Polon (Po) ‒ właściwości, działanie i występowanie polonu

Nie ma drugiego tak „polskiego” pierwiastka jak polon (Po). Jednocześnie na świecie jest on przede wszystkim znany ze względu na swoją bardzo wysoką radioaktywność i powinowactwo z uranem. Co jeszcze warto jednak wiedzieć o polonie i jego roli w środowisku naturalnym oraz życiu i zdrowiu człowieka?

W układzie okresowym pierwiastków polon znajdziemy na pozycji 84 – między bizmutem a astatem. Tym samym należy do grupy 16, czyli tlenowców, okresu 6 i oficjalnie klasyfikowany jest jako metal, ponieważ jego zdolność do przewodzenia energii elektrycznej maleje wraz ze wzrostem temperatury. Jego fizyczne i chemiczne właściwości są jednak dość specyficzne, zaś historia bogata w ludzkie dramaty.

Historia polonu

W 1897 r. nasza rodaczka Maria Curie-Skłodowska skończyła studia na paryskiej Sorbonie i poszukiwała tematu do badań. Przy wsparciu swego męża, Pierre’a Curie, zaangażowała się w pracę nad promieniowaniem emitowanym przez uran, które fascynowało wielu ówczesnych badaczy. Skłodowskiej wystarczyło zaledwie osiem miesięcy, aby odkryć dwa nowe pierwiastki chemiczne, polon i rad! 14 kwietnia 1898 r. wraz z mężem oraz chemikiem Gustavem Bémontem zaczęła analizować blendę uranową wykazującą promieniowanie dwa razy silniejsze niż sam uran. W ciągu kolejnych tygodni próbkę rozkładano powoli na czynniki pierwsze, aby dotrzeć do sedna jej radioaktywności. 18 lipca 1898 r. udało się pozyskać ciało stałe o promieniowaniu nawet czterysta razy silniejszym niż uran. Na cześć Polski, z której Maria pochodziła, a która akurat znajdowała się pod zaborami, nowy pierwiastek nazwano polonium.

Publikacja autorstwa Marii i Pierre’a była o tyle przełomowa w dziejach nauki, że po raz pierwszy formułowała zjawisko radioaktywności. Niestety, nie odbiła się głośnym echem, a wielu badaczy poddało wręcz w wątpliwość wagę odkrycia, sugerując, że za mało jest faktów potwierdzających faktyczne istnienie nowego metalu.

Polsko-francuski duet nie poddał się jednak bez walki. W ciągu kilku następnych lat małżeństwo nie bez zdziwienia zauważyło, że przechowywany polon stopniowo znika. Nie wiedzieli oni wówczas nic o połowicznym czasie rozpadu promieniotwórczych pierwiastków i po części uznali to za dowód własnego błędu. Po latach wątpliwości i nieustającej pracy w 1910 r. Curie-Skłodowska we współpracy z André Debierne’m wyizolowała w końcu jednak z kilku ton rudy uranu dwumiligramową próbkę, która zawierała… 0.1 mg polonu. Dopiero wówczas dało się dostrzec charakterystyczne czarne widmo, wymagane przez świat uniwersytecki do potwierdzenia autentyczności nowego pierwiastka.

Niestety, lata eksperymentów nad radioaktywnością bez żadnych środków ochronnych spowodowały, że Maria Curie-Skłodowska zachorowała na aplazję szpiku i zmarła w wieku 66 lat we francuskim sanatorium. Promieniotwórcze izotopy nasza badaczka nosiła ponoć w kieszeni! Podobną śmierć poniosła jej córka, Irene Joliot-Curie, której kapsułka z polonem wybuchła na laboratoryjnej ławie – po 10 latach badaczka zmarła na białaczkę.

Właściwości polonu – jakie związki tworzy?

Polon jest srebrnoszarym metalem pod względem właściwości porównywanym czasem do telluru lub bizmutu. Jego temperatura topnienia wynosi 254 stopnie C, zaś temperatura wrzenia 962 stopni C. Co ciekawe, posiada dwie formy strukturalne (tzw. alotropowe), z których jedna ma postać sześcianu, zaś druga jest romboedryczna. Najczęściej występujący w przyrodzie izotop polonium-210 po podgrzaniu do zaledwie 55 stopni C z łatwością się ulatnia w powietrzu!

Ponadto, polon jest łatwo rozpuszczalny w kwasach, trudniej w zasadach. Jego roztwory najpierw barwią się na różowo, a potem przechodzą w żółte tony za sprawą swej radioaktywności. Jeśli nie zamknąć ich hermetycznie w przeciągu kilka dni wyparują bez śladu! Mimo to polon w przyrodzie rzadko tworzy związki – większość znanych dziś pięćdziesięciu związków z jego udziałem stworzona została syntetycznie. Najbardziej stabilne z nich to tzw. polonidy, czyli bezpośrednie połączenie polonu z sodem, wapnie, barem, rtęcią i ołowiem. Zazwyczaj rozkładają się one już w temperaturze 600 stopni C. Ponadto w procesie oksydacji polonu powstają trzy tlenki: czarny PoO, bladożółty PoO2 oraz zidentyfikowany na razie jedynie w śladowych ilościach trójtlenek polonu. Dodatkowo znamy również wodorek polonu, halogenki oraz wodorotlenki, ale wszystkie są bardzo niestabilne.

Najważniejszą z naszego punktu widzenia właściwością polonu jest, wspomniana już, bardzo silna promieniotwórczość. Pierwiastek łatwo rozpada się emitując przy tym promieniowanie alfa i dlatego musi być przechowywany w bardzo rygorystycznych warunkach. Polon-210 posiada połowiczny czas rozpadu na poziomie 138 dni, a wiec jest znacznie bardziej radioaktywny niż pluton czy uran.

Pozyskiwanie polonu

Zarówno na naszej planecie, jak i w całym wszechświecie, polon jest pierwiastkiem bardzo rzadkim – tylko rad jest spotykany jeszcze rzadziej. Bo też jedynym jego źródłem w przyrodzie są złoża uranu, który będąc również radioaktywnym pierwiastkiem rozkłada się w długim łańcuchu przemian właśnie do polonu. Pozyskiwanie polonu z rudy uranu jest jednak bardzo pracochłonne, w związku z czym dziś pierwiastek tworzy się przede wszystkim w reaktorach nuklearnych bombardując bizmut-209 neutronami. W rezultacie bizmut przekształca się w niestabilny izotop Bi-210 i zaczyna samoistnie rozpadać się właśnie na polon. Największym producentem polonu na świecie jest obecnie Rosja, przy czym roczna światowa produkcja nie przekracza… 100 g!

Zastosowania polonu

W przeciwieństwie do uranu czy plutonu, wykorzystywanych szeroko w celach mniej i bardziej etycznych, polon jak dotąd nie znalazł większego zastosowania. Podstawowym problemem jest bowiem jego przechowywanie. Tym niemniej, opakowany w złotą folię, która chroni przed ucieczką szkodliwej jonizacji, polon wykorzystywany jest w przemyśle do minimalizowania energii statycznej powstającej np. przy rolowaniu papieru czy produkcji arkuszy plastiku. Stosuje się go również na szczotkach używanych do usuwania kurzu z filmu fotograficznego. W bardziej naukowym zastosowaniu, polon bywa źródłem promieniowania alfa potrzebnego do eksperymentów w zakresie fizyki nuklearnej, zaś w połączeniu z berylem tworzy atrakcyjne źródło do pozyskiwania neutronów. Ponadto, polon znajduje wykorzystanie jako lekkie źródło ciepła potrzebnego do zasilanych termicznie satelitów oraz statków kosmicznych.

Polon zasłynął na kartach ludzkości również jako trucizna idealna. Największym echem odbił się przypadek rosyjskiego szpiega Aleksandra Litvinenko, który przeszedł na stronę brytyjską, a w rewanżu służby KGB zafundowały mu… herbatę z polonem. Przez trzy tygodnie Litvinenko cierpiał straszliwe katusze, aż w końcu umarł.

Ciekawostka:
Polon odegrał również doniosłą rolę w II Wojnie Światowej – wykorzystano go wraz z berylem jako zapalnik dwóch pierwszych bomb atomowych spuszczonych w 1945 r. na Hiroshimę oraz Nagasaki.

Wpływ polonu na zdrowie

Nie ma żadnych wątpliwości, że nawet małe ilości polonu są silnie toksyczne dla zdrowia. Już 1 mikrogram jest śmiertelną dawką dla człowieka dorosłego (w porównaniu z 250 mg cyjanowodoru). Cząsteczki nie przenikają co prawda przez skórę, więc dotyk nietrwałej metalowej bryłki nie powinien nikomu zaszkodzić. Zdecydowanie szkodliwa jest natomiast konsumpcja polonu, który choć w 50-90% wydalany jest z kałem, przedostaje się jednak do nerek, wątroby oraz śledziony. Niekorzystna jest również inhalacja oraz każda inna forma absorpcji polonu – cząsteczki promieniowania alfa skutecznie niszczą bowiem żywe tkanki.

Palaczy nie ucieszy zapewne wiadomość, że polon może gromadzić się w ich płucach. Oprócz negatywnego wpływu nikotyny, substancji smolistych, arsenu oraz cyjanku, tytoń zawiera bowiem również dwa radioaktywne izotopy: polon-210 oraz ołów-210. Obecne w nawozach stosowanych obficie na plantacjach tytoniu dostają się niestety do liści, z których potem produkuje się papierosy. Zdaniem amerykańskiego Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorób (CDC) lata palenia powodują akumulację polonu w płucach, przyczyniając się do rozwoju nowotworów. Naukowcy z Los Angeles obliczyli nawet, że radioaktywna „wkładka” w papierosach powoduje 138 zgonów na każdy tysiąc palaczy w okresie 25 lat.

Polon a ekologia

W śladowych ilościach polon-210 obecny jest w glebie i powietrzu. Zdaniem naukowców porosty są nawet w stanie absorbować promieniotwórczy pierwiastek bezpośrednio z atmosfery, wskutek czego populacja ludzi żyjących na północy, którzy często żywią się reniferami, posiadają podwyższony poziom polonu we krwi. Inne rośliny mogą absorbować polon poprzez korzenie i w ten sposób może się on również przedostawać do łańcucha pokarmowego zwierząt i człowieka. Niestety, polon oprócz naturalnych źródeł emitowany jest obecnie na przykład podczas pozyskiwania fosforu ze skał fosfatowych – jego poziom w biosferze może więc rosnąć. Już dziś uważa się, że występuje on w owocach morza i innych składniach pokarmowych, ale nikt nie ma na razie pojęcia jak powolna kondensacja promieniotwórczego pierwiastka będzie wpływać w przyszłości na świat organizmów żywych, ani co w tej sprawie możemy zrobić.