Polonium: Het element

Polonium is een zeldzaam zeer radioactief element zonder stabiele isotopen, het element komt voor in uraniumertsen. Polonium wordt bestudeert in ‘Nucleare research laboratories’.De moord op Alexander Litvinenko, in 2006 was gevolg van 210Po vergiftiging. Litvinenko is de eerste persoon vermoord met 210Po. Irène Joliot-Curie (dochter van madam Curie) is de eerste persoon die stierf door straling van polonium, ze stierf aan leukemie in 1956. Hoge concentraties van 210Po zijn aangetroffen in 2012 in de kleding van Yasser Arafat, die op 11 november 2004 overleed.

Plaats in het periodiek systeem

Polonium is een element met symbool Po en atoomnumber 84, ontdekt in 1898 door Marie Curie en Pierre Curie. Polonium is een radioactief element dat bestaat in twee metallic allotropen: alfa-vorm met de kubische kristalstructuur en beta-vorm met de rhombohedral structuur. Polonium wordt gekenmerkt door röntgen- en elektronendiffractie. Het komt van nature ook in de mens voor, die daardoor bijdraagt aan natuurlijke (achtergrond) straling van polonium

Algemene eigenschappen van polonium

Chemische eigenschappen van polonium

Fysische eigenschappen van polonium

Isotopen van polonium

Polonium heeft circa 30 isotopen, die allemaal radioactief zijn. 210Po (halfveringstijd 138,4 dagen) is de meest voorkomende. 209Po (halfveringstijd 103 jaar) en 208Po (halfveringstijd 2,9 jaar) worden gemaakt via de alpha, proton of deuteron bombardement van lood of bismut in een cyclotron(deeltjesversneller).

210Po een alfa emitter vervalt naar de stabiele isotoop dochter 206Pb. Een milligram 210Po stoot evenveel alfadeeltjes per seconde uit als 5 gram 226Ra en geeft een blauwe gloed die wordt veroorzaakt door excitatie van de omringende lucht.

De stabielste isotopen van polomium

Het voorkomen van polonium

Polonium is in de natuur een zeer zeldzaam metaal dooor de korte halveringstijd, het komt voor als afvalproduct in uraniumhoudende ertsen zoals pekblende of monaziet. 209Po kan door het bombarderen van 209Bi met neutronen vervaardigd worden in een kernreactor.

Gemiddeld circa 0,1 mg polonium wordt gevonden per ton uraniumerts. Vanwege de zeer kleine hoeveelheid waarin polonium voorkomt is de winning zeer kostbaar. Tegenwoordig wordt polonium verkregen door bestraling van bismuth met hoge-energie neutronen of met protonen in een cyclotron.

Eigenschappen van polonium

Chemisch

Polonium lost gemakkelijk op in verdunde zuren, maar slecht in alkaliën. Polonium-oplossingen zijn eerst roze door Po2+ ionen, maar worden daarna geel omdat alfastraling van polonium ioniseert en Po2+ omzet in + Po4. Dit proces gaat gepaard met borrelen en emissie van warmte en licht daardoor zijn polonium oplossingen vluchtig en zonder maatregelen verdampen in een paar dagen.

Verbindingen van polonium

Bijna alle polonium verbindingen zijn synthetisch. Stabiele polonium verbindingen ‘de polonides’ ontstaan door reactie tussen twee elementen zoals in Na2Po. Polonides van Ca, Ba, Hg, Pb en lanthaniden vormen een NaCl rooster, BePO en CdPo hebben de wurtzite structuur en MgPo de nikkel-arsenide structuur.

De meeste polonides ontleden bij verhitting tot ongeveer 600 ° C, behalve HgPo die ontbindt bij 300 ° C, de lanthanide polonides ontleden niet maar smelten bij temperaturen boven 1000 ° C. Bijvoorbeeld PrPo smelt bij 1250 ° C en TmPo 2200 ° C. PbPo is een van de weinige natuurlijk voorkomende polonium verbindingen.

Toepassingen van polonium en zijn verbindingen

• Toepassingen van polonium zijn er weinig. Ze zijn de warmte bronnen in ruimtesondes, in antistatische apparaten en de bronnen van neutronen en alfadeeltjes.
• Polonium was een onderdeel van het type kernwapen dat is gebruikt in de ‘Fat Man’ bom op Nagasaki.
• Op polonium-gebaseerde bronnen van alfa-deeltjes kunnen worden toegepast voor het meten van de dikte van industriële coatings.
• Door alfastraling, warmt een gram 210Po op tot circa 500 °C en ontwikkelt een vermogen van circa 140 watt. Daarom werd 210Po gebruikt als warmtebron in bijvoorbeeld de Lunokhod 1 (1970) en Lunokhod 2 (1973) en verwarmt in satellieten speciale onderdelen.
• Po-BeO mengsels of legeringen worden dus gebruikt als neutronen bron. De alfa-deeltjes uitgezonden door polonium worden omgezet in neutronen in berylliumoxide met een rendement van 93 neutronen per miljoen uitgezonden alfadeeltjes.
• Alfa-deeltjes uitgestoten door polonium ioniseren luchtmoleculen die aangrenzende oppervlakken met statische ladingen neutraliseren, bijvoorbeeld van fotografische platen, in de textielindustrie, van rollen papier, van kunststof folie, in de automobiel industrie rond het aanbrengen van coatings.
• Polonium moet bijna elk jaar vervangen worden vanwege de korte halfwaardetijd; het is hoog radioactief en is grotendeels vervangen door minder gevaarlijke bètadeeltje bronnen.

Invloed van polonium op milieu en volksgezondheid

Polonium heeft geen biologische functie in het lichaam. De relatief kleine hoeveelheid polonium in de aardkorst is niet schadelijk.

Handling van polonium en zijn verbindingen

Het belangrijkste gevaar is de intense radioactiviteit als alpha emitter, waardoor het erg moeilijk is om er veilig mee te werken. 210Po is zeer gevaarlijk en vereist gespecialiseerde apparatuur (handschoenenkastjes uitgerust met high performance filters), adequaat toezicht en strikte hantering van de procedures om verontreiniging met polonium te vermijden. Alpha deeltjes uitgezonden door polonium kunnen organische weefsel beschadigen.

Polonium wordt ingenomen, geïnhaleerd of geabsorbeerd, hoewel ze niet direct door de opperhuid dringen en dus niet gelijk gevaarlijk zolang de alfadeeltjes buiten het lichaam zijn. Het dragen van chemisch resistent handschoenen bij het werken met polonium is een verplichte voorzorgsmaatregel omdat langzame diffusie van polonium atomen door de huid wel mogelijk is. Natuurrubberen handschoenen bieden onvoldoende bescherming tegen de straling van polonium, neopreen handschoenen beschermen beter dan natuurrubber.

Polonium in tabak

• Polonium zit in tabaksrook van tabaksplanten die bemest zijn met fosfaathoudende meststof. Tabaksrook bevat een kleine hoeveelheid polonium isotoop 210, die zich vast zet in de luchtwegen waar het de omliggende cellen bestraalt. Longen van rokers worden aan viermaal meer polonium blootgesteld dan die van niet-rokers en bepaalde delen van het lichaam krijgen tientallen maal meer straling. Iemand die twee pakjes sigaretten per dag rookt ondergaat dezelfde hoeveelheid straling als iemand waarvan elke dag een röntgenfoto van zijn borst wordt genomen.
• Polonium-210 in tabak heeft een groot aandeel in longkanker door roken. De meeste polonium is afkomstig van lood-210 uit de atmosfeer dat is afgezet op tabaksbladeren. Lood-210 is een product van radon-222, afkomstig uit het verval van radium-226 uit de mest in de grond waarop de tabaksplant groeit. De aanwezigheid van polonium in tabaksrook is bekend sinds de jaren 1960.
• Polonium -210 is de enige component van sigarettenrook die kanker veroorzaakt bij inademing door proefdieren.
• Gevallen van kanker onder mannen in de VS: in 1930 waren het er 4 per 100.000 inwoners per jaar in 1980 echter 72 per 100000 inwoners per jaar, ondanks 20 procent minder rokers. In dezelfde periode is het polonium-210 gehalte in Amerikaanse tabak verdrievoudigd, dat werd veroorzaakt door toename van het gebruik van fosfaathoudende meststoffen door de tabak plantages.
• Als radon vervalt, zijn dochterproducten hechten zich aan stofdeeltjes, die zich hechten aan de kleverige haren aan de onderkant van tabaksbladeren. Dit laat een laag radioactieve polonium en lood op de bladeren achter. Door de hitte in de brandende sigaret uiteinde vervluchtigen de radioactieve metalen en worden naar binnen gezogen.
• Roken van twee pakjes sigaretten per dag (40 sigaretten) zorgt voor een stralingsdosis van alfa-deeltjes van ongeveer 1.300 millirem (mrem) per jaar.
• Polonium-210 is oplosbaar en circuleert door het lichaam in weefsels en cellen. Het bewijs is te vinden in de urine en bloed van rokers. Polonium -210 veroorzaakt genetische schade en vroegtijdige sterfte aan ziekten.
• Gezaghebbende instituut in de VS stelt dat radioactiviteit, en niet het teer, 90% van alle aan roken gerelateerde longkanker veroorzaakt. Amerikanen zijn blootgesteld aan straling van tabaksrook meer dan van een andere radioactieve bron.
• Het roken van sigaretten veroorzaakt 30% van alle sterfgevallen door kanker.

Polonium in het milieu

De biochemische krachten die deze giftige stoffen in levende cellen concentreren zijn niet goed bekend. Ofschoon polonium van nature voorkomt, is er heden een veel grotere hoeveelheid in omloop in water, voedsel, levende cellen en weefsel wegens de massale mijnbouw na de Tweede Wereldoorlog. Polonium is ook gevonden in de voedselketen in het bijzonder in zeevoedsel.