Polonium Ett sällsynt och mycket flyktigt radioaktivt element

Polonium (Po) är en mycket sällsynt och mycket flyktig radioaktiv metall. Innan den polsk-franska fysikern Marie Curies upptäckt av polonium 1898 var uran och thorium de enda kända radioaktiva elementen. Curie heter Polonium efter sitt hemland, Polen.

Polonium är till liten nytta för människor, med undantag för vissa hotfulla applikationer: Det användes som en trigger i den första atombomben och är också ett misstänkt gift i ett par högprofilerade dödsfall.

I kommersiella tillämpningar används ibland polonium för att ta bort statisk elektricitet i maskiner eller damm från fotografisk film. Det kan också användas som en lätt värmekälla för termoelektrisk kraft i rymdsatelliter.

Klassificering

Polonium finns i grupp 16 och period 6 i den periodiska tabellen över element. Det klassificeras som en metall eftersom poloniums elektriska konduktivitet minskar när temperaturen stiger, enligt Royal Society of Chemistry.

Elementet är den tyngsta metallen i kalkogenerna, en grupp av element som också kallas "syrefamiljen". Alla kalkogener finns i kopparmalm. Andra element i kalkogengruppen inkluderar syre, svavel, selen och tellur.

Det finns 33 kända isotoper (atomer av samma element med ett annat antal neutroner) av polonium, och alla är radioaktiva. Detta elementets radioaktiva instabilitet är det som gör det till en passande kandidat för att använda i atombomber.

Fysiska egenskaper

• Atomnummer (antal protoner i kärnan): 84
• Atomsymbol (på elementets periodiska tabell): Po
• Atomvikt (atomens medelmassa): 209
• Densitet: 9,32 gram per kubikcentimeter
• Fas vid rumstemperatur: fast
• Smältpunkt: 489,2 grader Fahrenheit (254 grader Celsius)
• Kokpunkt: 1 673,6 grader F (962 grader C)
• Vanligaste isotop: Po-210 som har en halveringstid på bara 138 dagar

Upptäckt

När Curie och hennes make, Pierre Curie, upptäckte polonium, letade de efter källan till radioaktivitet i en naturligt förekommande uranrik malm som kallas pitchblende.

De två märkte att den orraffinerade pitchblende var mer radioaktiv än uranet som hade separerats från den. Så, de resonerade att pitchblende måste innehålla minst ett annat radioaktivt element.

Curies köpte massor av pitchblende så att de kemiskt kunde separera föreningarna i mineralerna. Efter månader med noggrant arbete isolerade de äntligen det radioaktiva elementet: ett ämne 400 gånger mer radioaktivt än uran, enligt International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC).

Att utvinna polonium var utmanande eftersom det fanns en sådan liten mängd; 1 ton uranmalm innehåller endast cirka 100 mikrogram (0,0001 gram) polonium.

Trots detta kunde Curies dra ut den isotop som vi nu känner som polonium-209, enligt Royal Society of Chemistry.

källor

Spår av Po-210 finns i marken och luften. Exempelvis produceras Po-210 under sönderfallet av radon-222-gas, vilket är ett resultat av sönderfallande radium. I sin tur är radium en förfallsprodukt av uran, som finns i nästan alla stenar och jord som bildas av stenar.

Lavar kan absorbera polonium direkt från atmosfären. I norra områden kan människor som äter ren ha högre koncentrationer av polonium i blodet, eftersom ren äter lavar, enligt Smithsonian.com.

Polonium anses vara ett sällsynt naturelement. Även om det finns i uranmalm, är det inte ekonomiskt att utvinna eftersom det bara finns cirka 100 mikrogram polonium i 1 ton (0,9 ton) uranmalm, enligt Jefferson Lab.

Istället erhålls polonium genom att bombardera vismut-209 (en stabil isotop) med neutroner i en kärnreaktor. Detta skapar radioaktiv vismut-210, som sedan sönderfaller till polonium genom en process som kallas beta-sönderfall, enligt Royal Society of Chemistry.

Förenta staternas kärnkraftsregleringskommission uppskattar att endast cirka 100 gram polonium-210 produceras över hela världen varje år.

Kommersiell användning

På grund av dess höga radioaktivitet har polonium få kommersiella tillämpningar. Bland elementets begränsade användningsområden är att eliminera statisk elektricitet i maskiner och ta bort damm från fotografisk film. I båda applikationerna måste polonium förseglas försiktigt för att skydda användaren.

Elementet används också som en lätt värmekälla för termoelektrisk kraft i satelliter och andra rymdskepp. Det beror på att polonium avtar snabbt, och som det gör, släpper det en stor mängd energi i form av värme. Bara ett enda gram polonium kommer att nå en temperatur på 500 grader (932 grader F) när det försämras, enligt Royal Society of Chemistry.

Atombomb

Under mitten av andra världskriget började Army Corps of Engineers att organisera Manhattan Engineer District, ett topphemligt forsknings- och utvecklingsprogram som i slutändan skulle producera världens första kärnvapen..

Före 1940-talet fanns det ingen anledning att isolera polonium i dess rena form eller att producera det i någon betydande mängd, eftersom det inte fanns någon känd användning för det och mycket lite var känt om det. Men distriktets ingenjörer började studera polonium och fann att elementet var en viktig ingrediens för deras kärnvapen.

En kombination av polonium och beryllium, ett annat sällsynt element, fungerade som bombarens initiativtagare, enligt Atomic Heritage Foundation.

Efter kriget överfördes poloniumforskningsprojektet till Mound Laboratory i Miamisburg, Ohio. Avslutat 1949 var Mound Lab den första permanenta Atomic Energy Commission-anläggningen för utveckling av kärnvapen.

Förgiftning

Polonium är giftigt för människor, även i mycket små mängder.

Den första personen som dör av poloniumförgiftning kan ha varit Marie Curies dotter Irène Joliot-Curie. 1946 exploderade en poloniumkapsel på hennes labbbänk, vilket kan ha varit anledningen till att hon drabbades av leukemi och dog 10 år senare, enligt Smithsonian.com.

Poloniumförgiftning var också det som dödade Alexander Litvinenko, en före detta rysk spion som hade bott i London 2006 efter att ha gjort anspråk på politisk asyl.

Förgiftning misstänktes också i den palestinska ledaren Yasser Arafats död 2004, eftersom överraskande höga nivåer av polonium-210 upptäcktes på hans kläder, enligt The Wall Street Journal.

En studie från 2011 som publicerades i tidskriften Nicotine & Tobacco Research fann att tobaksföretag har varit medvetna om att cigaretter och andra tobaksinnehållande produkter innehåller låga nivåer av polonium. Studiens författare beräknade att radioaktiviteten från polonium i cigaretter är ansvarig för upp till 138 dödsfall för varje 1 000 rökare under en period av 25 år.

Annan forskning har visat att dubbelt så mycket polonium återfinns i ribborna hos rökare som hos icke-rökare, enligt US National Institute of Health's Toxicology Data Network.

Vidare läsning:

• Vanliga frågor om Polonium 210 från CDC.
• Sex Secrets of Polonium, från Smithsonian magazine.
• NIH: s farliga ämnen Data Bank-post för radioaktivt polonium.