Il polonio: Proprietà dell'elemento, usi, storia e sicurezza

Descrizione

Il polonio è un elemento raro e altamente radioattivo. Le sue applicazioni includono la generazione di energia termoelettrica, la rimozione dell'elettricità statica e la ricerca biomedica. Tuttavia, i problemi di sicurezza ne limitano l'uso.

Storia e produzione

La scoperta del polonio da parte dei Curie ha rappresentato un'importante pietra miliare nella ricerca sulla radioattività e sulla chimica nucleare. Fu isolato dai minerali di uranio con metodi chimici e la sua radioattività divenne rapidamente una caratteristica distintiva. Nel corso del tempo, gli scienziati hanno imparato a sfruttare le proprietà uniche del polonio, anche se la rarità e la natura radioattiva hanno creato complicazioni nella sua produzione.

Il metodo principale per la produzione di polonio è in genere l'irradiazione con neutroni di bersagli di bismuto in un reattore nucleare. Tale irradiazione di neutroni trasforma il bismuto in uno degli isotopi più comuni del polonio: il polonio-210. L'estrazione e la purificazione del polonio richiedono molte separazioni chimiche complesse ed elaborate a causa della sua bassa abbondanza naturale e della presenza di altri sottoprodotti. Pertanto, rimane un elemento con una produzione molto limitata e ad un costo molto elevato, perché il processo di produzione è piuttosto complicato.

Proprietà chimiche Descrizione

Il polonio è un elemento radioattivo, metallico, appartenente al gruppo dei calcogeni con numero atomico 84. Assume comunemente lo stato di ossidazione +2, ma può anche assumere lo stato +4 se le condizioni lo consentono. Questi stati di ossidazione permettono al polonio di formare vari composti con metalli e non metalli, tra cui calcogenuri e alogenuri, che sono di interesse per la chimica nucleare.

La radioattività porta all'autoriscaldamento del polonio, che può influenzare la cinetica delle reazioni chimiche. Queste proprietà di autoriscaldamento sono uno dei molti motivi per cui il polonio viene studiato in condizioni di laboratorio altamente controllate. I composti del polonio sono meno stabili rispetto ai composti di elementi più leggeri del gruppo dei calcogeni, il che rende ancora più complesso lavorare con esso.

Proprietà fisiche

Per ulteriori informazioni, consultare il sito Stanford Advanced Materials (SAM).

Proprietà termiche ed elettriche

Le proprietà termiche ed elettriche del polonio tengono conto della sua natura radioattiva. È un efficace emettitore di calore, che trova applicazione negli usi termoelettrici, comprese le missioni spaziali. La sua emanazione di radiazioni alfa è parte della sua importanza chiave in alcuni usi industriali e scientifici specializzati. Tuttavia, a causa della sua radioattività, non trova applicazioni diffuse all'interno dei circuiti elettrici, perché può interferire con il funzionamento di altri componenti e crea anche rischi significativi per la sicurezza.

Usi del polonio

Nonostante la sua radioattività e la sua rarità, esistono poche applicazioni del polonio a livello industriale, scientifico e biomedico. Ecco alcuni usi degni di nota:

1. Rimozione dell'elettricità statica

Viene utilizzato in spazzole e altri dispositivi per rimuovere la carica statica da materiali come le pellicole fotografiche e nelle fabbriche tessili. Le particelle alfa emesse dal polonio sono abbastanza efficaci nel neutralizzare le cariche statiche, evitando così l'accumulo di polvere e particelle su materiali sensibili.

2. Energia termoelettrica per apparecchiature spaziali

L'isotopo del polonio, il polonio-210, serve come fonte di calore nei generatori termoelettrici, soprattutto nei satelliti spaziali. Nel freddo vuoto dello spazio, il decadimento radioattivo del polonio fornisce una fornitura costante di energia termica, che aiuta a mantenere calde e funzionanti le apparecchiature elettriche. È particolarmente utile nelle missioni nello spazio profondo, dove l'energia solare non è altrettanto efficace.

3. Ricerca biomedica

Il Po-210 è stato utilizzato in alcune ricerche biomediche grazie alla sua potente emissione alfa. Sebbene il suo uso sia limitato nella ricerca di base a causa di problemi di sicurezza, gli studi che riguardano la radioterapia e altre applicazioni mediche sono alcune aree in cui questo isotopo è stato utilizzato. Le sue proprietà radioattive sono utili per alcuni trattamenti mirati; tuttavia, i rischi di manipolazione fanno sì che il suo uso sia altamente controllato.

4. Batterie nucleari

Il polonio-210 è stato preso in considerazione per l'uso nelle batterie nucleari, che sono utilizzate in alcune applicazioni remote o di lunga durata, come nei pacemaker o nei veicoli spaziali. Le sue radiazioni alfa forniscono una fonte di energia costante per un lungo periodo, anche se i problemi di sicurezza ne limitano l'uso diffuso.

Sicurezza e rischi

Il polonio è altamente pericoloso a causa del suo alto livello di radioattività, soprattutto per le radiazioni alfa che emette. Le particelle alfa non possono penetrare attraverso la pelle, ma possono causare gravi danni se il polonio viene ingerito o assunto dall'organismo per inalazione. L'esposizione anche a piccole quantità di polonio-210 è effettivamente letale.

La manipolazione del polonio richiede attrezzature e precauzioni specifiche. I laboratori che lavorano con il polonio devono essere dotati di strutture schermate e il personale coinvolto in queste procedure deve indossare indumenti protettivi che impediscano la contaminazione. Inoltre, il materiale radioattivo deve essere smaltito e contenuto secondo protocolli rigorosi per non contaminare l'ambiente.

La tragica dimostrazione dei rischi associati all'applicazione del polonio si è avuta con l'avvelenamento dell'ex spia russa Alexander Litvinenko nel 2006, in cui il polonio-210 è stato somministrato come veleno. L'evento ha portato all'attenzione mondiale la pericolosità di questo elemento e la cura necessaria nel maneggiarlo.

Domande frequenti

1. Cos'è il polonio e dove è stato scoperto?

Il polonio è un elemento intensamente radioattivo scoperto nel 1898 da Marie e Pierre Curie. Il nome deriva dalla Polonia, paese natale di Marie Curie.

2. Come si produce il polonio?

Il polonio viene prodotto esponendo bersagli di bismuto ai neutroni in un reattore nucleare. In questo modo il bismuto si trasforma in polonio-210. Complesse tecniche di separazione chimica permettono poi di ottenere l'elemento.

3. Quali sono le principali applicazioni del polonio?

Le applicazioni del polonio includono eliminatori statici, una fonte di calore nelle applicazioni spaziali, batterie nucleari e applicazioni biomediche che sfruttano le sue radiazioni alfa.

4. Perché il polonio è pericoloso?

A causa della sua elevata radioattività, il polonio è altamente tossico. Le radiazioni alfa del polonio sono molto distruttive per i tessuti biologici se ingerite o inalate.

5. Quali precauzioni di sicurezza sono necessarie quando si maneggia il polonio?

Poiché il polonio è un elemento radioattivo, deve essere trattato con grande cautela. Sono necessarie attrezzature speciali, laboratori schermati e protocolli di sicurezza rigorosi per evitare contaminazioni e danni ai lavoratori.