Полоний (Po)
ПолуметаллТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
[209]Электронная конфигурация
[Xe] 6s2 4f14 5d10 6p4Температура плавления
253,85 °CТемпература кипения
961,85 °CПлотность
9320 kg/m³Степени окисления
−2, +2, +4, +5, +6Электроотрицательность (по Полингу)
2Энергия ионизации (1-я)
8,41807 eVГод открытия
1898Атомный радиус
190 pmПодробные сведения
Полоний — очень редкий, высокорадиоактивный халькоген под теллуром в группе 16. В природе он встречается лишь в ничтожно малых количествах как часть цепочек распада урана и тория, главным образом через такие изотопы, как ²¹⁰Po. Его химия сочетает металлический характер с поведением халькогена, а его значение связано главным образом с интенсивной альфа-радиоактивностью, а не с обычным использованием в материаловедении.
Полоний-210 — это металл с низкой температурой плавления, довольно летучий, 50% которого испаряется на воздухе за 45 часов при 55°C. Он является альфа-излучателем с периодом полураспада 138,39 суток. Один миллиграмм испускает столько же альфа-частиц, сколько 5 г радия.
Энергия, выделяющаяся при его распаде, настолько велика (140 Вт/г), что капсула, содержащая около половины грамма, нагревается до температуры выше 500C. Капсула также характеризуется контактной мощностью дозы гамма-излучения 0,012 Гр/ч. Несколько кюри (1 кюри = 3.7 x 1010 Бк) полония дают голубое свечение, вызванное возбуждением окружающего газа.
Полоний легко растворяется в разбавленных кислотах, но лишь слабо растворим в щелочах. Соли полония органических кислот быстро обугливаются; галогенангидриды аминов восстанавливаются до металла.
Полоний был открыт Марией Склодовской-Кюри, польским химиком, в 1898 году. Она получила полоний из урановой смоляной обманки, материала, содержащего уран, после того как заметила, что необогащенная смоляная обманка была более радиоактивной, чем выделенный из нее уран. Она сделала вывод, что смоляная обманка должна содержать по крайней мере еще один радиоактивный элемент. Кюри пришлось переработать несколько тонн смоляной обманки, чтобы получить крошечные количества полония и радия, еще одного радиоактивного элемента, открытого Кюри. В одной тонне урановой руды содержится лишь около 100 микрограммов (0,0001 грамма) полония. Из-за редкости полоний обычно получают путем облучения висмута-209 нейтронами в ядерном реакторе. При этом образуется висмут-210, период полураспада которого составляет 5 дней. Висмут-210 распадается в полоний-210 через бета-распад. Этим методом были получены миллиграммовые количества полония-210.
Полоний-210 является очень сильным источником альфа-частиц. Один грамм полония-210 выделяет 140 Вт тепловой энергии и рассматривается как легкий источник тепла для термоэлектрического питания космических аппаратов. Период полураспада полония-210 составляет 138,39 дня.
Наиболее стабильный изотоп полония, полоний-209, имеет период полураспада 102 года. Он распадается в свинец-205 через альфа-распад. Полоний-209 доступен в Oak Ridge National Laboratory по цене около 3200 долларов за микрокюри.
Назван в честь Польши, родины мадам Кюри. Полоний, также называемый радием F, был первым элементом, открытым Кюри в 1898 году при поиске причины радиоактивности смоляной обманки из Яхимова, Богемия. Электроскоп показал, что он выделяется вместе с висмутом.
Макроскопический полоний трудно обрабатывать и наблюдать, поскольку он самонагревается и быстро накапливает радиационные повреждения. Чистый элемент описывается как серебристый металл; известно два твёрдых аллотропных модификации вблизи обычных температур, включая простую кубическую форму, необычную среди элементов.
Полоний не имеет широкого коммерческого применения. Исторически ²¹⁰Po использовали в нейтрализаторах статического электричества и в источниках нейтронов при смешении с бериллием, где альфа-частицы вызывают испускание нейтронов. Такие применения в значительной степени заменены или строго ограничены из-за радиационного риска и регуляторной нагрузки. Небольшие количества по-прежнему важны для калибровки, специализированных исследований и унаследованных герметичных источников.
Полоний можно использовать для устранения статического электричества в машинах, возникающего в процессах, таких как прокатка бумаги, проволоки или листового металла, хотя для этой цели чаще применяются другие материалы, испускающие бета-частицы. Полоний также используется в щётках для удаления пыли с фотоплёнок, хотя полоний должен быть тщательно герметизирован, чтобы защитить пользователя от загрязнения. Полоний также соединяют с бериллием для получения источников нейтронов.
Поскольку почти всё альфа-излучение задерживается внутри твёрдого источника и его контейнера, отдавая свою энергию, полоний привлёк внимание как лёгкий источник тепла для термоэлектрической энергии в космических спутниках.
Полоний можно смешивать или легировать с бериллием для получения источника нейтронов. Элемент использовался в устройствах для устранения статических зарядов на текстильных фабриках и т. д.; однако бета-источники используются гораздо чаще и менее опасны. Он также используется в щётках для удаления пыли с фотоплёнок. Полоний для этих целей тщательно герметизируется и контролируется, что сводит опасности для пользователя к минимуму.
Изотопы в промышленности
210Po (с периодом полураспада 138 дней) используется как статический нейтрализатор для устранения статического электричества в машинах. Это полезно в оборудовании, которое легко накапливает электричество, например при прокатке бумаги, производстве листовых пластиков и прядении синтетических волокон, которые все легко накапливают статическое электричество [75] J. Peterson, M. McDonell, L. Haroun, F. Monette, R. D. Hildebrand, A. Taboas. Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Prepared by Argonne National Laboratory Environmental Science Division in collaboration with U.S. Department of Energy, Richland Operations Office and Chicago Operations Office (2014), Feb. 22; http://www.remm.nlm.gov/ANL_ContaminantFactSheets_All_070418.pdf., [563] United States Nuclear Regulatory Commission. Backgrounder on Polonium-210, United States Nuclear Regulatory Commission (2017), April 8; http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/fact-sheets/polonium.html.. 210Po также может использовать свои свойства статического нейтрализатора, когда применяется в щётках, предназначенных для очистки объективов фотоаппаратов и фотоплёнок (рис. IUPAC.84.1) [75] J. Peterson, M. McDonell, L. Haroun, F. Monette, R. D. Hildebrand, A. Taboas. Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Prepared by Argonne National Laboratory Environmental Science Division in collaboration with U.S. Department of Energy, Richland Operations Office and Chicago Operations Office (2014), Feb. 22; http://www.remm.nlm.gov/ANL_ContaminantFactSheets_All_070418.pdf.. 210Po использовался для изготовления ядерного оружия. В сочетании с бериллием полоний может служить инициатором, производящим нейтроны. Однако из-за короткого периода полураспада 210Po больше не используется таким образом [75] J. Peterson, M. McDonell, L. Haroun, F. Monette, R. D. Hildebrand, A. Taboas. Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Prepared by Argonne National Laboratory Environmental Science Division in collaboration with U.S. Department of Energy, Richland Operations Office and Chicago Operations Office (2014), Feb. 22; http://www.remm.nlm.gov/ANL_ContaminantFactSheets_All_070418.pdf..
Химия полония наиболее известна степенями окисления −2, +2, +4 и +6, причем +4 часто заметна в водной и галогенидной химии. К числу репрезентативных соединений относятся диоксид полония PoO₂, тетрахлорид полония PoCl₄ и гидрид полония H₂Po — нестабильный водородный халькогенид. Полониды образуются с электроотрицательными металлами, однако многие соединения трудно изучать из-за радиолиза и самонагрева, изменяющих образцы.
See more information at the Polonium compound page.
Полоний представляет собой экстремальную внутреннюю радиологическую опасность, особенно ²¹⁰Po, являющийся альфа-излучателем. Альфа-частицы останавливаются кожей или тонкими барьерами, но материал, попавший при вдыхании, проглатывании или через рану, может создавать тяжёлые локальные дозы. Элемент также химически токсичен, хотя в большинстве оценок риска доминирует излучение. Работа требует герметичного удержания, контроля загрязнения и изотоп-специфического мониторинга.
Плутоний-210 очень опасен при обращении даже в миллиграммовых или микрограммовых количествах, и требуется специальное оборудование и строгий контроль. Повреждение возникает вследствие полного поглощения энергии альфа-частицы тканью.
Природный полоний непрерывно образуется в рядах распада урана и тория и присутствует в следовых количествах в горных породах, почвах, морской воде и атмосфере. ²¹⁰Po может переноситься через воздух, воду и пищевые цепи, часто следуя за частицами и химическими путями, подобными сере или селену. Он распадается, а не сохраняется неограниченно долго, но локальные концентрации могут иметь значение в биологических и радиологических исследованиях.
Полоний не является предметом торговли как массовый товар. Пригодный к использованию ²¹⁰Po получают в специализированных ядерных установках, обычно путём нейтронного облучения висмута с образованием ²¹⁰Bi, который распадается до ²¹⁰Po, с последующим радиохимическим разделением. Поставки ограничиваются коротким периодом полураспада, лицензированием, требованиями безопасности и затратами на обращение, а не доступностью руды. Замещение менее опасными технологиями резко сократило обычный спрос, поэтому производство невелико и носит целевой характер.
Полоний — очень редкий природный элемент. Урановые руды содержат лишь около 100 микрограммов этого элемента на тонну. Его распространенность составляет всего около 0,2% от распространенности радия.
В 1934 году ученые обнаружили, что при бомбардировке природного висмута (209Bi) нейтронами получался 210Bi, предшественник полония. В настоящее время таким способом, используя высокие потоки нейтронов ядерных реакторов, можно получать полоний в количествах до миллиграммов.
Полоний не имеет стабильных изотопов, поэтому первичный полоний давно распался. В космосе он ожидается только как временный продукт цепочек радиоактивного распада или путей нуклеосинтеза, включающих тяжёлые ядра. Любое обнаруживаемое количество в планетарных материалах отражает недавнее образование из более долгоживущих актинидов, а не независимую космическую распространённость.
- ²¹⁰Po имеет период полураспада около 138 дней, что сильно ограничивает хранение и распространение.
- Полоний был идентифицирован Марией и Пьером Кюри в остатках урановой смоляной обманки в 1898 году.
- Название было дано в честь Польши, которая тогда не была независимым государством.
- Элементарный полоний может нагреваться за счёт тепла собственного альфа-распада.
- Источник на полонии-бериллии производит нейтроны без необходимости использования реактора во время применения.
- Простая кубическая α-модификация полония редко встречается среди кристаллических структур элементов.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 190 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 140 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 197 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 9320 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0227 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 253,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 961,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Простая кубическая Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 2 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Электроотрицательность (по Аллену)
- 2,19
- Сродство к электрону
- 1,9 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 8,41807 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 19,300066 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 27,300094 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 36,000124 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 57,000196 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- −2, +2, +4, +5, +6 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 6 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p4
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,13473597 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 1,057159 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 1,824118 eV
- Теплота атомизации
- 1,824118 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 84 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 125 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 42 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 0 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Массовое число (наиболее стабильный изотоп)
- 209
- Наиболее стабильный изотоп
- Po-209
- Год открытия
- 1898
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 2e-10 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
- Содержание в океане
- 1,5 × 10−14 мг/л Сравнить Содержание в океане у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 335 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 32, 18, 6 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-08-6 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 3P2
- InChI
- InChI=1S/Po
- Ключ InChI
- HZEBHPIOVYHPMT-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Po: 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁴[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁴1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁴Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
Стабильных изотопов нет.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 211 Радиоактивный | 210,9866536 ± 0,0000014 | Нет данных | 516 мс |
| 193 Радиоактивный | 192,991026 ± 0,000037 | Нет данных | 399 мс |
| 194 Радиоактивный | 193,988186 ± 0,000014 | Нет данных | 392 мс |
| 212 Радиоактивный | 211,9888684 ± 0,0000013 | Нет данных | 294.4 ns |
| 188 Радиоактивный | 187,999416 ± 0,000021 | Нет данных | 270 us |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 228,9 °C ниже температуры плавления (253,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 84. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Po I | 0 | 37 | 0 | 4 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Po I | 0 | 33 |
| Po II | +1 | 2 |
| Po III | +2 | 2 |
| Po IV | +3 | 2 |
| Po V | +4 | 2 |
| Po VI | +5 | 2 |
| Po VII | +6 | 2 |
| Po VIII | +7 | 2 |
| Po IX | +8 | 2 |
| Po X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +4 | 6 | Нет данных | 94 пм |
| +4 | 8 | Нет данных | 108 пм |
| +6 | 6 | Нет данных | 67 пм |
Соединения
Изотопы (5)
Twenty five isotopes of polonium are known, with atomic masses ranging from 194 to 218. Polonium-210 is the most readily available. Isotopes of mass 209 (half-life 103 years) and mass 208 (half-life 2.9 years) can be prepared by alpha, proton, or deuteron bombardment of lead or bismuth in a cyclotron, but these are expensive to produce.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 211 Радиоактивный | 210,9866536 ± 0,0000014 | Нет данных | 516 мс | α =100% | |
| 193 Радиоактивный | 192,991026 ± 0,000037 | Нет данных | 399 мс | α ≈100%β+ ? | |
| 194 Радиоактивный | 193,988186 ± 0,000014 | Нет данных | 392 мс | α ≈100%β+ ? | |
| 212 Радиоактивный | 211,9888684 ± 0,0000013 | Нет данных | 294.4 ns | α =100% | |
| 188 Радиоактивный | 187,999416 ± 0,000021 | Нет данных | 270 us | α ≈100%β+ ? |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 145 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 135 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, тройная связь)
- 129 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Truhlar
- 197 pm
- UFF
- 470,9 pm
- MM3
- 259 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 250 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 103
- Pettifor
- 91
- Glawe
- 93
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Gunnarsson–Lundqvist
- 6
- Robles–Bartolotti
- 4
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 44 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 4 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 424 Ha·Bohr6
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 527,15 K |
| Температура кипения | 1235,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (15)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,6232 |
| 2 | p | 4,5428 |
| 2 | s | 22,0782 |
| 3 | d | 13,428 |
| 3 | p | 23,2851 |
| 3 | s | 24,3813 |
| 4 | d | 36,3328 |
| 4 | f | 37,8416 |
| 4 | p | 36,3328 |
| 4 | s | 35,4784 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (3)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 4 | VI | 108 | from r^3 vs V plots, | |
| 4 | VIII | 122 | from r^3 vs V plots, | |
| 6 | VI | 81 | Ahrens (1952) ionic radius, |
Типы распада изотопов (71)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 186 | A | 100% |
| 186 | p | — |
| 187 | A | 100% |
| 187 | B+ | — |
| 188 | A | 100% |
| 188 | B+ | — |
| 189 | A | 100% |
| 189 | B+ | — |
| 190 | A | 100% |
| 190 | B+ | — |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (516)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 4,92763 |
| 10,1617 | — | 4,95784 |
| 10,3261 | — | 4,98823 |
| 10,4931 | — | 5,01881 |
| 10,6628 | — | 5,04957 |
| 10,8353 | — | 5,10634 |
| 11,0106 | — | 5,17368 |
| 11,1886 | — | 5,24191 |
| 11,3696 | — | 5,31104 |
| 11,5535 | — | 5,38108 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
2×10-10 milligrams per kilogram
Источники (1)
- [5] Polonium https://education.jlab.org/itselemental/ele084.html
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
1.5×10-14 milligrams per liter
Источники (1)
- [5] Polonium https://education.jlab.org/itselemental/ele084.html
Источники
Sources of this element.
Polonium is a very rare natural element. Uranium ores contain only about 100 micrograms of the element per ton. Its abundance is only about 0.2% of that of radium.
In 1934, scientists discovered that when they bombarded natural bismuth (209Bi) with neutrons, 210Bi, the parent of polonium, was obtained. Milligram amounts of polonium may now be prepared this way, by using the high neutron fluxes of nuclear reactors.
Источники (1)
- [6] Polonium https://periodic.lanl.gov/84.shtml
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Polonium.
The element property data was retrieved from publications.