Polonium (Po) ist ein sehr seltenes und leicht flüchtiges radioaktives Metall. Bevor die polnisch-französische Physikerin Marie Curie 1898 Polonium entdeckte, waren Uran und Thorium die einzigen bekannten radioaktiven Elemente. Curie benannte Polonium nach ihrer Heimat Polen.
Polonium ist für den Menschen von geringem Nutzen, mit Ausnahme einiger bedrohlicher Anwendungen: Es wurde als Auslöser in der ersten Atombombe verwendet und ist auch ein vermutetes Gift bei einigen hochkarätigen Todesfällen.
In kommerziellen Anwendungen wird gelegentlich Polonium verwendet, um statische Elektrizität in Maschinen oder Staub von fotografischen Filmen zu entfernen. Es kann auch als leichte Wärmequelle für thermoelektrische Energie in Weltraumsatelliten verwendet werden.
Einstufung
Polonium befindet sich in Gruppe 16 und Periode 6 im Periodensystem der Elemente. Laut der Royal Society of Chemistry wird es als Metall eingestuft, da die elektrische Leitfähigkeit von Polonium mit steigender Temperatur abnimmt.
Das Element ist das schwerste Metall der Chalkogene, eine Gruppe von Elementen, die auch als "Sauerstofffamilie" bekannt ist. Alle Chalkogene kommen in Kupfererzen vor. Andere Elemente in der Chalkogengruppe umfassen Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur.
Es sind 33 Isotope (Atome desselben Elements mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen) von Polonium bekannt, und alle sind radioaktiv. Die radioaktive Instabilität dieses Elements macht es zu einem geeigneten Kandidaten für den Einsatz in Atombomben.
Physikalische Eigenschaften
- Ordnungszahl (Anzahl der Protonen im Kern): 84
- Atomsymbol (im Periodensystem der Elemente): Po
- Atomgewicht (durchschnittliche Masse des Atoms): 209
- Dichte: 9,32 Gramm pro Kubikzentimeter
- Phase bei Raumtemperatur: Fest
- Schmelzpunkt: 254 Grad Celsius
- Siedepunkt: 962 ° C (1.763,6 ° F)
- Häufigstes Isotop: Po-210 mit einer Halbwertszeit von nur 138 Tagen
Entdeckung
Als Curie und ihr Ehemann Pierre Curie Polonium entdeckten, suchten sie nach der Quelle der Radioaktivität in einem natürlich vorkommenden, uranreichen Erz namens Pechblende.
Die beiden bemerkten, dass die nicht raffinierte Pechblende radioaktiver war als das von ihr abgetrennte Uran. Sie argumentierten also, dass die Pechblende mindestens ein weiteres radioaktives Element enthalten muss.
Die Curies kauften eine Menge Pechblende, um die Verbindungen in den Mineralien chemisch zu trennen. Nach monatelanger sorgfältiger Arbeit isolierten sie schließlich das radioaktive Element: eine Substanz, die laut der Internationalen Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) 400-mal radioaktiver als Uran ist.
Das Extrahieren von Polonium war eine Herausforderung, weil es eine so winzige Menge gab; 1 Tonne Uranerz enthält nur etwa 100 Mikrogramm (0,0001 Gramm) Polonium.
Trotzdem konnten die Curies laut der Royal Society of Chemistry das Isotop herausziehen, das wir heute als Polonium-209 kennen.
Quellen
Spuren von Po-210 können im Boden und in der Luft gefunden werden. Beispielsweise wird Po-210 während des Zerfalls von Radon-222-Gas erzeugt, was auf den Zerfall von Radium zurückzuführen ist. Radium wiederum ist ein Zerfallsprodukt von Uran, das in fast allen Gesteinen und Böden aus Gesteinen vorhanden ist.
Flechten können Polonium direkt aus der Atmosphäre aufnehmen. In nördlichen Gebieten können Menschen, die Rentiere essen, höhere Poloniumkonzentrationen im Blut haben, weil Rentiere laut Smithsonian.com Flechten essen.
Polonium gilt als seltenes natürliches Element. Obwohl es in Uranerzen enthalten ist, ist es nicht wirtschaftlich zu extrahieren, da laut Jefferson Lab nur etwa 100 Mikrogramm Polonium in 1 Tonne (0,9 Tonnen) Uranerz enthalten sind.
Stattdessen wird Polonium erhalten, indem Wismut-209 (ein stabiles Isotop) mit Neutronen in einem Kernreaktor beschossen wird. Dadurch entsteht radioaktives Wismut-210, das nach Angaben der Royal Society of Chemistry durch einen als Beta-Zerfall bezeichneten Prozess in Polonium zerfällt.
Die Nuclear Regulatory Commission der Vereinigten Staaten schätzt, dass jedes Jahr weltweit nur etwa 100 Gramm Polonium-210 produziert werden.
Kommerzielle Verwendung
Aufgrund seiner hohen Radioaktivität hat Polonium nur wenige kommerzielle Anwendungen. Zu den begrenzten Verwendungsmöglichkeiten des Elements gehören die Beseitigung statischer Elektrizität in Maschinen und die Entfernung von Staub von fotografischen Filmen. In beiden Anwendungen muss das Polonium sorgfältig versiegelt werden, um den Benutzer zu schützen.
Das Element wird auch als leichte Wärmequelle für thermoelektrische Energie in Satelliten und anderen Raumfahrzeugen verwendet. Das liegt daran, dass Polonium schnell zerfällt und dabei eine große Menge Energie in Form von Wärme freisetzt. Laut der Royal Society of Chemistry erreicht nur ein einziges Gramm Polonium eine Temperatur von 500 ° C (932 ° F), wenn es abgebaut wird.
Atombombe
In der Mitte des Zweiten Weltkriegs begann das Army Corps of Engineers mit der Organisation des Manhattan Engineer District, eines streng geheimen Forschungs- und Entwicklungsprogramms, das letztendlich die ersten Atomwaffen der Welt produzieren sollte.
Vor den 1940er Jahren gab es keinen Grund, Polonium in seiner reinen Form zu isolieren oder in einer wesentlichen Menge herzustellen, da keine Verwendung dafür bekannt war und nur sehr wenig darüber bekannt war. Aber die Ingenieure des Distrikts begannen, Polonium zu studieren und fanden, dass das Element ein wichtiger Bestandteil für ihre Atomwaffe ist.
Eine Kombination aus Polonium und Beryllium, ein weiteres seltenes Element, war laut der Atomic Heritage Foundation der Initiator der Bombe.
Nach dem Krieg wurde das Polonium-Forschungsprojekt an das Mound Laboratory in Miamisburg, Ohio, übertragen. Mound Lab wurde 1949 fertiggestellt und war die erste permanente Einrichtung der Atomic Energy Commission für die Entwicklung von Atomwaffen.
Vergiftung
Polonium ist bereits in sehr geringen Mengen für den Menschen giftig.
Die erste Person, die an einer Poloniumvergiftung starb, war möglicherweise Marie Curies Tochter Irène Joliot-Curie. 1946 explodierte eine Poloniumkapsel auf ihrem Labortisch, was laut Smithsonian.com möglicherweise der Grund dafür war, dass sie an Leukämie erkrankte und 10 Jahre später starb.
Eine Poloniumvergiftung tötete auch Alexander Litvinenko, einen ehemaligen russischen Spion, der 2006 in London gelebt hatte, nachdem er politisches Asyl beantragt hatte.
Eine Vergiftung wurde auch beim Tod des palästinensischen Führers Yasser Arafat im Jahr 2004 vermutet, da laut dem Wall Street Journal überraschend hohe Polonium-210-Werte auf seinen Kleidern festgestellt wurden.
Eine 2011 in der Zeitschrift Nicotine & Tobacco Research veröffentlichte Studie ergab, dass Tabakunternehmen wissen, dass Zigaretten und andere tabakhaltige Produkte einen geringen Poloniumgehalt enthalten. Die Autoren der Studie errechneten, dass die Radioaktivität von Polonium in Zigaretten über einen Zeitraum von 25 Jahren für bis zu 138 Todesfälle pro 1.000 Raucher verantwortlich ist.
Andere Untersuchungen haben gezeigt, dass in den Rippen von Rauchern doppelt so viel Polonium gefunden wird wie in denen von Nichtrauchern, so das Toxicology Data Network des US-amerikanischen National Institute of Health.
Weiterführende Literatur:
