Struktura atoma polonija. Zašto je bio potreban polonij? Gdje mogu nabaviti radioaktivni otrov polonij?

U noći s 22. na 23. studenog 2006. bivši službenik državne sigurnosti Alexander Litvinjenko preminuo je u bolnici University College Hospital u Londonu. Sljedećeg dana britanska zdravstvena agencija izvijestila je da je uzrok smrti radioaktivna kontaminacija polonijem. Litvinenkov slučaj još uvijek nije zatvoren; Scotland Yard odbija komentirati. Još uvijek nije razjašnjeno tko je otrovao Litvinenka polonijem. Istražitelji iz Velike Britanije, Rusije i Njemačke imaju svoje verzije o tome.

Čaj s polonijem

Litvinjenkovo ​​trovanje još uvijek izaziva mnogo pitanja. Nema sumnje da je Litvinenko bio otrovan polonijem - tragovi tog radioaktivnog elementa pronađeni su posvuda gdje je posjetio prije hospitalizacije. Ostaje otvoreno pitanje tko je kriv. Postoje tri verzije zločina:

1. Britanski. Osumnjičenici su Dmitrij Kovtun i Andrej Lugovoj, koji su djelovali prema uputama FSB-a (vjerovatno; obavještajne službe ne komentiraju).
2. Ruski. Razvijena je verzija umiješanosti u ubojstvo Leonida Nevzlina.
3. Lugovojeva verzija. Prema njegovom mišljenju, Litvinenkova smrt povezana je s aktivnostima britanskih obavještajnih službi ili, moguće, ruske mafije.

Malo je vjerojatno da je ubijeni bio zanimljiv obavještajcima kao bivši službenik državne sigurnosti. Njegov profil bio je organizirani kriminal, a ne obavještajac - dapače, radio je u svom profilu i u inozemstvu.

Podrijetlo polonija također je ostalo misterij, iako bi se po njegovim sekundarnim komponentama moglo odrediti mjesto i način njegove proizvodnje.

Ubrzo nakon otkrića radioaktivnosti, Paul Curie i Marie Sklodowska-Curie, proučavajući rudu uranovu smolu, otkrili su da ona ima znatno veću radioaktivnost od čistog urana. Pretpostavljalo se da ruda sadrži druge kemijske elemente radioaktivnije od urana. Prerada mnogih tona uranove rude omogućila je 1898. da se iz nje izoliraju još dva nova kemijska elementa: radij i element br. 84, koji je u čast Poljske nazvan Polonij.

Priznanica:

U prirodi se izotopi polonija ubrajaju u prirodni radioaktivni niz 238 U i uvijek su prisutni u rudama urana, ali se zbog kratkog vremena poluraspada ne nakupljaju u značajnijim količinama. Sadržaj najstabilnijeg izotopa 210 Po u uranovoj rudi (vrijeme poluraspada 138,3 dana) je 2 * 10 -10. Da bi se izolirao polonij iz rude, radij se prvo ekstrahira, zatim se ostatak otopi u klorovodičnoj kiselini i polonij se istaloži zajedno s bizmutom s vodikovim sulfidom. Polonij se odvaja od bizmuta frakcijskom kristalizacijom spojeva različite topivosti, kromatografijom i elektrokemijskim metodama. Trenutno se 210 Po uglavnom proizvodi u nuklearnim reaktorima ozračivanjem bizmuta neutronima:
209 Bi(n, g) 210 Bi; 210 Bi (-, b) 210Po
Najdugovječniji izotop polonija (vrijeme poluraspada 103 godine) dobiva se bombardiranjem bizmuta protonima:
209 Bi (p, n) 209 Po.

Fizička svojstva:

Srebrnobijeli metal koji podsjeća na bizmut i olovo. Zbog velike radioaktivnosti u mraku se vidi svijetloplavi sjaj, a opaža se i samozagrijavanje. Polonij oslobađa toliko toplinske energije da toplina može otopiti uzorak. Talište Po je 254°C; vrelište 962°C, gustoća 9,4 g/cm3.
Polonij prolazi a-raspad, pretvaranje u stabilni izotop olova: 210 Po (-, a) 206 Pb

Kemijska svojstva:

Po svojim svojstvima polonij je tipičan metal, oksidira na zraku, stupa u interakciju s halogenima, a s vodikom stvara hlapljivi hidrid. Položaj polonija u elektrokemijskom nizu napona je kontradiktoran: prema nekim podacima, on reagira s kiselinama uz oslobađanje vodika, prema drugima, nalazi se između Cu i Ag, prema trećima, istisnut je srebrom iz rješenja.
Polonij se oksidira dušičnom kiselinom u Po(IV) nitrat:
Po + 8HNO 3 = Po(NO 3) 4 + 4NO 2 + 4H 2 O
U spojevima pokazuje oksidacijska stanja od -2, +2 i +4 (+6 nije tipično).

Najvažnije veze:

Oksidacijsko stanje -2. Polonijev hidrid PoH 2 ima svojstva slična vodikovom teluridu, ali je još manje stabilan. Tragovi PoH 2 nastaju kada se polonij otopi u klorovodičnoj kiselini u prisutnosti magnezija. Polonide- spojevi polonija s aktivnijim metalima, na primjer Na 2 Po
Oksidacijsko stanje +2. Polonijevi halogenidi (PoCl 2 - crveni, PoBr 2) imaju svojstva slična solima. Poznati su i crni sulfid PoS i crveni sulfid PoSO 3 .
Oksidacijsko stanje +4, najkarakterističnije.
Polonijev(IV) oksid, PoO 2 (crveno) - amfoterni oksid s prevladavajućim osnovnim svojstvima; s alkalijama stupa u interakciju samo pri fuziji, tvoreći Poloniti M2PoO3. Reagira s kiselinama kao bazični oksid:
PoO 2 + 2H 2 SO 4 = Po(SO 4) 2 + 2H 2 O
Polonijeve(IV) soli Po(SO 4) 2 *nH 2 O, Po(NO 3) 4, bezbojan. kristali u otopini su jako hidrolizirani, stvarajući koloidne otopine PoO(OH) 2 (svijetlo žute). Ovaj hidroksid je također amfoteran i može se smatrati porozna kiselina.
Polonijevi(IV) halogenidi PoCl 4 (žuti), PoBr 4 (crveni), PoI 4 crni), netopljivi u vodi, reagiraju s halidima alkalnih metala, tvoreći spojeve poput K 2

Primjena:

Glavno područje primjene polonija-210 je proizvodnja atomskih baterija koje se koriste u svemirskim letjelicama. U usporedbi s drugim izvorima, polonij-210 ima najveću gustoću snage, 1210 W/cm3. Radioaktivni izotop polonij-210 služio je, na primjer, kao gorivo za "peć" instaliranu na Lunohodu-2, održavajući prihvatljivu temperaturu u odjeljku za instrumente ovog uređaja.
Također se koristi kao izvor a-čestice, te u smjesi s berilijem ili borom - kao ampulni izvor neutrona. a-čestice koje emitira polonij stvaraju struju neutrona iz jezgri atoma bora ili berilija.
Visoka toksičnost polonija uglavnom je posljedica njegove radioaktivnosti. Ono što emitira a-zračenje, s jedne strane, najlakše apsorbira čak i list papira. Moć prodora i duljina puta alfa čestice su minimalni. S druge strane, ovo zračenje ima najrazorniji učinak kada izvor uđe u tijelo. Budući da polonij može brzo postati aerosoliziran i zagaditi zrak, opasan je i na udaljenostima većim od duljine puta alfa čestica. Vidi također:
Trifonov D.N. M. Sklodowska-Curie: poznavanje radioaktivnosti./ Kemija u školi, 1997., br.7.

DEFINICIJA

Polonij koji se nalazi u šestoj periodi VI skupine glavne (A) podskupine periodnog sustava.

Odnosi se na elemente str-obitelji. Metal. Oznaka - Po. Serijski broj - 84. Relativna atomska masa - a.m.u.

Elektronska struktura atoma polonija

Atom polonija sastoji se od pozitivno nabijene jezgre (+84), unutar koje se nalaze 84 protona i 126 neutrona, a 84 elektrona se kreću u šest orbita.

Sl. 1. Shema strukture atoma polonija.

Raspodjela elektrona među orbitalama je sljedeća:

84Po) 2) 8) 18) 32) 18) 6 ;

1s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 6 3d 10 4s 2 4str 6 4f 14 5s 2 5str 6 5d 10 6s 2 6str 4 .

Na vanjskoj elektronskoj razini atoma bizmuta nalazi se 6 elektrona, koji su valentni (nalaze se na podrazinama 6s i 6p).

Valentni elektroni atoma polonija mogu se karakterizirati skupom od četiri kvantna broja: n(glavni kvant), l(orbitalni), m l(magnetski) i s(vrtnja):

Za polonij je karakteristično postojanje pobuđenog stanja zbog slobodnih orbitala 6 d-podnivo:

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

PRIMJER 2

Polonij je element čiji su svi izotopi (vrste atoma) radioaktivni. Također je halkogen, odnosno nalazi se u prirodi - dio je zemljine kore. Također je nevjerojatno opasan. Posebno njegov izotop je polonij-210. Ipak, prvo o svemu.

Pola zivota

Kao što je već spomenuto, polonij-210 je vrlo opasna tvar. Vrlo je toksičan i ima poluživot od 138 dana i 9 sati. Ova se vrijednost odnosi na vrijeme tijekom kojeg se tvar raspada približno u omjeru ½. Usput, ovaj izraz se ne odnosi na sve sustave. I to isključivo eksponencijalno propadajućim.

Važno je napomenuti da se tijekom dva takva razdoblja sve čestice ne raspadaju. Uostalom, svaka faza poluživota smanjuje broj preostalih čestica za 2 puta. Također je vrijedno znati da je aktivnost tvari proporcionalna broju njezinih atoma.

Toksičnost

Spomenuti element ima vrlo visoku specifičnu aktivnost - čak 166 TBq/g. Ovaj pojam odnosi se na broj radioaktivnih raspada koji se događaju u jedinici vremena - spontane promjene u sastavu ili unutarnjoj strukturi atomskih jezgri.

Ova tvar emitira samo alfa čestice – pozitivno nabijene, koje čine 2 protona i 2 neutrona. No čak i unatoč tome, zabranjeno ga je uzimati rukama. Dodirujući ovaj mekani srebrno-bijeli metal, osoba će sigurno pretrpjeti najmanje oštećenje kože zračenjem. I postoji velika vjerojatnost da će se proširiti po cijelom tijelu. Budući da izotop lako prodire kroz kožu.

Također je opasno na udaljenosti koja premašuje duljinu alfa čestica koje treba prevladati. To je zato što se počinju same zagrijavati, zbog čega prelaze u aerosolno stanje.

Ovdje se radi o toksičnosti i raspadu polonija-210. Ali postoje i izotopi 208 i 209 - oni dugovječniji. 208 ima poluživot od 2,898 godina. A 209. ima 103 godine. Manje su otrovni. O drugim izotopima i njihovoj radiotoksičnosti praktički nema podataka jer su kratkotrajni.

Postoji koncept najveće dopuštene koncentracije - to je zakonski odobren sanitarni i higijenski standard. Omogućuje prisutnost određenih elemenata u okolišu u strogo određenim količinama koje su sigurne za floru, faunu i ljude.

Čak i takva otrovna tvar kao što je polonij-210, čija je fotografija prikazana u nastavku, ima najveću dopuštenu koncentraciju. Njegov dopušteni sadržaj u vodnim tijelima je 11.1.10 −3 Bq/l. U zraku radnih prostorija može biti prisutan u koncentraciji od 7.41.10 −3 Bq/m³. Zato se s ovim izotopom radi isključivo u zatvorenim kutijama.

Uz dopuštene granice postoji i smrtonosna doza. Za odraslu osobu dovoljno je samo 0,1–0,3 GBq. To je od 0,6 do 2 mcg. Odnosno, 0,000002 grama izotopa koji uđe u tijelo kroz pluća može ubiti. Smrtonosni ishod u oralnom slučaju nastupa s većom količinom tvari - od 6 do 18 mg (0,000006 - 0,000018 grama).

Naravno, radioaktivni izotop polonij-210 nema protuotrov. Iako se provode pokusi. Postoje dokazi da se 2,3-dimerkaptopropanol, koji je detoksikacijski lijek sa sulfhidridnim komponentama, uspješno dokazao kao protuotrov tijekom pokusa sa štakorima.

Životinjama je intravenski ubrizgana smrtonosna doza izotopa. I kod jednog dijela pokusne skupine ona je uklonjena navedenim sredstvima, dok su drugi ostavljeni da uginu. Preživjelo je 90% štakora kojima je dat 2,3-dimerkaptopropanol. Svi ostali, uključujući i one otrovane i neizliječene, umrli su u sljedećih 1,5 mjesec.

Svojstva i karakteristike

O njima također treba govoriti. Ako ovu radioaktivnu tvar smatramo elementom, tada možemo istaknuti sljedeća svojstva i značajke:

• Masa jezgre polonija-210 je oko 208,9824 atomskih jedinica (g/mol).
• Formula za raspored elektrona u ljuskama atoma (konfiguracija) izgleda ovako: [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 4.
• Atomski radijus, koji se odnosi na udaljenost između jezgre i najudaljenije elektronske orbite, iznosi 176 pikometara. 1 kom = 1 bilijunti dio metra.
• Kovalentni polumjer, koji označava polovicu udaljenosti između jezgri atoma s kovalentnom vezom, iznosi 146 pc.
• Ionski polumjer (veličina) je (+6e) 67 pm.
• Elektronegativnost na Paulingovoj skali je 2,3. Ovaj pojam podrazumijeva sposobnost nekih atoma da privuku elektrone od drugih. Najveću brojku, inače, ima fluor - 9,915.
• Potencijal elektrode (elektromotorna sila) je sljedeći: Po ← Po 3 + 0,56 V i Po ← Po2+ 0,65 V.
• Oksidacijska stanja su: -2, +2, +4 i +6.
• Energija ionizacije (minimalna potrebna za uklanjanje elektrona iz slobodnog atoma) je 813,1 (8,43) kJ/mol ili eV.
• Gustoća tvari u normalnim uvjetima je približno 9,5 g/cm 3 .
• Talište ovog mekog metala je samo 254 °C.
• Polonij vrije na 962°C.
• Specifična toplina taljenja i isparavanja je 10 odnosno 102,9 kJ/mol.
• Molarni toplinski kapacitet je 26,4 J/(K*mol).
• Molarni volumen je 22,7 cm³/mol.

I još nekoliko riječi treba reći o kristalnoj rešetki ovog mekog metala. Ovo je geometrijska slika koja je uvedena za analizu strukture kristala tvari. Polonij ima kubičnu strukturu, a parametri su 3,35 angstrema.

Izvori polonija

Malo ljudi zna, ali ovaj izotop je otkriven u duhanu koji se koristi u proizvodnji cigareta. I sukladno tome, u duhanskom dimu. Proizvođači, naravno, o tome radije šute. No ta je informacija ipak razjašnjena i objelodanjena.

Članak je prvi put objavljen u američkoj publikaciji pod nazivom American Journal of Public Health. Napisala ga je skupina istraživača, među kojima su bili stručnjaci s klinike Mayo (Rochester) i znanstvenici sa Sveučilišta Stanford.

U članku se navodi da su proizvođači cigara otkrili radioaktivni polonij-210 u duhanu prije više od četrdeset godina. Pokušavali su ga svim raspoloživim metodama ukloniti iz proizvodnje, ali bezuspješno.

Kako potencijalni kupci ne bi postali svjesniji te činjenice, tvrtke nisu objavile rezultate svojih internih istraživanja. O tome svjedoče interni dokumenti koncerna duhanske industrije.

Švicarski list Le Temps pak piše da je želja za skrivanjem ove informacije bila toliko jaka da su je proizvođači potisnuli čak i kada se pokazalo da je koncentracija polonija-210 dva do tri puta manja od prvotnih procjena.

Znanstvenici smatraju da je u tom smislu potrebno na kutijama cigareta staviti znak koji bi upozoravao na radioaktivnu opasnost.

Proizvodnja metala

Gore je mnogo rečeno o molarnoj masi polonija-210, njegovim fizikalno-kemijskim svojstvima i drugim značajkama. Ne bi bilo suvišno reći o tome kako se dobiva ovaj metal.

U prirodi su njegovi izotopi uključeni u radioaktivni prirodni niz 238 U, a prisutni su i u uranovim rudama. Ali zbog kratkog perioda alfa raspada, polonij-210 se ne nakuplja u značajnijim količinama. Koncentracija je unutar dopuštene norme.

Za dobivanje ove tvari iz rude potrebno je iz nje ekstrahirati radij – srebrnobijeli sjajni zemnoalkalijski metal koji je vrlo kemijski reaktivan. Njegovi se ostaci otapaju klorovodičnom kiselinom, nakon čega se polonij taloži sumporovodikom. Uz njega se ističe i bizmut - sjajni metal ružičaste nijanse.

Sljedeća faza je odvajanje polonija. Ovaj proces koristi metodu frakcijske kristalizacije spojeva koji imaju različitu topljivost i različita svojstva.

Danas se polonij-210 može dobiti u nuklearnim reaktorima, gdje se bizmut ozračuje neuronima. A najdugovječniji izotop ekstrahira se bombardiranjem ružičastog metala protonima.

Jednostavno rečeno, dobivanje radioaktivnog polonija nije tako lako. Prema stručnjacima, u svijetu postoji samo 40-50 reaktora koji mogu proizvesti ovu tvar. Neki od njih su nuklearni objekti koji se nalaze u bivšem SSSR-u, kao i Njemačkoj i Australiji.

Korištenje

Gore je dovoljno rečeno o različitim svojstvima ovog polumetala, kao io sastavu jezgre polonija-210. 84 je broj pod kojim se element nalazi, ali je prvi uvršten u periodni sustav zbog svoje jedinstvenosti koja se očituje u mnogim pokazateljima.

Gdje se koristi? Polonij je bio prvi radioaktivni metal korišten u istraživanju svemira. Prije 40-ak godina korišten je u termoelektričnim elementima satelita. Međutim, vrijeme poluraspada polonija-210 je samo 138 dana, što nije dovoljno. Stoga je zamijenjen plutonijem-238.

Metal se također koristio u izvorima neutrona. No, i tamo ga je zamijenio tricij, superteški radioaktivni izotop vodika.

Osim toga, polonij se koristio kao antistatik u uređajima za ispis. Dodan je kako bi se smanjio statički elektricitet karakterističan za polimerne materijale. Ali sada to više nije potrebno.

Općenito, proizvodnja ovog materijala odavno je prekinuta u mnogim zemljama. U Britaniji je dovršen 1960-ih. U SAD-u 1970-ih. U Kanadi je proizvodnja završila prije ranih 1980-ih, a jedino je u Kini trajala do 1990-ih. Posljednji proizvedeni polonij proizveden je u Sarovu, zatvorenom znanstvenom ruskom gradu u regiji Nižnji Novgorod.

Trovanje. Simptomi

Čak je i osvojiti milijardu dolara na lutriji lakše nego negdje pronaći polonij. Uostalom, njegova proizvodnja je klasificirana od strane vlade, a svaki mikrogram ekstrahirane tvari je strogo kontroliran. Međutim, ako se to nekako dogodilo, morate odmah djelovati.

Trovanje polonijem-210 nema očitih znakova. Ali od prvog kontakta tvar izaziva razvoj radijacijske bolesti, koja je popraćena simptomima radioaktivnog oštećenja. Pojavljuju se isti simptomi koji se opažaju u slučaju trovanja drugim visoko toksičnim metalima. Naime:

• Proljev, mučnina, povraćanje.
• Hipertenzija i tahikardija.
• Pad i umor.
• Deluzije, halucinacije i poremećaji svijesti.

Ovo su opći znakovi. Nakon nekog vremena počinje:

• Gubitak kose.
• Brzo starenje tijela.
• Zatajenje organa (počinje s jetrom i bubrezima).
• Potpuni poraz imunološkog sustava i za to odgovorne leukocitne formule.
• Nedostatak koštane srži i limfe.

Polonij-210, jednom u tijelu, ravnomjerno se "raspoređuje" po cijelom tijelu kroz krv. Homogena koncentracija uočena je nekoliko sati nakon incidenta. Odmah dolazi do poremećaja metaboličkih procesa, mogu se pojaviti konvulzije i psihoze, te problemi s motorikom. Srčani udari, krvave stolice, promjene tlaka, djelomična ili potpuna sljepoća - sve su to posljedice trovanja.

Kako nastaviti?

Može li se osoba spasiti od štetnog kontakta s ovom tvari ne ovisi o vremenu poluraspada polonija-210, pa čak ni o tome koliko je metala ili para bilo izloženo. I od liječenja i pravovremene pomoći. Evo kako postupiti:

• Ako dodirnete metal, odmah operite ovaj dio tijela velikom količinom praška za pranje ili sapuna za pranje rublja.
• Ako izotop uđe u jednjak, mora se odmah izazvati povraćanje. Budući da se računaju sekunde, za to se koriste potkožne injekcije apomorfina. I uzimanje laksativa - davanje klizme natrijevog i magnezijevog sulfata.

Naravno, prije toga morate nazvati hitnu pomoć. U takvim je slučajevima najvažnija kvalificirana medicinska skrb.

U roku od šest mjeseci do godinu dana, izotop se može izlučiti iz tijela putem bubrega. Ali za to vrijeme će se akumulirati i uzrokovati štetu (ćelavost, na primjer).

Ako se tvar uspjela apsorbirati u tkivo organa, liječnici koriste kemijske spojeve iz oksatiola i unitiola. Ovi lijekovi mogu "izvući" polonij-210 i osloboditi ga van. Žrtva će morati ostati na drip-u barem tjedan dana.

Slučajevi trovanja

Povijest ih poznaje samo dva. Jedan se dogodio 2006. godine - 43-godišnji Alexander Valterovich Litvinenko, potpukovnik sovjetske i ruske državne sigurnosti, koji je u to vrijeme bio u Londonu, otrovan je polonijem-210.

U noći 23. studenog stanje mu se naglo pogoršalo, a manje od 24 sata kasnije preminuo je. Aleksandrovo tijelo dugo nije otvarano jer je postojao strah od izlaganja liječnika zračenju. Izvršeni su detaljni očevidi. U njihovom okviru bilo je moguće otkriti tragove zračenja na mjestima gdje je Alexander bio prije nego što se razbolio.

Drugi slučaj nije tako jasan. Polonij-210 pronađen je u osobnim stvarima predsjednika Palestinske nacionalne samouprave po imenu Yassera Arafata, koji je umro 2004. godine.

Njegovo je tijelo čak ekshumirano, a švicarska strana međunarodnog povjerenstva je na temelju istraživanja potvrdila da je riječ o trovanju izotopom. No onda su promijenili odluku. Kao rezultat toga, ruska, francuska i švicarska strana došle su do zaključka da nema dokaza koji potvrđuju činjenicu trovanja polonijem, a slučaj je zatvoren.