Polonium

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P: siehe oben

Radioaktivität

Radioaktives Element

Polonium ist ein radioaktives chemisches Element mit dem Elementsymbol Po und der Ordnungszahl 84. Im Periodensystem steht es in der 6. Hauptgruppe, bzw. der 16. IUPAC-Gruppe, wird also den Chalkogenen zugeordnet.

Geschichte

Die Existenz eines sehr stark strahlenden Elements in Uran-haltiger Pechblende wurde erstmals 1898 vom Ehepaar Pierre und Marie Curie postuliert. Zu Ehren von Marie Curies Heimat Polen nannten sie es Polonium (vom lateinischen Wort „Polonia“). Eine Isolierung gelang ihnen nicht, sondern erst 1902 dem Chemiker Willy Marckwald, der dieses Element als Radiotellur charakterisierte. 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). 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 t_½ 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). Eine andere Methode ist die Extraktion mit Hydroxidschmelzen bei Temperaturen um 400 °C. Die Weltjahresproduktion beträgt ca. 100 g.

Eigenschaften

Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Polonium, Po, 84
Serie	Metalle
Gruppe, Periode, Block	16, 6, p
Aussehen	silbrig
CAS-Nummer	7440-08-6 (²⁰⁹Po)
Massenanteil an der Erdhülle	2,1 · 10⁻¹¹ ppm
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Modifikationen	α-Po, β-Po
Kristallstruktur	kubisch-primitiv (α-Po) rhomboedrisch (β-Po)
Dichte	9,196 g/cm³
Schmelzpunkt	527 K (254 °C)
Siedepunkt	1235 K (962 °C)
Molares Volumen	22,97 · 10⁻⁶ m³/mol
Verdampfungswärme	ca. 100 kJ/mol
Schmelzwärme	ca. 13 kJ/mol
Elektrische Leitfähigkeit	2,5 · 10⁶ A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit	20 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	(−2), 2, 4, 6
Oxide (Basizität)	PoO₂ (amphoter)
Normalpotential	0,37 V (Po²⁺ + 2 e⁻ → Po)
Elektronegativität	2,0 (Pauling-Skala)

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 steht mit seiner Redox-Edelheit zwischen Rhodium und Silber.

Polonium löst sich in Säuren wie Salzsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure unter Bildung des rosaroten Po²⁺-Ions. Po²⁺-Ionen in wässrigen Lösungen werden langsam zu gelben Po⁴⁺-Ionen oxidiert, da durch die Alphastrahlung des Poloniums im Wasser oxidierende Verbindungen gebildet werden.

Isotope

Bekannt sind von den Polonium-Isotopen, die alle radioaktiv sind, die Isotope ¹⁹⁰Po bis ²¹⁸Po. Die Halbwertszeiten sind recht unterschiedlich und reichen von etwa 3·10⁻⁷ Sekunden für ²¹²Po bis zu 103 Jahren für das künstlich hergestellte ²⁰⁹Po.

Das häufigste, natürlich vorkommende Isotop ²¹⁰Po hat eine Halbwertszeit von 138 Tagen und zerfällt unter Aussendung von Alpha-Strahlung in das Blei-Isotop ²⁰⁶Pb. Wegen dieser geringen Halbwertszeit erfolgt aber die Gewinnung des industriell genutzten ²¹⁰Po überwiegend künstlich in Kernkraftwerken.

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 Radon, 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 obersten Hautschicht aus abgestorbenen Zellen 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 Haarausfall 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. Reste und Zerfallsprodukte finden sich größtenteils im Kot sowie zu rund 10 % im Urin. Darüber hinaus sind Inkorporationen von außen nur schwer zu entdecken und eine Diagnose schwierig, da kaum Gammastrahlung emittiert wird.

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.

Verwendung

Polonium wird in Verbindung mit Beryllium in transportablen Neutronenquellen benutzt. Dabei wird folgende Kernreaktion zur Erzeugung freier Neutronen genutzt:

$\mathrm {{}_{4}^{9}Be+{}_{2}^{4}\alpha \to {}^{1}{}_{6}^{2}C+{}_{0}^{1}n}$

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, daher wurde es in kurzlebigen Radionuklidbatterien, etwa für die sowjetischen Mondfahrzeuge Lunochod 1 und Lunochod 2 eingesetzt. Die Wärmeleistung genügt, um einen Poloniumkörper zum Schmelzen zu bringen. Heute kommen im Allgemeinen nur noch langlebigere Isotope anderer Elemente zum Einsatz.

Auch in Kernwaffen diente Polonium als Neutronenquelle. 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.

Polonium als Gift

2006 starb der ehemalige FSB-Agent, der zum britischen Geheimdienst MI6 übergelaufen war, und spätere Putin-Kritiker Alexander Litwinenko an den Folgen einer durch ²¹⁰Po verursachten Strahlenkrankheit. Das Polonium war ihm vermutlich über kontaminierten Tee verabreicht worden.

Ab Juli 2012 wurden mehrere Studien veröffentlicht, die sich mit einer möglichen Vergiftung des 2004 verstorbenen Palästinenserpräsidenten Jassir Arafat mit ²¹⁰Po befassen.

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 sowie das schwarze Poloniumtetraiodid. Die Synthese von Poloniumhexafluorid (PoF₆) wurde 1945 versucht, führte aber zu keinen eindeutigen Ergebnissen, der Siedepunkt wurde auf −40 °C geschätzt.

Basierend auf einem Artikel in:

Wikipedia.de