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Polonium



Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Polonium, Po, 84
Serie Metalle
Gruppe, Periode, Block 16, 6, p
Aussehen silbrig
Massenanteil an der Erdhülle 2 · 10-14 %
Atomar
Atommasse 209,98 u
Atomradius (berechnet) 190 (135) pm
Kovalenter Radius - pm
Van-der-Waals-Radius - pm
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f145d106s26p4
Elektronen pro Energieniveau 2, 8, 18, 32, 18, 6
1. Ionisierungsenergie 812,1 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand fest
Modifikationen α-Po, β-Po
Kristallstruktur kubisch-primitiv (α-Po)
rhomboedrisch (β-Po)
Dichte 9,196 g/cm3
Magnetismus
Schmelzpunkt 527 K (254 °C)
Siedepunkt 1235 K (962 °C)
Molares Volumen 22,97 · 10-6 m3/mol
Verdampfungswärme 102 kJ/mol
Schmelzwärme 60,1 kJ/mol
Dampfdruck

0,0176 Pa bei 527 K

Schallgeschwindigkeit  ? m/s
Spezifische Wärmekapazität  ? J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit 2,19 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit 20 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände (-2) 2, 4, 6
Oxide (Basizität) PoO2 (amphoter)
Normalpotential 0,9 V (Po2+ + 2e- ? Po)
Elektronegativität 2,0 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP
208Po

{syn.}

2,898 a α 5,215 204Pb
ε 1,401 208Bi
209Po

{syn.}

103 a α 4,979 205Pb
ε 1,893 209Bi
210Po

99,998 %

138,376 d α 5,407 206Pb
211Po

6 · 10-12 %

0,516 s α 7,595 207Pb
211mPo

{syn.}

25 s α 9,057 207Pb
IT 1,462 211Po
212Po

2·10-14 %

304 ns α 8,78 208Pb
212mPo

{syn.}

45,1 s α 11,8 208Pb
IT 2,922 212Po
213Po

{syn.}

4 µs α 8,5 209Pb
214Po

1 · 10-11 %

164 µs α 7,69 210Pb
215Po

7 · 10-12 %

1,781 ms α 7,526 211Pb
β 0,721 215At
216Po

1 · 10-8 %

0,15 s α 6,78 212Pb
217Po

{syn.}

2s α 6,7 213Pb
218Po

1,6 · 10-5 %

3,05 min α 6,00 214Pb
NMR-Eigenschaften
unbekannt
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung
keine Gefahrensymbole
[1]
R- und S-Sätze R: keine R-Sätze[2]
S: keine S-Sätze[3]
weitere Sicherheitshinweise
Radioaktvität
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Radioaktives Element
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Polonium ist ein radioaktives chemisches Element mit der Ordnungszahl 84 und dem Elementsymbol Po. Es wird der Elementgruppe der Chalkogene zugeordnet.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Polonium wurde 1898 entdeckt. Seine Entdeckerin Marie Curie nannte es zu Ehren ihres Heimatlandes Polen (lateinisch: Polonia) Polonium. Marie Curie verzichtete auf die Patentierung des Gewinnungsverfahrens, damit die Erforschung dieses Elements ungehindert weitergehen konnte. Für die Entdeckung und Beschreibung von Polonium (zusammen mit Radium) erhielt Marie Curie 1911 den Nobelpreis für Chemie.

Gewinnung und Herstellung

Poloniumisotope sind Zwischenprodukte der Thorium-Reihe und der Uran-Radium-Reihe, wobei letztere das häufigste Isotop 210Po produziert. Polonium kann daher bei der Aufarbeitung von Pechblende gewonnen werden (1000 Tonnen Uranpechblende enthalten etwa 0,03 Gramm Polonium [4]). Dabei reichert es sich zusammen mit Bismut an. Von diesem Element kann man es anschließend mittels fraktionierter Fällung der Sulfide (Poloniumsulfid ist schwerer löslich als Bismutsulfid) trennen.

Heutzutage erfolgt die Herstellung von Polonium jedoch im Kernreaktor durch Neutronenbeschuss von Bismut:

\mathrm{{ }^{209}Bi + n \rightarrow { }^{210}Bi \rightarrow { }^{210}Po + \beta^-}

Die Halbwertszeit t1/2 für den Betazerfall von 210Bi liegt bei 5,01 Tagen. Durch Destillation werden die beiden Elemente anschließend getrennt (Siedepunkt von Polonium: 962 °C; Siedepunkt von Bismut: 1564 °C). Die Weltjahresproduktion beträgt ca. 100 g [5].

Eigenschaften

  Polonium ist ein silberweiß glänzendes Metall. Als einziges Metall weist die α-Modifikation eine kubisch-primitive Kristallstruktur auf. Dabei sind nur die Ecken eines Würfels mit Polonium-Atomen besetzt. Diese Kristallstruktur findet man sonst nur noch bei den Hochdruckmodifikationen von Phosphor und Antimon.

Die chemischen Eigenschaften sind vergleichbar mit denen seines linken Perioden-Nachbarn Bismut. Es ist metallisch leitend und edler als Silber.

Polonium löst sich in Säuren wie Salzsäure, Schwefelsäure oder Salpetersäure.

Isotope

Bekannt sind die Polonium-Isotope 190Po bis 218Po[6], welche ausnahmslos radioaktiv sind. Die Halbwertszeiten sind recht unterschiedlich und reichen von etwa 3·10-7 Sekunden für 212Po bis zu 103 Jahren für 209Po. Das wichtigste, natürlich vorkommende Isotop 210Po hat eine Halbwertszeit von 138 Tagen und zerfällt unter Aussendung von Alpha-Strahlung in das Blei-Isotop 206Pb.

Radiotoxikologische Bedeutung

Die größte Gefährdung stellt Polonium als Zerfallsprodukt des radioaktiven Edelgases Radon dar. Radon in der Atemluft erhöht das Risiko, an Lungenkrebs zu erkranken. Die eigentliche Ursache ist nicht das Radongas, sondern die Inhalation der kurzlebigen Radonzerfallsprodukte, die sich im Gegensatz zum gasförmigen Radon im Atemtrakt anreichern. Die unter den Zerfallsprodukten befindlichen Poloniumisotope 210Po, 212Po, 214Po, 216Po und 218Po haben die größte radiologische Wirkung, weil sie Alphateilchen aussenden.

Während Alpha-Strahlung etwa bei äußerer Einwirkung bereits von der Haut abgeschirmt wird, wirkt sie auf den Menschen stark schädigend, wenn Alpha-Strahler in den Körper gelangen. Über den Blutstrom verteilt sich das Polonium im Körpergewebe. Die zerstörerische Wirkung macht sich als Strahlenkrankheit zunächst an Zellen bemerkbar, die sich häufig teilen (z. B. Darmepithelien, Knochenmark). Zu den typischen Symptomen gehören neben Alopezie und allgemeiner Schwäche auch Diarrhö, Anämie sowie Blutungen aus Nase, Mund, Zahnfleisch und Rektum.

Polonium wird vom menschlichen Körper mit einer biologischen Halbwertszeit von ca. 50 Tagen ausgeschieden [7], so dass alle wichtigen Isotope vollständig oder zu einem signifikanten Anteil im menschlichen Körper zerfallen. Darüber hinaus sind Inkorporationen von außen nur schwer zu entdecken und eine Diagnose schwierig, da kaum Gammastrahlung emittiert wird. Reste und Zerfallsprodukte finden sich größtenteils im Kot sowie zu rund 10 % im Urin.

Einer speziellen Polonium-Exposition sind Raucher ausgesetzt. Als mögliche Quellen kommen sowohl die im Tabakanbau eingesetzten Phosphatdüngemittel als auch eine Adsorption atmosphärischer Einträge durch die Tabakpflanzen in Frage. Die Anteile der Teer-Kanzerogene und der radioaktiven Exposition am Prozess der Krebsentstehung werden kontrovers diskutiert.[8][9]

Der Autor Michael Karpin führt den Tod des Physikprofessors Dror Sadeh und mehreren seiner Mitarbeiter am Weizmann Institut in Israel zwischen 1957 und 1969 auf ein Entweichen von radioaktivem Polonium zurück[10].

Im November 2006 kam das Isotop 210Po dadurch in die internationalen Schlagzeilen, dass der ehemalige russische Geheimdienstagent Alexander Walterowitsch Litwinenko durch diese Substanz starb.

Verwendung

Polonium wird in Verbindung mit Beryllium in transportablen Neutronenquellen benutzt. Dabei wird die Kernreaktion 9Be(α, n)12C zur Erzeugung freier Neutronen genutzt.

In manchen industriellen Ionisatoren wird 210Po eingesetzt, z. B. in Anlagen, in denen Papier, Textil oder synthetische Materialien gerollt werden, oder wenn optische Linsen von statischen Aufladungen befreit werden sollen.

Die Zündstifte der Firestone-Zündkerzen enthielten um 1940 in den USA das radioaktive Schwermetall. Es sollte die Luft ionisieren und damit die Dauer des Zündfunkens verlängern.

210Po entwickelt 140 Watt Wärme pro Gramm[11] weshalb es historisch auch in kurzlebigen Radioisotopengeneratoren eingesetzt wurde wie z. B. in frühen Satelliten[12]. Heute kommen i. A. nur noch langlebigere Isotope anderer Elemente zum Einsatz.

Auch in Kernwaffen wurde Polonium als Neutronenquelle eingesetzt. So wurden zum Beispiel in den amerikanischen Atombomben Little Boy und Fat Man, die auf Hiroshima und Nagasaki abgeworfen wurden, Initiatoren aus Polonium und Beryllium zum Start der Kettenreaktion verwendet.

Verbindungen

Sauerstoffverbindungen

Poloniumdioxid, (PoO2)x, ist wie das Oxid des Gruppennachbarn Tellur (Tellurdioxid, (TeO2)x) eine ionische Verbindung, die in einer gelben und einer roten Modifikation auftritt. Weiterhin kennt man Poloniumtrioxid (PoO3).

Sulfide

Schwarzes Poloniumsulfid (PoS) erhält man durch Fällung von in Säure gelöstem Polonium mit Schwefelwasserstoff.

Wasserstoffverbindungen

Poloniumwasserstoff (H2Po) ist eine bei Raumtemperatur flüssige Wasserstoff-Verbindung, von der sich zahlreiche Polonide ableiten lassen.

Halogenide

Poloniumhalogenide kennt man mit den Summenformeln PoX2, PoX4 und PoX6. Zu nennen sind Poloniumdifluorid, Poloniumdichlorid (rubinrot), Poloniumdibromid (purpurbraun) und Poloniumtetrafluorid, hellgelbes Poloniumtetrachlorid, rotes Poloniumtetrabromid, schwarzes Poloniumtetraiodid sowie das weiße, leicht flüchtige Poloniumhexafluorid.

Einzelnachweise

  1. Anhang I der Richtlinie RL 67/548/EWG der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin
  2. Anhang I der Richtlinie RL 67/548/EWG der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin
  3. Anhang I der Richtlinie RL 67/548/EWG der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin
  4. Holleman, Wiberg; Lehrbuch der Anorganischen Chemie; 101. Auflage; S.635
  5. http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2006/November/27110601.asp
  6. http://atom.kaeri.re.kr/cgi-bin/nuclide?nuc=Po Polonium Daten bei KAERI (Einem koreanischen Kernforschungsinstitut)
  7. http://hpschapters.org/northcarolina/NSDS/210PoPDF.pdf Gefahrenhinweise zu Polonium 210
  8. http://www.sueddeutsche.de/panorama/artikel/367/32335/print.html
  9. http://www.qualm-nix.de/umwelt.htm
  10. Michael Karpin, The bomb in the basement: How Israel went nuclear and what that means for the world, Simon and Schuster, 2006, ISBN 0-7432-6594-7,
  11. http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,451726,00.html Polonium der strahlende Killer
  12. http://www.ohio.doe.gov/oh_seb/docs/isotopes.pdf Ausführlicher Bericht über Gewinnung und frühe Verwendung von Polonium (und anderen Elementen).


 
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