钋是一种银白色金属,能在黑暗中发光,由著名科学家居里夫人与丈夫皮埃尔·居里在1898年发现,为了纪念居里夫人的祖国波兰,两人对这种元素命名为钋。钋是目前已知最稀有的元素之一,在地壳中含量约为100万亿分之一,钋主要通过人工合成方式取得。钋是世界上最毒的物质之一。

中文名
英文名
Polonium
16族(VIA)
密度
9196 kg/m3
熔点
527 K  254 °C
沸点
1235 K  962 °C
原子量
209
元素符号
Po
发现人
居里夫妇
序号
84
周期
6
元素类型
金属元素
原子质量
209原子量单位
CAS
号:7440-08-6
元素分区
p

1发现简史

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钋
   1898年皮埃尔·居里与玛丽·居里在处理铀矿时发现钋元素,玛丽·居里为纪念自己祖国波兰(拉丁文 : Polonia),把这种新元素定名为钋。

    居里夫人研究铀射线的存在,她制作了一种测量铀射线的仪器平面电容器。她收集到各种各样的物质,从实验室弄到一切已知元素的化学纯净盐和氧化物,包括几种稀有的比黄金昂贵得多的盐,还有博物馆赠送的采自世界各地的矿物标本,她和她的丈夫就是在一个废弃的大板屋里进行工作。 

   居里夫人把这种物质一一放到电容器的金属片上,观看电容器上的读数。可是电容器下的那片金属片上虽然已经更换了成百种物质,电流计上的指针始终没有摆动。居里夫人不怕失败,继续进行实验。最后金属片上放了钍的化合物,电流计上的指针终于摆动了。原来钍和钍的化合物也能放射看不见得光线。 

然后他们进行了一系列的实验,发现铀的射线比一切铀的化合物的都强。 

   奇怪的事情发生了:把沥青和铜铀云母分别放到那片金属片上时电流计反映出来的电流比铀反映出来的要强的多,这意味着这两种物质里可能存在着另一种能够射出射线的元素。 

居里夫人又人工合成了铜铀云母,就成分看它和天然的相同,含铀量也相同。可是,当人造的含铀云母研成粉末,撒到那金属片上时,它的射线比天然的矿物弱18%。这说明,在天然的铜铀云母矿中,存在着一种活泼的物质,它的射线比铀的更强。这两位科学家继续研究。开始探索新射线的奥妙。

   居里夫人决心把那谜一般的物质从沥青铀矿里提炼出来。他们把矿石溶解在酸里,再往里面通进硫化氢,溶液底部沉积了各种金属硫化物,沉积物里含有铅、铜、砷、铋。那透明溶液是铀、钍、钡和沥青油矿所含的其他几种成分。他们把沉淀物和溶液分别放到那金属片上实验,结果是沉淀物发射的射线更强。这说明那种物质是在沉淀物里。

居里夫人把沉淀物里的杂质一一除去以后,剩下来的那一部分物质所发出的射线比铀发出的要强400倍。这一部分里有很多的铋,还有很多的未知物质,不过还不能把它们分离出来。 

  18987月,居里夫人向法国科学院提出了一份工作报告,肯定的指出他们已经发现了一种新元素,其同铋相似,却能够自发的放射出一种强大的不可见射线,他们把这种元素命名为“钋”。

贝蒙成功地研究了这个未知元素的光谱。 

  在钋的发现中,还应当提到德国化学家马克瓦尔德。1902年他将一片光滑的铋片浸放在自沥青矿分离的铋溶液中,发现一种有很高放射性的物质沉积在铋片上。他认为这是一种新元素,命名它为radiotelluriumradio是“放射”;tellurium是“碲”。二者缀合就是“射碲”。他声称:“我所以将这一新物质暂时命名为射碲,是因为它的所有化学性质适合将它放置在当时还没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个元素……。这种元素比铋的电负性较大,但比碲的电正性较大。它的氧化物也应该具有碱性,而不是酸性。这种物质预期的原子量约为210。”在元素周期表中第Ⅳ族中原子量比铋稍高的正应当是钋。马克瓦尔德则认为早先居里夫妇发现的钋是几种放射性元素的混合物。1903年他从15吨的矿物中提取出3毫克射碲的盐,用电解法从这盐溶液中把射碲分离出来。这引起一场关于钋和射碲的真实性的辩论,明确钋和射碲是同一元素。钋的名称被保留下来。

2钋的制备

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钋
    -210在自然界的含量极微,为了供工业目的使用,只有在核反应堆中用中子照射氧化铋可生产毫克量的钋-210。或由人工合成或由氯化钋用锌还原获得。全世界每年只生产约100克钋-210

3元素分布

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   地壳内含有非常低浓度的钋元素。在所有自然环境中,例如泥土、大气以至人体都可以找到极少量钋210。天然的钋存在于所有铀矿石、钍矿石中。地壳中钋的平均丰度为3×10%

4理化性质

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物理性质

    钋(Polonium)是一种化学元素,它的符号是Po,原子序数为84,它是呈银白色的金属。金属单质,外观与铅相似,质软。 是极稀有的放射性金属。溶于浓硫酸、硝酸、稀盐酸、王水和稀氢氧化钾溶液。[6]  已知道钋元素有25个同位素,它们的质量数由192218,钋210是当中显著的一个同位素,具放射性特征,会释出放射性阿尔法粒子。其半衰期很短,只有138天。

化学性质

较同族碲金属性强外围电子排布6S²6p⁴。 

  钋的化学性质与碲类似。钋溶于硝酸可以形成正盐Po(NO3)4和各种碱式盐,溶于硫酸只生成简单阳离子的硫酸盐。当钋溶于盐酸时,起初生成氯化亚钋(PoCl2),但由于α辐射分解溶剂产生臭氧,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还原。 原子共价半径167皮米,Po⁶⁺67皮米,第一电离能 818kJ/mol,电负性2.0。主要氧化数+2+4+6[6]  钋的氧化态有+6+4+3+20-2+4+6为最常见价态。

  钋在250℃与氧反应生成二氧化钋,溶于盐酸、硫酸和硝酸生成PoIV盐。钋在400600℃与碱反应生成M2PoM2PoO3,可被氧化为M2PoO4Po⁴⁺极易水解成为胶体,可形成很多配合物。 

  所有钋的同位素都是放射性的。已知有两种同位素异形体:α-Po为单正方体;β-Po为单菱形体。在约36℃时,发生α-Po转化为β-Po的相变。物理性质似铊、铅、铋。溶于稀硝酸和稀氢氧化钾。钋是世界上最稀有的元素(天然存在的)。

同位素

  钋有三种同位素,都有放射性。钋同位素中最普遍、最易得的是钋210,其半衰期仅有134天,其放射性比镭大近5000倍。钋-210危险性很大,在操作时即便是很小量也要格外小心谨慎。

两种同素异形体,α-Po密度 9.32g/cm³,单正方体,β-Po密度9.4g/cm³,单菱形体。

已知其27种同位素,质量数为192218,均为放射性核素。最重要的同位素为210PoT1/2=138.4d,α放射性。 

  钋-210属于极毒的放射性核素,它发射的α粒子在空气中的射程很短,不能穿透纸或皮肤,所以在人的体外不构成外照射危险。但是它的电离能力很强,如果通过吸入、食入或由伤口进入人体内,可以引起体内污染、中毒或急性放射病。如果在短时间内体内的吸收剂量达到4Gy,可以致命。大小不及一粒盐的钋-210,可使体重70公斤的人死亡。但是,在通常情况下,钋-210对自然界和人类并不构成危险。这是因为钋是最稀有的元素之一,在地壳中的含量大约只有一百万亿分之一。天然的钋存在于所有铀矿石和钍矿石中,但含量极微。在自然环境中,例如大气以至人体内都有极微量钋-210存在。钋-210的物理半衰期为138天,这就是说,每过138天,它的放射性活度就自动减少一半,约2.5年后其放射性基本消失。

5应用领域

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  它与铍混合可作为中子源;也用作静电消除剂,在该种情况下,钋210的放射性使空气发生电离,离子所带电荷中和了胶片所带静电。

为了减低静电发生常会使用钋,工业设备中亦常用到,像是卷纸、卷电线和卷金属片。

钋的放射性比镭强,可作为α射线源。将钋沉积在铍上,用作中子源。还可用作为航天设备的热源。

6钋的毒性

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钋
  钋是已知最稀有、也最具毒性的化学元素之一。钋由知名科学家居里夫人和丈夫皮埃尔于1898年发现,不幸的是,他们的女儿伊蕾娜在一次实验室钋泄漏事故中被感染,并在几年后毒发身亡。

  天然的钋存在于铀矿石和钍矿石中,由于含量过于微小,钋主要借助人工合成方式获得。以相同重量来比较,放射性同位素钋(Po210的毒性是氰化物的2.5亿倍,因此只需一颗尘粒大小就足以取人性命,受害者根本无法透过感官察觉。

    210释放的阿尔法粒子穿透能力很弱,人类的皮肤或一张纸已能隔阻它,粒子经照射影响人体的机会很微,不过由于它的电离能力很强,如果人类吸入或进食含有钋 210 的物质,其释放的阿尔法粒子就能直接破坏内脏细胞,即使所吸收的份量不多,也会损害身体健康,急性高剂量阿尔法辐射可以引致「辐射中毒」。

 钋中毒的最著名案例是2006年俄罗斯前特工亚历山大·利特维年科在英国伦敦神秘死亡事件,由于下毒手法过于隐蔽等原因,为英国秘密情报局效力的利特维年科一开始曾被怀疑是铊中毒。

  利特维年科是俄罗斯前特工,2000年流亡英国。他于2006111日出现中毒症状后入院,当月23日身亡。医生确认死亡原因是放射性元素钋-210中毒。事后,英国调查人员发现,卢戈沃伊在111日这天与利特维年科见面,而且他在伦敦住过的旅馆房间和乘坐的飞机上都有钋210痕迹,因此被视为头号嫌疑人。卢戈沃伊则声称自己与利特维年科遇害无关,被“冤枉”背后有政治动机。英方要求俄方将嫌疑人引渡至英国受审,遭拒绝。利特维年科的遗书一口咬定是俄罗斯总统普京亲自下的暗杀令,但英国政府并没有认可这种指控。

  由于利特维年科一案,英国和俄罗斯近来关系紧张。俄总统普京此前已经公开表示,将俄公民引渡国外有悖俄宪法

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标签: 化学元素 金属

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  • 更新时间:2015-12-11
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