釙（英文名稱：Polonium）元素符號Po，原子序數84，位于元素周期表第六周期ⅥA族，相對原子質量208.9824，是已知最稀有的元素之一，在地殼中含量約為100萬億分之一，主要通過人工合成方式取得。釙是世界上最毒的物質之一，存在于鈾系、錒系、釷系三個天然放射系的衰變產物中，已知其27種同位素，質量數為192～218，均為放射性核素。釙單質是一種銀白色金屬，能在黑暗中發光。熔點為253.85 ℃，沸點為961.85 ℃，化學性質既類似于同族的碲，溶于無機酸和稀氫氧化鉀，又與鄰族的鉍相近，屬兩性金屬，能與氧氣、氯氣、酸、熔融堿等發生反應。釙可用于制作高比度α源、高強度中子源、高功率密度能源。
基本信息
釙（英文名稱：Polonium）元素符號Po，原子序數84，位于元素周期表第六周期ⅥA族，相對原子質量208.9824，是已知最稀有的元素之一，在地殼中含量約為100萬億分之一，主要通過人工合成方式取得。釙是世界上最毒的物質之一，存在于鈾系、錒系、釷系三個天然放射系的衰變產物中，已知其27種同位素，質量數為192～218，均為放射性核素。
發現歷史
1896年，法國物理學家安托萬·亨利·貝克雷爾（Antoine Henri Becquerel）發現鈾鹽在沒有任何能量來源的情況下能夠使相片底片曝光，這意味著鈾化合物能放出一種未知類型的輻射。貝克雷爾的研究報告，引起了波蘭裔法國物理學家、化學家瑪麗·居里（Marie Curie）對放射性物質研究的興趣，在實驗中她發現瀝青鈾礦的放射性比預計的強度大得多?，旣悺ぞ永镌谥貜蜋z驗實驗結果并確認沒有錯誤后，認為這種礦石中存在一種放射性比鈾和釷更強的未知元素。她的丈夫，法國物理學家皮埃爾·居里（Pierre Curie）的認同了這個觀點并且也加入到對這個未知元素的研究。經過艱苦的工作，他們從鈾瀝青中分離出了一種放射性強度遠遠高于鈾、與鉍混合在一起的新元素。1898年，居里夫人與丈夫皮埃爾·居里發現了釙，為了紀念居里夫人的祖國波蘭，兩人將這種元素命名為釙。1903年馬克瓦爾德從15噸的礦物中提取出3毫克射碲的鹽，用電解法從這鹽溶液中把射碲分離出來。這引起一場關于釙和射碲的真實性的辯論，明確釙和射碲是同一元素。釙的名稱被保留下來。
分布情況
天然的釙存在于所有鈾礦石和釷礦石中，但含量極微。釙的半衰期短和自然豐度甚低，一般不形成獨立的礦物，而是以游離態、氧化物或某些鹽的形式存在。釙的分布取決于母體元素鈾，鐳的分布、母巖的風化作用和土壤生成過程的性質、土壤類型和粒度等因素。地殼中釙的平均豐度，按平衡鈾的理論計算值應為（3.7-5.6）×10?2 Bq/g。水中釙的含量大致為10??-10?3 Bq/L此外，釙還能被植物吸收在枝干與葉片中。
理化性質
物理性質
釙是銀白略帶微黃顏色的軟金屬，與鉈和鉍相似。釙的熔點為254 ℃，沸點為962 ℃，金屬密度的計算值等于9.32 g/cm3。釙在黑暗中發光，少量居里單位的釙被周圍氣體所刺激會發出藍色熾光，原因是幾乎所有的α粒子輻射中止在固體和容器內，就會放出能量。釙有兩種晶體結構：高溫（β）相具有簡單菱面體晶格，低溫（α）相具有簡單的立方晶系。在36 ℃下應發生相轉變，但由于α輻射的能量，在室溫下仍然能保持β晶型。僅在極度冷卻時才能完成相轉變。
化學性質
釙的化學性質與和鉍相似，能夠被氧氣、氯氣等氧化。反應方程式如下：
釙是堿性大的元素，容易與酸發生反應，如與硝酸、硫酸等反應，反應方程式如下：
Po與鹽酸反應：
由于是α發射體，產生的輻射會分解溶劑產生臭氧將Po2?氧化為Po??，反應方程為：
在400-600℃，釙能與熔融堿發生反應：
同位素
釙的同位素主要有兩種來源，天然放射性元素和人工照射生成。截止到2013年，已經發現了42種釙同位素，根據HFB-14模型，可能還有45種釙同位素未被發現。自然界中釙有7個放射性同位素，分別為21?Po、212Po、21?Po、211Po、21?Po、21oPo、21?Po，其中中，21?Po相對豐度最大，其次是21?Po，但21?Po的量僅為21?Po的二十萬分之一。。21?Po是釙最重要的同位素，它也是低熔點的具有良好的揮發性的金屬，其中50%在空氣中45 h內到達55 ℃時蒸發氣化。它能發射α粒子，半衰期為138.4天。釙每毫克所發射的α粒子相當于5 g鐳所發射的量。
化合物
釙原子的氧化數主要有-2價、+2價、+3價、+4價、+6價，常見的有+2和+4價，以+4價氧化態最穩定，+6價化合物的制備遇到很大困難，也有證明+3價化合物的存在。
釙的氧化物和氫氧化物
釙的氧化物，如：PoO、PoO?、PoO?與釙在濃硫酸和硒酸溶解得到的PoSO?和PoSeO?。
二氧化釙有兩種變體——四方晶體（紅色）和面心立方晶系（黃色）。PoO?在885 ℃升華，在500 ℃的真空中PoO?發生分解，生成游離的釙。它在溶液中呈堿性，能與酸作用生成相應的鹽：
四價釙的氫氧化物為PoO(OH)?，是由四價釙的化合物在中性或弱堿性溶液中水解而析出的難溶化合物，但它是兩性化合物，既能與酸作用生成相應的釙鹽，又能與強堿作用，生成亞釙酸鹽沉淀：
釙的金屬有機化合物
用載體(Te)法能得到大量釙的烷基和芳基衍生物：PoR?、PoR?、PoR?X、PoR?X?、PoRX?，除載體法外，用鉍化合物β?衰變法得到了類似的化合物。
含氧酸鹽和有機酸鹽
Po-Ⅳ的氫氧化物在酸(HCl，HNO?、H?S0?)作用下，生成相應鹽的溶液或沉淀。碳酸釙、礬酸釙、高氯酸釙、溴酸釙和鉻酸釙的沉淀不穩定，很容易分解。釙可與一系列有機酸生成穩定的化合物。制備了釙的醋酸鹽、甲酸鹽和草酸鹽以及釙與乙二胺四乙酸二鈉和磷酸三丁酯（TBP）的化合物。
釙的鹵化物
氟化物：釙在氫氟酸中溶解時大概可生成釙酸鹽或四氟化釙。用二氧化硫還原釙溶液可生成可溶性的二氟化釙。稀氫氟酸與Po-Ⅳ的氫氧化物或四氯化釙作用，生成白色物質——四氟化釙。
氯化物：元素釙或二氧化釙在氯或其它氯化試劑(CCl?、SOCI?、PCI?等)作用下，生成四氯化釙。除此之外，PoCl?還可在釙溶于鹽酸時得到。四氯化釙是淺黃色晶體，熔點為300 ℃，沸點為390 ℃。水很容易將四氯化釙水解。在鹽酸溶液中可生成H?PoCl?。該酸的鹽類與H?TeCl?鹽同晶。四氯化釙可在一系列有機溶劑中溶解，與磷酸三丁酯形成配位化合物PoCl?·2TBP。
溴化物：溴或氣態HBr在加熱下作用于釙或者HBr作用于二氧化釙，生成淡紅色的四溴化釙晶體。四溴化釙吸濕、易水解，在HBr中溶解時，生成H?PoBr?。加熱到250 ℃，PoBr?分解并生成暗褐色的PoBr?。 碘化物：在40 ℃和1毫米汞柱下加熱釙和碘蒸汽，得到黑色PoI?。PoI?不溶于有機溶劑。在氫碘酸中可形成絡合離子PoI??和PoI?2?。用硫化氫可將PoH?還原成元素釙而不生成二碘化釙。
釙的氮化物
釙與氮不能相互作用。將六溴釙酸銨加熱到200 ℃時，則可生成氮化釙（Po?N?），氮化釙呈黑色，易水解并伴隨爆炸。
羰基釙
釙在一氧化碳氣氛中升華時，生成未知組成的羰基釙。一氧化碳在500 ℃時可與沉積在銀上的釙發生反應。
釙的硫化物
硫化氫作用于釙（Ⅱ）的鹽酸溶液時，沉淀出硫化釙。硫化釙在硫化銨中不溶解。在真空中加熱時分解成元素釙。
釙的有機絡合物
釙與巰基型絡合劑如二巰基丙醇（BAL）、二巰基丙烷磺酸鈉和二乙基二硫氨基甲酸鈉等能生成易溶性的穩定螯合肥，這類絡合劑對人體內釙的促排有較好的效果。此外，釙還能與有機試劑TBP、乙二胺四乙酸二鈉、雙硫腙、檸檬酸、氯化亞硝酰和氨等形成絡合物，特別是由于釙四價離子與EDTA、檸檬酸等有機試劑所生成的有機絡合物是易溶于水的，因此可采用這類有機試劑有效地清除表面沾污的釙。
制備方法
制備釙
鐳鹽
釙可以通過長期存放的鐳鹽（也叫老“鐳”）制備，每克鐳鹽中含有約0.2毫克釙。
鈾礦
將鈾礦石與碳酸氫鈉熔融，而后用水將釙和其他元素以相應酸的鹽浸析到溶液中。而后用鹽酸酸化溶液，再用硫化氫使溶液中的金屬硫化物沉淀下來。釙與汞、鉍、鉈、等會一起進入沉淀，通過硫化銨或多硫化銨清洗能夠去除其中的錫、砷以及銻的硫化物。在稀硝酸中溶解剩余的沉淀并進行中和，而后用水稀釋，釙會與鉍生成的堿式鹽（）發生共沉淀，將沉淀溶解于硝酸，經處理可以提取釙。
中子轟擊鉍
氡衰變
釙可以從氡的衰變產物中制備，將盛的舊安瓶搗碎，使用熱的硝酸、鹽酸混合物洗放射性沉積物、將得到的溶液蒸干后溶解于鹽酸中，經過分離可得釙。
從伴隨元素中分離釙
釙的分離制備方法有電解法、電化學法、萃取法、電化學置換法、色層法等，其中電解法和電化學置換法使用最多。
電化學法
在高溫真空環境下分解釙的硫化物,在金或鉑上電解，用銀、銅等置換，在溶液中還原氫氧化釙或四氯化釙，都可得到元素釙。
共沉淀法
使用共沉淀法，可用金屬氫氧化物或硫化物濃集釙和其他一些元素；用鐳和硫酸共沉淀，從釙中分離鐳；用雙五倍子酸沉淀釙和鐳后可以去除鉍和鉛；用氯化錫還原碲化合物生成碲的共沉淀，也可在釙氧化后，與碲酸鉛共沉淀。
萃取
用萃取劑將釙同鉍和鉛分離，但是不能同碲分離。用合劑，在pH變化時，從錒系金屬、稀土元素和裂變產物中分離釙。
色層法
如在TBP-聚四氟乙烯分配色層柱上，可以使用6NHCl將釙和鉍分離，然后使用2NHF洗脫釙；HCl-丁醇介質的紙上電泳法和紙上色層法也能夠分離釙、鉍、鉛。
應用領域
制作高比度α源
靜電消除
如在造紙、印刷、橡膠、紡織、炸藥等工業中，靜電的累積會降低產品質量甚至引發著火、爆炸，可以使用21?Po制作的靜電消除器放射出的α粒子中和電荷。
元素定量分析
用21?Po發射的α粒子轟擊低原子序數的輕元素能產生特征X射線，可用于地質學、生物學、植物學、有機物質中元素的定量分析，以及石隕石等地外物質樣品的表面分析等。
測量物質厚度
21?Po發射的α射線可直接應用于物質厚度測量，如測量紙張厚度等。通過α粒子激發出的X射線也能夠測量厚度。
制作高強度中子源
釙-鈹中子源具有尺寸小、中子發射率高、γ輻射低的特點，可用于原子反應堆的啟動；當釙-鈹中子源發出的中子遇到含油或含水豐富地層時，會變成慢中子，能夠幫助測量巖石孔隙等參數，從而找到油層、天然氣層位置；釙-鈹中子源做成的中子水分計能夠快速測定土壤、混凝土、燒結料等物料中的水分；釙-210、鋦-242、钘-252制成的“中子針”，具有尺寸小、中子強度高的特點，可用于腔內和組織間治療。
制成高功率密度能源
21?Po的功率密度高達1340 W/cm3，21?Po制作同位素電池具有體積小、質量輕、屏蔽輻射簡單、功率密度高的優點，在航天領域可以為人造衛星、宇宙飛船等提供動力。
放射毒理學
致毒機理
釙-210屬于極毒的放射性核素，危險性很大，在操作時即便是很小量也要格外小心謹慎。其發射的α粒子在空氣中的射程很短，不能穿透紙或皮膚，所以在人體外不造成照射危險，但其電離能力極強，若進入人體，會導致體內污染、中毒或急性放射病。
中毒癥狀
對于人體，釙中毒會導致貧血、白細胞減少癥、出血、腎臟損傷、中毒性肝炎等癥狀，慢性期有可能引發肝腎組織硬化。21?Po具放射性，如果短時間人體吸收輻射劑量達到4 Gy，可以致命。
動物實驗表明，21?Po會對機體造成早期慢性損傷，并且機體出現乏力、食欲喪失、胃腸功能紊亂等癥狀。隨后造血系統出現損傷，血象明顯變化，主要表現為貧血、白細胞減少。造血器官功能受抑制，紅細胞系和白細胞系分化細胞日益減少，有時出現脾臟髓外造血灶。肝臟和腎臟損傷明顯。最后出現腎硬變、肝硬變，內分泌障礙，垂體前葉和甲狀腺增生，壽命縮短等癥狀。
體內代謝
21?Po對機體具有明顯的損傷效應，通過對22?Ra、23?Pu、21?Po的放射毒理學比較，21?Po的毒性最大，具有很高的相對生物學效應。
當21?Po進入體內時，進行體內代謝的過程時。在吸收階段，隨飲食進入胃腸道的21?Po，由于在腸道中易水解生成難溶性的氫氧化物，因此吸收率較低；吸入21?Po化合物后，它在呼吸道的沉積率隨氣溶膠粒徑的不同而異，沉積于呼吸道中的21?Po部分被吸收，部分轉移到肺淋巴結中，并在那里長期沉積，形成濃集的放射灶；皮膚受損后，吸收率明顯提高。在分布和滯留階段，發現在人體各器官組織中，釙主要沉積在骨骼中，軟組織中以肺、淋巴結、肝臟和腎臟的滯留量較高。21?Po主要由糞便排出，其次由尿排出，少部分亦可由乳汁、唾液、皮脂腺和毛發排出。
安全事宜
釙的天然同位素中，最常見的的是21?Po（自然界中豐度最高、半衰期最長），本章節主要介紹對象為21?Po。
一般來說，21?Po并沒有爆炸或機械沖擊力作用，不會通過空氣傳播，并且釙只能通過破損皮膚接觸或誤食的途徑進入人體，同時被釙污染的物體，可通過洗滌的方式清洗來消除。
當人體受21?Po傷害后，應迅速給予急救。如果身體表面受21?Po污染，應立即淋浴，用肥皂水洗皮膚，然后用二硫基丙磺酸鈉清洗污染部位，必要時應切除不易去污的創傷組織。經胃腸道進入體內者，應催吐、洗胃、緩瀉和利尿，同時肌肉注射二硫基丙烷磺酸鈉。
參考資料 >