе.[7]

Овај је елемент први који су открили Киријеви док су истраживали радиоактивност минерала уранинита. Тај минерал, након издвајања радиоактивних елемната уранијума и торијума из њега, био је још више радиоактиван него кад је садржавао та два елемента. Та појава навела је Кирије у потрагу за другим радиоактивним елементима садржаним у ураниту. Из њега су прво издвојили полонијум у јулу 1898. а пет месеци касније изоловали су радијум.[8][4][9] У Сједињеним Америчким Државама, полонијум се производио као део потпројекта Дајтон у склопу пројекта Менхетн током Другог светског рата. Он је био критични део нуклеарног оружја имплозивног типа које се користило у бомби Fat Man баченој на Нагасаки 9. аугуста 1945. године. Полонијум и берилијум били су основни састојци модулисаног неутронског детонатора типа јеж, који је постављан у средиште сферно конструисаног плутонијумског језгра бомбе. Детонатор јеж је покретао ланчану нуклеарну реакцију у тренутку достизања критичне масе чиме се осигуравало исправно детонирање бомбе.[10] Већи део основних физичких и хемијских особина полонијума крио се све до завршетка Другог светског рата. Чињеница да је кориштен као детонатор била је поверљива информација у војсци САД све до 1960-их.[11]

Комисија за атомску енергију САД и пројекат Менхетн вршили су експерименте на људима, користећи полонијум дајући га петеро особа на Универзитету у Рочестеру између 1943. и 1947. године. Тим људима су давали између 9 и 22 микрокирија (330 до 810 kBq) полонијума проучавајући начин његовог излучивања из људског организма.[12][13][14]

ОсобинеУреди

ФизичкеУреди

 
Алфа облик чврстог полонија.

Полонијум је радиоактивни елемент који постоји у две металне модификације. Алфа модификација је једини познати пример једноставне кубне кристалне структуре на бази једног атома, чија је ивица дужине 335,2 пикометара; док је бета модификација ромбоедарске структуре.[15][16][17] Карактеристика структуре полонијума је дифракција (преламање) x-зрака[18][19] и дифракција електрона.[20]

210Po (обично заједно са 238Pu) има могућност лаког доспевања у ваздух: ако се његов узорак загреје у присуству ваздуха на 55 °C, oko 50% те количине испари у периоду од 45 сати у облику двоатомских Po2 молекула, иако је тачка топљења полонијума 254 °C, а тачка кључања 962 °C.[21][22][23] Постоји неколико претпоставки за ову појаву; а једна од хипотеза је да се при алфа-распаду од узорка одломе мале групе атома полонијума.

ХемијскеУреди

Хемијске особине полонијума сличне су онима телура и бизмута. Полонијум се лако раствара у разблаженим киселинама, али му је растворљивост у базама врло слаба. Раствори полонијума најприје попримају ружичасту боју због јона Po2+, да би недуго затим врло брзо постали жути због алфа-радијације из полонијума који јонизује раствор и претвара јоне Po2+ у Po4+. Овај процес је праћен настанком балончића гаса и емисијом топлоте и светлости из стакленог посуђа јер оно апсорбује алфа-зраке. Као резултат, раствори полонијума врло лако испаравају и могу за неколико дана потпуно испарити ако посуда није чврсто затворена.[8][24]

ИзотопиУреди

Полонијум има 33 позната изотопа, од којих су сви радиоактивни. Они имају атомске масе у распону од 188 до 220 u. Изотоп 210Po (време полураспада 138,376 дана) је највише кориштен и доступан. 209Po (са временом полураспада од 125,2 ± 3,3 године) јесте полонијумов изотоп са најдужим временом полураспада од свих његових изотопа.[1] Тај изотоп заједно са изотопом 208Po (време полураспада 2,9 година) се могу добити путем алфа-, протонским или деутеријумским бомбардовањем олова или бизмута у циклотрону.[25]

Изотоп 210Po је емитер алфа-зрака а има време полураспада од 138,4 дана; распада се директно у свој кћерински стабилни изотоп, 206Pb. Милиграм (5 кирија) изотопа 210Po емитује толики број алфа честица у секунди колико и 5 грама изотопа 226Ra.[26] Неколико кирија (1 кири једнак је 37 GBq (гигабекерела)) изотопа 210Po исијава плаво зрачење узроковано побуђивањем околног ваздуха. Само једна од 100.000 алфа-емисија узрокује побуђивање у језгру које може резултирати емисијом гама зрака са максималном енергијом од 803 KeV.[27][28]

ДетекцијаУреди

 
Интензитет емисије наспрам енергије фотона за три изотопа полонијума.

Мерење гама зрачењаУреди

Помоћу радиометријских метода као што је гама спектроскопија (или користећи методе хемијске сепарације након чега се мери активност са бројачем који не расипа енергију), могуће је мерење концентрације радиоизотопа и разликовање једних од других. У пракси, присутан је позадински шум, те у зависности од детектора, ширина линије је већа што отежава идентификацију и мерење изотопа. У биолошким и медицинским радовима обично се користи природно присутни 40K у свим телесним ткивима и течностима као проба подешености опреме и као интерни стандард.[29][30]

Алфа зрациУреди

Најбољи начин за тестирање (и мерење) многих алфа емитера је кориштење спектроскопије алфа-честица. Обично се стави капљица испитиваног раствора на метални диск који се затим исушује те се добија равномерно обложен диск. Он се затим користи као тестни узорак. Ако је дебљина слоја формираног на диску исувише велика, онда се при мерењу јављају прешироке линије спектра. Ово се дешава јер се део енергије алфа честица губи кретањем кроз слој активног материјала. Алтернативна метода је кориштење сцинтилације интерне течности где је узорак помешан са сцинтилираним „коктелом”. Када се мери емитовано светло, неки уређаји ће забележити количину светлосне енергије по сваком догађају радиоактивног распада.

Због несавршености методе течне сцинтилације (као што је немогућност детекције свих фотона, тешкоће бројања код замућених или обојених узорака) и чињенице да насумично гашење може смањити број фотона генерираних по једном радиоактивном распаду, немогуће је постићи проширење алфа спектра добијеног помоћу течне сцинтилације. Могуће је да ће ови спектри течне синтилације бити субјект Гаусовог проширења уместо дисторзије која се јавља када је слој активног материјала на диску превише дебео.[30] Трећи метод распршавањем енергије ради бројања алфа честица састоји се у употреби полупроводничког детектора.[30]

ЗаступљеностУреди

Полонијум се у земљиној кори налази у траговима и то само у рудама урана. Не може се у већој количини нагомилати у минералима због кратког времена полураспада. Равнотежна количина је око 0,004 mg по једној тони. Полонијум има 33 изотопа чије се атомске масе налазе између 194—218. Не поседује постојане изотопе. Најпостојанији је изотоп 209 (време полу распада је 105 година), али он се не јавља у природи, него је добијен услед вештачке синтезе једара бизмута бомбардованих неутронима. Најпостојанији изотоп који се јавља у природи је изотоп 210, који има време полураспада 138 дана.

ДобијањеУреди

Полонијум се у природи јавља као оксид. Ипак његова количина у рудама је веома мала тако да се у индустрији исплати добијање бомбардовањем бизмута неутронима. Његова годишња продукција у свету износи свега 20- 30 грама. Значајан извор овог елемента је распаднути радон из болница где се овај гас употребљава за лечење рака.

ЈедињењаУреди

Познато је неколико једињења полонијума: хидрид PoH2, оксиди: PoO, Po2O3, PoO2 и PoO3, сулфид (по чему се разликује од селена и телура), хлориде PoCl2 и PoCl4 и металоорганска једињења. Та једињења немају практичну употребу због огромних трошкова продукције самог полонијума.[31]

РеференцеУреди

  1. 1,0 1,1 Boutin, Chad. „Polonium's Most Stable Isotope Gets Revised Half-Life Measurement”. nist.gov. NIST Tech Beat. Приступљено 9. 9. 2014. 
  2. ^ „Characterizing the Elements”. Los Alamos National Laboratory. Приступљено 4. 3. 2013. 
  3. ^ Hawkes, Stephen J. (2010). „Polonium and Astatine Are Not Semimetals”. Journal of Chemical Education. 87 (8): 783. Bibcode:2010JChEd..87..783H. doi:10.1021/ed100308w. 
  4. 4,0 4,1 Curie, P.; Curie, M. (1898). „Sur une substance nouvelle radio-active, contenue dans la pechblende” [On a new radioactive substance contained in pitchblende] (PDF). Comptes rendus (на језику: француски). 127: 175—178. 
  5. ^ Pfützner M. (1999). „Borders of the Nuclear World – 100 Years After Discovery of Polonium”. Acta Physica Polonica B. 30: 1197. Bibcode:1999AcPPB..30.1197P. 
  6. ^ Adloff J. P. (2003). „The centennial of the 1903 Nobel Prize for physics”. Radichimica Acta. 91 (12–2003): 681. doi:10.1524/ract.91.12.681.23428. 
  7. 7,0 7,1 Kabzinska K. (1998). „Chemical and Polish aspects of polonium and radium discovery”. Przemysl Chemiczny. 77 (3): 104—107. 
  8. 8,0 8,1 John, Emsley (2001). Nature's Building Blocks. New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850341-5. 
  9. ^ Curie, P.; Curie, M.; Bémont, G. (1898). „Sur une nouvelle substance fortement radio-active contenue dans la pechblende” [On a new, strongly radioactive substance contained in pitchblende] (PDF). Comptes rendus (на језику: француски). 127: 1215—1217. Архивирано из оригинала (PDF) на датум 22. 07. 2013. Приступљено 16. 06. 2019. 
  10. ^ Nuclear Weapons FAQ, Section 4.1, Version 2.04: 20. februar 1999. Nuclearweaponarchive.org. pristupljeno dana 28.4.2013.
  11. ^ Restricted data declassification decisions, 1946 to the present (RDD-7), 1. januar 2001, U.S. Department of Energy Office of Declassification, preko fas.org
  12. ^ American nuclear guinea pigs: three decades of radiation experiments on U.S. citizens Архивирано на сајту Wayback Machine (јул 30, 2013) (на језику: енглески). United States. Congress. House. of the Committee on Energy and Commerce. Subcommittee on Energy Conservation and Power
  13. ^ "Studies of polonium metabolism in human subjects", poglavlje 3 u: Biological Studies with Polonium, Radium, and Plutonium, National, Nuclear Energy Series, Volume VI-3, McGraw-Hill, New York, 1950, citirano u: American Nuclear Guinea Pigs ..., 1986 Izvještaj komiteta House Energy and Commerce
  14. ^ Moss, William i Eckhardt, Roger (1995) "The Human Plutonium Injection Experiments", Los Alamos Science, br. 23.
  15. ^ Greenwood, str. 753
  16. ^ Miessler, Gary L.; Donald A. Tarr (2004). Inorganic Chemistry (3 изд.). Upper Saddle River, N.J.: Pearson Prentice Hall. стр. 285. ISBN 978-0-13-120198-9. 
  17. ^ „The beta Po (A_i) Structure”. Naval Research Laboratory. 20. 11. 2000. Архивирано из оригинала на датум 4. 2. 2001. Приступљено 5. 5. 2009. 
  18. ^ J., Desando R.; Lange, R. C. (1966). „The structures of polonium and its compounds—I α and β polonium metal”. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 28 (9): 1837. doi:10.1016/0022-1902(66)80270-1. 
  19. ^ H., Beamer W.; Maxwell, C. R. (1946). „The Crystal Structure of Polonium”. Journal of Chemical Physics. 14 (9): 569. doi:10.1063/1.1724201. 
  20. ^ Rollier, M. A.; Hendricks, S. B.; Maxwell, L. R. (1936). „The Crystal Structure of Polonium by Electron Diffraction”. Journal of Chemical Physics. 4 (10): 648. Bibcode:1936JChPh...4..648R. doi:10.1063/1.1749762. 
  21. ^ Wąs, Bogdan; Misiak et.al., Ryszard (2006). „Thermochromatographic Separation of 206,208Po from a Bismuth Target Bombardet with Protons” (PDF). Nukleonica. 51 (suppl. 2): s3—s5. 
  22. ^ Lide, D. R., ур. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86 изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 978-0-8493-0486-6. 
  23. ^ Thayer, John S. (2010). "Relativistic Effects and the Chemistry of the Heavier Main Group Elements". str. 63–97. doi:10.1007/978-1-4020-9975-5_2
  24. ^ Bagnall, str. 206
  25. ^ John, Emsley (2011). Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements (novo изд.). New York, NY: Oxford University Press. стр. 415. ISBN 978-0-19-960563-7. 
  26. ^ „Polonium” (PDF). Argonne National Laboratory. Архивирано из оригинала (PDF) на датум 3. 7. 2007. Приступљено 5. 5. 2009. 
  27. ^ Greenwood, str. 250
  28. ^ „210PO α decay”. Nuclear Data Center, Korea Atomic Energy Research Institute. 2000. Приступљено 5. 5. 2009. 
  29. ^ Gilmore G, Hemingway J (1995). Practical Gamma-Ray Spectrometry. Chichester: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-95150-6. 
  30. 30,0 30,1 30,2 Knoll G. (2000). Radiation Detection and Measurement. New York: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-07338-3. 
  31. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 

ЛитератураУреди

  • Gilmore G, Hemingway J (1995). Practical Gamma-Ray Spectrometry. Chichester: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-95150-6. 

Спољашње везеУреди