El polonio es un elemento pesado producido exclusivamente por el proceso r (captura rápida de neutrones) durante eventos explosivos como supernovas o fusiones de estrellas de neutrones. Debido a que todos sus isótopos son radiactivos y tienen vidas medias relativamente cortas (el más largo, \(^{209}\mathrm{Po}\), tiene una vida media de solo 125.2 años), prácticamente no existe polonio primordial en el universo. Todo el polonio presente en la formación del sistema solar se ha desintegrado desde entonces. El polonio que se encuentra en la Tierra hoy en día es, por lo tanto, artificial o proviene de la desintegración del uranio y el torio en las cadenas radiactivas naturales.
Varios isótopos del polonio aparecen como productos intermedios en las cuatro cadenas de desintegración radiactiva primordiales:
Estos isótopos de vida muy corta se producen y desaparecen constantemente en los minerales que contienen uranio y torio, contribuyendo a la radiactividad natural. El \(^{210}\mathrm{Po}\) (Radio F), con una vida media de 138.376 días, es el miembro más longevo de la cadena del uranio-238 y puede acumularse en cantidades medibles.
El \(^{210}\mathrm{Po}\) se utiliza como trazador natural en las ciencias de la Tierra. Producido por la desintegración del radón-222 (gas) en la atmósfera, se deposita en las superficies terrestres y oceánicas. Su relación con su "padre" de vida más larga, el \(^{210}\mathrm{Pb}\) (vida media 22.3 años), permite datar sedimentos marinos recientes (durante unos cientos de años), estudiar los procesos de mezcla oceánica, la bioproductividad y el transporte de partículas en la atmósfera.
El polonio fue nombrado por sus descubridores, Marie y Pierre Curie, en 1898, en homenaje a la Polonia natal de Marie (entonces dividida entre el Imperio Ruso, Austria-Hungría y Prusia). Fue un acto patriótico y político, destinado a llamar la atención sobre la causa de la independencia polaca, cuando el país ya no existía en los mapas. Fue el primer elemento nombrado en honor a un país.
Al estudiar la radiactividad de la pechblenda (un mineral de uranio), Marie Curie notó que esta era más alta de lo que podía explicarse solo por el contenido de uranio. Ella y su esposo Pierre emprendieron un trabajo titánico de purificación química de toneladas de mineral. En julio de 1898, anunciaron el descubrimiento de un nuevo elemento, al que llamaron polonio. Lo caracterizaron por su intensa radiactividad y su similitud química con el bismuto. Unos meses más tarde, descubrirían el radio, aún más radiactivo. Estos descubrimientos les valieron el Premio Nobel de Física en 1903 (junto con Henri Becquerel).
Aislar el polonio en cantidades ponderables fue extremadamente difícil debido a su baja abundancia y alta radiactividad. Solo después de muchos años de procesamiento de minerales se obtuvieron cantidades microscópicas de sales de polonio puro. La primera observación del espectro del polonio se realizó en 1910. La producción a escala de gramos solo se hizo posible con el desarrollo de los reactores nucleares.
Hoy en día, el polonio-210 se produce artificialmente de dos maneras principales:
La producción mundial es muy baja, del orden de unos cientos de gramos por año, principalmente en Rusia. Su costo es extremadamente alto (cientos de miles de dólares por gramo para el \(^{210}\mathrm{Po}\) de alta pureza), debido a la complejidad de su producción y separación, y los riesgos asociados.
El polonio (símbolo Po, número atómico 84) es un metal de post-transición, ubicado en el grupo 16 (grupo del oxígeno o calcógenos) de la tabla periódica, junto con el oxígeno, azufre, selenio, teluro y livermorio. Es el único elemento de este grupo que es un metal (a temperatura ambiente). Su átomo tiene 84 protones y, según el isótopo, de 122 a 136 neutrones. El isótopo \(^{210}\mathrm{Po}\) tiene 126 neutrones. Su configuración electrónica es [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁴, con seis electrones de valencia (6s² 6p⁴).
El polonio es un metal gris plateado, blando, y químicamente similar a sus primos el teluro y el bismuto.
Su intensa radiactividad daña rápidamente su estructura cristalina y provoca su autoirradiación.
El polonio se funde a 254 °C (527 K) y hierve a 962 °C (1235 K). Su calor de desintegración puede distorsionar estas mediciones para muestras macroscópicas.
Químicamente, el polonio es un metal bastante reactivo, similar al teluro. Se disuelve en ácidos para formar soluciones de Po(IV) (rosadas) y se oxida fácilmente en el aire. Forma compuestos en estados de oxidación -2, +2, +4 y +6, siendo +4 el más estable. Sus compuestos suelen ser coloreados (ej: PoCl₄ es amarillo, PoBr₄ es rojo). Sin embargo, el estudio de su química es extremadamente difícil y peligroso debido a su intensa radiactividad.
Densidad (α-Po): 9.32 g/cm³.
Punto de fusión: 527 K (254 °C).
Punto de ebullición: 1235 K (962 °C).
Estructura cristalina (α): Cúbica simple (única entre los elementos).
Configuración electrónica: [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁴.
Estado de oxidación principal: +4.
| Isótopo / Notación | Protones (Z) | Neutrones (N) | Masa atómica (u) | Abundancia natural | Vida media / Modo de desintegración | Observaciones / Aplicaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Polonio-208 — \(^{208}\mathrm{Po}\) | 84 | 124 | 207.981246 u | Traza (radiogénico) | 2.898 años (α) | Isótopo de vida media, presente en la cadena del torio. Puede producirse artificialmente. |
| Polonio-209 — \(^{209}\mathrm{Po}\) | 84 | 125 | 208.982430 u | Traza (radiogénico) | 125.2 años (α, 99.99%; CE, 0.001%) | Isótopo con la vida media natural más larga. Producido principalmente por desintegración α del \(^{213}\mathrm{Bi}\). |
| Polonio-210 — \(^{210}\mathrm{Po}\) | 84 | 126 | 209.982874 u | Traza (radiogénico) | 138.376 días (α) | El isótopo más importante y conocido. Radiactividad alfa intensa (5.3 MeV). Utilizado en fuentes antielectrostáticas, generadores termoeléctricos y, tristemente, como veneno. Producido a partir de \(^{209}\mathrm{Bi}\) por irradiación neutrónica. |
N.B.:
Capas electrónicas: Cómo están organizados los electrones alrededor del núcleo.
El polonio tiene 84 electrones distribuidos en seis capas electrónicas. Su configuración electrónica [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁴ presenta seis electrones de valencia en la capa 6 (s² p⁴). Esto también puede escribirse como: K(2) L(8) M(18) N(32) O(18) P(6), o de manera completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p⁴.
Capa K (n=1): 2 electrones (1s²).
Capa L (n=2): 8 electrones (2s² 2p⁶).
Capa M (n=3): 18 electrones (3s² 3p⁶ 3d¹⁰).
Capa N (n=4): 32 electrones (4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴).
Capa O (n=5): 18 electrones (5s² 5p⁶ 5d¹⁰).
Capa P (n=6): 6 electrones (6s² 6p⁴).
El polonio tiene 6 electrones de valencia (6s² 6p⁴). Su química se asemeja a la del teluro, pero con una mayor tendencia a los estados de oxidación inferiores debido al efecto del par inerte que comienza a manifestarse. Los estados de oxidación principales son:
La química del polonio está poco explorada debido a los peligros extremos asociados con su manipulación.
El polonio metálico se oxida rápidamente en el aire para formar dióxido de polonio (PoO₂), un sólido amarillo. Cuando se calienta en el aire, puede formar óxidos mixtos.
Muy pocos compuestos de polonio han sido preparados y estudiados en detalle, siempre en cantidades mínimas y con precauciones extremas.
Cuando una partícula alfa de alta energía (como la del \(^{210}\mathrm{Po}\)) golpea un núcleo de berilio-9, se produce una reacción nuclear: \(^9\mathrm{Be} + \alpha \rightarrow \,^{12}\mathrm{C} + n\). Esta reacción produce un neutrón. Las fuentes de polonio-berilio (Po-Be) eran, por lo tanto, fuentes de neutrones portátiles, utilizadas:
Sin embargo, la corta vida media del \(^{210}\mathrm{Po}\) (138 días) hacía que estas fuentes fueran poco prácticas, requiriendo un reemplazo frecuente. Han sido ampliamente reemplazadas por fuentes que utilizan americio-241 o californium-252.
La desintegración intensa del \(^{210}\mathrm{Po}\) libera una gran cantidad de calor (140 W/g). Este calor puede convertirse en electricidad utilizando termopares (efecto Seebeck). El polonio-210 se utilizó en algunos de los primeros RTG soviéticos para alimentar equipos en lugares remotos (balizas, estaciones meteorológicas). Sin embargo, su corta vida media implicaba una rápida disminución de la potencia. Para misiones espaciales de larga duración, fue abandonado en favor del plutonio-238 (vida media de 87.7 años).
El polonio-210 es una de las sustancias más tóxicas que existen. Su peligro proviene de varios factores:
La dosis letal mediana (DL50) por ingestión para el ser humano se estima en solo 1 microgramo (1 µg) de \(^{210}\mathrm{Po}\), es decir, una actividad de aproximadamente 11 GBq.
Los síntomas de una intoxicación aguda (como en el caso Litvinenko) aparecen después de unos días e incluyen:
Detección difícil: El polonio-210 no emite radiación gamma significativa (solo un gamma débil a 803 keV en el 0.001% de las desintegraciones). Su detección directa requiere un contador alfa especial o una medición de la radiactividad en excreciones (orina, heces). El diagnóstico suele retrasarse.
Tratamiento limitado: No existe un antídoto específico. El tratamiento es sintomático (transfusiones, factores de crecimiento, antibióticos) y tiene como objetivo eliminar el polonio:
El polonio-210 está presente de forma natural en trazas en todas partes (suelos, agua, aire) debido a las cadenas de desintegración. Se encuentran concentraciones más altas en los minerales de uranio, los fertilizantes fosfatados (que contienen uranio) y... el humo del tabaco. Las plantas de tabaco absorben el polonio presente en los suelos y fertilizantes, y se concentra en las hojas. Fumar es así una fuente significativa de exposición interna al \(^{210}\mathrm{Po}\) para los fumadores.
Debido a su toxicidad extrema y su potencial de uso malintencionado, el polonio-210 está sujeto a controles internacionales muy estrictos. Está clasificado como material radiactivo de categoría 1 (el más peligroso) por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). Su comercio, transporte y uso están estrechamente vigilados. Las instalaciones autorizadas para manipularlo deben cumplir con normas de seguridad y protección nuclear excepcionalmente altas.
Los residuos que contienen polonio deben empaquetarse de manera que se garantice su confinamiento a muy largo plazo, dada su vida media de 138 días. Después de unos años de almacenamiento en contenedores adecuados, la actividad ha disminuido considerablemente. Los residuos se gestionan luego como otros residuos radiactivos de actividad media y vida corta.
Las aplicaciones civiles del polonio son hoy en día muy limitadas y en declive, reemplazadas por otros radioisótopos más seguros o prácticos (Am-241, Pu-238, Cf-252). Su principal interés sigue siendo:
El polonio siempre estará asociado con el genio y el coraje de Marie Curie, así como con la siniestra sombra de su toxicidad mortal.
El átomo en todas sus formas: de la intuición antigua a la mecánica cuántica 
