Polonium: Eigenschaften, Verwendung, Geschichte und Sicherheit des Elements

Beschreibung

Polonium ist ein seltenes und hochradioaktives Element. Es wird unter anderem zur thermoelektrischen Stromerzeugung, zur Beseitigung statischer Elektrizität und in der biomedizinischen Forschung eingesetzt. Sicherheitsbedenken schränken seine Verwendung jedoch ein.

Geschichte und Herstellung

Die Entdeckung von Polonium durch die Curies war ein wichtiger Meilenstein in der Erforschung der Radioaktivität und der Kernchemie. Es wurde mit chemischen Methoden aus Uranerzen isoliert, und seine Radioaktivität wurde schnell zu einem bestimmenden Merkmal. Im Laufe der Zeit haben die Wissenschaftler gelernt, sich die einzigartigen Eigenschaften von Polonium zunutze zu machen, obwohl die Seltenheit und die Radioaktivität zu Komplikationen bei der Herstellung geführt haben.

Die wichtigste Methode zur Herstellung von Polonium ist die Neutronenbestrahlung von Wismut-Targets in einem Kernreaktor. Durch diese Neutronenbestrahlung wird das Bismut in eines der häufigsten Poloniumisotope umgewandelt: Polonium-210. Bei der Extraktion und Reinigung von Polonium sind aufgrund seines geringen natürlichen Vorkommens und des Vorhandenseins anderer Nebenprodukte viele komplexe, aufwendige chemische Trennungen erforderlich. Daher ist es ein Element, das nur in sehr begrenztem Umfang und zu hohen Kosten hergestellt wird, da der Herstellungsprozess recht kompliziert ist.

Chemische Eigenschaften Beschreibung

Polonium ist ein radioaktives, metallisches Element aus der Gruppe der Chalkogene mit der Ordnungszahl 84. Es nimmt in der Regel die Oxidationsstufe +2 an, kann aber auch die Oxidationsstufe +4 annehmen, wenn die Bedingungen dies zulassen. Diese Oxidationsstufen ermöglichen es Polonium, verschiedene Verbindungen mit Metallen und Nichtmetallen zu bilden, darunter Chalkogenide und Halogenide, die für die Kernchemie von Interesse sind.

Die Radioaktivität führt zur Selbsterhitzung von Polonium, was die Kinetik chemischer Reaktionen beeinflussen kann. Diese Selbsterhitzungseigenschaften sind einer der vielen Gründe, warum Polonium unter streng kontrollierten Laborbedingungen untersucht wird. Die Verbindungen von Polonium sind im Vergleich zu den Verbindungen der leichteren Elemente der Chalkogengruppe weniger stabil, was die Arbeit mit Polonium noch komplizierter macht.

Physikalische Eigenschaften

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Thermische und elektrische Eigenschaften

Die thermischen und elektrischen Eigenschaften von Polonium tragen seiner radioaktiven Natur Rechnung. Es ist ein effektiver Wärmestrahler, der in thermoelektrischen Anwendungen, einschließlich Weltraummissionen, Verwendung findet. Seine Alphastrahlung ist für einige spezielle industrielle und wissenschaftliche Anwendungen von großer Bedeutung. Aufgrund seiner Radioaktivität findet es jedoch keine breite Anwendung in elektrischen Schaltkreisen, da es den Betrieb anderer Komponenten stören kann und außerdem erhebliche Sicherheitsrisiken birgt.

Verwendungen von Polonium

Trotz seiner Radioaktivität und Seltenheit gibt es nur wenige Anwendungen für Polonium in Industrie, Wissenschaft und Biomedizin. Hier eine Reihe bemerkenswerter Anwendungen:

1. zur Beseitigung statischer Elektrizität

Es wird in Bürsten und anderen Geräten zur Beseitigung statischer Aufladung von Materialien wie Fotofilmen und in Textilfabriken verwendet. Die von Polonium emittierten Alphateilchen neutralisieren die statische Aufladung recht wirksam und verhindern so die Ansammlung von Staub und Partikeln auf empfindlichen Materialien.

2. Thermoelektrische Energie für Raumfahrtausrüstung

Das Isotop von Polonium, Polonium-210, dient als Wärmequelle in thermoelektrischen Generatoren, insbesondere in Weltraumsatelliten. Im kalten Vakuum des Weltraums liefert der radioaktive Zerfall von Polonium eine stetige Zufuhr von Wärmeenergie, die dazu beiträgt, elektrische Geräte warm und funktionsfähig zu halten. Es ist besonders nützlich bei Weltraummissionen, bei denen die Sonnenenergie nicht so effektiv ist.

3) Biomedizinische Forschung

Po-210 wurde aufgrund seiner starken Alphastrahlung in der biomedizinischen Forschung eingesetzt. Während seine Verwendung in der Grundlagenforschung aufgrund von Sicherheitsbedenken begrenzt ist, wurde dieses Isotop in Studien zur Strahlentherapie und anderen medizinischen Anwendungen eingesetzt. Seine radioaktiven Eigenschaften sind für bestimmte gezielte Behandlungen von Nutzen; aufgrund der Risiken bei der Handhabung wird sein Einsatz jedoch streng kontrolliert.

4. Nuklearbatterien

Polonium-210 wurde für die Verwendung in Nuklearbatterien in Betracht gezogen, die in einigen weit entfernten oder lang andauernden Anwendungen, wie z. B. in Herzschrittmachern oder Raumfahrzeugen, eingesetzt werden. Seine Alphastrahlung stellt über einen langen Zeitraum eine konstante Energiequelle dar, doch schränken Sicherheitsbedenken die breite Anwendung ein.

Sicherheit und Risiken

Polonium ist aufgrund seiner hohen Radioaktivität, insbesondere der Alphastrahlung, die es aussendet, sehr gefährlich. Alphateilchen können die Haut nicht durchdringen, können aber schwere Schäden verursachen, wenn Polonium verschluckt oder durch Einatmen in den Körper aufgenommen wird. Selbst geringe Mengen von Polonium-210 sind tödlich.

Der Umgang mit Polonium erfordert spezielle Ausrüstung und Vorsichtsmaßnahmen. Laboratorien, in denen mit Polonium gearbeitet wird, sollten abgeschirmt sein, und das Personal, das an solchen Verfahren beteiligt ist, muss Schutzkleidung tragen, die eine Kontamination verhindert. Außerdem muss radioaktives Material nach strengen Protokollen entsorgt und eingeschlossen werden, um die Umwelt nicht zu kontaminieren.

Die tragische Demonstration der mit der Anwendung von Polonium verbundenen Risiken war der Giftanschlag auf den ehemaligen russischen Spion Alexander Litwinenko im Jahr 2006, bei dem Polonium-210 als Gift verabreicht wurde. Dadurch wurde die weltweite Aufmerksamkeit auf die Gefährlichkeit dieses Elements und die erforderliche Sorgfalt im Umgang damit gelenkt.

Häufig gestellte Fragen

1. Was ist Polonium und wo wurde es entdeckt?

Polonium ist ein stark radioaktives Element, das im Jahr 1898 von Marie und Pierre Curie entdeckt wurde. Der Name leitet sich von Polen ab, dem Heimatland von Marie Curie.

2. Wie wird Polonium hergestellt?

Polonium wird hergestellt, indem Bismut-Targets in einem Kernreaktor Neutronen ausgesetzt werden. Dadurch wird das Bismut in Polonium-210 umgewandelt. Mit Hilfe komplexer chemischer Trennverfahren wird dann das Element gewonnen.

3. Was sind die wichtigsten Anwendungen von Polonium?

Polonium wird u. a. zur Beseitigung statischer Elektrizität, als Wärmequelle in der Raumfahrt, in Kernbatterien und in der Biomedizin eingesetzt, wo seine Alphastrahlung genutzt wird.

4. Warum ist Polonium gefährlich?

Aufgrund seiner hohen Radioaktivität ist Polonium hochgiftig. Die Alphastrahlung von Polonium ist sehr zerstörerisch für biologisches Gewebe, wenn sie eingenommen oder eingeatmet wird.

5. Welche Sicherheitsvorkehrungen sind beim Umgang mit Polonium erforderlich?

Da Polonium ein radioaktives Element ist, sollte es mit großer Vorsicht behandelt werden. Spezielle Ausrüstungen, abgeschirmte Labors und strenge Sicherheitsprotokolle sind erforderlich, um eine Kontamination und Schädigung der Arbeiter zu vermeiden.