Polonium (Po) là một kim loại phóng xạ rất hiếm và dễ bay hơi. Trước khi nhà vật lý người Ba Lan - Pháp Marie Curie phát hiện ra polonium vào năm 1898, uranium và thorium là những nguyên tố phóng xạ duy nhất được biết đến. Curie đặt tên polonium theo quê hương của cô, Ba Lan.
Polonium ít được sử dụng cho con người, ngoại trừ một số ứng dụng đe dọa: Nó được sử dụng như một ngòi nổ trong quả bom nguyên tử đầu tiên và cũng là chất độc bị nghi ngờ trong một vài cái chết cao cấp.
Trong các ứng dụng thương mại, đôi khi polonium được sử dụng để loại bỏ tĩnh điện trong máy móc hoặc bụi khỏi phim ảnh. Nó cũng có thể được sử dụng như một nguồn nhiệt nhẹ cho năng lượng nhiệt điện trong các vệ tinh không gian.
Phân loại
Polonium nằm trong Nhóm 16 và giai đoạn 6 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố. Nó được phân loại là kim loại vì độ dẫn điện của polonium giảm khi nhiệt độ của nó tăng lên, theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia.
Nguyên tố này là kim loại nặng nhất của chalcogens, một nhóm nguyên tố còn được gọi là "họ oxy". Tất cả các chalcogens được tìm thấy trong quặng đồng. Các yếu tố khác trong nhóm chalcogen bao gồm oxy, lưu huỳnh, selen và Tellurium.
Có 33 đồng vị đã biết (các nguyên tử của cùng một nguyên tố có số nơtron khác nhau) của polonium và tất cả đều là chất phóng xạ. Sự mất ổn định phóng xạ của nguyên tố này là yếu tố khiến nó trở thành ứng cử viên phù hợp để sử dụng trong bom nguyên tử.
Tính chất vật lý
- Số nguyên tử (số proton trong hạt nhân): 84
- Ký hiệu nguyên tử (trên bảng tuần hoàn các nguyên tố): Po
- Trọng lượng nguyên tử (khối lượng trung bình của nguyên tử): 209
- Mật độ: 9,32 gram trên mỗi cm khối
- Pha ở nhiệt độ phòng: Rắn
- Điểm nóng chảy: 489,2 độ F (254 độ C)
- Điểm sôi: 1.763,6 độ F (962 độ C)
- Đồng vị phổ biến nhất: Po-210 có chu kỳ bán rã chỉ 138 ngày
Khám phá
Khi Curie và chồng cô, Pierre Curie, phát hiện ra polonium, họ đang tìm kiếm nguồn phóng xạ trong một loại quặng giàu uranium tự nhiên có tên là pitchblende.
Cả hai nhận thấy rằng pitchblende chưa tinh chế có tính phóng xạ cao hơn uranium đã được tách ra khỏi nó. Vì vậy, họ lập luận rằng pitchblende phải chứa ít nhất một nguyên tố phóng xạ khác.
Người Curies đã mua vô số pitchblende để họ có thể tách các hợp chất trong khoáng chất. Sau nhiều tháng làm việc cật lực, cuối cùng họ đã phân lập được nguyên tố phóng xạ: một chất phóng xạ gấp 400 lần so với uranium, theo Liên minh Hóa học thuần túy và ứng dụng quốc tế (IUPAC).
Trích xuất polonium là một thách thức vì có một lượng rất nhỏ; 1 tấn quặng urani chỉ chứa khoảng 100 microgam (0,0001 gram) polonium.
Tuy nhiên, Curies đã có thể rút ra đồng vị mà ngày nay chúng ta gọi là polonium-209, theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia.
Nguồn
Dấu vết của Po-210 có thể được tìm thấy trong đất và không khí. Ví dụ, Po-210 được sản xuất trong quá trình phân rã khí radon-222, kết quả của sự phân rã radium. Đổi lại, radium là một sản phẩm phân rã của uranium, có mặt trong hầu hết các loại đá và đất hình thành từ đá.
Địa y có khả năng hấp thụ polonium trực tiếp từ khí quyển. Ở khu vực phía bắc, những người ăn tuần lộc có thể có nồng độ polonium trong máu cao hơn, vì tuần lộc ăn địa y, theo Smithsonian.com.
Polonium được coi là một nguyên tố tự nhiên hiếm. Mặc dù nó được tìm thấy trong quặng uranium, nhưng nó không kinh tế để chiết xuất vì chỉ có khoảng 100 microgam polonium trong 1 tấn (0,9 tấn) quặng uranium, theo Phòng thí nghiệm Jefferson.
Thay vào đó, polonium thu được bằng cách bắn phá bismuth-209 (một đồng vị ổn định) bằng neutron trong lò phản ứng hạt nhân. Điều này tạo ra bismuth-210 phóng xạ, sau đó phân rã thành polonium thông qua một quá trình gọi là phân rã beta, theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia.
Ủy ban điều tiết hạt nhân Hoa Kỳ ước tính rằng chỉ có khoảng 100 gram (3,5 ounce) polonium-210 được sản xuất trên toàn thế giới mỗi năm.
Sử dụng thương mại
Do tính phóng xạ cao, polonium có ít ứng dụng thương mại. Trong số các yếu tố hạn chế sử dụng là loại bỏ tĩnh điện trong máy móc và loại bỏ bụi khỏi phim ảnh. Trong cả hai ứng dụng, polonium phải được niêm phong cẩn thận để bảo vệ người dùng.
Nguyên tố này cũng được sử dụng làm nguồn nhiệt nhẹ cho năng lượng nhiệt điện trong vệ tinh và các tàu vũ trụ khác. Đó là bởi vì polonium phân rã nhanh chóng, và như vậy, nó giải phóng một lượng lớn năng lượng dưới dạng nhiệt. Chỉ cần một gram polonium sẽ đạt tới nhiệt độ 500 độ C (932 độ F) khi nó xuống cấp, theo Hiệp hội Hóa học Hoàng gia.
Bom nguyên tử
Vào giữa Thế chiến II, Quân đoàn Kỹ sư bắt đầu tổ chức Khu kỹ sư Manhattan, một chương trình nghiên cứu và phát triển tuyệt mật, cuối cùng sẽ sản xuất vũ khí hạt nhân đầu tiên trên thế giới.
Trước những năm 1940, không có lý do gì để cô lập polonium ở dạng nguyên chất hoặc sản xuất nó với số lượng đáng kể, bởi vì không có công dụng nào cho nó và rất ít thông tin về nó. Nhưng các kỹ sư của quận đã bắt đầu nghiên cứu về polonium và tìm thấy nguyên tố này là một thành phần quan trọng cho vũ khí hạt nhân của họ.
Một sự kết hợp của polonium và berili, một nguyên tố hiếm khác, đóng vai trò là người khởi xướng bom, theo Tổ chức Di sản nguyên tử.
Sau chiến tranh, dự án nghiên cứu về polonium đã được chuyển đến Phòng thí nghiệm Mound ở Miamisburg, Ohio. Hoàn thành vào năm 1949, Mound Lab là cơ sở của Ủy ban Năng lượng nguyên tử vĩnh viễn đầu tiên để phát triển vũ khí hạt nhân.
Ngộ độc
Polonium gây độc cho con người, ngay cả với số lượng rất nhỏ.
Người đầu tiên chết vì ngộ độc polonium có thể là con gái của Marie Curie, Irène Joliot-Curie. Năm 1946, một viên nang polonium phát nổ trên băng ghế trong phòng thí nghiệm của cô, đây có thể là lý do khiến cô mắc bệnh bạch cầu và qua đời 10 năm sau đó, theo Smithsonian.com.
Ngộ độc Polonium cũng là thứ đã giết chết Alexander Litvinenko, một cựu điệp viên Nga, người đã sống ở London vào năm 2006 sau khi tuyên bố tị nạn chính trị.
Ngộ độc cũng bị nghi ngờ trong cái chết năm 2004 của nhà lãnh đạo Palestine Yasser Arafat, vì mức độ cao của polonium-210 đáng ngạc nhiên đã được phát hiện trên quần áo của ông, theo The Wall Street Journal.
Một nghiên cứu năm 2011 được công bố trên tạp chí Nicotine & Thuốc lá cho thấy các công ty thuốc lá đã nhận thức được rằng thuốc lá và các sản phẩm có chứa thuốc lá khác có chứa hàm lượng polonium thấp. Các tác giả của nghiên cứu tính toán rằng phóng xạ từ polonium trong thuốc lá chịu trách nhiệm cho tới 138 trường hợp tử vong cho mỗi 1.000 người hút thuốc trong khoảng thời gian 25 năm.
Một nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng lượng polonium nhiều gấp đôi được tìm thấy trong xương sườn của những người hút thuốc so với những người không hút thuốc, theo Mạng dữ liệu độc tính của Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ.
Đọc thêm:
