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Polonium ist ein radioaktives chemisches Element mit dem Elementsymbol Po und der Ordnungszahl 84 Im Periodensystem steht es in der 6 Hauptgruppe bzw der 16 IUPAC Gruppe wird also den Chalkogenen zugeordnet Das haufigste in der Natur vorkommende Isotop Po 210 findet sich als vorletztes Glied der Zerfallsreihe von Uran 238 in uranhaltigen Mineralien inzwischen wird jedoch Polonium fur technische oder wissenschaftliche Anwendungen hauptsachlich durch Einwirkung von Neutronenstrahlung auf Bismuth 209 erzeugt da die Extraktion aus naturlichen Materialien zu aufwendig ist Eigenschaften Xe 4f14 5d10 6s2 6p4 84 Po PeriodensystemAllgemeinName Symbol Ordnungszahl Polonium Po 84Elementkategorie MetalleGruppe Periode Block 16 6 pAussehen silbrigCAS Nummer 7440 08 6 209Po EG Nummer 231 118 2ECHA InfoCard 100 028 289Massenanteil an der Erdhulle 2 1 10 11 ppm 1 Atomar 2 Atommasse 209 98 uAtomradius berechnet 190 135 pmKovalenter Radius 140 pmVan der Waals Radius 197 3 pmElektronenkonfiguration Xe 4f14 5d10 6s2 6p41 Ionisierungsenergie 8 418 070 4 eV 4 811 8 kJ mol 5 2 Ionisierungsenergie 19 3 1 7 eV 4 1 860 kJ mol 5 3 Ionisierungsenergie 27 3 7 eV 4 2 630 kJ mol 5 4 Ionisierungsenergie 36 0 1 7 eV 4 3 470 kJ mol 5 5 Ionisierungsenergie 57 0 1 9 eV 4 5 500 kJ mol 5 6 Ionisierungsenergie 69 1 2 0 eV 4 6 670 kJ mol 5 Physikalisch 2 Aggregatzustand festModifikationen a Po b PoKristallstruktur kubisch primitiv a Po rhomboedrisch b Po Dichte 9 196 g cm3Schmelzpunkt 527 K 254 C Siedepunkt 1235 K 962 C Molares Volumen 22 97 10 6 m3 mol 1Verdampfungsenthalpie ca 100 kJ molSchmelzenthalpie ca 13 kJ mol 1Elektrische Leitfahigkeit 2 5 106 S m 1Warmeleitfahigkeit 20 W m 1 K 1Chemisch 2 Oxidationszustande 2 2 4 6Normalpotential 0 37 V Po2 2 e Po Elektronegativitat 2 0 Pauling Skala IsotopeIsotop NH t1 2 ZA ZE MeV ZP208Po syn 2 898 a a 5 215 204Pbe 1 401 208Bi209Po syn 103 a a 4 879 205Pbe 1 893 209Bi210Po 99 998 138 376 d a 5 307 206Pb211Po 5 10 10 0 516 s a 7 595 207Pb211mPo syn 25 s a 9 057 207PbIT 1 462 211Po212Po 2 10 12 304 ns a 8 78 208Pb212mPo syn 45 1 s a 11 8 208PbIT 2 922 212Po213Po syn 4 µs a 8 5 209Pb214Po 1 10 9 164 µs a 7 69 210Pb215Po 7 10 10 1 781 ms a 7 526 211Pbb 0 721 215At216Po 1 10 6 0 15 s a 6 78 212Pb217Po syn 2 s a 6 7 213Pb218Po 1 6 10 3 3 05 min a 6 115 214Pbb 0 260 218AtWeitere Isotope siehe Liste der IsotopeGefahren und SicherheitshinweiseRadioaktivGHS Gefahrstoffkennzeichnungkeine Einstufung verfugbar 6 Soweit moglich und gebrauchlich werden SI Einheiten verwendet Wenn nicht anders vermerkt gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Gewinnung und Herstellung 3 Eigenschaften 4 Isotope 5 Radiotoxikologische Bedeutung 6 Verwendung 7 Polonium als Gift 7 1 Alexander Litwinenko 7 2 Jassir Arafat 8 Verbindungen 8 1 Polonide 8 2 Sauerstoffverbindungen 8 3 Sulfide 8 4 Wasserstoffverbindungen 8 5 Halogenide 9 Weblinks 10 EinzelnachweiseGeschichte BearbeitenDie Existenz eines sehr stark strahlenden Elements in Uran haltiger Pechblende wurde erstmals 1898 vom Ehepaar Pierre und Marie Curie postuliert 7 Zu Ehren von Marie Curies Heimat Polen nannten sie es Polonium vom lateinischen Wort Polonia Eine Isolierung gelang ihnen nicht sondern erst 1902 dem Chemiker Willy Marckwald 8 der dieses Element als Radiotellur charakterisierte Fur die Entdeckung und Beschreibung von Polonium zusammen mit Radium erhielt Marie Curie 1911 den Nobelpreis fur Chemie Die Entdeckung von Radium und spater Polonium war moglich da den Curies auffiel dass Uranerze starker radioaktiv waren als reine Uransalze welche damals bereits fur Experimente verfugbar waren Die Curies nahmen richtigerweise an dass Uranerze neben Uran weitere radioaktive Spurenelemente enthalten welche in gereinigten Uransalzen beinahe abwesend sind Da Radium eine bedeutend langere Halbwertszeit als Polonium hat und die chemische Extraktion aufgrund der Unlosbarkeit von Radiumsulfat aus dem loslichen Uran IV sulfat im Bereich der Moglichkeiten damaliger extraktiver Chemie lag konnte Radium tatsachlich in nennenswerten Mengen extrahiert werden In Uranerz liegt pro Tonne Uran etwa 300 Milligramm Radium vor Eine kleine aber dennoch stofflich nachweisbare und extrahierbare Konzentration Polonium hingegen welches sich zu Radium im Masseverhaltnis von etwa 230 ppm befindet und chemisch dem Blei stark ahnelt war mit damaligen Mitteln nur aufgrund seiner Radioaktivitat nachweisbar Daher war die Existenz von Polonium bis zur Entdeckung der Kernspaltung und praktikablen grosstechnischen Moglichkeiten der Transmutation mittels Neutronenbestrahlung eher von theoretischem Interesse um die Lucken im Periodensystem der Elemente zu fullen Die Extraktion von Polonium aus naturlichen Materialien erfolgte nie uber den Labormassstab hinaus und heute wird allfallig benotigtes Polonium in entsprechenden Forschungsreaktoren gezielt hergestellt Gewinnung und Herstellung BearbeitenPoloniumisotope sind Zwischenprodukte der Thorium Reihe und der Uran Radium Reihe wobei letztere das haufigste Isotop 210Po produziert Polonium kann daher bei der Aufarbeitung von Pechblende gewonnen werden 1000 Tonnen Uranpechblende enthalten etwa 0 03 Gramm Polonium 9 Dabei reichert es sich zusammen mit Bismut an Von diesem Element kann man es anschliessend mittels fraktionierter Fallung der Sulfide trennen da Poloniumsulfid schwerer loslich ist als Bismutsulfid Heutzutage erfolgt die Herstellung von Polonium jedoch im Kernreaktor durch Neutronenbeschuss von Bismut 209 B i n 210 B i 210 P o b displaystyle mathrm 209 Bi n rightarrow 210 Bi rightarrow 210 Po beta nbsp Die Halbwertszeit t fur 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 10 Eine andere Methode ist die Extraktion mit Hydroxidschmelzen bei Temperaturen um 400 C 11 Die Weltjahresproduktion betragt ca 100 g 12 Eigenschaften BearbeitenPolonium ist ein silberweiss glanzendes Metall Als einziges Metall weist die a Modifikation eine kubisch primitive Kristallstruktur auf Dabei sind nur die Ecken eines Wurfels 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 mit seiner Redox Edelheit zwischen Rhodium und Silber Polonium lost sich in Sauren wie Salzsaure Schwefelsaure und Salpetersaure unter Bildung des rosaroten Po2 Ions Po2 Ionen in wassrigen Losungen werden langsam zu gelben Po4 Ionen oxidiert da durch die Alphastrahlung des Poloniums im Wasser oxidierende Verbindungen gebildet werden 13 Isotope BearbeitenBekannt sind von den Polonium Isotopen die alle radioaktiv sind die Isotope 190Po bis 218Po 14 Die Halbwertszeiten sind recht unterschiedlich und reichen von etwa 3 10 7 Sekunden fur 212Po bis zu 103 Jahren fur das kunstlich hergestellte 209Po Trotz der langeren Halbwertszeit von Polonium 209 ist es seltener als Polonium 210 da es nicht Bestandteil einer Zerfallsreihe ist da der beta stabile Isobar mit Massezahl 209 Bismuth ist Auch die kunstlichen Routen zur Erzeugung von Polonium in Kernreaktoren erzeugen zumeist Polonium 210 da dieses relativ einfach durch Neutroneneinfang in Bismuth 209 darstellbar ist und die leichteren Isotope bedeutend schwieriger zu erzeugen sind Das haufigste naturlich vorkommende Isotop 210Po hat eine Halbwertszeit von 138 Tagen und zerfallt unter Aussendung von Alphastrahlung in das Blei Isotop 206Pb Wegen dieser geringen Halbwertszeit erfolgt die Gewinnung des industriell genutzten 210Po uberwiegend kunstlich in Kernreaktoren Das fur schnelle Kernreaktoren vorgeschlagene Kuhlmittel Blei Bismuth ein Eutektikum mit niedrigem Schmelz und hohem Siedepunkt erzeugt wenn es Neutronenstrahlung ausgesetzt ist unweigerlich Polonium 210 Dies wird wahlweise als Nachteil oder als mogliches gewinnbringendes Koppelprodukt angesehen Sollten mit Blei Bismuth gekuhlte Kernkraftwerke in grosserem Umfang zum Einsatz kommen gabe es mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ein Angebot an Polonium 210 welches die derzeitige Nachfrage um Grossenordnungen uberschreitet Eine Abtrennung ist wie oben skizziert durch Destillation moglich mit 1740 C ist der Siedepunkt des Bleis sogar noch oberhalb jenes von Bismuth Radiotoxikologische Bedeutung BearbeitenDie grosste Gefahrdung stellt Polonium als Zerfallsprodukt des radioaktiven Edelgases Radon dar Radon in der Atemluft erhoht das Risiko an Lungenkrebs zu erkranken Die eigentliche Ursache ist nicht Radon sondern die Inhalation der kurzlebigen Radonzerfallsprodukte die sich im Gegensatz zum gasformigen Radon im Atemtrakt anreichern Die unter den Zerfallsprodukten befindlichen Poloniumisotope 210Po 212Po 214Po 216Po und 218Po haben die grosste radiologische Wirkung weil sie Alphateilchen aussenden Wahrend Alphastrahlung etwa bei ausserer Einwirkung bereits von der obersten Hautschicht aus abgestorbenen Zellen abgeschirmt wird wirkt sie auf den Menschen stark schadigend wenn Alpha Strahler in den Korper gelangen Uber den Blutstrom verteilt sich das Polonium im Korpergewebe Die zerstorerische Wirkung macht sich bei hohen Akutdosen 500 mSv und mehr als Strahlenkrankheit zunachst an Zellen bemerkbar die sich haufig teilen z B Darmepithelien Knochenmark Zu den typischen Symptomen gehoren neben Haarausfall und allgemeiner Schwache auch Diarrho Anamie sowie Blutungen aus Nase Mund Zahnfleisch und Rektum Polonium wird vom menschlichen Korper mit einer biologischen Halbwertszeit von ca 50 Tagen ausgeschieden Reste und Zerfallsprodukte finden sich grosstenteils im Kot sowie zu rund 10 im Urin 15 Daruber hinaus sind Inkorporationen von aussen nur schwer zu entdecken und eine Diagnose schwierig da kaum Gammastrahlung emittiert wird Bei einer Obduktion ist Polonium nur so lange detektierbar wie nennenswerte Mengen im Korper vorhanden sind Da nach 10 Halbwertszeiten bei Polonium 210 also etwas weniger als vier Jahre nur noch 1 2 10 1 1024 des Ausgangswertes vorhanden ist lasst sich ein erst Jahre nach dem Tod aufkommender Verdacht einer Polonium Vergiftung nicht mehr erharten oder widerlegen Da die LD 50 sehr gering ist kann aus dem Blei Isotopen Verhaltnis nicht sicher auf 210Po Exposition geschlossen werden Die LD 50 wird auf 50 Nanogramm geschatzt Im Falle Litwinenko siehe unten geht man von 10 Mikrogramm also dem 200 fachen aus Je nach ortlicher Exposition und Lebenswandel enthalt ein gesunder erwachsener menschlicher Korper im Bereich von hunderten Milligramm Blei 16 Einer speziellen Polonium Exposition sind Raucher ausgesetzt 17 Als mogliche Quellen kommen sowohl die im Tabakanbau eingesetzten Phosphatdungemittel 18 als auch eine Adsorption atmospharischer Eintrage durch die Tabakpflanzen in Frage Die Anteile der Teer Kanzerogene und der radioaktiven Exposition am Prozess der Krebsentstehung werden kontrovers diskutiert 19 20 Schatzungen gehen davon aus dass bei Rauchern 9 bis 14 der Bronchialkarzinome durch uber Tabakrauch aufgenommene Radioaktivitat verursacht werden 21 Verwendung BearbeitenIn 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 Zundstifte von Firestone Zundkerzen enthielten um 1940 in den USA das radioaktive Schwermetall Es sollte die Luft ionisieren und damit die Dauer des Zundfunkens verlangern 210Po entwickelt 140 Watt Warme pro Gramm daher wurde es in kurzlebigen Radionuklidbatterien etwa fur die sowjetischen Mondfahrzeuge Lunochod 1 und Lunochod 2 eingesetzt 22 Die Warmeleistung genugt um einen Poloniumkorper zum Schmelzen zu bringen 23 Heute kommen im Allgemeinen nur noch langlebigere Isotope anderer Elemente zum Einsatz Gangigstes Element zur Verwendung in Radionuklidbatterien ist heute Plutonium 238 mit einer Halbwertszeit uber 80 Jahren Gerade fur Raumsonden welche ins aussere Sonnensystem unterwegs sind ist diese Langlebigkeit essentiell um entsprechende Flugzeiten zu uberdauern Der Alpha Strahler Polonium wird in Verbindung mit Beryllium in transportablen Neutronenquellen benutzt Dabei wird folgende Kernreaktion zur Erzeugung freier Neutronen genutzt 4 9 B e 2 4 a 1 6 2 C 0 1 n displaystyle mathrm 4 9 Be 2 4 alpha to 1 6 2 C 0 1 n nbsp Auch in Kernwaffen diente Polonium als Neutronenquelle 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 BearbeitenWie bei allen Alphastrahlern hinreichender Aktivitat ist die allfallige chemische Giftigkeit fur die Giftwirkung nicht relevant Da jedoch bereits die aussere Epidermis in der Lage ist Alphateilchen abzufangen ist die Radiotoxizitat erst bei Inkorporation Essen Trinken Einatmen o a relevant Aufgrund der geringen Gammastrahlung welche beim Zerfall von 210Po entsteht ist ein Nachweis in vivo schwierig was Poloniumvergiftungen schwer nachweisbar macht Auch postmortem ist aufgrund der geringen Halbwertszeit der Nachweis nur fur einen begrenzten Zeitraum moglich Da Polonium jedoch siehe oben heutzutage fast ausschliesslich in entsprechend gesicherten kerntechnischen Anlagen erzeugt und verarbeitet wird ist der Nachweis von Polonium ein starker Hinweis auf einen entsprechend ausgestatteten Tater oder Auftraggeber Alexander Litwinenko Bearbeiten 2006 starb der zum britischen Geheimdienst MI6 ubergelaufene ehemalige Agent des Inlandsgeheimdienstes der Russischen Foderation FSB und spatere Putin Kritiker Alexander Litwinenko an den Folgen einer durch 210Po verursachten Strahlenkrankheit Das Polonium war ihm vermutlich uber kontaminierten Tee verabreicht worden 24 Jassir Arafat Bearbeiten Ab Juli 2012 wurden mehrere Studien veroffentlicht die sich mit einer moglichen Vergiftung des 2004 verstorbenen Palastinenser Prasidenten Jassir Arafat mit 210Po befassten Da seit der etwaigen Vergiftung etliche Halbwertszeiten vergingen gestaltete sich ein Nachweis im Leichnam schwer Eine Untersuchung von Radiophysikern der Universitat Lausanne im November 2013 bekraftigte jedoch die These der Polonium Vergiftung 25 26 27 Verbindungen BearbeitenAufgrund der hohen Radioaktivitat des am leichtesten verfugbaren Isotops 210Po behindern Hitzeentwicklung und Radiolyse die Analyse des chemischen Verhaltens Da nur geringe Mengen verfugbar sind finden daruber hinaus nur wenige Studien im Gebiet der Poloniumchemie statt Polonide Bearbeiten Die Polonide sind salzartige Verbindungen in welchen das Polonid Anion Po2 vorliegt und gelten als die stabilsten Verbindungen des Poloniums Bekannte Polonide sind Natriumpolonid Magnesiumpolonid und Bleipolonid Sauerstoffverbindungen Bearbeiten Polonium IV oxid 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 das schwarze Polonium II oxid PoO und Polonium VI oxid PoO3 Sulfide Bearbeiten Schwarzes Poloniummonosulfid PoS erhalt man durch Fallung von in Saure gelostem Polonium mit Schwefelwasserstoff Wasserstoffverbindungen Bearbeiten Poloniumwasserstoff H2Po ist eine bei Raumtemperatur flussige Wasserstoff Verbindung von der sich zahlreiche Polonide ableiten lassen Halogenide Bearbeiten 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 fuhrte aber zu keinen eindeutigen Ergebnissen der Siedepunkt wurde auf 40 C geschatzt 28 Weblinks Bearbeiten nbsp Wiktionary Polonium Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen nbsp Commons Polonium Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Gesundheits und Umweltaspekte von PoloniumEinzelnachweise Bearbeiten Harry H Binder Lexikon der chemischen Elemente S Hirzel Verlag Stuttgart 1999 ISBN 3 7776 0736 3 Die Werte fur die Eigenschaften Infobox sind wenn nicht anders angegeben aus www webelements com Polonium entnommen Manjeera Mantina Adam C Chamberlin Rosendo Valero Christopher J Cramer Donald G Truhlar Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group In J Phys Chem A 2009 113 S 5806 5812 doi 10 1021 jp8111556 a b c d e f Eintrag zu polonium in Kramida A Ralchenko Yu Reader J und NIST ASD Team 2019 NIST Atomic Spectra Database ver 5 7 1 Hrsg NIST Gaithersburg MD doi 10 18434 T4W30F physics nist gov asd Abgerufen am 13 Juni 2020 a b c d e f Eintrag zu polonium bei WebElements www webelements com abgerufen am 13 Juni 2020 Die von der Radioaktivitat ausgehenden Gefahren gehoren nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS Kennzeichnung In Bezug auf weitere Gefahren wurde dieses Element entweder noch nicht eingestuft oder eine verlassliche und zitierfahige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden Sieghard Neufeldt Chronologie Chemie John Wiley amp Sons 2012 ISBN 3 527 66284 7 S 115 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche Die 14 Hauptversammlung der Bunsengesellschaft In Polytechnisches Journal 322 1907 Miszelle 1 S 364 3 mg Poloniumsalz aus 5 000 kg Uranerz A F Holleman E Wiberg N Wiberg Lehrbuch der Anorganischen Chemie 102 Auflage Walter de Gruyter Berlin 2007 ISBN 978 3 11 017770 1 S 617 osti gov Energy Citations Database ECD Patent US4018561A Apparatus for extraction of polonium 210 from irradiated bismuth using molten caustic Angemeldet am 26 Februar 1975 veroffentlicht am 19 April 1977 Anmelder Minnesota Mining amp Mfg Erfinder Dan H Siemens Jr Earl J Wheelwright Royal Chemical Society Q amp A Polonium 210 27 November 2006 A F Holleman E Wiberg N Wiberg Lehrbuch der Anorganischen Chemie 102 Auflage Walter de Gruyter Berlin 2007 ISBN 978 3 11 017770 1 S 620 Daten zu Polonium bei KAERI einem koreanischen Kernforschungsinstitut Gefahrenhinweise zu Polonium 210 PDF 83 kB Lead Toxicity and Human Health Bone Lead Testing Facility 21 August 2018 abgerufen am 27 Marz 2023 amerikanisches Englisch Bernhard Ludewig Dirk Eidemuller Der nukleare Traum Die Geschichte der deutschen Atomkraft 1 Auflage DOM publishers 2020 ISBN 978 3 86922 088 8 S 29 V Zaga C Lygidakis u a Polonium and lung cancer In Journal of oncology Band 2011 2011 S 860103 doi 10 1155 2011 860103 PMID 21772848 PMC 3136189 freier Volltext sueddeutsche de Warum Tabak radioaktiv ist Ein Rauch wie 250 Rontgenaufnahmen pro Jahr 17 Mai 2010 abgerufen am 27 Mai 2013 qualm nix de Rauchen und Umwelt Memento vom 15 Marz 2007 im Internet Archive M J Tidd The big idea polonium radon and cigarettes In Journal of the Royal Society of Medicine Band 101 Nummer 3 Marz 2008 S 156 157 doi 10 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ArK Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br KrRb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I XeCs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At RnFr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts OgAlkalimetalle Erdalkalimetalle Lanthanoide Actinoide Ubergangsmetalle Metalle Halbmetalle Nichtmetalle Halogene Edelgase Chemie unbekannt Normdaten Sachbegriff GND 4175077 9 lobid OGND AKS LCCN sh85104579 NDL 00569159 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Polonium amp oldid 238047145