Eigenschaften
|
[
Xe
] 4
f
14
5
d
10
6
s
2
6
p
4
84
Po
|
Allgemein
|
Name
,
Symbol
,
Ordnungszahl
|
Polonium, Po, 84
|
Elementkategorie
|
Metalle
|
Gruppe
,
Periode
,
Block
|
16
,
6
,
p
|
Aussehen
|
silbrig
|
CAS-Nummer
|
7440-08-6
(
209
Po)
|
EG-Nummer
|
231-118-2
|
ECHA
-InfoCard
|
100.028.289
|
Massenanteil an der
Erdhulle
|
2,1 · 10
?11
ppm
[1]
|
Atomar
[2]
|
Atommasse
|
209,98
u
|
Atomradius
(berechnet)
|
190 (135)
pm
|
Kovalenter Radius
|
140 pm
|
Van-der-Waals-Radius
|
197
[3]
pm
|
Elektronenkonfiguration
|
[
Xe
] 4
f
14
5
d
10
6
s
2
6
p
4
|
1.
Ionisierungsenergie
|
8
.
418
070(4)
eV
[4]
?
811
.
8
kJ
/
mol
[5]
|
2. Ionisierungsenergie
|
19
.
3(1,7) eV
[4]
?
1
860 kJ/mol
[5]
|
3. Ionisierungsenergie
|
27
.
3(7) eV
[4]
?
2
630 kJ/mol
[5]
|
4. Ionisierungsenergie
|
36
.
0(1,7) eV
[4]
?
3
470 kJ/mol
[5]
|
5. Ionisierungsenergie
|
57
.
0(1,9) eV
[4]
?
5
500 kJ/mol
[5]
|
6. Ionisierungsenergie
|
69
.
1(2,0) eV
[4]
?
6
670 kJ/mol
[5]
|
Physikalisch
[2]
|
Aggregatzustand
|
fest
|
Modifikationen
|
α-Po, β-Po
|
Kristallstruktur
|
kubisch-primitiv (α-Po)
rhomboedrisch (β-Po)
|
Dichte
|
9,196 g/cm
3
|
Schmelzpunkt
|
527
K
(254 °C)
|
Siedepunkt
|
1235 K (962 °C)
|
Molares Volumen
|
22,97 · 10
?6
m
3
·mol
?1
|
Verdampfungsenthalpie
|
ca. 100 kJ·mol
?1
|
Schmelzenthalpie
|
ca. 13 kJ·mol
?1
|
Elektrische Leitfahigkeit
|
2,5 · 10
6
S·m
?1
|
Warmeleitfahigkeit
|
20
W
·m
?1
·K
?1
|
Chemisch
[2]
|
Oxidationszustande
|
(?2), 2,
4
, 6
|
Normalpotential
|
0,37
V
(Po
2+
+ 2 e
?
→ Po)
|
Elektronegativitat
|
2,0 (
Pauling-Skala
)
|
Isotope
|
Isotop
|
NH
|
t
1/2
|
ZA
|
ZE
(M
eV
)
|
ZP
|
208
Po
|
{syn.}
|
2,898
a
|
α
|
5,215
|
204
Pb
|
ε
|
1,401
|
208
Bi
|
209
Po
|
{syn.}
|
103
a
|
α
|
4,879
|
205
Pb
|
ε
|
1,893
|
209
Bi
|
210
Po
|
99,998
%
|
138,376
d
|
α
|
5,307
|
206
Pb
|
211
Po
|
5 · 10
?10
%
|
0,516
s
|
α
|
7,595
|
207
Pb
|
211
m
Po
|
{syn.}
|
25 s
|
α
|
9,057
|
207
Pb
|
IT
|
1,462
|
211
Po
|
212
Po
|
2 · 10
?12
%
|
304 ns
|
α
|
8,78
|
208
Pb
|
212
m
Po
|
{syn.}
|
45,1 s
|
α
|
11,8
|
208
Pb
|
IT
|
2,922
|
212
Po
|
213
Po
|
{syn.}
|
4 μs
|
α
|
8,5
|
209
Pb
|
214
Po
|
1 · 10
?9
%
|
164 μs
|
α
|
7,69
|
210
Pb
|
215
Po
|
7 · 10
?10
%
|
1,781 ms
|
α
|
7,526
|
211
Pb
|
β
?
|
0,721
|
215
At
|
216
Po
|
1 · 10
?6
%
|
0,15 s
|
α
|
6,78
|
212
Pb
|
217
Po
|
{syn.}
|
2 s
|
α
|
6,7
|
213
Pb
|
218
Po
|
1,6 · 10
?3
%
|
3,05 min
|
α
|
6,115
|
214
Pb
|
β
?
|
0,260
|
218
At
|
|
Weitere Isotope siehe
Liste der Isotope
|
Gefahren- und Sicherheitshinweise
|
Radioaktiv
|
|
Soweit moglich und gebrauchlich, werden
SI-Einheiten
verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei
Standardbedingungen
.
|
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. Das haufigste in der Natur vorkommende Isotop Po-210 findet sich als vorletztes Glied der
Zerfallsreihe
von Uran-238 in uranhaltigen Mineralien, inzwischen wird jedoch Polonium fur technische oder wissenschaftliche Anwendungen hauptsachlich durch Einwirkung von
Neutronenstrahlung
auf
Bismut
-209 erzeugt, da die Extraktion aus naturlichen Materialien zu aufwendig ist. Polonium gilt allgemein als ?hochgiftig“, da bereits eine Dosis von einem Mikrogramm todlich sein kann. Es ist bekannt als Einsatzmittel bei der
Ermordung von Alexander Litwinenko
.
Die Existenz eines sehr stark strahlenden Elements in Uran-haltiger
Pechblende
wurde erstmals 1898 vom Ehepaar
Pierre
und
Marie Curie
postuliert.
[7]
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
,
[8]
der dieses Element als
Radiotellur
charakterisierte. Fur die Entdeckung und Beschreibung von Polonium (zusammen mit
Radium
) erhielt Marie Curie 1911 den
Nobelpreis
fur Chemie. Die Entdeckung von Radium ? und spater Polonium ? war moglich, da den Curies auffiel, dass Uranerze starker radioaktiv waren als reine Uransalze, welche damals bereits fur Experimente verfugbar waren. Die Curies nahmen ? richtigerweise ? an, dass Uranerze neben Uran weitere radioaktive
Spurenelemente
enthalten, welche in gereinigten Uransalzen (beinahe) abwesend sind. Da Radium eine bedeutend langere Halbwertszeit als Polonium hat, und die chemische Extraktion aufgrund der Unlosbarkeit von
Radiumsulfat
aus dem loslichen
Uran(IV)-sulfat
im Bereich der Moglichkeiten damaliger extraktiver Chemie lag, konnte Radium tatsachlich in nennenswerten Mengen extrahiert werden. In Uranerz liegt pro Tonne Uran etwa 300 Milligramm Radium vor. Eine kleine, aber dennoch stofflich nachweisbare und extrahierbare Konzentration Polonium hingegen, welches sich zu Radium im Masseverhaltnis von etwa 230
ppm
befindet und chemisch dem Blei stark ahnelt, war mit damaligen Mitteln nur aufgrund seiner Radioaktivitat nachweisbar. Daher war die Existenz von Polonium bis zur Entdeckung der
Kernspaltung
und praktikablen großtechnischen Moglichkeiten der
Transmutation
mittels Neutronenbestrahlung eher von theoretischem Interesse, um die ?Lucken“ im Periodensystem der Elemente zu fullen. Die Extraktion von Polonium aus naturlichen Materialien erfolgte nie uber den Labormaßstab hinaus und heute wird allfallig benotigtes Polonium in entsprechenden
Forschungsreaktoren
gezielt hergestellt.
Poloniumisotope sind Zwischenprodukte der
Thorium-Reihe
und der
Uran-Radium-Reihe
, wobei letztere das haufigste Isotop
210
Po produziert. Polonium kann daher bei der Aufarbeitung von
Pechblende
gewonnen werden (1000 Tonnen Uranpechblende enthalten etwa 0,03 Gramm Polonium
[9]
). Dabei reichert es sich zusammen mit
Bismut
an. Von diesem Element kann man es anschließend mittels fraktionierter Fallung der
Sulfide
trennen, da
Poloniumsulfid
schwerer loslich ist als
Bismutsulfid
.
Heutzutage erfolgt die Herstellung von Polonium jedoch im
Kernreaktor
durch
Neutronenbeschuss
von Bismut:
Die
Halbwertszeit
t
½
fur den
Betazerfall
von
210
Bi liegt bei 5,01 Tagen. Durch
Destillation
werden die beiden Elemente anschließend getrennt (
Siedepunkt
von Polonium: 962
°C
; Siedepunkt von Bismut: 1564 °C).
[10]
Eine andere Methode ist die Extraktion mit Hydroxidschmelzen bei Temperaturen um 400 °C.
[11]
Die Weltjahresproduktion betragt ca. 100 g.
[12]
Polonium ist ein silberweiß glanzendes
Metall
. Als einziges Metall weist die α-Modifikation eine
kubisch-primitive Kristallstruktur
auf. Dabei sind nur die Ecken eines Wurfels 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 lost sich in
Sauren
wie
Salzsaure
,
Schwefelsaure
und
Salpetersaure
unter Bildung des rosaroten Po
2+
-Ions. Po
2+
-Ionen in wassrigen Losungen werden langsam zu gelben Po
4+
-Ionen oxidiert, da durch die
Alphastrahlung
des Poloniums im Wasser oxidierende Verbindungen gebildet werden.
[13]
Bekannt sind von den Polonium-
Isotopen
, die alle radioaktiv sind, die Isotope
190
Po bis
218
Po.
[14]
Die
Halbwertszeiten
sind recht unterschiedlich und reichen von etwa 3·10
?7
Sekunden fur
212
Po bis zu 103 Jahren fur das kunstlich hergestellte
209
Po. Trotz der langeren Halbwertszeit von Polonium-209 ist es seltener als Polonium-210, da es nicht Bestandteil einer Zerfallsreihe ist, da der beta-stabile
Isobar
mit
Massezahl
209 Bismut ist. Auch die kunstlichen Routen zur Erzeugung von Polonium in Kernreaktoren erzeugen zumeist Polonium-210, da dieses relativ einfach durch
Neutroneneinfang
in Bismut-209 darstellbar ist und die leichteren Isotope bedeutend schwieriger zu erzeugen sind.
Das haufigste, naturlich vorkommende Isotop
210
Po hat eine Halbwertszeit von 138 Tagen und zerfallt unter Aussendung von
Alphastrahlung
in das
Blei
-Isotop
206
Pb. Wegen dieser geringen Halbwertszeit erfolgt die Gewinnung des industriell genutzten
210
Po uberwiegend kunstlich in Kernreaktoren. Das fur
schnelle Kernreaktoren
vorgeschlagene Kuhlmittel
Blei-Bismut
, ein
Eutektikum
mit niedrigem Schmelz- und hohem Siedepunkt, erzeugt, wenn es
Neutronenstrahlung
, ausgesetzt ist, unweigerlich Polonium-210. Dies wird wahlweise als Nachteil oder als mogliches gewinnbringendes
Koppelprodukt
angesehen. Sollten mit Blei-Bismut gekuhlte Kernkraftwerke in großerem Umfang zum Einsatz kommen, gabe es mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ein Angebot an Polonium-210, welches die derzeitige Nachfrage um Großenordnungen uberschreitet. Eine Abtrennung ist ? wie oben skizziert ? durch Destillation moglich (mit 1740 °C ist der Siedepunkt des Bleis sogar noch oberhalb jenes von Bismut).
Die großte Gefahrdung stellt Polonium als Zerfallsprodukt des radioaktiven
Edelgases
Radon
dar.
Radon in der Atemluft
erhoht das Risiko, an
Lungenkrebs
zu erkranken. Die eigentliche Ursache ist nicht Radon, sondern die Inhalation der kurzlebigen
Radonzerfallsprodukte
, die sich im Gegensatz zum gasformigen Radon im Atemtrakt anreichern. Die unter den Zerfallsprodukten befindlichen Poloniumisotope
210
Po,
212
Po,
214
Po,
216
Po und
218
Po haben die großte radiologische Wirkung, weil sie
Alphateilchen
aussenden.
Wahrend
Alphastrahlung
etwa bei außerer Einwirkung bereits von der obersten Hautschicht aus abgestorbenen Zellen abgeschirmt wird, wirkt sie auf den Menschen stark schadigend, wenn Alpha-Strahler in den Korper gelangen. Uber den Blutstrom verteilt sich das Polonium im Korpergewebe. Die zerstorerische Wirkung macht sich bei hohen Akutdosen (500
mSv
und mehr) als
Strahlenkrankheit
zunachst an Zellen bemerkbar, die sich haufig teilen (z. B. Darmepithelien, Knochenmark). Zu den typischen Symptomen gehoren neben
Haarausfall
und allgemeiner Schwache auch
Diarrho
,
Anamie
sowie
Blutungen
aus Nase, Mund, Zahnfleisch und Rektum.
Polonium wird vom menschlichen Korper mit einer
biologischen Halbwertszeit
von ca. 50 Tagen ausgeschieden. Reste und Zerfallsprodukte finden sich großtenteils im Kot sowie zu rund 10 % im Urin.
[15]
Daruber hinaus sind
Inkorporationen
von außen nur schwer zu entdecken und eine Diagnose schwierig, da kaum Gammastrahlung emittiert wird. Bei einer
Obduktion
ist Polonium nur so lange detektierbar, wie nennenswerte Mengen im Korper vorhanden sind. Da nach 10 Halbwertszeiten (bei Polonium-210 also etwas weniger als vier Jahre) nur noch 1/2
10
=1/1024 des Ausgangswertes vorhanden ist, lasst sich ein erst Jahre nach dem Tod aufkommender Verdacht einer Polonium-Vergiftung nicht mehr erharten oder widerlegen. Da die
LD
50
sehr gering ist, kann aus dem Blei-Isotopen-Verhaltnis nicht sicher auf
210
Po-Exposition geschlossen werden. Die LD
50
wird auf 50 Nanogramm geschatzt. Im Falle Litwinenko (siehe unten) geht man von 10 Mikrogramm (also dem 200-fachen) aus. Je nach ortlicher Exposition und Lebenswandel enthalt ein gesunder erwachsener menschlicher Korper im Bereich von hunderten Milligramm Blei.
[16]
Einer speziellen Polonium-Exposition sind Raucher ausgesetzt.
[17]
Als mogliche Quellen kommen sowohl die im Tabakanbau eingesetzten Phosphatdungemittel
[18]
als auch eine
Adsorption
atmospharischer Eintrage durch die Tabakpflanzen in Frage. Die Anteile der Teer-Kanzerogene und der radioaktiven Exposition am Prozess der Krebsentstehung werden kontrovers diskutiert.
[19]
[20]
Schatzungen gehen davon aus, dass bei Rauchern 9 bis 14 % der Bronchialkarzinome durch uber Tabakrauch aufgenommene Radioaktivitat verursacht werden.
[21]
In manchen industriellen
Ionisatoren
wird
210
Po 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 Zundstifte von Firestone-Zundkerzen enthielten um 1940 in den USA das radioaktive Schwermetall. Es sollte die Luft ionisieren und damit die Dauer des Zundfunkens verlangern.
210
Po entwickelt 140 Watt Warme pro Gramm, daher wurde es in kurzlebigen
Radionuklidbatterien
, etwa fur die sowjetischen Mondfahrzeuge
Lunochod 1
und
Lunochod 2
eingesetzt.
[22]
Die Warmeleistung genugt, um einen Poloniumkorper zum Schmelzen zu bringen.
[23]
Heute kommen im Allgemeinen nur noch langlebigere Isotope anderer Elemente zum Einsatz. Gangigstes Element zur Verwendung in Radionuklidbatterien ist heute Plutonium-238 mit einer Halbwertszeit uber 80 Jahren. Gerade fur Raumsonden, welche ins außere Sonnensystem unterwegs sind, ist diese Langlebigkeit essentiell um entsprechende Flugzeiten zu uberdauern.
Der Alpha-Strahler Polonium wird in Verbindung mit
Beryllium
in transportablen
Neutronenquellen
benutzt. Dabei wird folgende
Kernreaktion
zur Erzeugung freier
Neutronen
genutzt:
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.
Wie bei allen Alphastrahlern hinreichender Aktivitat ist die allfallige chemische Giftigkeit fur die Giftwirkung nicht relevant. Da jedoch bereits die außere
Epidermis
in der Lage ist, Alphateilchen abzufangen, ist die Radiotoxizitat erst bei
Inkorporation
(Essen, Trinken, Einatmen, o. a.) relevant. Aufgrund der geringen
Gammastrahlung
, welche beim Zerfall von
210
Po entsteht, ist ein Nachweis
in vivo
schwierig, was Poloniumvergiftungen schwer nachweisbar macht. Auch postmortem ist aufgrund der geringen Halbwertszeit der Nachweis nur fur einen begrenzten Zeitraum moglich. Da Polonium jedoch (siehe oben) heutzutage fast ausschließlich in entsprechend gesicherten kerntechnischen Anlagen erzeugt und verarbeitet wird, ist der Nachweis von Polonium ein starker Hinweis auf einen entsprechend ?ausgestatteten“ Tater oder Auftraggeber.
2006 starb der zum britischen Geheimdienst
MI6
ubergelaufene, ehemalige Agent des Inlandsgeheimdienstes der Russischen Foderation
FSB
und spatere
Putin
-Kritiker Alexander Litwinenko an den Folgen einer durch
210
Po verursachten
Strahlenkrankheit
. Das Polonium war ihm vermutlich uber kontaminierten Tee verabreicht worden.
[24]
Ab Juli 2012 wurden mehrere Studien veroffentlicht, die sich mit einer moglichen Vergiftung des 2004 verstorbenen
Palastinenser
-Prasidenten
Jassir Arafat
mit
210
Po befassten. Da seit der etwaigen Vergiftung etliche Halbwertszeiten vergingen, gestaltete sich ein Nachweis im Leichnam schwer.
Eine Untersuchung von Radiophysikern der
Universitat Lausanne
im November 2013 bekraftigte jedoch die These der Polonium-Vergiftung.
[25]
[26]
[27]
Aufgrund der hohen Radioaktivitat des am leichtesten verfugbaren Isotops
210
Po behindern Hitzeentwicklung und
Radiolyse
die Analyse des chemischen Verhaltens. Da nur geringe Mengen verfugbar sind, finden daruber hinaus nur wenige Studien im Gebiet der Poloniumchemie statt.
Die
Polonide
sind salzartige Verbindungen, in welchen das Polonid-
Anion
Po
2?
vorliegt und gelten als die stabilsten Verbindungen des Poloniums. Bekannte Polonide sind
Natriumpolonid
,
Magnesiumpolonid
und
Bleipolonid
.
Polonium(IV)-oxid
(PoO
2
)
x
ist wie das Oxid des Gruppennachbarn
Tellur
(
Tellurdioxid
, (TeO
2
)
x
) eine ionische Verbindung, die in einer gelben und einer roten Modifikation auftritt. Weiterhin kennt man das schwarze
Polonium(II)-oxid
(PoO) und
Polonium(VI)-oxid
(PoO
3
).
Schwarzes
Poloniummonosulfid
(PoS) erhalt man durch Fallung von in Saure gelostem Polonium mit
Schwefelwasserstoff
.
Poloniumwasserstoff
(H
2
Po) ist eine bei Raumtemperatur flussige
Wasserstoff
-Verbindung, von der sich zahlreiche Polonide ableiten lassen.
Poloniumhalogenide kennt man mit den Summenformeln PoX
2
, PoX
4
und PoX
6
. Zu nennen sind
Poloniumdifluorid
,
Poloniumdichlorid
(rubinrot),
Poloniumdibromid
(purpurbraun) und
Poloniumtetrafluorid
, hellgelbes
Poloniumtetrachlorid
, rotes
Poloniumtetrabromid
sowie das schwarze
Poloniumtetraiodid
. Die Synthese von
Poloniumhexafluorid
(PoF
6
) wurde 1945 versucht, fuhrte aber zu keinen eindeutigen Ergebnissen, der Siedepunkt wurde auf ?40 °C geschatzt.
[28]
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Memento
vom 15. Marz 2007 im
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PDF
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