原子序數為84的化學元素

拼音注音ㄆㄛˋ粤拼pok3;英語:Polonium),是一種化學元素,其化學符號Po原子序數为84。釙是一種稀有且具有高度放射性的銀白色金屬元素(有時歸為類金屬),對人類極為危險。釙在1898年由玛丽亚·居里皮埃尔·居里所發現,並得名於玛丽亚·居里的故鄉波蘭Polska)。

釙   84Po
氫(非金屬) 氦(惰性氣體)
鋰(鹼金屬) 鈹(鹼土金屬) 硼(類金屬) 碳(非金屬) 氮(非金屬) 氧(非金屬) 氟(鹵素) 氖(惰性氣體)
鈉(鹼金屬) 鎂(鹼土金屬) 鋁(貧金屬) 矽(類金屬) 磷(非金屬) 硫(非金屬) 氯(鹵素) 氬(惰性氣體)
鉀(鹼金屬) 鈣(鹼土金屬) 鈧(過渡金屬) 鈦(過渡金屬) 釩(過渡金屬) 鉻(過渡金屬) 錳(過渡金屬) 鐵(過渡金屬) 鈷(過渡金屬) 鎳(過渡金屬) 銅(過渡金屬) 鋅(過渡金屬) 鎵(貧金屬) 鍺(類金屬) 砷(類金屬) 硒(非金屬) 溴(鹵素) 氪(惰性氣體)
銣(鹼金屬) 鍶(鹼土金屬) 釔(過渡金屬) 鋯(過渡金屬) 鈮(過渡金屬) 鉬(過渡金屬) 鎝(過渡金屬) 釕(過渡金屬) 銠(過渡金屬) 鈀(過渡金屬) 銀(過渡金屬) 鎘(過渡金屬) 銦(貧金屬) 錫(貧金屬) 銻(類金屬) 碲(類金屬) 碘(鹵素) 氙(惰性氣體)
銫(鹼金屬) 鋇(鹼土金屬) 鑭(鑭系元素) 鈰(鑭系元素) 鐠(鑭系元素) 釹(鑭系元素) 鉕(鑭系元素) 釤(鑭系元素) 銪(鑭系元素) 釓(鑭系元素) 鋱(鑭系元素) 鏑(鑭系元素) 鈥(鑭系元素) 鉺(鑭系元素) 銩(鑭系元素) 鐿(鑭系元素) 鎦(鑭系元素) 鉿(過渡金屬) 鉭(過渡金屬) 鎢(過渡金屬) 錸(過渡金屬) 鋨(過渡金屬) 銥(過渡金屬) 鉑(過渡金屬) 金(過渡金屬) 汞(過渡金屬) 鉈(貧金屬) 鉛(貧金屬) 鉍(貧金屬) 釙(貧金屬) 砈(類金屬) 氡(惰性氣體)
鍅(鹼金屬) 鐳(鹼土金屬) 錒(錒系元素) 釷(錒系元素) 鏷(錒系元素) 鈾(錒系元素) 錼(錒系元素) 鈽(錒系元素) 鋂(錒系元素) 鋦(錒系元素) 鉳(錒系元素) 鉲(錒系元素) 鑀(錒系元素) 鐨(錒系元素) 鍆(錒系元素) 鍩(錒系元素) 鐒(錒系元素) 鑪(過渡金屬) 𨧀(過渡金屬) 𨭎(過渡金屬) 𨨏(過渡金屬) 𨭆(過渡金屬) 䥑(預測為過渡金屬) 鐽(預測為過渡金屬) 錀(預測為過渡金屬) 鎶(過渡金屬) 鉨(預測為貧金屬) 鈇(貧金屬) 鏌(預測為貧金屬) 鉝(預測為貧金屬) 鿬(預測為鹵素) 鿫(預測為惰性氣體)




外觀
銀色
概況
名稱·符號·序數釙(polonium)·Po·84
元素類別貧金屬
這個狀態是有爭議的 (有人認為其為類金屬)
·週期·16 ·6·p
標準原子質量(209)
电子排布[] 4f14 5d10 6s2 6p4
2, 8, 18, 32, 18, 6
釙的电子層(2, 8, 18, 32, 18, 6)
歷史
發現皮埃爾·居禮瑪麗·居禮(1898年)
分離Willy Marckwald(1902年)
物理性質
物態固態
密度(接近室温
(alpha) 9.196 g·cm−3
密度(接近室温)
(beta) 9.398 g·cm−3
熔点527 K,254 °C,489 °F
沸點1235 K,962 °C,1764 °F
熔化热ca. 13 kJ·mol−1
汽化热102.91 kJ·mol−1
比熱容26.4 J·mol−1·K−1
蒸氣壓
壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K       (846) 1003 1236
原子性質
氧化态6, 5[1], 4, 2, −2
(兩性氧化物)
电负性2.0(鲍林标度)
电离能第一:812.1 kJ·mol−1
原子半径168 pm
共价半径140±4 pm
范德华半径197 pm
雜項
晶体结构立方
磁序無磁性
電阻率(0 °C)(α) 0.40 µ Ω·m
熱導率? 20 W·m−1·K−1
膨脹係數(25 °C)23.5 µm·m−1·K−1
CAS号7440-08-6
最穩定同位素
主条目:釙的同位素
同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
208Po 人造 2.898 α 5.215 204Pb
β+ 1.401 208Bi
209Po 人造 125.2 [2] α 4.979 205Pb
β+ 1.893 209Bi
210Po 微量 138.376 α 5.307 206Pb

釙的化學性質近似於同族的,然而,其金屬性則和同週期的相鄰元素較為相似。釙沒有穩定的同位素,其所有同位素的半衰期都很短,因此釙在自然界僅極為少量地以238U衰變產物──210Po(半衰期為138天)的形式存在於鈾礦之中。儘管有半衰期略長於210Po的同位素存在,但這些同位素較難以被生成。在現今,釙主要是以中子照射元素的方式,在毫克等級的數量下,極少量地製造。由於其強烈放射性所導致的化學鍵輻解衰變熱英语Decay heat,絕大多數有關釙化學的研究僅在極微量的尺度下進行。

釙有若干和其放射性有關的應用:包括作為防靜電裝置中子源、α粒子源、以及毒物

性质编辑

210Po 会α衰变,半衰期 138.4天,衰变产物为稳定的206Pb。一毫克(5 居里)的210Po 每秒放出的α粒子相当于 5克的226Ra[3]居里(1居里等于 37 贝克勒尔,1 Ci = 37 GBq)的210Po 会电离周围的空气英语Ionized-air glow,产生蓝色的辉光。

大约有十万分之一的α衰变会引起原子核的激发,然后导致发射最大能量为 803 keV 的γ射线[4][5]

结构编辑

 
固态钋的α相结构

钋是一种有两种同素异形体的放射性元素。α相的钋是唯一一种在标准情况下为简单立方结构的元素,边长为 335.2 皮米;β相则是菱面体结构的。[6][7][8]钋的结构已被X光衍射[9][10]电子衍射确认。[11]

210Po有挥发性:如果样本加热到 55 °C(131 °F),有50% 会在45小时里气化成双原子分子 Po2,尽管钋的熔点为 254 °C(489 °F),沸点为962 °C(1,764 °F)。[12][13][1] 关于钋如何做到这一点,存在不止一种假设,一种猜想是小簇的钋原子通过α衰变散裂英语Spallation

物理性质编辑

钋在氧族元素中是典型的金属,和一样,有挥发性。钋在449.85℃下的蒸汽压约为13Pa,易升华或蒸馏。[14]钋的物理性质,尤其是高熔点、高沸点,和同周期的相似,而与差别较大。这种横向型不能延伸到化学性质上。

化学性质编辑

钋的化学性质类似,尽管由于其金属特性,它也显示出与其邻居的一些相似之处。钋易溶于稀,但只微溶于。钋的溶液首先因为 Po2+ 离子而呈粉红色,但随后迅速变黄,因为来自钋的α辐射使溶剂电离,并将 Po2+ 氧化为 Po4+。由于钋在衰变后也会释放出 α 粒子,因此这个过程伴随着实验室玻璃器皿英语Laboratory glassware由于吸收了α粒子而产生气泡、热和光的发射。因此,钋溶液易挥发,除非密封,否则会在几天内蒸发。[15][16]在 pH 值约为 1 时,钋离子很容易被酸(例如草酸柠檬酸酒石酸)水解和络合。[17]钋不和直接作用。[18]

化合物编辑

钋有超过50种化合物。[19]其中最稳定的是钋化物,可以由钋和金属直接反应而成。Na2Po为反萤石结构,钋化钙钋化钡钋化汞、钋化铅和镧系元素钋化物为NaCl结构;BePoCdPo纤维锌矿结构;MgPo则有砷化镍结构。大部分钋化物在 600 °C分解,除了~300 °C 下分解的 HgPo 和在 1000 °C以上溶化的镧系元素钋化物。例如: PrPo 在 1250 °C 下溶化,而TmPo 在 2200 °C下溶化。[20] PbPo是非常罕见的天然钋化合物,由钋α衰变而成。[21]

钋化氢 (PoH
2
)是一种室温下易分解的挥发性液体,热力学上不稳定。[20] 是另外一种在室温下为液体的氧族元素氢化物,但那是由于氢键导致的。钋有三种氧化物:PoOPoO2PoO3,由钋被氧化而成。[22]

PoX2、PoX4 和PoF6 的钋卤化物是已知的。它们可溶于对应的氢卤酸,例如: PoClX 可溶于 HCl、PoBrX 可溶于 HBr 而PoI4 可溶于 HI。[23] 二氯化钋可以由 PoCl4 被SO2 还原而成,而室温下 PoBr4 被H2S 还原可以得到二溴化钋。四卤化物可由二氧化钋和对应的氢卤酸反应而成。[24]

其它钋化合物包括亚钋酸钾,各种亚钋酸盐钋酸盐乙酸钋溴酸钋碳酸钋柠檬酸钋铬酸钋氰化钋甲酸钋钋(II)钋(IV)氢氧化物、四硝酸钋硒酸钋亚硒酸钋一硫化钋硫酸钋焦硫酸钋亚硫酸钋[23][25]

一些有机钋化合物是已知的,大多为钋醚 (R2Po),卤化三芳基钋(Ar3PoX)和二卤化而芳基钋 (Ar2PoX2)。[26][27] 钋还与某些螯合剂,例如2,3-丁二醇硫脲形成可溶性化合物。[26]

钋化合物[24][28]
化学式 颜色 熔点 (°C) 升华点 (°C) 晶体结构 皮尔逊符号 空间群 No a (pm) b(pm) c(pm) Z 密度 (g/cm3) 来源
PoO 黑色
PoO2 浅黄色 500(分解) 885 面心立方晶系 cF12 Fm3m 225 563.7 563.7 563.7 4 8.94 [29]
PoH2 -35.5
PoCl2 深红宝石色 355 130 正交晶系 oP3 Pmmm 47 367 435 450 1 6.47 [30]
PoBr2 紫棕色 270(分解) [31]
PoCl4 黄色 300 200 单斜晶系 [30]
PoBr4 红色 330(分解) 面心立方晶系 cF100 Fm3m 225 560 560 560 4 [31]
PoI4 黑色 [32]

同位素编辑

钋有 42种已知的同位素,全部都有放射性。它们的原子量在 186 到227之间。210Po(半衰期138.376天)是最广泛的钋同位素,可通过天然中子捕获而成。半衰期最长的 209Po(半衰期125.2±3.3年)[2]208Po(半衰期2.9年)可以通过回旋加速器中,用α粒子、质子或氘核轰击或铋而成。[33]

历史编辑

钋是由玛丽·居里和皮埃尔·居里在1898年7月发现的,[34][35],暂定名为镭F,并以居里夫人的故乡波兰拉丁語Polonia)命名。[36][37]当时的波兰在俄罗斯帝国德意志帝国奥匈帝国瓜分之下,并没有作为一个独立的国家存在。居里夫人希望以她的故乡命名该元素,宣传其缺乏独立性。[38]钋可能是第一个被命名以突出政治争议的元素。[38]

这种元素是居里夫妇在调查沥青铀矿放射性的原因时发现的第一个元素。在去除放射性元素之后,沥青铀矿的放射性比铀和钍的总和还要高。这促使居里夫妇寻找更多的放射性元素。他们于1898年7月首次从沥青铀矿中分离出钋,五个月后,他们也分离出了[15][34][39]德国科学家维利·马克瓦尔德英语Willy Marckwald于1902年成功分离出3毫克钋,尽管当时他认为这是一种新元素,称之为“放射性碲”。“放射性碲”直到1905年才被证明是钋。[40][41]

在美国,钋是在第二次世界大战期间作为曼哈顿计划代顿计划英语Dayton Project的一部分生产的。钋和是核弹球形弹芯中心的调制中子引爆器英语Modulated neutron initiator的关键成分。[42]调制中子引爆器在瞬发临界英语Prompt criticality状态时启动了链式反应,以确保武器不会过早临界英语Fizzle_(nuclear_explosion)。调制中子引爆器用于早期的美国武器,随后的美国武器出于同样的目的使用了脉冲中子产生器。[42]

直到战后,钋的大部分基本物理学性质都是国家机密。它被用作引发剂这一事实直到1960年代才被解密。[43]

美国原子能委员会曼哈顿计划资助了在罗切斯特大学人体实验。他们在1943年至1947年间对五个人的身上使用钋。这些人们被管理在9和22微居里(330和810千貝克) 的钋里,以研究其排泄[44][45][46]

毒性及治疗编辑

关于钋的具体毒性尚未定准。

中国毒理学会在2009年的一篇论文中称“钋-210与同等质量的氰化物相比,毒性要强约2.5亿倍”。[47]

2014年,法国原子能和替代能源委员会的埃里克•安索博洛(Eric Ansoborlo)发表在《自然-化学》中的一篇名为“剧毒的钋(Poisonous polonium)”的文章中谈到“钋的毒性是氰化氢的1万倍,对人体的致死量小于10μg”。这个说法与中国科学院2013年的一篇关于钋与人体健康的文章中所述“大小不及一粒盐(约60μg)的钋-210即可使体重为70 kg的人死亡”相仿。[48]

钋中毒短期内可用二巯基丙烷磺酸钠进行治疗。

使用编辑

參考文獻编辑

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外部連結编辑