To, że najbardziej polski z pierwiastków, polon, wydzielony w pocie czoła przez naszą noblistkę Marię Skłodowską-Curie, jest obecnie niemal wyłącznie produkowany w Rosji, a do tego posłużył do politycznego morderstwa, jest strasznym chichotem historii.
źródło: Wikimedia, licencja: domena publiczna
Zacznijmy jednak od początku, czyli od tego, w jak genialny sposób małżeństwo Curie wpadło na trop nowego pierwiastka. Otrzymywali oni w bardzo żmudnym procesie pierwiastki promieniotwórcze, takie jak uran i tor, wykorzystując do tego celu blendę uranową, która jest odmianą uraninitu.
źródło: Wikimedia, licencja: domena publiczna
Zauważyli coś bardzo dziwnego: po ekstrakcji z mieszaniny uranu i toru pozostałość po zagęszczeniu wykazywała zaskakująco wysoką promieniotwórczość. Wysunęli hipotezę, że pochodzi ona od nieznanego jeszcze pierwiastka. Streszczając ciąg dalszy, który wielu z was zapewne zna, przerabiali w swojej pracowni tony rudy uranowej, polując na ukryty izotop radioaktywny. O tym, jak bardzo ciężka to była praca, świadczy fakt, że średnia zawartość polonu w rudzie to zaledwie 0,1 miligrama w tonie (!). Aby otrzymać choćby niewielką ilość nowego pierwiastka, musieli więc przerobić wiele ton blendy. Ale widok, który ujrzeli, wynagrodził im trudy. Otrzymany produkt świecił w ciemności pięknym, bladoniebieskim światłem. Dziś wiemy, że emisja tego światła nie pochodziła od samego polonu, ale była efektem lokalnej jonizacji powietrza cząstkami alfa emitowanymi przez izotop. Polon jest jednym z najsilniejszych emiterów alfa, izotop 210Po przekształca się przy tym w stabilny 206Pb. Polon ma ponad 40 izotopów, przy czym wszystkie są radioaktywne. Najbardziej stabilny, 209Po, ma czas półtrwania 124 lata, a najmniej stabilne zaledwie setki nanosekund.
Ktoś może spytać: OK, ale skoro najbardziej stabilny ma okres półtrwania 124 lata, to jak to jest, że w ogóle jeszcze jakieś ślady polonu zostały? Tu odpowiedzią jest szereg promieniotwórczy. Uran z głębi Ziemi rozpada się cały czas. W wyniku rozpadów promieniotwórczych tworzy się m.in. polon. Ot, i cała tajemnica. A na jak długo wystarczy uranu? Jego okres półtrwania to miliardy lat, a więc naprawdę na długo.
Otrzymywanie polonu
Dziś nikt już nie przerabia rud uranowych w celu otrzymania polonu – proces ten jest straszliwie żmudny i nieefektywny. Ponieważ na świecie cały czas jest zapotrzebowanie na ten pierwiastek, wymyślono inny sposób. Bardziej efektywny, ale wymagający dostępu do reaktora jądrowego. I mamy tu dwa sposoby: pierwszy polega na umieszczeniu wewnątrz reaktora czystego bizmutu-209 i poddaniu go promieniowaniu neutronowemu. 209Bi przekształca się w 210Bi, który z kolei emituje promieniowanie beta (elektrony), w efekcie czego dostajemy pożądany izotop 210Po. Tą drogą otrzymuje się ok. 8 g polonu miesięcznie.
Inną metodę stosuje się w reaktorach, które są chłodzone metalem, a konkretnie stopem bizmutu z ołowiem. Polon powstaje tutaj jako swoisty produkt uboczny, metoda jest znacznie mniej efektywna.
Niezależnie od metody, potem następuje stosunkowo prosty proces chemiczny – rozdziału polonu od pozostałego bizmutu. Całość traktuje się kwasem solnym, który usuwa bizmut, polon wychwytuje się na specjalnej żywicy, a następne odzyskuje przy użyciu kwasu azotowego (nie próbujcie tego w domu, nawet jeśli w piwnicy macie działający reaktor jądrowy).
Zastosowanie polonu
No dobrze, ale do czego ten polon może służyć? Okazuje się, że ten rzadki i drogi izotop ma całkiem sporo zastosowań. Jest to bardzo istotny pierwiastek stosowany w badaniach chemicznych i biologicznych. Stosuje się go głównie w analizie aktywacyjnej, gdzie emitowane cząstki alfa powodują zmianę innych pierwiastków w izotopy promieniotwórcze, które następnie same emitują promienie badane przy pomocy odpowiednich detektorów. Pozwala to na wykrywanie pierwiastków lub związków, które trudno analizować innymi metodami. W radiochemii pierwiastek ten stosowany jest jako źródło neutronów. Tu mała uwaga: oczywiście polon sam w sobie nie emituje neutronów, ale wystarczy np. otoczyć go berylem, aby uzyskać stabilny strumień neutronów.
Przemysł stosuje polon jako element tzw. szczotek antystatycznych wszędzie tam, gdzie tworzą się ładunki statyczne. Są one często szkodliwe, ponieważ powodują przeskok iskier, który w skrajnym przypadku może prowadzić nawet do powstania ognia. Polon jonizując powietrze w okolicy neutralizuje te ładunki.
Promieniotwórczość polonu jest bardzo wysoka. 1 gram polonu wytwarza 140 W energii (temperatura rośnie aż do 500 °C), co jest bardzo wysoką wartością. Niestety, wiąże się to z tym, że źródło energii dość szybko się wyczerpuje (czas półtrwania 138 dni). Niemniej był on stosowany jako źródło energii w radioizotopowych generatorach termoelektrycznych, głównie w Związku Radzieckim.
źródło: Wikipedia, licencja: domena publiczna
Dwa łaziki księżycowe „Łunochod” w latach 70. XX w. były wyposażone w elementy grzewcze oparte na polonie-210.
Tu jako ciekawostkę można dodać, że przez kilka lat polon był składnikiem elektrod w świecach zapłonowych. Takie świece produkowała firma Firestone w latach 1940-1953. Także tutaj istotą było zjawisko jonizacji powietrza w okolicy elektrod, co pozwalało na odsunięcie elektrod od siebie skutkujące pełniejszym spalaniem mieszanki paliwowej.
produkowane w latach 40/50
źródło: ORAU, licencja: domena publiczna
Śmiercionośny
No ale na koniec trzeba wspomnieć o ciemnej stronie polonu. Żeby nie było wątpliwości, napiszę od razu, że nie jest on chemicznie toksyczny, jak tal, rtęć czy arsen. Niemniej jest to pierwiastek śmiertelnie groźny. Jak już wiemy, 210Po emituje w sposób ciągły promieniowanie alfa. Jest ono wysokoenergetyczne, ale na szczęście wystarczy arkusz papieru, aby je zatrzymać. Jednak zupełne inaczej wygląda sytuacja, gdy polon dostanie się do wnętrza organizmu. Taki los spotkał Aleksandra Litwinienkę, byłego pracownika kontrwywiadu KGB, potem FSB, który zdecydował się uciec na Zachód. Jak wiemy, Rosja nie wybacza. W 2006 roku w Londynie dopadli go Rosjanie i poczęstowali herbatą zaprawioną polonem. Pierwotnie złe samopoczucie przypisywano zatruciu pokarmowemu, potem zatruciu talem (Litwinienko szybko stracił włosy). Dopiero w dniu śmierci, 24 listopada 2006 roku, wykryto promieniotwórczy polon. Nawet gdyby był wykryty wcześniej, los Litwinienki był przesądzony już w momencie, gdy wypił herbatę. Przyjął wtedy śmiertelną dawkę radioizotopu, nie było dla niego ratunku. Śledztwo prowadzone przez Brytyjczyków ujawniło 40 miejsc w Londynie, w których wykryto zabójczy polon. Okazało się m.in., że pojemnik z zabójczą zawartością był nieszczelny(!). Co więcej, samochód, którym poruszał się Litwinienko po „herbatce”, był na tyle zanieczyszczony polonem, że musiał zostać zutylizowany jako odpad promieniotwórczy. Ale najbardziej radioaktywny okazał się ręcznik, którego używał jeden z zabójców przed zamachem. Dwa miesiące po zdarzeniu znaleziono go w pralni hotelowej. Prawdopodobnie był to najbardziej radioaktywny ręcznik w historii. Niebezpieczny? No, już niekoniecznie – przypominam, że polon jest emiterem cząstek alfa, które mają minimalny zasięg.
Na sam koniec przypomnę palaczom tytoniu, że polon-210 jest też obecny w dymie tytoniowym. Skąd się tam bierze? To akurat bardzo proste – jest naturalnym elementem nawozów fosforowych, którymi obficie „doprawia się” uprawy tytoniu. Koncerny tytoniowe wiedzą o tym od kilkudziesięciu lat. Próbowano nawet eliminować go z liści tytoniu, ale dość szybko to zarzucono. Zbyt kosztowna sprawa, a palacze mogą nocą świecić – za papierosy już przecież zapłacili. Nie ma problemu.
Literatura dodatkowa