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. Мария Склодовская-Кюри 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. Спектральный анализ, 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.
Последствия для организма и период восстановления
Даже если помощь оказана быстро, а человека удалось вылечить от лучевой болезни, отдаленные последствия воздействия радиации неизбежны:
Читайте также: Укус мошки чем лечить и как снять отек в домашних условиях
- снижение иммунитета;
- сокращение продолжительности жизни;
- развитие лучевой катаракты, которая бывает причиной полной утраты зрения;
- необратимые изменения половой системы — от сложностей с зачатием и вынашиванием до невозможности родить детей и развития у плода генетических и хромосомных нарушений.
Во время реабилитации регулярно сдают анализы крови, чтобы не пропустить начало острого лейкоза, принимают большие дозы витаминов и иммуномодулирующих препаратов. Показан щадящий режим питания, позволяющий избежать травмирования желудочно-кишечного тракта.
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.
Почему радий, а не полоний?
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-Ю10, а в равновесии с граммом радия находятся 0,2 мг полония. Это значит, что в урановых минералах радия почти в 4 млн. 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».
Искусственный полоний
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:
20983Bi + 11p —γ→ 21083Bi —β→ 21084Po. А если тот же изотоп висмута поместить в другую важнейшую машину ядерного синтеза — циклотрон и там обстрелять потоками протонов, то по реакции
20983Bi + 10n —γ→ 20984Po + 10n.
образуется самый долгоживущий изотоп элемента N° 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°С.
Основы химии
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 SO4H2 (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, SO4H2 полностью осаждает активное вещество».
Читайте также: Как избавиться от запаха краски после покраски в квартире
Позже об этом элементе узнали значительно больше. Узнали, в частности, что элементный 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°С, 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 — па 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 РоO2, 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/см3 — 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.
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.
Первая помощь и методы лечения
При обнаружении симптомов отравления полонием 210 требуется сразу вызывать бригаду медиков. Пострадавшему оказывают первую помощь. Разрешенные действия не отличаются от тех, что выполняют при любой интоксикации:
- Ограничивают контакт с опасным веществом.
- Обеспечивают доступ свежего воздуха.
- Промывают кожу и слизистые оболочки.
- Одежду и обувь выбрасывают.
- Промывают желудок, дают сорбенты – активированный уголь, Энтеросгель.
- Дают слабительные и мочегонные лекарственные средства.
После осуществления данных действий пострадавшего срочно отправляют в больницу. Самолечение дома запрещено.
Лечение отравления требуется начинать как можно быстрее, вещество накапливается в организме. Пациента тщательно обследуют, после чего подбирают подходящее лечение.
Понравится статья: «Отравление солями тяжелых металлов – симптомы и лечение«.
Терапия направлена на очищение организма от опасного металла: промывание желудка, использование слабительных, мочегонных препаратов. При тяжелых отравлениях на протяжении недели вводят соединения унитиола и оксатиола. Они ускоряют процесс выведение токсина.
Получение
В 1 тонне урановой руды 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.
Нормы содержания и пределы
Существует понятие предельно допустимой концентрации – это законодательно утвержденный санитарно-гигиенический норматив. Он допускает содержание в окружающей среде тех или иных элементов в строго определенном, безопасном для флоры, фауны и человека количестве.
И даже такое токсичное вещество, как полоний-210, фото которого представлено ниже, имеет ПДК. Допустимо его содержание в водоемах в количестве 11,1•10−3 Бк/л. В воздухе рабочих помещений он может находиться в концентрации 7,41•10−3 Бк/м³. Именно поэтому с данным изотопом работают исключительно в герметичных боксах.
Читайте также: Чем опасна ртуть и где она применяется (9 фото)
Наряду с допустимыми пределами существует и летальная доза. Для взрослого человека достаточно всего 0,1—0,3 ГБк. Это от 0,6 до 2 мкг. То есть 0,000002 грамма изотопа, попавшего в организм через легкие, способно убить. Летальный исход в пероральном случае возникает при большем количестве вещества – от 6 до 18 мгк (0,000006 — 0,000018 грамм).
Естественно, у радиоактивного изотопа полония-210 нет антидота. Хотя эксперименты проводятся. Есть сведения, что 2.3-димеркаптопропанол, являющийся дезинтоксикационным лекарственным средством с сульфгидридными составляющими, успешно проявил себя в качестве антидота во время опытов с крысами.
Животным внутривенно вводилась смертельная доза изотопа. И у одной части подопытной группы его выводили при помощи указанного средства, а других оставляли умирать. 90 % крыс, которым был введен 2.3-димеркаптопропанол, выжили. Все другие, включая отравленных и не вылеченных, погибли в следующие 1,5 месяца.
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.
Случаи отравления
Истории известно лишь два таковых. Один произошел в 2006 году – полонием-210 отравили 43-летнего Александра Вальтеровича Литвиненко, подполковника советской и российской госбезопасности, пребывавшего на тот момент в Лондоне.
В ночь на 23 ноября его состояние резко ухудшилось, и меньше чем через сутки он скончался. Тело Александра не вскрывали долгое время, поскольку было опасение облучения медиков радиацией. Были проведены подробнейшие расследования. В их рамках удалось обнаружить следы радиации в тех местах, где был Александр перед тем, как ему стало плохо.
Второй случай не столь однозначный. Полоний-210 был обнаружен в личных вещах председателя Палестинской национальной администрации по имени Ясир Арафат, который умер в 2004 году.
Была даже проведена эксгумация его тела, и швейцарская сторона международной комиссии в результате исследований подтвердила – это отравление изотопом. Но потом все-таки они изменили решение. В итоге российская, французская и швейцарская стороны пришли к тому, что доказательств, подтверждающих факт отравления полония, нет, и дело было закрыто.
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.
Можно ли отравиться полонием
В земной коре полоний скапливается в незначительных количествах. Элемент производится искусственным образом на атомных реакторах. Используется в промышленности: небольшие количества требуются в производственных процессах для уменьшения влияния статического электричества.
Если элемент попадает в организм, летальный исход гарантирован. Полоний встраивается в метаболические процессы, и остановить его невозможно. Страдает печень, костный мозг и почки.
Полоний — вещество без запаха и вкуса. Заметить присутствие элемента в напитке или пище невозможно. Симптомы отравления на первой стадии принимают за интоксикацию другими веществами, например, таллием.
Полоний используется для политических заказных убийств, чтобы отравить врага или шпиона чужой разведки: врачи не подозревают отравление радиоактивным веществом. Пациент не посещал места, где высок риск столкнуться с облучением. На первых этапах люди, отравившиеся полонием, получают неправильное лечение, что в дальнейшем увеличивает риск летального исхода.
Важно! Альфа-частицы, излучаемые полонием, не проникают через кожные покровы. При попадании внутрь организма разрушаются органы и ткани. Отравление возможно, если проглотить полоний или вдохнуть.
Распад
Одним из наиболее долгоживущих изотопов, наряду с 208 и 209, является полоний-210. Период полураспада (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?
Диагностика интоксикации
Выше уже говорилось о том, что отравление полонием не носит ярко выраженные симптомы, что усложняет его диагностику. Из-за чего это происходит?
- Полоний 210 крайне редкий металл, случаев интоксикации достаточно мало, поэтому симптоматика изучена плохо.
- Наличие этого металла в крови сложно выявить. Связано это с тем, что счетчик Гейгера не реагирует на радиоактивные альфа-лучи. Помимо этого, отсутствие чёткой клинической картины вынуждает брать большое количество различных анализов.
Не последнюю роль играет и малый период полураспада полония. Так, определить его наличие в организме становится невозможно спустя определённый промежуток времени.
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.
Читайте также: Отравление краской: что это такое и что с ним делать?
Получение[править | править вики-текст]
На практике в граммовых количествах нуклид полония 210Ро синтезируют искусственно, облучая металлический 209Bi тепловыми нейтронами в ядерных реакторах. Получившийся 210Bi за счёт β-распада превращается в 210Po. При облучении того же изотопа висмута протонами по реакции
209Bi + → 209Po +
образуется самый долгоживущий изотоп полония 209Po.
В реакторах с жидкометаллическим носителем в качестве теплоносителя может применяться эвтектика свинец-висмут. Такой реактор, в частности, был установлен на подводной лодке К-27. В активной зоне реактора висмут может переходить в полоний.
Микроколичества полония извлекают из отходов переработки урановых руд. Выделяют полоний экстракцией, ионным обменом, хроматографией ивозгонкой.
Металлический Po получают термическим разложением в вакууме сульфида PoS или диоксида (PoO2)x при 500 °C.
Более 95% мирового производства полония-210 приходится на Россию[7][нет в источнике], однако практически весь он поставляется в США, где используется в основном для производства промышленных и бытовых антистатических ионизаторов воздуха.[нет в источнике]
На 2006 год, по утверждению британского учёного и писателя Джона Эмсли, в год производилось около 100 грамм 210Ро.[8]
Стоимость
По данным британских экспертов, микроскопические дозы полония-210 стоят миллионы долларов США[9]. С другой стороны, согласно утверждению радиохимика, д.х.н. Б.Жуйкова, получаемый из висмута полоний-210 очень дёшев[7]. Согласно данным на 2006 год за производство 9,6 граммов полония-210 [прим. 1] платили порядка 10 миллионов рублей[10], что сопоставимо со стоимостью трития[11]. Однако, американская компания United Nuclear, получающая изотоп из России, на 2006 год продавала образцы по цене $69, утверждая, что для накопления смертельной дозы потребовалось бы более $1 миллиона[12].
Примечания
- Данные приведены по G. Audi, A.H. Wapstra, and C. Thibault (2003). «[www.nndc.bnl.gov/amdc/masstables/Ame2003/Ame2003b.pdf The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references.]». Nuclear Physics A729
: 337—676. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. Bibcode: [adsabs.harvard.edu/abs/2003NuPhA.729..337A 2003NuPhA.729..337A]. - ↑ 12
Данные приведены по G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «[www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties]».
Nuclear Physics A729
: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode: [adsabs.harvard.edu/abs/2003NuPhA.729….3A 2003NuPhA.729….3A]. - [www.nist.gov/pml/div682/po-090914.cfm Polonium’s Most Stable Isotope Gets Revised Half-Life Measurement]. NIST Tech Beat. Проверено 9 сентября 2014.
Изотопы висмутаПериодическая таблица по изотопам элементовИзотопы астата
| 1 | 2 | ||||||||||||||||
| 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||||||||||
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||
| 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 |
| 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 |
| 55 | 56 | * | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | 78 | 79 | 80 | 81 | 82 | 83 | 84Po | 85 | 86 |
| 87 | 88 | ** | 104 | 105 | 106 | 107 | 108 | 109 | 110 | 111 | 112 | 113 Uut |
114 | 115 Uup |
116 | 117 Uus |
118 Uuo |
| * | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 |
| ** | 89 | 90 | 91 | 92 | 93 | 94 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 | 100 | 101 | 102 | 103 |