Els empèdocles moderns – Pierre Curie (1898) i l’element 84 (Po) – poloni (niloctiquadi, Noq)

La Unió Europea és actualment integrada per vint-i-vuit estats. La República Polonesa (Rzceczpospolita Polska) és un d’aquests estats. Amb 38,5 milions d’habitants, és el sisè estat en població (superat únicament per Alemanya, França, Regne Unit, Itàlia i Espanya). També és el sisè en termes de territori (312.685 km2; el superen França, Espanya, Suècia, Alemanya i Finlàndia). Les fronteres actuals de Polònia quedaren determinades fa setanta anys. Els moviments demogràfics empesos per la victòria soviètica convertiren Polònia en un estat força homogeni. El 97,9% de la ciutadania té el polonès com a llengua familiar, i un 96,5% es declara d’etnicitat polonesa (la immensa majoria, de manera exclusiva). La majoria de ciutadans (87,5%) es declaren catòlics romans, i dels que no s’hi declaren tan sols un 1,7% es declaren d’altres religions/rites. El 14 d’abril del 1965, hom commemorà el Mil•lennari de Polònia, aprofitant la data en la qual el duc Mieszko es va fer batejar, coincidint amb el seu enllaç matrimonial amb la princesa Dobrawa de Bohèmia. Si mirem els mapes de la “Polònia” de Mieszko I i els de la “Polònia” de Gomułka, ens pot resultar versemblant aquesta idea de la “continuïtat polonesa”. L’Europa d’avui contesta aquesta continuïtat amb no pas més força que la que pot aplicar per contestar l’alemanya, la francesa, la britànica, la italiana o l’espanyola. Una mirada més detinguda es fa necessària. El nom de Polònia deriva de Polània, la terra dels polans, poble eslau que en el segle IX ocupava les terres del que avui anomenem Gran Polònia, és a dir la Conca del Riu Varta. Els “polans” eren literalment els habitants dels camps o de les planes. Els polans eren tan sols un dels grups dels eslaus lequites, i de fet Lèquia ha estat un nom alternatiu a Polònia al llarg de la història. Encara avui, els lituans parlen de “Lenkija” i els magiars de “Lengyelország”. Lèquia en aquest sentit ha tingut menys sort que el seu paral•lel meridional, Txèquia, que ha substituït Bohèmia en moltes accepcions. La dinastia Piast s’associa, en qualsevol cas, a la fundació de la Polònia cristiana-romana, esdevinguda regne el 1025 amb Boleslau. Però també hom responsabilitza als Piast de la segmentació del regne en ducats, sobretot a partir del 1138, la qual cosa conduí eventualment a la “pèrdua” de Silèsia i Pomerània. Els darrers piastes i, particularment, Casimir el Gran (1333-1370) reunificaren el que pogueren. Als Piast els seguiren els Anjou, i als Anjou els Jagiel•lons, l’entronització dels quals comportà la unió personal del Regne de Polònia i del Gran Ducat de Lituània-Rutènia-Samogítia. La integració progressiva dels dos estats en una Confederació, transformà el concepte de Polònia. La Confederació era integrada per polonesos, rutens i lituans, als quals calia afegir l’arribada de migrants d’occident de llengua germànica (jueus i gentils). El 1569 és la data tradicional en la qual es considera inaugurada la Primera República. És una república coronada, amb rei electiu. Aquest canvi de monarquia hereditària a electiva s’ha considerat com una mostra del triomf del “neofeudalisme” contra la centralització “absolutista”, un signe de la fortalesa de la noblesa (szlachta). El canvi s’associa també a una creixent polonització de la noblesa del Gran Ducat (que, tot i amb tot, encara es veu a ella mateixa com a “lituana”). Si la Unió de Lublin (1569) havia lligat el Regne i el Gran Ducat, la Unió de Brest (1595-1596) suposà integrar l’església ortodoxa (majoritària a Rutènia) a l’obediència de Roma. El Regne de Polònia-Lituània assoleix la màxima expansió a començament del segle XVII: és l’estat unitari més estès d’Europa. Les coses canviaran més tard, quan els sistemes absolutistes (Suècia, Moscòvia, Prússia, Àustria) deixaran sentir la seva superioritat. Àustria, Prússia i Rússia es repartiran successivament bocins de la Confederació e 1772, 1790 i 1795. Sota l’ègida de Napoleó es bastirà un Ducat de Varsòvia (1807-1815). El Congrés de Viena formulà un Regne de Polònia reduït i que, com el Gran Ducat de Finlàndia, fou adscrit en unió personal al Tsar de Rússia. El moviment per restaurar Polònia passarà penes i treballs en el segle XIX. Les contradiccions entre els qui pensen en la vella Polònia-Lituània, i els qui se centren en el grup nacional polonès estricte es manifesten de moltes maneres. El caràcter popular del moviment l’exemplifica el fet que fos encapçalat, des del 1892, pel Partit Socialista Polonès (PPS). Tot just fundat el PPS patí una escissió precisament per la qüestió nacional. Els escindits, “Socialdemocràcia del Regne de Polònia” (SDKP) se centraven en la Polònia-Congrés i en la unitat d’acció amb els socialdemòcrates de la resta de l’Imperi Rus. En el 1899, l’SDKP esdevingué SKDPiL, afegint la referència a Lituània, i renovant l’ideal d’una Polònia multiètnica. La manera precipitada com es configura una República de Polònia de les cendres de la derrota bèl•lica de Rússia i d’Alemanya, donà la raó als partidaris d’una Polònia multiètnica. A la República del 1918, un terç de la població pertanyia a minories nacionals (ucraïnesos, jueus, bielorussos, alemanys, etc.) L’home fort del període, Józef Piłsudki, que en el 1920 aturà l’Exèrcit Roig a les portes de Varsòvia, tot i provenir del PPS, defensava una Polònia multiètnica, encardinada a més en un pla més ambiciós (Międzymorze ), que havia de confederar des dels països de la Mar Bàltica (Finlàndia, Estònia, Letònia i Lituània) fins els de la Mar Negra (Romania, Bielorrúsia, Ucraïna), incloent també Txecoslovàquia, Hongria i Iugoslàvia. Varsòvia havia de ser el centre d’aquest Intermarium. No arribà a produir-se, i Polònia patí un nou repartiment el 1939, arran del Pacte Hitler-Stalin. En un gir irònic, Varsòvia donà nom el 1955, al Pacte que vinculava la Unió Soviètica i els seus socis. Nosaltres arribem al nombre 84 de la nostra sèrie.

Casa natal de Maria Skłodowska Curie, descobridora del poloni i del radi, a Varsòvia. Maria Skłodowska va nàixer en el número 16 del carrer Freta el 7 de novembre del 1867. En aquella època, les fallides rebel•lions del 1830 i del 1863 havien convertit el Regne de Polònia del 1815 en un mer “Privislinskij Kraj” (Territori del Vístula), totalment integrat a l’Imperi Rus. Si Varsòvia era part de Rússia, la capital històrica i monumental, Cracòvia, era part d’Àustria, mentre la Gran Polònia formava part, com a Gran Ducat de Posen, del Regne de Prússia. En la pintura de la façana, hom representa Marie Curie, amb la petita Irène, nascuda el 12 de setembre del 1897, als braços. Si Marie Curie va rebre els Premis Nobel de Física (1903) i Química (1911), Irène Joliot-Curie rebria el de Química del 1935. Encara una filla d’Irène, Hèlène Langevin-Joliot, nascuda el 1927, ha continuat aquesta nissaga de físiques nuclears.

Pierre Curie i la descoberta del poloni

Pierre Curie, en un retrat del 1906 fet per C. Dujardin, i que seria reproduït en el “Traité de radioactivité” (1910)

Pierre Curie va nàixer a París el 15 de maig del 1859, fill del matrimoni format per Sophie-Claire Depouilly (1832-1897) i Eugène Curie (1827-1910). Del matrimoni ja havia nascut Jacques Curie (1855-1941). Els avis paterns eren Paul Curie (1799-1853) i Augustine Hofer. Augustine Hofer era descendent directa del famós matemàtic i físic Johann Bernouilli (1667-1748).

Parlem d’una família protestant, de tradició mèdica. Paul Curie, doctor en medicina homeopàtica, havia sostingut un humanisme inspirat en la tradició antinatalista de Thomas Malthus. Eugène Curie també era metge. L’educació del jove Pierre Curie anà a càrrec primerament dels pares i, més endavant, d’un amic de la família, Bazille, que l’orientà cap a les matemàtiques. Amb aquesta formació, Pierre Curie va aconseguir superar l’examen del batxillerat de ciències el novembre del 1875.

Pierre Curie seguí les passes del seu germà gran i el novembre del 1877 es matriculà a la Facultat de Ciències de París per passar, amb èxit, l’exam de la llicenciatura en ciències físiques. El gener del 1878 assumí una posició (“préparateur-adjoint”) en el laboratori docent del professor de física Paul Desains (1817-1885), en la mateixa facultat. Dos anys més tard ja era “préparateur”.

Curie estudia la radiació del cos negre (és a dir, la del cos ideal la radiació del qual depèn tan sols de la seva temperatura). Ja en el laboratori de Charles Friedel (1832-1899) i en col•laboració amb el seu germà Jacques, estudiaren propietats dels cristalls. En el 1880, aquest grup de recerca descobrí l’efecte piezoelèctric, és a dir la propietat d’alguns cristalls de polaritzar-se elèctricament en resposta a una força mecànica i, inversament, la propietat de deformar-se físicament en resposta a un camp elèctric (1881). De manera similar, els germans Curie estudiaren la piroelectricitat (la connexió entre canvis de temperatura i canvis de polarització elèctrica en certs materials). En el 1883, Jacques Curie esdevingué professor de mineralogia de la Universitat de Montpelhièr. Pierre Curie, per la seva banda, esdevenia “preparador” i “cap de treballs” de la nova “Escola municipal de física i química industrials”, al costat del professor Fernand Dommer.

Pierre Curie continuà amb els treballs sobre piezoelectricitat, amb el disseny d’un dinamòmetre piezoelèctric i un electròmetre de quars. A banda de les evidents aplicacions tecnològiques d’aquest fenomen, Curie també n’explorà les bases teòriques, el rol de la simetria en les propietats físiques dels cristalls (“principi de dissimetria de Curie”). Entre d’altres aportacions podem esmentar el perfeccionament de la balança de torsió aplicada a la mesura de coeficients magnètics.

Marie Curie, en 1920

Ja més ben situat, Curie podia plantejar-se la tesi doctoral. La dedicà a la variació segons la temperatura de les propietats magnètiques de diferents cossos. Enuncià la “llei de Curie”, que descriu l’efecte de la temperatura sobre el paramagnetisme. Descrigué la temperatura crítica a partir de la qual es perd o s’adquireix el ferromagnetisme (“punt de Curie”). A començament del 1894, en una vetllada a París, Józef Kowalski, professor de la Universitat de Friburg, li presentà Maria Skłodowska, una llicenciada en física que treballava en propietats magnètiques de diferents acer en el laboratori de recerca de Gabriel Lippmann (1845-1921).

En març del 1895, Pierre Curie defensà amb èxit la seva tesi doctoral, davant d’un tribunal presidit per Lipmann. La relació amb Marie Skłododowska continuà fins que ella retornà a Varsòvia. Pierre, per correspondència, va aconseguir de fer-la tornar i, el 26 de juliol, la parella es casava a Sceaux.

Interessada en els raigs X, descoberts per Wilhelm Röntgen en el 1895, i la hiperfosforescència de les sals d’urani, descoberta per Henri Becquerel a començament del 1896, Marie Curie reorientà la seva activitat de recerca amb la vista posada en la tesi doctoral. Pierre Curie s’hi sumà a aquesta línia d’investigació. El matrimoni aconseguí finançament per adquirir una tona de pechblenda, procedent de Joachimsthal (Bohèmia). Aquest mineral d’urani els havia de servir per a obtindre, per refinament, les sals hiperfosforescents o, per fer servir la terminologia dels Curie, per estudiar-ne la “radioactivitat”. Aquesta recerca la feien en un annex de l’Escola de Física i Química, antigament emprat com a sala de dissecció. El 12 de setembre del 1897, naixia la primera filla del matrimoni, Irène.

L’electròmetre que havia dissenyat anys abans Pierre Curie esdevingué un instrument essencial per resseguir el procés de refinament de la pechblenda. Els raigs emesos per mineral d’urani, en efecte, feien que l’aire circundant pogués conduir l’electricitat. La radioactivitat, segons van comprovar, depenia únicament de la quantitat d’urani present, i no pas de factors externs, tal com havia suggerit Becquerel.

Els Curie combinaven aquestes recerques amb les seves obligacions docents. La sufragaren amb subvencions del sector miner i metal•lúrgic i d’oficines governamentals. En el 1898, a més de la pechblenda, estudiaren també la torbenita o calcolita. Paradoxalment, trobaren que la plechbenda era quatre vegades més radioactiva que les sals refinades d’urani, mentre que la torbenita ho era dues vegades. Demostraren que no tan sols l’urani, sinó també el tori eren elements radioactius.

Però a banda de l’urani i del tori, els Curie detectaren altres possibles elements químics radioactius. El primer en ser caracteritzat químicament fou designat per Marie Curie, en un signe de compromís patriòtic, amb el nom de “poloni” i amb el símbol químic “Po” (13 de juliol del 1898).

No tothom acceptà el caràcter elemental del poloni. En el 1899, Friedrich O. Giesel considerà que era una variant radioactiva del bismut, i el denominà “radiobismut”.

En el 1902, Willy Marckwald, a través del processament de dues tones de pechblenda, detectà en la fracció de bismut un “nou element”, al que denominà “radiotel•luri”, per les seves similituds amb la forma no-radioactiva d’aquest element. La sal de radiotel•luri era milions de vegades més radioactiva que l’urani i mil vegades més que el poloni. Hom identificà el radiotel•luri amb l’element “dvi-tel•luri” (Dt) que Dmitri Mendeleev havia predit en 1889.

En col•laboració amb André-Louis Debierne, Pierre Curie identificà l’emissió continuada de calor per les partícules de radi. La natura d’aquestes radiacions era també descrita en termes elèctrics, en descompondre-la en emissions de càrrega positiva, de càrrega negativa i sense càrrega. En 1902, Pierre i Marie Curieja havien purificat una quantitat suficient de radi com per determinar-ne el pes atòmic. En el 1903, el matrimoni Curie va rebre la Medalla Davy “per les recerques en el radi”. El Premi Nobel de Física d’aquell anys fou repartit entre Becquerel (“per la descoberta de la radioactivitat espontània”, 50%) i els Curie (“per les recerques conjuntes sobre els fenòmens de la radiació descoberta per Becquerel”). El 6 de desembre del 1904 naixia la segona filla del matrimoni, Ève.

Pierre i Marie Curie en el laboratori

L’octubre del 1904, Pierre Curie fou nomenat professor titular de la nova càtedra de física general de la facultat de ciències.

Entre els subproductes radioactius del radi, Ernest Rutherford havia identificat el “radi F”. Rutherford més tard considerà que el “radi F” era en realitat el “radiotel•luri” de Marckwald. En el 1905, d’acord amb la semivida (140 dies) i el patró d’emissions de radiació alfa i gamma, hom conclogué que el poloni dels Curie, el radiotel•luri de Marckwald i el radi-F de Rutherford eren el mateix element. La prioritat va fer passar per davant el nom de “poloni” i el símbol “Po”, a la vegada que hom considerava Marckwald com el primer en haver aïllat aquest element. El tel•luri fou inscrit en la taula periòdica en el lloc de l’ekatel•luri (Et), és a dir com l’element del sisè període del grup de l’oxigen, just per sota del tel•luri.

El 19 d’abril del 1906, Pierre Curie assistí el matí a la casa Jean Perrin a una reunió de professors, a la que també assistiren Paul Langevin i Josef Kowalski. A les 2 de la vesprada, Curie sortí de casa de Perrin per anar a la biblioteca Gauthier-Villars, on havia de repassar les galerades d’un article. En creuar la rue Dauphine per arribar al quai des Grands-Augustins, va relliscar i caigué sota el cavall de l’esquerra d’un carro que transportava paper, resultant mortalment ferit.

La investigació sobre el poloni havia de fer front a la seva extremada raresa. L’abundància del poloni en minerals d’urani, per exemple, era tan sols d’un 0,2% respecte de l’abundància del radi. El lot més gran de poloni-210 que s’ha arribat a extreure va partir de 37 tones de residus de la producció de radi, i hom aconseguí un total de 9 mg (equivalents 1,5 TBq).

En els anys 1920, Antoine Lacassagne estudià la toxicitat de poloni en conills, utilitzant mostres fornides per Marie Curie. Lacassagne observà un patró específic de distribució del poloni administrat, que assolia màximes concentracions en el fetge, el ronyó i els testicles.

En 1934, hom mostrà que la irradiació de bismut natural (209Bi) produïa bismut-210 que donava lloc a poloni-210, que es podia purificar amb un procés piroquímic i d’extracció líquid-líquid.

Entre 1943 i 1947, la Universitat de Rochester realitzà proves en humans sobre la cinètica del poloni. L’injectaren a quatre pacients, mentre que un cinquè rebé una dosi oral. En tots els casos eren pacients de 30-40 anys amb malalties incurables, i que no havien tingut mai cap exposició coneguda a poloni. L’objectiu principal era tindre dades sobre l’excreció del poloni administrat, per comparar-les amb els resultats obtinguts en rates de laboratori.

En 1946, mentre Irène Joliot-Curie treballava en el laboratori, explotà una càpsula segellada de poloni. Des de feia uns anys, Joliot-Curie patia tuberculosi, i els anys següents alternà els períodes de treball amb la convalescència als Alps. A començament del 1956, després d’un d’aquests períodes, fou hospitalitzada en l’Hospital Curie de París. Li fou diagnosticada una leucèmia, de la qual es moriria el 17 de març. Hom ha atribuït aquesta leucèmia amb l’exposició al poloni, i seria la primera mort coneguda atribuïda a aquest element.

En el 1957, en un control rutinari en l’Institut Weizmann, hom detectà traces de poloni-210 en les mans del professor Dror Sadeh, que havia utilitzat aquest material com a font de radiació alfa. Tests posteriors indicaren que Sadeh no havia patit dany radiològic, però eventualment es moriria de càncer. També un dels seus alumnes es moriria de leucèmia, i dos altres col•legues també patiren casos letals de càncer, el darrer en 1969.

El poloni-210 és una de les fonts de radioactivitat endògena per a l’organisme humà. Hill (1966) estudià els nivells de radioactivitat en placentes humanes del nord del Canadà associats a poloni-210. Trobà uns valors (4,29 pCi/g) vuitanta vegades superiors als que s’havien trobat al Regne Unit. Hill ho atribuí al consum de carn de ren o caribú.

A començament dels anys 1960, hom detectà nivells especialment elevats de poloni en el fum del tabac. Durant dècades, es feren diversos intents per reduir els nivells. La recerca mostrà que el poloni-210 provenia de les fulles de tabac, com a producte de la desintegració del plom-210, al seu torn producte del radó-222, que derivava sobretot de la presència de radi-226 en els fertilitzants utilitzats en els cultius de tabac.

El poloni-210 fou utilitzat en generadors termoelèctrics, bo i aprofitant el fet que 1 gram de poloni-210 pot generar uns 140 w. Aquests generadors eren presents en satèl•lits com els Kosmos 84 (1965) i en els ròvers lunars Lunokhod 1 (1970) i Lunokhod 2 (1973).

El Lunokhod-3, en el Museu NPO Lavochkin. Aquest ròver havia de viatjar en el Luna 25 i passejar-se per la Lluna en el 1977, com havien fet els seus predecessors en 1970 i 1973. La suspensió del programa lunar ho impedí. Els Lunokhod comptaven amb un generador termoelèctric de poloni-210

L’1 de novembre del 2006 ingressà en el University College Hospital de Londres, Alexander Litvinenko, un ex-agent del Servei de Seguretat Federal (FSB) de Rússia que en novembre del 2000 s’havia exiliat a Gran Bretanya. Litvinenko, des del 1997, havia denunciat que l’FSB l’havia donat ordres d’eliminar el magnat rus Boris Berezovski. Hom sospità que Litvinenko havia estat víctima d’un enverinament, potser per part de les persones amb les que s’havia trobat el mateix dia 1. L’estat de salut de Litvinenko es deteriorà progressivament. Se l’administrà un tractament de la blau de Prússia per tractar una presumible intoxicació amb tal•li. El 20 de novembre era traslladat a la unitat de cures intensives, on es va morir el dia 22. L’autòpsia, realitzada el primer de desembre, assenyalà que havia estat una intoxicació amb poloni-210, amb una dosi probable de 10 μg (2 GBq o 50 mCi). Era el primer cas conegut d’una mort pels efectes aguts de la radiació alfa d’aquest isòtop.

El poloni: isòtops i abundància

Com a massa atòmica del poloni se sol prendre 209 uma, en referència al fet que el 209Po és l’isòtop amb una semivida més llarga (de 125 anys). No obstant, el poc poloni present en mostres naturals és majoritàriament 210Po. Un llistat complet dels isòtops coneguts faria:
– poloni-188 (188Po; 187,999422 uma). Nucli format per 84 protons i 104 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 4,3•10-4 s.
– poloni-189 (189Po; 188,998481 uma). Nucli format per 84 protons i 105 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,005 s.
– poloni-190 (190Po; 189,995101 uma). Nucli format per 84 protons i 106 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,00246 s. Decau normalment (99,9%) a plom-186 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a bismut-190 (0,1%; amb emissió d’un positró).
– poloni-191 (191Po; 190,994574 uma). Nucli format per 84 protons i 107 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,022 s. Decau normalment a plom-187 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a bismut-191 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (191mPo) a 130 keV, que té una semivida de 0,093 s.
– poloni-192 (192Po; 191,991335 uma). Nucli format per 84 protons i 108 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0322 s. Decau normalment (99%) a plom-188 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (1%), a bismut-192 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (192mPo) a 2600 keV, que té una semivida de 10-6 s.
– poloni-193 (193Po; 192,99103 uma). Nucli format per 84 protons i 109 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,42 s. Decau normalment a plom-189 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a bismut-193 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (193mPo) a 100 keV, que té una semivida de 0,24 s, i que decau normalment a plom-189 o rarament a bismut-193.
– poloni-194 (194Po; 193,988186 uma). Nucli format per 84 protons i 110 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,392 s. Decau normalment a plom-190 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a bismut-194 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (194mPo) a 2525 keV, que té una semivida de 1,5•10-5 s.
– poloni-195 (195Po; 194,98811 uma). Nucli format per 84 protons i 111 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,64 s. Decau majoritàriament (75%) a plom-191 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (25%), a bismut-195 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (195mPo) a 110 keV, que té una semivida de 1,92 s, i que decau bé a l’estat basal (0,01%) o directament a plom-191 (90%) o bismut-195 (10%).
– poloni-196 (196Po; 195,985535 uma). Nucli format per 84 protons i 112 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,56 s. Decau majoritàriament (94%) a plom-192 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (6%), a bismut-196 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (196mPo) a 2490,5 keV, que té una semivida de 8,5•10-7 s.
– poloni-197 (197Po; 196,98566 uma). Nucli format per 84 protons i 113 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 53,6 s. Decau bé a bismut-197 (54%; amb emissió d’un positró) bé a plom-193 (44%; amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (197mPo) a 230 keV, que té una semivida de 25,8 s, i que decau a l’estat basal (0,01%) o directament a plom-193 (84%) o a bismut-197 (16%).
– poloni-198 (198Po; 197,983389 uma). Nucli format per 84 protons i 114 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 106 s. Decau bé a plom-194 (57%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) bé a bismut-198 (43%; amb emissió d’un positró). Posseeix dos estats metastables, un a 2565,92 keV (198m1Po; que té una semivida de 2•10-7 s) i un altre a 2691,86 keV (198m2Po; que té una semivida de 7,5•10-7 s).
– poloni-199 (199Po; 198,983666 uma). Nucli format per 84 protons i 115 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 329 s (5 minuts). Decau majoritàriament (92,5%) a bismut-199 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (7,5%), a plom-195 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (199mPo) a 312 keV, que té una semivida de 250 s i que decau a l’estat basal (2,5%) o directament a bismut-199 (73,5%) o a plom-195 (24%).
– poloni-200 (200Po; 199,981799 uma). Nucli format per 84 protons i 116 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 690 s (12 minuts). Decau majoritàriament (88,8%) a bismut-200 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (11,1%), a plom-196 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– poloni-201 (201Po; 200,982260 uma). Nucli format per 84 protons i 117 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 918 s (15 minuts). Decau normalment (98,4%) a bismut-201 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (1,6%), a plom-197 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (201mPo) a 424,1 keV, que té una semivida de 530 s, i que decau bé a l’estat basal (56%) o directament a bismut-201 (41%; per captura electrònica) o a plom-197 (2,9%).
– poloni-202 (202Po; 201,980758 uma). Nucli format per 84 protons i 118 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2680 s (45 minuts). Decau normalment (98%) a bismut-202 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (2%), a plom-198 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (202mPo) a 2626,7 keV, que té una semivida de poc més de 2•10-7 s.
– poloni-203 (203Po; 202,981420 uma). Nucli format per 84 protons i 119 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2200 s(37 minuts). Decau normalment (99,89%) a bismut-203 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,11%), a plom-199 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix dos estats metastables, un a 641,49 keV (203m1Po; que té una semivida de 45 s, i que decau a l’estat basal (99,96%) o directament (0,04%) a plom-199) i un altre a 2158,5 keV (203m2Po; que té una semivida de 2•10-7 s).
– poloni-204 (204Po; 203,980318 uma). Nucli format per 84 protons i 120 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,27•104 s (4 hores). Decau normalment (99,33%) a bismut-204 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,66%), a plom-200 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– poloni-205 (205Po; 204,981203 uma). Nucli format per 84 protons i 121 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5980 s (2 hores). Decau normalment (99,96%) a bismut-205 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,04%), a plom-201 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix quatre estats metastables, un a 143,166 keV (205m1Po; que té una semivida de 3,1•10-7 s), un altre a 880,3 keV (205m2Po; que té una semivida de 6,45•10-4 s), un tercer a 1461,21 keV (205m3Po; que té una semivida de 0,0574 s i que decau a l’estat basal) i un quart a 3087,2 keV (205m4Po; que té una semivida de 1,15•10-7 s).
– poloni-206 (206Po; 205,980481 uma). Nucli format per 84 protons i 122 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,6•105 s (9 dies). Decau majoritàriament (94,55%) a bismut-206 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (5,45%), a plom-202 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix dos estats metastables, un a 1585,85 keV (206m1Po; que té una semivida de 2,22•10-7 s) i un altre a 2262,22 keV (206m2Po; que té una semivida de 1,05•10-6 s).
– poloni-207 (207Po; 206,981593 uma). Nucli format per 84 protons i 123 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,09•104 s (6 hores). Decau normalment (99,97%) a bismut-207 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,021%), a plom-203 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix tres estats metastables, un a 68,573 keV (207m1Po; que té una semivida de 2,05•10-7 s), un altre a 1115,073 keV (207m2Po; que té una semivida de 4,9•10-5 s) i un tercer a 1383,15 keV (207m3Po; que té una semivida de 2,79 s, i que decau a l’estat basal).
– poloni-208 (208Po; 207,9812457 uma). Nucli format per 84 protons i 124 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9,145•107 s (3 anys). Decau normalment (99,99%) a plom-204 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,00277%), a bismut-208 (amb emissió d’un positró). Se’l pot sintetitzar en un ciclotró mitjançant el bombardament (amb nuclis d’hidrogen-1, hidrogen-2 o heli-4) de plom o bismut.
– poloni-209 (209Po; 208,9824304 uma). Nucli format per 84 protons i 125 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,951•109 s (125 anys). Decau normalment (99,52%) a plom-205 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,48%), a bismut-209 (amb emissió d’un positró). Se’l pot sintetitzar en un ciclotró mitjançant el bombardament (amb nuclis d’hidrogen-1, hidrogen-2 o heli-4) de plom o bismut.

Intensitat d’emissió respecte de l’energia de partícula alfa (nucli d’heli-4) emesa pel Po-210 i Po-209, juntament amb la de dos altres isòtops. L’espectroscòpia de partícula alfa és el mètode d’elecció en la detecció i quantificació dels isòtops de poloni més comuns
– poloni-210 (210Po; 209,9828737 uma). Nucli format per 84 protons i 126 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,19557•107 s (138 dies). Decau a plom-206, amb emissió d’un nucli d’heli-4. És present a la natura en forma de traça, com a producte intermedi de la desintegració de l’urani-238. Es correspon al radi-F (RaF) descrit per Ernst Rutherford i al radiotel•luri (RdTe) descrit per Willy Marckwald en 1902. Posseeix un estat metastable (210mPo) a 5057,61 keV, que té una semivida de 2,63•10-7 s.
– poloni-211 (211Po; 210,9866532 uma). Nucli format per 84 protons i 127 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,516 s. Decau a plom-207, amb emissió d’un nucli d’heli-4. És present a la natura en forma de traça, com a producte intermedi de la desintegració de l’urani-235. Fou identificat originàriament en 1913 per Ernest Marsden i R. H. Wilson, com un producte de la desintegració de l’actini, catalogat com a actini-C’ (AcC’). Posseeix tres estats metastables, un a 1462 keV (211m1Po; que té una semivida de 25,2 s, i que decau bé a l’estat basal (0,016%) o directament (99,98%) a plom-207), un altre a 2135,7 keV (211m2Po; que té una semivida de 2,43•10-7 s) i un tercer a 4873,3 keV (211m3Po; que té una semivida de 2,8•10-6 s).
– poloni-212 (212Po; 211,9888680 uma). Nucli format per 84 protons i 128 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 2,99•10-7 s. Decau a plom-208, amb emissió d’un nucli d’heli-4. És present a la natura en forma de traça, com a producte intermedi de la desintegració del tori-232. Fou descrit originàriament en 1906 per Otto Hahn, com a tori-C, i després redenominat tori-C’ (ThC’). Posseeix un estat metastable (212mPo) a 2911 keV, que té una semivida de 45,1 s, i que decau a l’estat basal (0,07%) o directament a plom-208 (99,93%).
– poloni-213 (213Po; 212,992857 uma). Nucli format per 84 protons i 129 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 3,65•10-6 s. Decau a plom-209, amb emissió d’un nucli d’heli-4.
– poloni-214 (214Po; 213,9952014 uma). Nucli format per 84 protons i 130 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 1,643•10-4 s. Decau a plom-210 d’un nucli d’heli-4. És present a la natura en forma de traça com a producte intermediari de la desintegració de l’urani-238. Fou descrit originàriament per Otto Hahn & Lise Meitner en 1909, i de manera independent per Kasimir Fajans en el 1912, amb el nom de radi-C’ (RaC’).
– poloni-215 (215Po; 214,9994200 uma). Nucli format per 84 protons i 131 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,001781 s. Decau normalment (99,99%) a plom-211 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,00023%), a astat-215 (amb emissió d’un electró). És present a la natura en forma de traça com a producte intermediari de la desintegració de l’urani-235. Fou descrit originàriament per Hans W. Geiger i Ernest Marsden en 1910, rebent la denominació d’actini-A (AcA).
– poloni-216 (216Po; 216,0019150 uma). Nucli format per 84 protons i 132 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,145 s. Decau normalment a plom-212 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a radó-216 (amb emissió de dos electrons). És present a la natura en forma de traça com a producte intermediari de la desintegració del tori-232. Fou descrit originàriament en 1910 per Hans W. Geiger, Ernest Marsden i Ernest Rutherford, rebent la denominació de tori-A (ThA).
– poloni-217 (217Po; 217,006335 uma). Nucli format per 84 protons i 133 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,47 s. Decau normalment (95%) a plom-213 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (5%), a astat-217 (amb emissió d’un electró).
– poloni-218 (218Po; 218,0089730 uma). Nucli format per 84 protons i 134 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 190 s (3 minuts). Decau normalment (99,98%) a plom-214 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,02%), a astat-218 (amb emissió d’un electró). És present a la natura en forma de traça, com a producte intermediari de la desintegració de l’urani-238. Fou descrit originàriament en 1905 per William H. Bragg i Richard D. Kleeman, rebent el nom de radi-A (RaA).
– poloni-219 (219Po; 219,01374 uma). Nucli format per 84 protons i 135 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 100 s.
– poloni-220 (220Po; 220,01660 uma). Nucli format per 84 protons i 136 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 40 s.

L’àtom neutre de poloni conté 84 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p4. D’aquesta manera, és l’element del període 6 del grup 16 (grup de l’oxigen o calcògens), dins del bloc p. Si bé alguns autors el compten com a metall de post-transició, d’altres el qualifiquen de metal•loide. És comptat entre els elements naturals radioactius. Els estats d’oxidació més habituals són +4, +2 i -2, encara que també el podem trobar amb +6, +5 i 0. El radi atòmic és de 1,68•10-10 m.

Disc d’acer inoxidable que porta una fina pel•lícula de poloni. La imatge, presa per Albert Fenn del 1965, mostra la forma amb la qual es comercialitza el poloni per fer-lo servir com a font de partícules alfa en el laboratori

En condicions estàndards de pressió i temperatura, el poloni elemental es presenta en forma de sòlid. Se’n coneixen dos al•lòtrops metàl•lics:
– l’alfa-poloni (α-Po). Segueix una estructura cristal•lina cúbica simple. La densitat és de 9196 kg•m-3.
– beta-poloni (β-Po). Segueix una estructura cristal•lina romboedral. La densitat és de 9398 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el poloni elemental fon a 527 K i bull a 1235 K.

El poloni-210 en estat sòlid emet una lluïssor blava deguda a l’excitació que les seves emissions produeixen en l’aire que l’envolta. Escalfat en presència d’aire a 328 K, la meitat d’una mostra es vaporitza en 45 hores, en forma de molècules diatòmiques (Po2). Se suposa que aquesta vaporització es relaciona amb les emissions endògens de nuclis d’heli-4.

El poloni és soluble en àcids, fins i tot diluïts, però no pas tant en àlcalis. La primera espècie en formar-se, Po2+ dóna a la solució una coloració rosada, però les pròpies emissions de nuclis d’heli-4 ionitza el solvent (amb bombolleig i emissió d’energia), i el poloni passa a Po4+, de coloració groga. Per això les solucions de poloni són volàtils, i s’han de conservar segellades.

S’han arribat a sintetitzar més de 50 compostos de poloni, entre els quals podem citar:
– poloniürs: Na2Po, BePo, CdPo, MgPo, HgPo, PrPo, TmPo, PbPo.
– hidrur: PoH2 (líquid volàtil de fàcil dissociació).
– halurs: PoCl2 (sòlid de color vermell fosc), PoCl4 (sòlid de color groc), PoBr2 (sòlid de color porpre-bru), PoBr4 (sòlid de color vermell), PoI4 (sòlid de color negre), PoF6.
– òxids: PoO, PoO2 (sòlid de color groc pàlid), PoO3.
– sulfur: PoS.
– hidròxid.
– altres sals inorgàniques: bromat, carbonat, nitrat, selenat, sulfat, disulfat.
– compostos organopolònics: acetat, citrat, format.

L’abundància atòmica del poloni en l’univers depèn dels processos de nucleosíntesi de supernoves, de les rutes de desintegració d’isòtops més pesants (particularment, d’urani i de tori) i de l’estabilitat dels seus isòtops. Amb cap isòtop estable, el poloni és present únicament de manera transitòria, com a producte intermediari de l’urani o del tori. El poloni el podem trobar de forma elemental o combinada (particularment, com a poloniür de plom, amb el plom generat de la pròpia conversió espontània del poloni), responent també al seu caràcter calcòfil.

La principal font de poloni en l’univers deriva de la desintegració de l’urani-238 (sèrie d’urani o cadena 4n+2 de l’urani-238.

A la Terra, el poloni es troba en forma de traça. La màxima concentració l’assoleix en minerals d’urani, on arriba a 100 ppb.

Actualment, gairebé tota la producció de poloni és artificial, aconseguida per la irradiació de bismut amb partícules (neutrons, protons, etc.) d’altra energia. La producció mundial anual és de 100 grams, la immensa majoria produïts a Rússia, per bombardament de bismut amb neutrons, amb obtenció de poloni-210. Quantitativament és menor la producció d’isòtops de poloni per bombardament protònic de bismut en ciclotrons. Els isòtops més pesants de poloni es poden sintetitzar també amb el bombardament de platí amb nuclis de carboni.

En l’ús d’aliatges líquid de plom-bismut en el sistema de refrigeració de reactors nuclears, com és el cas dels reactors dels submarins russos K-27, cal previndre la conversió de bismut a poloni-210 i possibles fuites.

Entre les aplicacions històriques del poloni, com a font de partícules alfa, hi ha la mesura del gruix de revestiments industrials. El poloni també trobà altres aplicacions industrials, com a component de sistemes d’eliminació de càrregues estàtiques (en fàbriques tèxtils, de paper, de plàstics, etc.). D’acord amb les regulacions nord-americans, els ribots antiestàtics no han de contindre més de 19 MBq de poloni-210.

Barreges de Po-BeO foren també utilitzades com a font de neutrons. En aquestes fonts, per cada milió de nuclis d’heli-4 emesos pel poloni-210, el BeO genera 93 neutrons. Aquests sistemes foren utilitzats com a iniciadors en armes nuclears de la Unió Soviètica, però també en usos civils (inspeccions de pous petroliers). En el seu moment, s’arribaren a utilitzar anualment 1500 fonts de Po-BeO, amb una activitat mitjana per cadascuna de 68 TBq.

Isòtops de poloni i, particularment poloni-210, són utilitzats com a fonts de partícules alfa en el laboratori. Solen ser fonts segellades de 4-40 kBq, muntades en una matriu de resina o de polímer, amb una recoberta d’or.

En la hidrosfera, el poloni és present de manera transitòria en forma de traça. Una concentració oceànica típica és de 15 fg•m-3.

En l’atmosfera, el poloni és negligible. La font principal la constitueix el gas radó-222, que es desintegra a poloni-218 i, en passes successives, a poloni-210, que precipita paulatinament.

El poloni no és bioelement per a cap organisme. Momoshima et al. (2001) reportaren la biometilació de poloni, amb la corresponent votalilització, en una reacció que utilitzaria metilcobalamani com a cofactor. Li et al. (2010) estudiaren la metabolització de poloni-210, i calcularen que una petita fracció (0,002-0,009%) era excretada en forma de compostos volàtils. La distribució del poloni en mamífers és condicionada per la interacció del 210Po amb proteïnes del transport del sofre, com la metal•lotioneïna hepàtica.

Els nivells normals d’excreció urinària de poloni-210, seguits per espectrometria de partícules alfa, són de 5-15 mBq/dia. Valors superiors a 30 mBq/dia serien indicadors d’una exposició excessiva a poloni-210.

La toxicitat del poloni

El cas de l’enverinament mortal de Litvinenko va fer prendre consciència a l’opinió pública de l’altíssima toxicitat d’aquesta substància. És tòxica bàsicament per les emissions de partícules alfa, però la natura química de l’element també hi contribueix, en mimetitzar algunes accions biològiques del sofre.

La dosi letal mitjana en humans del poloni-210 és inferior a 1 μg. Això obliga a introduir mesures especials en qualsevol manipulació de quantitats de poloni, fins i tot quan es tracta de nanograms. Així, sempre s’hi ha de treballar en una caixa de guants de pressió negativa i dotada de filtres. El poloni pot ser absorbit per ingesta o inhalació. No penetra en un epidermis intacta.

En cas d’intoxicació aguda per ingesta, l’exposició radioactiva és de 0,51 μSv/Bq. Aquest valor és encara molt més elevat en cas d’inhalació (2,5 μSv/Bq). La semivida biològica del poloni en humans és de 30-50 dies, de manera que un episodi d’intoxicació aguda implica diverses setmanes d’exposició. A més dels efectes aguts de l’exposició, cal comptar amb l’elevació a llarg termini del risc tumoral, particularment de melsa i de fetge.

La càrrega corporal màxima permissible de poloni-210 ingerit és de 1,1 kBq (6,8 pg). En l’aire dels llocs de treball, segons la normativa nord-americana, no s’haurien de depassar els 10 Bq•m-3. Als Estats Units, la Comissió Regulador Nuclear obliga a registrar qualsevol compra de més de 590 GBq de poloni-210.

L’ús d’agents quelants com HOEtTTC o dimercaprol podrien ajudar a augmentar l’aclariment del poloni-210 d’una persona exposada. Rencova et al. (1997) comprovaren l’eficàcia d’aquest tractament en rates.

L’exposició crònica al poloni és més habitual que no pas pensaríem. El 214Po i 218Po són els productes de la desintegració de 222Rn que més impacte tindrien en la salut humana. Cal recordar que, a final del segle XX, hom estimava als Estats Units les morts per càncer de pulmó associades a nivells de radó en espais tancats/mal ventilats (principalment, en la llar) en 15000-22000. Això és rellevant en controvèrsies com ara la mort de Yasser Arafat, escaiguda l’11 de novembre del 2004. En el juliol del 2012 hom detectà concentracions anormalment elevades de poloni-210 en robes i objectes personals d’Arafat. Hom procedí a l’exhumació de les seves despulles el 27 de novembre del 2012. Encara que no es va arribar a cap conclusió, se suggerí que aquests nivells elevats podrien tindre un origen natural.

El poloni-210 és una de les substàncies tòxiques del tabac, i se suposa que és al darrera d’una part dels casos de càncer de pulmó associats al tabaquisme.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: