Polonio

Polonio
84 Po                                                                                                                                                                                                                                                               bismuto ← polonio → astato
argenteo
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	polonio, Po, 84
Serie	metalloidi
Gruppo, periodo, blocco	16, 6, p
Densità	9 919,6 kg/m³
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico	209 u
Raggio atomico (calc.)	190 (135) pm
Raggio covalente	146 pm
Raggio di van der Waals	197 pm
Configurazione elettronica	[Xe]4f145d106s26p4
e− per livello energetico	2, 8, 18, 32, 18, 6
Stati di ossidazione	2, 4, 6 (anfotero)
Struttura cristallina	monoclina
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido (non magnetico)
Punto di fusione	527 K (254 °C)
Punto di ebollizione	1 235 K (962 °C)
Volume molare	2,297 × 10−5 m³/mol
Calore di fusione	60,1 kJ/mol
Tensione di vapore	0,0176 Pa a 527 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-08-6
Elettronegatività	2,0 (scala di Pauling)
Conducibilità elettrica	2,19 × 106 /m·Ω
Conducibilità termica	20 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	812,1 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 206Po sintetico 8,8 giorni α ε 202Pb 206Bi 207Po sintetico 5,8 ore ε 207Bi 208Po sintetico 2,898 anni α ε 5,215 1,401 204Pb 208Bi 209Po sintetico 103 anni α ε 4,979 1,893 205Pb 209Bi 210Po sintetico 138,376 giorni α 5,407 206Pb 211Po sintetico 0,516 s α 207Pb 212Po sintetico 0,298 μs 0,299 μs α 208Pb 213Po sintetico 4 μs α 209Pb 214Po sintetico 163,7 μs α 210Pb 215Po sintetico 1,78 ms α β− 211Pb 215At 216Po sintetico 0,145 s α 212Pb 218Po sintetico 3,10 mesi α β− 214Pb 218At
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Il polonio è l'elemento chimico di numero atomico 84. Il suo simbolo è Po.

È un semimetallo radioattivo raro, chimicamente simile al tellurio e al bismuto e si trova nei minerali di uranio.

Caratteristiche

Questa sostanza radioattiva si scioglie facilmente in ambiente acido (ma è difficilmente solubile in ambiente alcalino). Il suo comportamento chimico è molto simile a quelli di bismuto e tellurio. Il polonio è un metalloide volatile, di cui il 50% si vaporizza in aria dopo 45 ore a 328 K (55 °C). Non ha isotopi stabili ma oltre 50 isotopi instabili: è estremamente tossico e molto radioattivo.

Applicazioni

• Quando è mescolato in lega con berillio, il polonio può essere usato come sorgente di neutroni. Un esempio di questo utilizzo si ritrova nelle armi nucleari.
• Questo elemento è stato usato in dispositivi per eliminare la carica elettrostatica nella manifattura di stoffe, ma è stato rimpiazzato da sorgenti di raggi beta, più facilmente disponibili e meno pericolose. Le proprietà antistatiche sono dovute alle radiazioni alfa che ionizzano l'aria circostante, che a sua volta neutralizza le cariche elettrostatiche.
• Si usa anche su speciali spazzole che tolgono la polvere accumulata sui negativi fotografici. Il polonio in queste spazzole è sigillato e schermato in modo da minimizzare i rischi da radiazioni.

Il polonio-210

Questo isotopo del polonio è un emettitore alfa, con una emivita di 138,39 giorni. Un milligrammo di tale metalloide emette lo stesso numero di particelle alfa di 5 grammi di radio. Il decadimento di questo elemento rilascia anche una grande quantità di energia: mezzo grammo di polonio-210, se viene termicamente isolato dall'ambiente, può raggiungere rapidamente temperature di circa 500 °C, e sviluppare circa 140 W/g in energia termica. Pochi curie (gigabecquerel) di polonio-210 emettono una luminescenza blu dovuta all'eccitazione dell'aria circostante per effetto Compton.
Poiché praticamente tutta la radiazione alfa viene facilmente bloccata dai normali contenitori e rilascia la sua energia appena colpisce una superficie, il polonio-210 è stato preso in esame per un possibile uso nel riscaldamento dei veicoli spaziali, come sorgente per celle termoelettriche nei satelliti artificiali. Tuttavia, a causa della sua breve emivita (circa 140 giorni), il polonio-210 non poteva alimentare queste celle per tutta la vita utile di un satellite e questa applicazione è stata abbandonata.

Storia

La sua scoperta si deve ai coniugi Maria Skłodowska (meglio nota come Marie Curie) e Pierre Curie, resa pubblica il 20 aprile 1902. Chiamato anche "radio F", venne poi battezzato polonio in onore alla Polonia (terra natale di Maria Skłodowska) anche con l'intenzione di porre alla pubblica attenzione la lotta per l'indipendenza della Polonia, all'epoca provincia dell'impero russo. Fu in questo senso il primo elemento chimico a legarsi esplicitamente ad una controversia geopolitica.

I coniugi Curie-Skłodowska, saggiando il contenuto di uranio della pechblenda (la Skłodowska aveva iniziato a misurare la radiazione emessa dall'uranio mediante la piezoelettricità scoperta dal marito Pierre in collaborazione col fratello Jacques), notarono che alcuni campioni erano più radioattivi di quanto lo sarebbero stati se costituiti di uranio puro; ciò implicava che nella pechblenda fossero presenti elementi in quantità minime non rilevate dalla normale analisi chimica e che la loro radioattività fosse molto alta. Decisero così di esaminare tonnellate di pechblenda riuscendo così, nel luglio del 1898, ad isolare una piccola quantità di polvere nera avente attività specifica pari a circa 400 volte quella dell'uranio. In tale polvere era contenuto un nuovo elemento dalle caratteristiche simili al tellurio che fu chiamato polonio. Il resoconto di tale lavoro, unitamente a quello immediatamente successivo che portò alla scoperta dell'ancor più radioattivo radio, divenne la tesi di dottorato di Maria Skłodowska.

Isotopi

Sono noti 25 isotopi del polonio, tutti radioattivi, le cui masse atomiche variano da 194 a 218 u. Il polonio-210 è l'isotopo più disponibile.

²⁰⁹Po (con un'emivita di 103 anni) e ²⁰⁸Po (2,9 anni) possono essere prodotti tramite bombardamento del piombo o del bismuto con particelle alfa, protoni o deuteroni, sono tuttavia sintesi molto costose.

Disponibilità

Il polonio in natura è un elemento molto raro. Si trova nei minerali dell'uranio in concentrazione di circa 100 microgrammi per tonnellata, ovvero una parte su 10¹⁰. La sua abbondanza è circa lo 0,2% di quella del radio.

Nel 1934 un esperimento ha dimostrato la possibilità di produrre il polonio per bombardamento del bismuto con neutroni:

²⁰⁹Bi + n → ²¹⁰Bi → ²¹⁰Po + β⁻

in questo modo, il polonio-210 può essere prodotto in un reattore nucleare per la produzione di radioisotopi in quantità dell'ordine dei milligrammi. La stessa reazione invece motiva lo svantaggio nell'impiego del bismuto nel refrigerante di un reattore.

Precauzioni

Simboli di rischio chimico
frasi H	???
consigli P	???
Le sostanze chimiche vanno manipolate con cautela
Avvertenze

Il polonio è un elemento tossico, altamente radioattivo e pericoloso da manipolare, persino in quantitativi dell'ordine del milligrammo o meno. Le particelle alfa che emette viaggiano per pochi centimetri nell'aria e sono facilmente schermabili, ma in caso di penetrazione nell'organismo (ad esempio per inalazione o ingestione) possono danneggiarne i tessuti.

Il limite massimo tollerabile di radioattività da ingestione del polonio è 83 kBq, una quantità corrispondente a quella prodotta da 3 ng di polonio. La massima concentrazione ammissibile di composti di polonio nell'aria è circa 11 kBq/m³.

Studi scientifici hanno dimostrato la presenza di Polonio 210 nelle sigarette. Scienziati affermano che il fumo di 20 sigarette al giorno per 1 anno equivalga a sottoporsi a 28 radiografie.

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998.

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Collegamenti esterni

• (EN) Polonium, Los Alamos National Laboratory.
• (EN) Polonium, su WebElements.com.
• (EN) Polonium, su EnvironmentalChemistry.com.
• (EN) History of Polonium, globalsecurity.org.
• (EN) Polonium-210, NRC.
• (EN) Albert R. Kaufman, Polonium-powered aircraft for military purposes, Lexington 1948, osti.gov.

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