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Steckbrief: Polonium

Informationen zum Element:

Bezeichnung

(208,98)

Symbol: Po

Internationale Bezeichung (IUPAC): Polonium

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

Bedeutung: lat.: polonia = Polen

Daten Periodensystem

Periode: 6

Gruppe: 16 (VI A)

Gruppenname: Chalkogene

Oxidationszahl: 4, (2, 6)

Atommasse [u]: (208,98)

Elektronegativität

Elektronegativität (nach Allred): 1,8

Elektronegativität (nach Pauling): 2

Physikalische Daten

Aggregatzustand (20°C): fest

Dichte [g/cm²]: 9,32

Radioativ: 138 d

Schmelztemperatur [°C]: 254

Siedetemperatur [°C]: 962

Kristallstruktur: monoklin

Verwendung im Alltag

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 die Polonium-Isotope ¹⁹⁰Po bis ²¹⁸Po, welche ausnahmslos radioaktiv sind. Die Halbwertszeiten sind recht unterschiedlich und reichen von etwa 3 ⋅ 10^?7 Sekunden für ²¹²Po bis zu 103 Jahren für ²⁰⁹Po.
Das wichtigste, 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 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 das Radongas, 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 Alopezie 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, so dass alle wichtigen Isotope vollständig oder zu einem signifikanten Anteil im menschlichen Körper zerfallen. Darüber hinaus sind Inkorporationen von außen nur schwer zu entdecken und eine Diagnose schwierig, da kaum Gammastrahlung emittiert wird. Reste und Zerfallsprodukte finden sich größtenteils im Kot sowie zu rund 10 % im Urin.
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(α, 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 historisch auch in kurzlebigen Radionuklidbatterien eingesetzt wurde, wie z. B. in frühen Satelliten. Die Wärmeleistung genügt, um einen Poloniumkörper zum Schmelzen zu bringen. Heute kommen i. A. 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.

Vorkommen und Häufigkeit

Vorkommen: 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.

Häufigkeit: 2,00 ⋅ 10^-14 % (prozentualer Massenanteil der Erdhülle, d.h. der Erdkruste/Ozeane bis 16 km Tiefe)

Geschichte

Entdeckung: 1898

Entdecker: Marie Curie

Isotope

²¹⁰Po (99,998 %, radioaktiv, Hablwertszeit: 138,376 d, 126 Neutronen)
²¹¹Po (6 ⋅ 10^?12 %, radioaktiv, Hablwertszeit: 0,516 s, 127 Neutronen)
²¹²Po (2⋅ 10^?14 %, radioaktiv, Hablwertszeit: 304 ns, 128 Neutronen)
²¹⁴Po (1 ⋅ 10^?11 %, radioaktiv, Hablwertszeit: 164 μs, 130 Neutronen)
²¹⁵Po (7 ⋅ 10^?12 %, radioaktiv, Hablwertszeit: 1,781 ms, 131 Neutronen)
²¹⁶Po (1 ⋅ 10^?8 %, radioaktiv, Hablwertszeit: 0,15 s, 132 Neutronen)
²¹⁸Po (1,6 ⋅ 10^?5 %, radioaktiv, Hablwertszeit: 3,05 min, 134 Neutronen)

Bild (mit freundlicher Genehmigung von http://www.smart-elements.com):

Schalenmodell nach Bohr

Polonium

	Tellur
Bismut		Astat

Informationen zum Element: Polonium