Un assassino chiamato Polonio 210

Da un pò di tempo gira sui giornali in prima pagina la notizia della contaminazione radioattiva che ha ucciso l'ex colonnello del KGB Alexander Litvinenko e che sarebbe stata rilevata in vari edifici di Londra da lui frequentati e nei corpi di alcuni suoi stretti collaboratori.

Questo post è di natura SCIENTIFICA e vuole essere un approfondimento su questo misterioso elemento chimico.

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La storia:
La scoperta del polonio si dovette a Maria Sklodowska Curie durante l'anno 1902 che a Parigi rese pubblica la notizia di aver individuato un nuovo elemento chimico grazie ad una collaborazione con il marito Pierre iniziata anni prima. Analizzando un minerale da cui si estraeva l'uranio chiamato "pechblenda" mediante metodo piezoelettrico, la Curie si era trovata di fronte ad un eccesso di radioattività: il minerale in questione, infatti, proveniente da alcune miniere site in Boemia emetteva più radiazioni di quante non ne emettesse l'uranio che ne veniva estratto. Maria Curie allora suppose che oltre all'uranio contenuto nel minerale vi si trovassero anche altri elementi chimici radioattivi. Di lì a poco ella scoprì che in quel minerale erano presenti altri due sostanze, il radio (Ra, metallo radioattivo avente numero atomico 88) e quello che venne dapprima denominato radio-F (vi sono parecchi elementi prodotti dal decadimento del radio - A,B,C,C1,C2,D,E) ma che fu poi battezzato "polonio" in onore del paese natìo della Curie. Marie Curie iniziò ad estrarre il polonio utilizzando tonnellate di pechbenda (la sua presenza in natura è calcolata in 100 microgrammi per tonnellata) fino ad ottenere nel 1898 una quantità di polonio molto ridotta ma avente una radioattività 400 volte maggiore di quella dell'uranio.

Come si ottiene il polonio 210:
Nell'epoca moderna per ottenere il polonio-210 senza doverlo estrarre dalle rocce occorre bombardare con neutroni un'altra sostanza radiaoattiva, il bismutio-209, isotopo del Bismutio (Bi, numero atomico 83). Dal bombardamento neutronico (n=neutrone) si ricava:
209Bi + n → 210Bi → 210Po + β-
dove β- è la disintegrazione "beta", ovvero l'emissione di una paricella che priva il nucleo di una carica negativa (ma sapendo che nel nucleo non vi sono cariche negative questa perdita può essere interpretata come la trasformazione di un protone in un neutrone). Il procedimento sopra descritto richiede tecnologie sofisticate ed è costosissimo. Il polonio-210 comunque si trova anche in natura ma è estremamente rarefatto.

Proprietà ed aspetto:
Il polonio è un metalloide volatile, tanto che a 55°C il 50% della sua massa si disperde nell'aria dopo appena 45 ore, ed è anche solubile in acido. Il polonio-210 non è che un isotopo del polonio naturale, ed il suo decadimento è di tipo α. Una quantità di pochi curie di polonio-210 producono una luminescenza blu per effetto Compton ovvero quando un fotone colpisce un elettrone di un atomo cedendogli energia e quindi eccitandolo. L'aspetto del polonio-210 è color argento.

Cos'é un isotopo e cosa significa decadimento:
Cos'é un isotopo: premessa per chi non conosce la chimica:
Gli elementi della tavola periodica sono tali che il numero di elettroni presenti nell'orbitale di un atomo (cioé particelle dotate di carica negativa che orbitano attorno al nucleo) siano pari al numero dei protoni (particelle dotate di carica positiva all'interno del nucleo). Esistono però nel nucleo altre particelle, dette neutroni che non dispongono di carica elettrica. Può accadere però che un atomo di un elemento chimico in certe condizioni venga a trovarsi con un numero di neutroni diverso di quanti ne avrebbe il suo corrispondente della tavola periodica, ovvero allo stato naturale. In questo caso si parla di ISOTOPO. Alcuni elementi chimici hanno un solo isotopo, altri ne possiedono un numero considerevole. Pertanto un atomo neutro ed il suo isotopo (con ugual numero di protoni ed elettroni) possiederanno lo stesso NUMERO ATOMICO (ovvero la quantità di protoni presenti nel nucleo) ma avranno MASSA ATOMICA (che determina il peso dell'atomo) differente. La differenza sta proprio nel diverso numero di neutroni presenti nell'isotopo.
Per esempio, l'idrogeno (H, primo posto nella tavola di Mendeleev) ha numero atomico 1 (perché nel nucleo dell'atomo è presente un solo protone (e quindi possiede un solo elettrone che orbita attorno). Siffatto atomo ha peso atomico 1,00794 amu non possedendo neutroni. Procedendo nell'esempio ora focalizziamoci su un isotopo dell'idrogeno che si chiama DEUTERIO, il quale ha sempre numero atomico 1 (il numero di protone non cambia a meno che non si tratti di ioni - ma in questo caso non ci interessa) ed ha sempre un elettrone, ma possiede rispetto al suo corrispettivo atomo neutro d'idrogeno anche un neutrone. In questo caso la carica elettrica complessiva dell'atomo non cambia (una carica positiva ed una negativa, protone ed elettrone) MA AUMENTA IL PESO DELL'ATOMO per via di quel neutrone in più. Un altro isotopo dell'idrogeno è il TRIZIO (numero atomico ancora 1, sempre costituito da un protone ed un elettrone) ma di peso atomico ancora maggiore, stavolta per la presenza di due neutroni. Le differenze chimiche tra atomi neutri ed isotopi non sono molto rilevanti, tanto che in genere si comportano più o meno allo stesso modo. Ciò che tra atomo neutro ed i suoi isotopi cambia in maniera notevole sono le proprietà fisiche in virtù della differenza di peso.
Cos'é il decadimento α:
Abbiamo appena capito che in un isotopo di un elemento chimico coesistono un numero differente di neutroni di quanti quell'elemento chimico ne possieda allo stato neutro. Il decadimento di tipo α consta del rilascio di una particella (detta appunto, alfa) formata da due neutroni e due protoni. Che accade allora all'atomo quando esso decade ? Innanzitutto l'isotopo, cedendo due nutroni si "alleggerisce". In questo caso, però, l'atomo NON DIVENTA SOLO UN ISOTOPO PIU' LEGGERO MA SI TRASFORMA IN UN ALTRO ELEMENTO perché scende di due numeri atomici in virtù del fatto che vengono ceduti ANCHE DUE PROTONI (per formare la particella alfa). Ovviamente, in tal caso il suo peso calerà del peso di quattro particelle, dei due protoni e dei due neutroni rilasciati. Non appena i due protoni saranno rilasciati, quindi, l'elemento si trasformerà nell'elemento inferiore di due posizioni nella tavola degli elementi di Mendeleev: questo meccanismo permetterà all'isotopo di liberarsi di alcuni neutroni in eccesso e di trasformarsi letteralmente in un altro elemento chimico. Tale trasformazione avviene perché come ogni cosa in natura anche gli isotopi cercano la migliore stabilità energetica possibile.

Il decadimento del polonio-210:
Alcuni isotopi, come il nostro polonio-210 sono instabili energeticamente e decadendo si trasformano in elementi energeticamente più stabili. In particolare il polonio-210 ha un'emivita (ovvero il tempo in cui un metà della quantità di isotopo decade trasformandosi in un altro elemento chimico) di 138,29 giorni. Il Polonio-210, come molti isotopi, decade liberando continuamente particelle α fino a diventare piombo (Pb, numero atomico 82). Il decadimento del polonio-210 in ambiente termico isolato fa sì che mezzo grammo di isotopo raggiunga temperature di 500°C e produca 140 watt/g.

Usi del polonio:
L'Unione Sovietica usò il polonio per riscaldare il carburante delle sonde Lunakhod 1 e 2 che vennero inviate verso la Luna nel 1970 e nel 1973. Altri impieghi del polonio a livello industriale vennero ideati in campo fotografico ed in campo tessile, ma vennero abbandonati per la pericolosità della sua manipolazione. Nel 1940 qualche pazzo alla Firestone si mise a progettare ed a commercializzare candele al polonio per automobili (Documento 1 - Documento 2) di cui tra l'altro la presunta e sbandierata efficienza sarebbe decaduta velocemente al decadere del polonio. Nel 2006 sembra che il polonio-210 sia utilizzato per far fuori le spie russe (Litvinenko & Co.) ;-)

Tolleranza dell'essere umano al polonio:
Di per sé le radiazioni α del polonio non sono molto pericolose nell'ambiente esterno. Il loro raggio d'azione è di venti-venticinque centimetri e non tendono a contaminare in maniera massiccia gli oggetti. D'altra parte essendo l'emivita del polonio di 138 giorni esso non richiede anni per decadere quasi completamente. Il polonio invece è estremamente contaminante e tossico se ingerito od inalato: la quantità che rappresenta la soglia di tolleranza è terribilmente insignificante, 0,03 nanocurie pari a 6,8 picogrammi (1 picogrammo= 1 miliardesimo di microgrammo, ovvero 0,000000000001 g). Pertanto la dose letale è 0,0000000000068 grammi ! Le radiazioni causano tumori e necrotizzano i tessuti di fegato, polmoni, reni, midollo osseo ed arterie.

PER I FUMATORI: ATTENZIONE, SMETTETE !
Il buon Sirchia, durante il governo Berlusconi promulgò una legge ancora in vigore che vietava ai fumatori di introdurre i loro vizi nei locali pubblici. Mai legge si rivelò più intelligente. Oltre il pericolo che deriva dall'introduzione di nicotina e che tutti conosciamo, l'inalazione del fumo dà origine anche ad un pericolo polonio-210 che i fumatori dovrebbero tener bene presente. Dagli anni '60 il tabacco in molte zone del mondo viene coltivato con fertilizzanti a base di fosfato, ricavato a sua volta dall'apatite che è un minerale contenente tracce di radio. Le piante del tabacco, così coltivate, assorbono questo elemento pericolosissimo, rilasciando polonio-210 nei polmoni durante la combustione della sigaretta. Si ritiene infatti che il polonio-210 sia la causa principale dell'incidenza tumorale in soggetti fumatori.