钋

钋（英文名称：Polonium）元素符号Po，原子序数84，位于元素周期表第六周期ⅥA族，相对原子质量208.9824。^[1][2]钋具有毒性，^[6]其作为一种放射性元素，存在于铀yóu系、锕ā系、钍tǔ系三个天然放射系的衰变产物中，有40多种同位素（截止2013年）。^[7][8]钋是银白略带微黄颜色的软金属，熔点为253.85 ℃，沸点为961.85 ℃，钋在黑暗中发光，少量居里单位的钋被周围气体所刺激会发出蓝色炽光。化学性质既类似于同族的碲，溶于无机酸和稀氢氧化钾，又与邻族的铋相近，属两性金属，能与氧气、氯气、酸、熔融碱等发生反应。^{[9][10][11][12]}钋可用于制作高比度α源、高强度中子源、高功率密度能源。^[13]

1896年，法国物理学家安托万·亨利·贝克雷尔（Antoine Henri Becquerel）发现铀盐在没有任何能量来源的情况下能够使相片底片曝光，这意味着铀化合物能放出一种未知类型的辐射。贝克雷尔的研究报告，引起了波兰裔法国物理学家、化学家玛丽·居里（Marie Curie）对放射性物质研究的兴趣，在实验中她发现沥青铀矿的放射性比预计的强度大得多。玛丽·居里在重复检验实验结果并确认没有错误后，认为这种矿石中存在一种放射性比铀和钍更强的未知元素。她的丈夫，法国物理学家皮埃尔·居里（Pierre Curie）的认同了这个观点并且也加入到对这个未知元素的研究。经过艰苦的工作，他们从铀沥青中分离出了一种放射性强度远远高于铀、与铋混合在一起的新元素。1898年，居里夫妇向世界宣布了新元素的存在，并且为了纪念自己的祖国波兰玛丽将其命名为钋。^[14][15]

钋的半衰期短和自然丰度甚低，一般不形成独立的矿物，而是以游离态、氧化物或某些盐的形式存在。钋的分布取决于母体元素铀，镭的分布、母岩的风化作用和土壤生成过程的性质、土壤类型和粒度等因素。地壳中钋的平均丰度，按平衡铀的理论计算值应为（3.7-5.6）×10⁻² Bq/g。水中钋的含量大致为10⁻⁴-10⁻³ Bq/L此外，钋还能被植物吸收在枝干与叶片中。^[9][16]

钋是银白略带微黄颜色的软金属，与铊和铋相似。钋的熔点为253.85 ℃，沸点为961.85 ℃，金属密度的计算值等于9.32 g/cm³。^[10]钋在黑暗中发光，少量居里单位的钋被周围气体所刺激会发出蓝色炽光，原因是几乎所有的α粒子辐射中止在固体和容器内，就会放出能量。钋有两种晶体结构：高温（β）相具有简单菱面体晶格，低温（α）相具有简单的立方晶格。在36 ℃下应发生相转变，但由于α辐射的能量，在室温下仍然能保持β晶型。仅在极度冷却时才能完成相转变。^[17][8]

钋的化学性质与碲dì和铋相似，能够被氧气、氯气等氧化。反应方程式如下：^[11][12]

钋是碱性大的元素，容易与酸发生反应，如与硝酸、硫酸等反应，反应方程式如下：^[11][12]

Po与盐酸反应：^[12]

由于是α发射体，产生的辐射会分解溶剂产生臭氧将Po²⁺氧化为Po⁴⁺，反应方程为：^[12]

在400-600℃，钋能与熔融碱发生反应：^[10]

钋的同位素主要有两种来源，天然放射性元素和人工照射生成。截止到2013年，已经发现了42种钋同位素，根据HFB-14模型，可能还有45种钋同位素未被发现。^[8]自然界中钋有7个放射性同位素，分别为²¹⁶Po、²¹²Po、²¹⁵Po、²¹¹Po、²¹⁸Po、²¹ºPo、²¹⁴Po，其中中，²¹⁰Po相对丰度最大，其次是²¹⁸Po，但²¹⁸Po的量仅为²¹⁰Po的二十万分之一。^[9][16]。²¹⁰Po是钋最重要的同位素，它也是低熔点的具有良好的挥发性的金属，其中50%在空气中45 h内到达55 ℃时蒸发气化。它能发射α粒子，半衰期为138.4天。钋每毫克所发射的α粒子相当于5 g镭所发射的量。^[18][19]

钋原子的氧化态主要有-2价、+2价、+3价、+4价、+6价，常见的有+2和+4价，以+4价氧化态最稳定，+6价化合物的制备遇到很大困难，也有证明+3价化合物的存在。^[17]

钋的氧化物，如：PoO、PoO₂、PoO₃与钋在浓硫酸和硒酸溶解得到的PoSO₃和PoSeO₃。^[20]

二氧化钋有两种变体——四方晶体（红色）和面心立方晶体（黄色）。PoO₂在885 ℃升华，在500 ℃的真空中PoO₂发生分解，生成游离的钋。^[20]它在溶液中呈碱性，能与酸作用生成相应的盐：^[21]

四价钋的氢氧化物为PoO(OH)₂，是由四价钋的化合物在中性或弱碱性溶液中水解而析出的难溶化合物，但它是两性化合物，既能与酸作用生成相应的钋盐，又能与强碱作用，生成亚钋酸盐沉淀：^[21]

用载体(Te)法能得到大量钋的烷基和芳基衍生物：PoR₂、PoR₄、PoR₃X、PoR₂X₂、PoRX₃，除载体法外，用铋化合物β⁻衰变法得到了类似的化合物。^[22]

Po-Ⅳ的氢氧化物在酸(HCl，HNO₃、H₂S0₄)作用下，生成相应盐的溶液或沉淀。碳酸钋、矾酸钋、高氯酸钋、溴酸钋和铬酸钋的沉淀不稳定，很容易分解。钋可与一系列有机酸生成稳定的化合物。制备了钋的醋酸盐、甲酸盐和草酸盐以及钋与EDTA和磷酸三丁酯（TBP）的化合物。^[22]

氟化物：钋在氢氟酸中溶解时大概可生成氟fú钋酸盐或四氟化钋。用二氧化硫还原钋溶液可生成可溶性的二氟化钋。稀氢氟酸与Po-Ⅳ的氢氧化物或四氯化钋作用，生成白色物质——四氟化钋。^[20]

氯化物：元素钋或二氧化钋在氯或其它氯化试剂(CCl₄、SOCI₂、PCI₅等)作用下，生成四氯化钋。除此之外，PoCl₄还可在钋溶于盐酸时得到。四氯化钋是浅黄色晶体，熔点为300 ℃，沸点为390 ℃。水很容易将四氯化钋水解。在盐酸溶液中可生成H₂PoCl₆。该酸的盐类与H₂TeCl₆盐同晶。四氯化钋可在一系列有机溶剂中溶解，与磷酸三丁酯形成络合物PoCl₄·2TBP。^[20]

溴化物：溴或气态HBr在加热下作用于钋或者HBr作用于二氧化钋，生成淡红色的四溴化钋晶体。四溴化钋吸湿、易水解，在HBr中溶解时，生成H₂PoBr₆。加热到250 ℃，PoBr₄分解并生成暗褐色的PoBr₂。^[20] 碘化物：在40 ℃和1毫米汞柱下加热钋和碘蒸汽，得到黑色PoI₄。PoI₄不溶于有机溶剂。在氢碘酸中可形成络合离子PoI₅⁻和PoI₆²⁻。用硫化氢可将PoH₄还原成元素钋而不生成二碘化钋。^[20]

钋与氮不能相互作用。将六溴钋酸铵加热到200 ℃时，则可生成氮化钋（Po₃N₄），氮化钋呈黑色，易水解并伴随爆炸。^[22]

钋在一氧化碳气氛中升华时，生成未知组成的羰基钋。一氧化碳在500 ℃时可与沉积在银上的钋发生反应。^[22]

硫化氢作用于钋（Ⅱ）的盐酸溶液时，沉淀出硫化钋。硫化钋在硫化铵中不溶解。在真空中加热时分解成元素钋。^[22]

钋与巯基型络合剂如二巯基丙醇（BAL）、二巯基丙烷磺酸钠和二乙基二硫氨基甲酸钠等能生成易溶性的稳定络合物，这类络合剂对人体内钋的促排有较好的效果。此外，钋还能与有机试剂TBP、EDTA、双硫腙、柠檬酸、氯化亚硝酰和氨等形成络合物，特别是由于钋四价离子与EDTA、柠檬酸等有机试剂所生成的有机络合物是易溶于水的，因此可采用这类有机试剂有效地清除表面沾污的钋。^[21]

钋可以通过长期存放的镭盐（也叫老“镭”）制备，每克镭盐中含有约0.2毫克钋。^[23]

将铀矿石与碳酸氢钠熔融，而后用水将钋和其他元素以相应酸的盐浸析到溶液中。而后用盐酸酸化溶液，再用硫化氢使溶液中的金属硫化物沉淀下来。钋与汞、铋、铊、砷shēn等会一起进入沉淀，通过硫化铵或多硫化铵清洗能够去除其中的锡、砷以及锑的硫化物。在稀硝酸中溶解剩余的沉淀并进行中和，而后用水稀释，钋会与铋生成的碱式盐（）发生共沉淀，将沉淀溶解于硝酸，经处理可以提取钋。^[20]

钋的重要同位素²¹ºPo可以通过反应堆大量制取，核反应为:^[23]

钋可以从氡的衰变产物中制备，将盛氡dōng的旧安瓿bù瓶捣碎，使用热的硝酸、盐酸混合物洗放射性沉积物、将得到的溶液蒸干后溶解于盐酸中，经过分离可得钋。^[24]

钋的分离制备方法有电解法、电化学法、萃取法、电化学置换法、色层法等，其中电解法和电化学置换法使用最多。^[23]

在高温真空环境下分解钋的硫化物,在金或铂上电解，用银、铜等置换，在溶液中还原氢氧化钋或四氯化钋，都可得到元素钋。^[24]

使用共沉淀法，可用金属氢氧化物或硫化物浓集钋和其他一些元素；用镭和硫酸钡bèi共沉淀，从钋中分离镭；用双五倍子酸沉淀钋和镭后可以去除铋和铅；用氯化锡还原碲化合物生成碲的共沉淀，也可在钋氧化后，与碲酸铅共沉淀。^[24]

用萃取剂将钋同铋和铅分离，但是不能同碲分离。用螯áo合剂，在pH变化时，从锕系元素、稀土元素和裂变产物中分离钋。^[24]

如在TBP-聚四氟乙烯分配色层柱上，可以使用6NHCl将钋和铋分离，然后使用2NHF洗脱钋；HCl-丁醇介质的纸上电泳法和纸上色层法也能够分离钋、铋、铅。^[24]

如在造纸、印刷、橡胶、纺织、炸药等工业中，静电的累积会降低产品质量甚至引发着火、爆炸，可以使用²¹⁰Po制作的静电消除器放射出的α粒子中和电荷。^[13]

用²¹⁰Po发射的α粒子轰击低原子序数的轻元素能产生特征X射线，可用于地质学、生物学、植物学、有机物质中元素的定量分析，以及陨石等地外物质样品的表面分析等。^[13]

²¹⁰Po发射的α射线可直接应用于物质厚度测量，如测量纸张厚度等。通过α粒子激发出的X射线也能够测量厚度。^[13]

钋-铍中子源具有尺寸小、中子发射率高、γ辐射低的特点，可用于原子反应堆的启动；当钋-铍中子源发出的中子遇到含油或含水丰富地层时，会变成慢中子，能够帮助测量岩石孔隙等参数，从而找到油层、天然气层位置；钋-铍中子源做成的中子水分计能够快速测定土壤、混凝土、烧结料等物料中的水分；钋-210、锔-242、钘-252制成的“中子针”，具有尺寸小、中子强度高的特点，可用于腔内和组织间治疗。^[13]

²¹⁰Po的功率密度高达1340 W/cm³，²¹⁰Po制作同位素电池具有体积小、质量轻、屏蔽辐射简单、功率密度高的优点，在航天领域可以为人造卫星、宇宙飞船等提供动力。^[13]

²¹⁰Po属于极毒的放射性核素，其发射的α粒子在人体外不造成照射危险，但其电离能力极强，若进入人体，会导致体内污染、中毒或急性放射病。^[25]

对于人体，钋中毒会导致贫血、白细胞减少、出血、肾脏损伤、中毒性肝炎等症状，慢性期有可能引发肝肾组织硬化。^[26]²¹⁰Po具放射性，如果短时间人体吸收辐射剂量达到4 Gy，可以致命。^[25]

动物实验表明，²¹⁰Po会对机体造成早期慢性损伤，并且机体出现乏力、食欲丧失、胃肠功能紊乱等症状。随后造血系统出现损伤，血象明显变化，主要表现为贫血、白细胞减少。造血器官功能受抑制，红细胞系和白细胞系分化细胞日益减少，有时出现脾脏髓外造血灶。肝脏和肾脏损伤明显。最后出现肾硬变、肝硬变，内分泌障碍，垂体前叶和甲状腺增生，寿命缩短等症状。^[27]

²¹⁰Po对机体具有明显的损伤效应，通过对²²⁶Ra、²³⁹Pu、²¹⁰Po的放射毒理学比较，²¹⁰Po的毒性最大，具有很高的相对生物学效应。^[28]

当²¹⁰Po进入体内时，进行体内代谢的过程时。在吸收阶段，随饮食进入胃肠道的²¹⁰Po，由于在肠道中易水解生成难溶性的氢氧化物，因此吸收率较低；吸入²¹⁰Po化合物后，它在呼吸道的沉积率随气溶胶粒径的不同而异，沉积于呼吸道中的²¹⁰Po部分被吸收，部分转移到肺淋巴结中，并在那里长期沉积，形成浓集的放射灶；皮肤受损后，吸收率明显提高。^[29]在分布和滞留阶段，发现在人体各器官组织中，钋主要沉积在骨骼中，软组织中以肺、淋巴结、肝脏和肾脏的滞留量较高。²¹⁰Po主要由粪便排出，其次由尿排出，少部分亦可由乳汁、唾液、皮脂腺和毛发排出。^[30]

钋的天然同位素中，最常见的的是²¹⁰Po（自然界中丰度最高、半衰期最长），本章节主要介绍对象为²¹⁰Po。^[16][31]

一般来说，²¹⁰Po并没有爆炸或机械冲击力作用，不会通过空气传播，并且钋只能通过破损皮肤接触或误食的途径进入人体，同时被钋污染的物体，可通过洗涤的方式清洗来消除。^[3]

当人体受²¹⁰Po伤害后，应迅速给予急救。如果身体表面受²¹⁰Po污染，应立即淋浴，用肥皂水洗皮肤，然后用二硫基丙烷wán磺酸钠清洗污染部位，必要时应切除不易去污的创伤组织。经胃肠道进入体内者，应催吐、洗胃、缓泻和利尿，同时肌肉注射二硫基丙烷磺酸钠。^[3]