Polonium

Eigenschaften
[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p4 84 Po Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Polonium, Po, 84
Serie	Metalle
Gruppe, Periode, Block	16, 6, p
Aussehen	silbrig
CAS-Nummer	7440-08-6 (209Po)
Massenanteil an der Erdhülle	2,1 · 10−11 ppm
Atomar
Atommasse	209,98 u
Atomradius (berechnet)	190 (135) pm
Kovalenter Radius	140 pm
Van-der-Waals-Radius	197 pm
Elektronenkonfiguration	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p4
1. Ionisierungsenergie	812,1 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Modifikationen	α-Po, β-Po
Kristallstruktur	kubisch-primitiv (α-Po) rhomboedrisch (β-Po)
Dichte	9,196 g/cm3
Schmelzpunkt	527 K (254 °C)
Siedepunkt	1235 K (962 °C)
Molares Volumen	22,97 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme	ca. 100 kJ/mol
Schmelzwärme	ca. 13 kJ/mol
Elektrische Leitfähigkeit	2,5 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit	20 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	(−2), 2, 4, 6
Oxide (Basizität)	PoO2 (amphoter)
Normalpotential	0,37 V (Po2+ + 2 e− → Po)
Elektronegativität	2,0 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 208Po {syn.} 2,898 a α 5,215 204Pb ε 1,401 208Bi 209Po {syn.} 103 a α 4,879 205Pb ε 1,893 209Bi 210Po 99,998 % 138,376 d α 5,307 206Pb 211Po 5 · 10−10 % 0,516 s α 7,595 207Pb 211mPo {syn.} 25 s α 9,057 207Pb IT 1,462 211Po 212Po 2·10−12 % 304 ns α 8,78 208Pb 212mPo {syn.} 45,1 s α 11,8 208Pb IT 2,922 212Po 213Po {syn.} 4 µs α 8,5 209Pb 214Po 1 · 10−9 % 164 µs α 7,69 210Pb 215Po 7 · 10−10 % 1,781 ms α 7,526 211Pb β− 0,721 215At 216Po 1 · 10−6 % 0,15 s α 6,78 212Pb 217Po {syn.} 2 s α 6,7 213Pb 218Po 1,6 · 10−3 % 3,05 min α 6,115 214Pb β− 0,260 218At
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine Einstufung verfügbar H- und P-Sätze H: siehe oben P: siehe oben
Radioaktivität
Radioaktives Element
Soweit möglich und gebräuchlich, 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, wird also den Chalkogenen zugeordnet.

Geschichte

Polonium wurde 1898 vom Ehepaar Pierre und Marie Curie entdeckt. Zu Ehren von Marie Curies Heimat Polen nannten sie es Polonium (vom lateinischen Wort „Polonia“). Marie Curie verzichtete auf die Patentierung des Gewinnungsverfahrens, damit die Erforschung dieses Elements ungehindert weitergehen konnte. Für die Entdeckung und Beschreibung von Polonium (zusammen mit Radium) erhielt Marie Curie 1911 den Nobelpreis für Chemie.

Gewinnung und Herstellung

Poloniumisotope sind Zwischenprodukte der Thorium-Reihe und der Uran-Radium-Reihe, wobei letztere das häufigste Isotop ²¹⁰Po produziert. Polonium kann daher bei der Aufarbeitung von Pechblende gewonnen werden (1000 Tonnen Uranpechblende enthalten etwa 0,03 Gramm Polonium). Dabei reichert es sich zusammen mit Bismut an. Von diesem Element kann man es anschließend mittels fraktionierter Fällung der Sulfide (Poloniumsulfid ist schwerer löslich als Bismutsulfid) trennen.

Heutzutage erfolgt die Herstellung von Polonium jedoch im Kernreaktor durch Neutronenbeschuss von Bismut:

$\mathrm {{}^{209}Bi+n\rightarrow {}^{210}Bi\rightarrow {}^{210}Po+\beta ^{-}}$

Die Halbwertszeit t_½ für den Betazerfall von ²¹⁰Bi liegt bei 5,01 Tagen. Durch Destillation werden die beiden Elemente anschließend getrennt (Siedepunkt von Polonium: 962 °C; Siedepunkt von Bismut: 1564 °C). Eine andere Methode ist die Extraktion mit Hydroxidschmelzen bei Temperaturen um 400 °C. Die Weltjahresproduktion beträgt ca. 100 g.

Eigenschaften

Polonium ist ein silberweiß glänzendes Metall. Als einziges Metall weist die α-Modifikation eine kubisch-primitive Kristallstruktur auf. Dabei sind nur die Ecken eines Würfels 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 bezüglich seiner Redox-Edelheit zwischen Rhodium und Silber.

Polonium löst sich in Säuren wie Salzsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure unter Bildung des rosaroten Po²⁺-Ions. Po²⁺-Ionen in wässrigen Lösungen werden langsam zu gelben Po⁴⁺-Ionen oxidiert, da durch die Alphastrahlung des Poloniums im Wasser oxidierende Verbindungen gebildet werden.

Isotope

Bekannt sind von den Polonium-Isotopen, die alle radioaktiv sind, die Isotope ¹⁹⁰Po bis ²¹⁸Po, Die Halbwertszeiten sind recht unterschiedlich und reichen von etwa 3·10⁻⁷ Sekunden für ²¹²Po bis zu 103 Jahren für das künstlich hergestellte ²⁰⁹Po.

Das häufigste, natürlich vorkommende Isotop ²¹⁰Po hat eine Halbwertszeit von 138 Tagen und zerfällt unter Aussendung von Alpha-Strahlung in das Blei-Isotop ²⁰⁶Pb. Wegen dieser geringen Halbwertszeit erfolgt aber die Gewinnung des industriell genutzten ²¹⁰Po überwiegend künstlich in Kernkraftwerken.

Radiotoxikologische Bedeutung

Die größte Gefährdung stellt Polonium als Zerfallsprodukt des radioaktiven Edelgases Radon dar. Radon in der Atemluft erhöht das Risiko, an Lungenkrebs zu erkranken. Die eigentliche Ursache ist nicht Radon, sondern die Inhalation der kurzlebigen Radonzerfallsprodukte, die sich im Gegensatz zum gasförmigen Radon im Atemtrakt anreichern. Die unter den Zerfallsprodukten befindlichen Poloniumisotope ²¹⁰Po, ²¹²Po, ²¹⁴Po, ²¹⁶Po und ²¹⁸Po haben die größte radiologische Wirkung, weil sie Alphateilchen aussenden.

Während Alpha-Strahlung etwa bei äußerer Einwirkung bereits von der obersten Hautschicht aus abgestorbenen Zellen abgeschirmt wird, wirkt sie auf den Menschen stark schädigend, wenn Alpha-Strahler in den Körper gelangen. Über den Blutstrom verteilt sich das Polonium im Körpergewebe. Die zerstörerische Wirkung macht sich als Strahlenkrankheit zunächst an Zellen bemerkbar, die sich häufig teilen (z. B. Darmepithelien, Knochenmark). Zu den typischen Symptomen gehören neben Haarausfall und allgemeiner Schwäche auch Diarrhö, Anämie sowie Blutungen aus Nase, Mund, Zahnfleisch und Rektum.

Polonium wird vom menschlichen Körper mit einer biologischen Halbwertszeit von ca. 50 Tagen ausgeschieden. Reste und Zerfallsprodukte finden sich größtenteils im Kot sowie zu rund 10 % im Urin. Darüber hinaus sind Inkorporationen von außen nur schwer zu entdecken und eine Diagnose schwierig, da kaum Gammastrahlung emittiert wird.

Einer speziellen Polonium-Exposition sind Raucher ausgesetzt. Als mögliche Quellen kommen sowohl die im Tabakanbau eingesetzten Phosphatdüngemittel als auch eine Adsorption atmosphärischer Einträge durch die Tabakpflanzen in Frage. Die Anteile der Teer-Kanzerogene und der radioaktiven Exposition am Prozess der Krebsentstehung werden kontrovers diskutiert.

Verwendung

Polonium wird in Verbindung mit Beryllium in transportablen Neutronenquellen benutzt. Dabei wird die Kernreaktion ⁹Be($\alpha$, n)¹²C zur Erzeugung freier Neutronen genutzt.

In manchen industriellen Ionisatoren wird ²¹⁰Po 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 Zündstifte der Firestone-Zündkerzen enthielten um 1940 in den USA das radioaktive Schwermetall. Es sollte die Luft ionisieren und damit die Dauer des Zündfunkens verlängern.

²¹⁰Po entwickelt 140 Watt Wärme pro Gramm, weshalb es auch in kurzlebigen Radionuklidbatterien, etwa für die sowjetischen Mondfahrzeuge Lunochod 1 und Lunochod 2 eingesetzt wurde. Die Wärmeleistung genügt, um einen Poloniumkörper zum Schmelzen zu bringen. Heute kommen im Allgemeinen nur noch langlebigere Isotope anderer Elemente zum Einsatz.

Auch in Kernwaffen wurde Polonium als Neutronenquelle eingesetzt. 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.

Polonium als Gift

Alexander Litwinenko

2006 starb der ehemalige KGB-Agent und spätere Putin-Kritiker Alexander Litwinenko an den Folgen einer durch Polonium-210 verursachten Strahlenkrankheit. Das Polonium war ihm vermutlich über kontaminierten Tee verabreicht worden.

Jassir Arafat

Im Juli 2012 wurde ein radiologischer Laborbericht veröffentlicht, laut dem Spuren von ²¹⁰Po an Gebrauchsgegenständen des 2004 verstorbenen Palästinenserpräsidenten Jassir Arafat nachgewiesen worden seien. Daraufhin stimmte die Palästinensische Autonomiebehörde einer Exhumierung des Leichnams zu, um zu klären, ob Arafat vergiftet worden war. Die Exhumierung fand am 27. November 2012 in Ramallah statt, und Teams aus der Schweiz, Frankreich und Russland erhielten je ein Drittel der von einem islamischen Mediziner entnommenen Proben.

Am 6. November 2013 veröffentlichte die Universität Lausanne eine 108-seitige Studie, wonach man in den sterblichen Überresten Arafats stark erhöhte Poloniumwerte fand und eine Vergiftung möglich sei. In der Studie des Instituts für Rechtsmedizin der Universität heißt es, dass die Ergebnisse als Indizien dafür interpretiert werden könnten, dass Arafat vergiftet worden sei (“the results moderately support the proposition that the death was the consequence of poisoning with polonium-210”, S. 69). Andere Fachleute kommentierten die Studie dahingehend, dass damit zwar ein Hinweis, aber kein Beweis für eine Vergiftung vorliege. Die Veröffentlichung zweier anderer Forschungsteams aus Russland und Frankreich, die ebenfalls Zugang zu den sterblichen Überresten Arafats hatten, steht noch aus.

Verbindungen

Sauerstoffverbindungen

Poloniumdioxid, (PoO₂)_x, ist wie das Oxid des Gruppennachbarn Tellur (Tellurdioxid, (TeO₂)_x) eine ionische Verbindung, die in einer gelben und einer roten Modifikation auftritt. Weiterhin kennt man Poloniumtrioxid (PoO₃).

Sulfide

Schwarzes Poloniumsulfid (PoS) erhält man durch Fällung von in Säure gelöstem Polonium mit Schwefelwasserstoff.

Wasserstoffverbindungen

Poloniumwasserstoff (H₂Po) ist eine bei Raumtemperatur flüssige Wasserstoff-Verbindung, von der sich zahlreiche Polonide ableiten lassen.

Halogenide

Poloniumhalogenide kennt man mit den Summenformeln PoX₂, PoX₄ und PoX₆. Zu nennen sind Poloniumdifluorid, Poloniumdichlorid (rubinrot), Poloniumdibromid (purpurbraun) und Poloniumtetrafluorid, hellgelbes Poloniumtetrachlorid, rotes Poloniumtetrabromid sowie das schwarze Poloniumtetraiodid. Die Synthese von Poloniumhexafluorid (PoF₆) wurde 1945 versucht, führte aber zu keinen eindeutigen Ergebnissen, der Siedepunkt wurde auf −40 °C geschätzt.

Weblinks

Wiktionary: Polonium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 Commons: Polonium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Gesundheits- und Umweltaspekte von Polonium
• Polonium-210 – In tödlicher Mission
• Verfahren zur Bestimmung von Polonium-210 in Urin in einem radiochemischen Labor des Forschungszentrums Jülich

Periodensystem der Elemente

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

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Sr

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Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

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Cd

In

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Te

I

Xe

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Sm

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Er

Tm

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Lu

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Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

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Tl

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Rn

Fr

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Th

Pa

U

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Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Uut

Fl

Uup

Lv

Uus

Uuo

Alkalimetalle

Erdalkalimetalle

Lanthanoide

Actinoide

Übergangsmetalle

Metalle

Halbmetalle

Nichtmetalle

Halogene

Edelgase

unbekannt