Полоний

Полоний — химический элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы), шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 84. Обозначается символом Po (лат. Polonium). Является радиоактивным металлом серебристо-белого цвета, не имеющим стабильных изотопов. Относится к числу редких и рассеянных элементов, в природе встречается в урановых рудах как продукт радиоактивного распада.

История открытия

Полоний был открыт в 1898 году супругами Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри в ходе исследования радиоактивности урановой смоляной руды (уранинита). Выделив из руды новый радиоактивный элемент, Мария Кюри назвала его в честь своей родины — Польши (лат. Polonia). Открытие полония стало первым шагом на пути к открытию радия, который также был выделен из уранинита.

В 1902 году немецкий химик Вилли Марквальд независимо выделил из уранинита элемент, который он принял за новый, и назвал его «радиотеллуром». Однако вскоре было доказано, что радиотеллур идентичен полонию. В 1910 году Мария Кюри и Андре Дебьерн впервые получили металлический полоний.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Полоний — мягкий, легкоплавкий металл серебристо-белого цвета. При комнатной температуре существует в двух аллотропных модификациях: низкотемпературной α-Po (кубическая решётка) и высокотемпературной β-Po (ромбоэдрическая решётка). Температура плавления составляет около 254 °C, температура кипения — около 962 °C. Плотность — около 9,3 г/см³.

Химические свойства

По химическим свойствам полоний близок к теллуру и висмуту. В соединениях проявляет степени окисления −2, +2, +4 и +6. Наиболее устойчивы соединения полония(IV). Полоний легко окисляется на воздухе, образуя диоксид полония (PoO₂). При растворении в кислотах образует соли. С водородом образует газообразный гидрид полония (H₂Po), который крайне нестабилен и токсичен.

Изотопы

Все изотопы полония радиоактивны. Наиболее долгоживущим является изотоп ²⁰⁹Po с периодом полураспада около 102 лет. Однако наибольшее практическое значение имеет изотоп ²¹⁰Po (период полураспада 138,3 суток), который является одним из наиболее мощных источников альфа-излучения. ²¹⁰Po образуется в результате распада радона-222 (²²²Rn) и входит в состав уранового радиоактивного ряда.

Получение

В промышленных масштабах полоний получают искусственным путём в ядерных реакторах. Основной способ — облучение висмута-209 (²⁰⁹Bi) нейтронами, в результате чего образуется висмут-210, который затем распадается до полония-210. Также полоний можно выделить из отходов переработки урановых руд, где он содержится в ничтожных количествах.

Применение

Источники энергии и тепла

Благодаря высокой удельной тепловой мощности (около 140 Вт/г для ²¹⁰Po), полоний используется в качестве компактного источника тепла в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РИТЭГ). Такие генераторы применялись, в частности, в советских космических аппаратах серии «Луна» (например, «Луноход-1» и «Луноход-2») для обогрева приборов в условиях лунной ночи.

Источники альфа-излучения

Полоний-210 является мощным источником альфа-частиц. Он используется в научных исследованиях, в частности, в нейтронных источниках (в смеси с бериллием), а также в устройствах для снятия статического электричества (ионизаторах воздуха). Такие ионизаторы применяются в текстильной промышленности, при производстве фото- и киноплёнки, а также в некоторых типах детекторов дыма.

Военное применение

Полоний-210 рассматривался как возможный компонент нейтронных инициаторов для ядерных боеприпасов. В СССР и США проводились исследования по его использованию в этих целях. Однако из-за высокой токсичности и сложности производства широкого распространения полоний в этой области не получил.

Токсикология и радиационная опасность

Полоний-210 является чрезвычайно токсичным веществом. Его высокая радиотоксичность обусловлена интенсивным альфа-излучением и способностью накапливаться в организме. При попадании внутрь (через дыхание, пищеварение или раны) полоний распределяется по всем органам, но особенно сильно поражает печень, почки, селезёнку и костный мозг. Летальная доза для человека при поступлении внутрь составляет около 0,1–0,3 мкКи (микрокюри), что соответствует массе порядка 0,1–0,3 микрограмма.

Наиболее известный случай отравления полонием-210 — гибель бывшего сотрудника ФСБ России Александра Литвиненко в Лондоне в 2006 году. В результате расследования было установлено, что в его организм попал полоний-210, что привело к острой лучевой болезни и смерти. Этот инцидент вызвал широкий общественный резонанс и привёл к ужесточению контроля за оборотом радиоактивных материалов.

Полоний в природе

В природных условиях полоний встречается в ультрамалых количествах в урановых рудах. Его содержание в земной коре оценивается в 2·10⁻¹⁴ % по массе. Постоянно образуется в результате распада радона-222, поэтому его следы обнаруживаются в атмосфере, почве и воде. В биосфере полоний-210 накапливается в некоторых организмах, например, в лишайниках и морских водорослях, что может приводить к его попаданию в пищевые цепи (в частности, в организм северных оленей, питающихся лишайниками).

Интересные факты

• Полоний — первый элемент, открытый благодаря радиоактивности, и первый элемент, названный в честь страны, которая на момент открытия не существовала как независимое государство (Польша была разделена между Российской империей, Пруссией и Австро-Венгрией).
• В 1911 году Мария Кюри получила Нобелевскую премию по химии за открытие радия и полония, став первым человеком, удостоенным двух Нобелевских премий.
• Полоний-210 является одним из немногих веществ, которые самопроизвольно светятся в темноте из-за интенсивного альфа-излучения, вызывающего люминесценцию окружающего воздуха.
• В 1940-х годах в СССР существовала секретная лаборатория по производству полония для нужд оборонной промышленности, расположенная в Челябинской области.