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，是已知最稀有的元素之一，在地壳中含量约为100万亿分之一，主要通过人工合成方式取得。 钋由居里夫人与丈夫皮埃尔·居里于1898年发现，为纪念居里夫人的祖国波兰而命名，是世界上最毒的物质之一，存在于铀系、锕系、钍系三个天然放射系的衰变产物中，已知其27种同位素，质量数为192～218，均为放射性核素。 钋单质是一种银白色金属，能在黑暗中发光。 熔点 为253.85 ℃， 沸点 为961.85 ℃，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。 钋可用于制作高比度α源、高强度中子源、高功率密度能源。
基本信息
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，是已知最稀有的元素之一，在地壳中含量约为100万亿分之一，主要通过人工合成方式取得。钋是世界上最毒的物质之一，存在于铀系、锕系、钍系三个天然放射系的衰变产物中，已知其27种同位素，质量数为192～218，均为放射性核素。
发现历史
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，居里夫人与丈夫皮埃尔·居里发现了钋，为了纪念居里夫人的祖国波兰，两人将这种元素命名为钋。1903年马克瓦尔德从15吨的矿物中提取出3毫克射碲的盐，用电解法从这盐溶液中把射碲分离出来。这引起一场关于钋和射碲的真实性的辩论，明确钋和射碲是同一元素。钋的名称被保留下来。
分布情况
天然的钋存在于所有铀矿石和钍矿石中，但含量极微。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。
理化性质
物理性质
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254 ℃， 沸点 为962 ℃，金属密度的计算值等于9.32 g/cm³。 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）相具有单菱形体晶格，低温（α）相具有简单的 立方晶系 。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。
化学性质
钋的化学性质与 和铋相似，能够被 氧气 、 氯气 等氧化。反应方程式如下：
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：
Po与 盐酸 反应：
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：
在400-600℃，钋能与 熔融碱 发生反应：
同位素
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。 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。 。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。
化合物
钋 原子 的 氧化数 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。
钋的氧化物和氢氧化物
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PoSe O₃ 。
二氧化钋有两种变体——四方 晶体 （红色）和面心 立方晶系 （黄色）。PoO₂在885 ℃ 升华 ，在500 ℃的真空中PoO₂发生分解，生成游离的钋。 它在溶液中呈碱性，能与酸作用生成相应的盐：
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：
钋的金属有机化合物
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。
含氧酸盐和有机酸盐
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 乙二胺四乙酸二钠 和 磷酸三丁酯 （ TBP ）的化合物。
钋的卤化物
氟化物 ：钋在 氢氟酸 中溶解时大概可生成 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。
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 配位化合物 PoCl₄·2TBP。
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。 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。
钋的氮化物
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。
羰基钋
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。
钋的硫化物
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。
钋的有机络合物
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 螯合肥 ，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 、 乙二胺四乙酸二钠 、 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。
制备方法
制备钋
镭盐
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。
铀矿
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 、 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。
中子轰击铋
钋的重要 同位素 ²¹ºPo可以通过反应堆大量制取， 核反应 为:
氡衰变
钋可以从 氡 的衰变产物中制备，将盛 的旧 安 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。
从伴随元素中分离钋
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。
电化学法
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。
共沉淀法
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 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。
萃取
用 萃取剂 将钋同铋和铅分离，但是不能同碲分离。用 合剂，在pH变化时，从 锕系金属 、 稀土元素 和裂变产物中分离钋。
色层法
如在 TBP - 聚四氟 乙烯 分配色层柱上，可以使用6 N HCl将钋和铋分离，然后使用2 N HF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 。
应用领域
制作高比度α源
静电消除
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。
元素定量分析
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 石陨石 等 地外物质 样品的表面分析等。
测量物质厚度
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。
制作高强度中子源
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。
制成高功率密度能源
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。
放射毒理学
致毒机理
钋-210属于极毒的放射性核素，危险性很大，在操作时即便是很小量也要格外小心谨慎。其发射的α粒子在空气中的射程很短，不能穿透纸或皮肤，所以在人体外不造成外照射危险，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 。
中毒症状
对于人体，钋中毒会导致贫血、 白细胞减少症 、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。 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。
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。
体内代谢
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。
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。 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。
安全事宜
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。
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。
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 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 。