钋

化學元素
钋是一種銀白色金屬,能在黑暗中發光,由著名科學家居裡夫人與丈夫皮埃爾·居裡在1898年發現,為了紀念居裡夫人的祖國波蘭,兩人對這種元素命名為钋。钋是目前已知最稀有的元素之一,在地殼中含量約為100萬億分之一,钋主要通過人工合成方式取得。钋是世界上最毒的物質之一。[1]
    中文名:钋 外文名: 别名: 符号:Po 序号:84 族:16族(VIA) 周期:6 元素分區:p 原子質量:209原子量單位 密度:9196kg/m3 熔點:527K254°C)℃ 沸點:1235K(962°C)℃

發現曆史

1898年皮埃爾·居裡與居裡夫人·居裡在處理鈾礦時發現钋元素,居裡夫人·居裡為紀念自己祖國波蘭(拉丁文:Polonia),把這種新元素定名為钋。

居裡夫人研究鈾射線的存在,她制作了一種測量鈾射線的儀器平面電容器。她收集到各種各樣的物質,從實驗室弄到一切已知元素的化學純淨鹽和氧化物,包括幾種稀有的比黃金昂貴得多的鹽,還有博物館贈送的采自世界各地的礦物标本,她和她的丈夫就是在一個廢棄的大闆屋裡進行工作。

居裡夫人把這種物質一一放到電容器的金屬片上,觀看電容器上的讀數。可是電容器下的那片金屬片上雖然已經更換了成百種物質,電流計上的指針始終沒有擺動。居裡夫人不怕失敗,繼續進行實驗。最後金屬片上放了钍的化合物,電流計上的指針終于擺動了。原來钍和钍的化合物也能放射看不見得光線。

然後他們進行了一系列的實驗,發現鈾的射線比一切鈾的化合物的都強。

奇怪的事情發生了:把瀝青和銅鈾雲母分别放到那片金屬片上時電流計反映出來的電流比鈾反映出來的要強的多,這意味着這兩種物質裡可能存在着另一種能夠射出射線的元素。

居裡夫人又人工合成了銅鈾雲母,就成分看它和天然的相同,含鈾量也相同。可是,當人造的含鈾雲母研成粉末,撒到那金屬片上時,它的射線比天然的礦物弱18%。這說明,在天然的銅鈾雲母礦中,存在着一種活潑的物質,它的射線比鈾的更強。這兩位科學家繼續研究。開始探索新射線的奧妙。

居裡夫人決心把那謎一般的物質從瀝青鈾礦裡提煉出來。他們把礦石溶解在酸裡,再往裡面通進硫化氫,溶液底部沉積了各種金屬硫化物,沉積物裡含有鉛、銅、砷、铋。那透明溶液是鈾、钍、鋇和瀝青油礦所含的其他幾種成分。他們把沉澱物和溶液分别放到那金屬片上實驗,結果是沉澱物發射的射線更強。這說明那種物質是在沉澱物裡。

居裡夫人把沉澱物裡的雜質一一除去以後,剩下來的那一部分物質所發出的射線比鈾發出的要強400倍。這一部分裡有很多的铋,還有很多的未知物質,不過還不能把它們分離出來。

1898年7月,居裡夫人向法國科學院提出了一份工作報告,肯定的指出他們已經發現了一種新元素,其同铋相似,卻能夠自發的放射出一種強大的不可見射線,他們把這種元素命名為“钋”。

貝蒙成功地研究了這個未知元素的光譜。

1902年德國化學家馬克瓦爾德将一片光滑的铋片浸放在自瀝青礦分離的铋溶液中,發現一種有很高放射性的物質沉積在铋片上。他認為這是一種新元素,命名它為radiotellurium。radio是“放射”;tellurium是“碲”。二者綴合就是“射碲”。他指出:“我所以将這一新物質暫時命名為射碲,是因為它的所有化學性質适合将它放置在當時還沒有被占的元素周期表中第Ⅳ族格子中,即原子量比铋稍高的那個元素……。這種元素比铋的電負性較大,但比碲的電正性較大。

它的氧化物也應該具有堿性,而不是酸性。這種物質預期的原子量約為210。”在元素周期表中第Ⅳ族中原子量比铋稍高的正應當是钋。馬克瓦爾德指出居裡夫婦發現的钋是幾種放射性元素的混合物。1903年馬克瓦爾德從15噸的礦物中提取出3毫克射碲的鹽,用電解法從這鹽溶液中把射碲分離出來。這引起一場關于钋和射碲的真實性的辯論,明确钋和射碲是同一元素。钋的名稱被保留下來。

理化性質

物理性質

钋(Polonium)是一種化學元素,它的符号是Po,原子序數為84,它是呈銀白色的金屬。金屬單質,外觀與鉛相似,質軟。是極稀有的放射性金屬。溶于濃硫酸、硝酸、稀鹽酸、王水和稀氫氧化鉀溶液。已知道钋元素有25個同位素,它們的質量數由192至218,钋210是當中顯著的一個同位素,具放射性特征,會釋出放射性阿爾法粒子。其半衰期很短,隻有138天。

化學性質

較同族碲金屬性強。外圍電子排布6S26p4。

钋的化學性質與碲類似。钋溶于硝酸可以形成正鹽Po(NO3)4和各種堿式鹽,溶于硫酸隻生成簡單陽離子的硫酸鹽。當钋溶于鹽酸時,起初生成氯化亞钋(PoCl2),但由于α輻射分解溶劑産生臭氧,钋(II)被迅速氧化成钋(IV)。钋不和硫直接作用。

钋的化合物易于水解并還原。[原子共價半徑167皮米,Po6+67皮米,第一電離能818kJ/mol,電負性2.0。主要氧化數+2、+4、+6。钋的氧化态有+6,+4,+3,+2,0和-2,+4和+6為最常見價态。

钋在250℃與氧反應生成二氧化钋,溶于鹽酸、硫酸和硝酸生成PoIV鹽。钋在400~600℃與堿反應生成M2Po和M2PoO3,可被氧化為M2PoO4。Po4+極易水解成為膠體,可形成很多配合物。

所有钋的同位素都是放射性的。已知有兩種同位素異形體:α-Po為單正方體;β-Po為單菱形體。在約36℃時,發生α-Po轉化為β-Po的相變。物理性質似铊、鉛、铋。溶于稀硝酸和稀氫氧化鉀。钋是世界上最稀有的元素(天然存在的)。

同位素:钋有三種同位素,都有放射性。钋同位素中最普遍、最易得的是钋210,其半衰期僅有134天,其放射性比鐳大近5000倍。钋-210危險性很大,在操作時即便是很小量也要格外小心謹慎。

兩種同素異形體,α-Po密度9.32g/cm3,單正方體,β-Po密度9.4g/cm3,單菱形體。

已知其27種同位素,質量數為192~218,均為放射性核素。最重要的同位素為210Po,T1/2=138.4d,α放射性。

钋-210屬于極毒的放射性核素,它發射的α粒子在空氣中的射程很短,不能穿透紙或皮膚,所以在人的體外不構成外照射危險。但是它的電離能力很強,如果通過吸入、食入或由傷口進入人體内,可以引起體内污染、中毒或急性放射病。如果在短時間内體内的吸收劑量達到4Gy,可以緻命。大小不及一粒鹽的钋-210,可使體重70公斤的人死亡。但是,在通常情況下,钋-210對自然界和人類并不構成危險。這是因為钋是最稀有的元素之一,在地殼中的含量大約隻有一百萬億分之一。天然的钋存在于所有鈾礦石和钍礦石中,但含量極微。在自然環境中,例如大氣以至人體内都有極微量钋-210存在。钋-210的物理半衰期為138天,這就是說,每過138天,它的放射性活度就自動減少一半,約2.5年後其放射性基本消失。

同位素

所有钋的同位素都是放射性的。已知有兩種同位素異形體:α-Po為單正方體;β-Po為單菱形體。在約36℃時,發生α-Po轉化為β-Po的相變。金屬、質軟。

常見的钋同位素如钋-209、钋-208、钋-210等。其中最普遍、最易得的是钋-210,其半衰期僅有138天,其放射性比鐳大近5000倍。钋-210危險性很大,在操作時即便是很小量也要格外小心謹慎。

制備方法

天然的钋存在于鈾礦石和钍礦石中,由于含量過于微小,钋主要借助人工合成方式獲得。

在瀝青鈾礦中,藉由铋的衰變而得到钋。

可用鋅還原氯化钋制得。

克量的钋可用中子輻照铋衰變産生,而制備較大量的钋則必須憑借核反應堆等大型設備,但通常會在受國際協議嚴密監督下的核反應堆或粒子加速器中制造,全世界每年的産量也隻有100克左右。

用途

其工業用途是用來消除盤卷紙張、電纜和金屬薄闆等操作中産生的靜電以及去除照片底片上的污塵。在該種情況下,钋-的放射性使空氣發生電離,離子所帶電荷中和了膠片所帶靜電。

钋-210比活度高,産生的α射線與氫元素作用能産生中子,制成體積小而中子強度高的中子源,可用于制造核彈的觸發裝置。

钋的放射性比鐳強,可作為放射源

元素分布

地殼内含有非常低濃度的钋元素。在所有自然環境中,例如泥土、大氣以至人體都可以找到極少量钋210。天然的钋存在于所有鈾礦石、钍礦石中。地殼中钋的平均豐度為3×10%。

安全性

放射性

钋-210鹽類的放射性很強,可使其鹽溶液發生輻射分解,不斷産生過氧化氫和臭氧等氣體,并放出大量的熱。當钋-210的濃度較大時,由于輻射氣體所産生的氣壓不斷增加,甚至引起盛放钋鹽溶液的容器爆炸。

毒性

钋屬于極毒的放射性核素,它發射的α粒子在空氣中的射程很短,不能穿透紙或皮膚,所以在人的體外不會構成外照射危險。但是它的電離能力很強,如果通過吸入、誤食或經由皮膚接觸進入人體内,可以引起體内污染、中毒或急性放射病。如果在短時間内人體内的钋的吸收劑量達到4戈瑞,即可以緻命。據美國保健物理學會估算,大小不及一粒鹽的钋-210,可使體重70公斤的人死亡。

毒理

钋的α射線能使有機物質分解脫水,引發有機體一系列嚴重的生物效應。

钋是放射性元素中最容易形成膠體的一種元素,它在體内水解生成的膠粒極易牢固的吸附在蛋白質上,能與血漿結合成不易擴散的化合物,對人體的危害很大。

钋-210進入人體後,能長期滞留于骨、肺、腎和肝中,其遠期輻射效應會引起腫瘤。急性钋中毒與外照射急性放射病的症狀基本相似,到晚期突出的症狀是腎萎縮和腎硬化。

應急救治

解毒藥物

钋-210雖是極毒的放射性核素,但它本質上是一種重金屬,常見的重金屬中毒都是有解藥的,钋-210也不例外。1980年美國國家輻射防護委員會(NCRP)第65号報告推薦使用二巯基丙醇(BAL)加速體内钋-210排出。但是,BAL的毒性反應較大,現在基本已被二巯基丁二酸鈉和二巯基丙烷磺酸鈉取代,它們是巯基型螯合劑,都有兩個活性巯基,與金屬親和力大。二巯基丁二酸鈉是中國在20世紀50年代研究出來的新藥,對加速體内放射性钋-210的排出有較好的效果,也用于治療急性砷、鉛、汞和金中毒。

應急處理

人體受钋-210污染後應迅速給予急救。如果身體表面有钋-210污染,應立即淋浴,用肥皂水洗皮膚,然後用5%二巯基丙烷磺酸鈉清洗污染部位,必要時切除不易去污的創傷組織。

經胃腸道進入體内者,應予催吐、洗胃、緩瀉和利尿,同時肌肉注射二巯基丙烷磺酸鈉。

解放軍第307醫院在1963年曾經收治過4例钋-210體内污染的病人,事故後7小時開始用我國研制的二巯基丙烷磺酸鈉治療。他們在事故後情況良好。他們中1名女性于事故後脫離射線工作,生育1男1女,另3名男性繼續從事射線工作,他們的夫人分别生育兩個男孩、1個女孩和1個男孩,這6個小孩均身體健康。15年後他們再次到307醫院進行詳細檢查,結果均未見異常改變。

中毒案例

2006年11月1日,正在英國政治避難的原俄羅斯聯邦安全局中校亞曆山大·利特維年科,因身體不适住進醫院。此後他不斷嘔吐,大量脫發,檢查表明,他的中樞神經、心髒、腎和骨髓都遭到不同程度的傷害,于當月23日晚不治身亡。2006年11月24日下午英國衛生防護局召開新聞發布會宣布,他們在利特維年科的尿液裡發現了放射性核素钋-210,而且钋-210的含量極高,表明他被人下毒。英國警方說,他們在利特維年科到過的酒吧、壽司店、他在倫敦的住處和其他一些地方都發現了钋-210的痕迹。

2004年11月,巴勒斯坦前民族權力機構主席亞西爾·阿拉法特在巴黎一所醫院逝世。2012年7月,瑞士一家實驗室檢驗結果顯示,阿拉法特可能死于高劑量放射性钋中毒。瑞士Radiophysique研究所在阿拉法特穿過内衣上發現的钋-210含量足以殺死20人。這些衣物是阿拉法特的遺孀交給半島電視台的,半島電視台随後又将它們送到Radiophysique研究所進行檢測。這一檢測結果可能重新引發巴勒斯坦人對阿拉法特死因的懷疑:他可能死于以色列情報機構摩薩德的暗殺。

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