Přeskočit na obsah

Plutonium

Upravit odkazy
Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Plutonium
[Rn] 5f67s2
244 Pu
94
↓ Periodická tabulka ↓
Malé kousky plutonia focené vůči pravítku s palcovou a centimetrovou škálou

Malé kousky plutonia focené vůči pravítku s palcovou a centimetrovou škálou

Obecné
Název,značka,číslo Plutonium, Pu, 94
Cizojazyčné názvy lat.Plutonium
Skupina,perioda,blok 7. perioda,blok f
Chemická skupina Aktinoidy
Koncentracevzemské kůře 2×10−15ppm
Vzhled stříbrobílý kov
Identifikace
Registrační číslo CAS 7440-07-5
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost 244,064
Atomový poloměr 150 pm
Kovalentní poloměr 162 pm
Iontový poloměr (Pu3+) 108 pm
(Pu4+) 93 pm
(Pu5+) 80 pm
(Pu6+) 73 pm
Elektronová konfigurace [Rn] 5f67s2
Oxidační čísla III,IV,V, VI, VII, VIII[1]
Elektronegativita(Paulingova stupnice) 1,28
Ionizační energie
První 5,5eV
Druhá 13,0 eV
Třetí 23,5 eV
Čtvrtá 39,5 eV
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava α-modifikace
jednoklonná
β-modifikace
jednoklonná tělesně centrovaná
γ-modifikace
kosočtverečná plošně centrovaná
δ-modifikace
krychlová plošně centrovaná
δ´-modifikace
čtverečná tělesně centrovaná
ε-modifikace
krychlová tělesně centrovaná
Molární objem 12,29×10−6m3/mol
Teplota změnymodifikace 122 °C (α → β)
203 °C (β → γ)
317 °C (γ → δ)
453 °C (δ → δ´)
477 °C (δ´ → ε)°C(395,15K)
Mechanické vlastnosti
Hustota 19,816 g/cm3(mod. α, 21 °C)
17,77 g/cm3(mod. β, 150 °C)
17,19 g/cm3(mod. γ, 210 °C)
15,92 g/cm3(mod. δ, 320 °C)
15,99 g/cm3(mod. δ´, 465 °C)
16,48 g/cm3(mod. ε, 500 °C)
16,185 g/cm3(950 °C)
Skupenství pevné
Povrchové napětí 550 ± 55 mN/m (při tt)
Rychlost zvuku 2 260 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost (0 °C) 6,16 W m−1K−1
(25 °C) 6,70 W m−1K−1
(77 °C) 7,90 W⋅m−1⋅K−1
Součinitel délkové roztažnosti 54×10−6K−1
Molární atomizační entalpie 364,4 kJ/mol
Standardní molární entropieS° 51,5 J K−1mol−1(mod. α)
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání 641°C(914,15K)
Teplota varu 3 232°C(3 505,15K)
Specifické teplo tání 2,828 kJ/mol
Specifické teplo varu 333,5 kJ/mol (1 320 °C)
Entalpie změny modifikaceΔHα→β 3,77 kJ/mol (α → β)
0,669 kJ/mol (β → γ)
0,619 kJ/mol (γ → δ)
0,042 kJ/mol (δ → δ´)
1,858 kJ/mol (δ´ → ε)
Molární tepelná kapacita 36,99 J K−1mol−1(α mod., 67 °C)
34,31 J K−1mol−1(β mod., 200 °C)
37,02 J K−1mol−1(γ mod., 270 °C)
37,66 J K−1mol−1(δ mod.)
35,1 J K−1mol−1(ε mod.)
41,8 J K−1mol−1(kapalina, 675 °C)
Elektromagnetické vlastnosti
Měrný elektrický odpor 141,4×10−8Ω m (107 °C)
Teplota přechodu dosupravodivého stavu 0,5 K
Standardní elektrodový potenciál (Pu3+→ Pu0) -2,031 V
(Pu4+→ Pu3+) 1,006 V
(Pu5+→ Pu4+) 1,099 V
Magnetickéchování paramagnetický
Měrná magnetická susceptibilita 2,52×10−6cm3/g (20 °C)
Bezpečnost
Radioaktivní
Radioaktivní
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P

{{{izotopy}}}

Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotkySIaSTP(25 °C, 100 kPa).
Sm
⋏
Neptunium≺ Pu ≻Americium

Plutonium(chemická značkaPu) je šestý člen z řadyaktinoidů,druhýtransuran,radioaktivní,řetězovou reakcíštěpitelný,toxickýkovovýprvek,připravovaný uměle bombardovánímuranuv jaderných reaktorech, především pro výrobujaderných bomb.Je využitelné rovněž jako palivo projaderné reaktorya jako zdroj energie proradioizotopový termoelektrický generátor.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti[editovat|editovat zdroj]

Zabarvení roztoků solí plutonia v různýchmocenstvích

Plutonium je radioaktivní kovový prvek stříbřitě bílé barvy, která se působením vzdušnéhokyslíkumění na šedavou. Čisté plutonium je podobně jakouranve formě hoblin a pilin samozápalné, proto jeho zpracování vyžaduje extrémní opatrnost.

Vesloučenináchse vyskytuje v mocenství od Pu+3po Pu+7[1],přičemž stálejší jsou sloučeniny s nižší valencí. Soli plutonia vykazují v roztoku rozdílné zabarvení podle mocenství plutoniového iontu. Nejběžnější oxidační číslo plutonia je +IV a v tomto oxidační stupni vytváří plutonium amfoterníoxid plutoničitýPuO2.To znamená, že tentooxidse v roztocích kyselin rozpouští za vzniku plutoničitých solí a vzásadáchza vznikukomplexníhoaniontu a vytváří plutoničitany. Plutoničité soli nejsou v roztocích úplně stabilní a částečně nebo úplněhydrolyzují,to je možno potlačit sníženímpH(přidánímkyseliny) do roztoku.

Čistý kov lze připravitredukcífluoridu plutonia kovovýmlithiemnebobaryempři teplotě kolem 1200 °C.

PuF6+ 6 Li → Pu + 6LiF
PuF6+ 3 Ba → Pu + 3BaF2

Historie objevu[editovat|editovat zdroj]

Plutonium bylo poprvé připraveno roku1940dvěma vědeckými týmy bombardováním238Uneutrony.V jaderné laboratoři vBerkeleyna kalifornské univerzitě ho připraviliEdwin M. McMillanaPhilip Abelsona v britskéCambridgiohlásili jeho přípravuNorman FeatheraEgon Bretscher.

Příprava a izolace čistého kovu se uskutečnila23. února1941v Berkeley bombardováním uranu jádrydeuteriavcyklotronu.Jako autoři tohoto experimentu jsou označovániGlenn T. Seaborg,Edwin McMillan,J. W. KennedyaA. C. Wahl.Vzhledem k probíhajícídruhé světové válcebyly výsledky tohoto bádání udržovány v tajnosti, zvláště proto, že jedna ze dvouatomových bombsvrženýchUSAnaJaponskobyla vyrobena právě z plutonia.

Výskyt a izotopy[editovat|editovat zdroj]

Plutonium patří mezi uměle připravené prvky a v přírodě je možné se setkat jen se skutečně ultrastopovými množstvími v uranových rudách, kde mohou jednotlivé atomy vzniknout z238U po záchytu neutronu a následných dvou rozpadech β.

Mezi 20 známými izotopy plutonia existuje několik, které vykazují dostatečně velkýpoločas rozpadu,aby je bylo možno prakticky využít. Nejdelší poločas (asi 80 milionů let) má244Pu, nejdůležitější izotop239Puse rozpadá s poločasem 24 110 let,240Pu 6561 let,241Pu 14,325 roků,242Pu 375 000 let a238Pu má poločas rozpadu 87,7 let; existuje však celá řada dalších izotopů:

Izotop poločas rozpadu druh rozpadu produkt rozpadu
228Pu 1,1 s α 224U
229Pu 67 s α (50 %) /ε(50 %) 225U /229Np
230Pu 102 s α 226U
231Pu 8,6 min ε (90 %) / α (10 %) 231Np /227U
232Pu 33,8 min ε (90 %) / α (10 %) 232Np /228U
233Pu 20,9 min ε (99,88 %) / α (0,12 %) 233Np /229U
234Pu 8,8 h ε (94 %) / α (6 %) 234Np /230U
235Pu 25,3 min ε (100,00 %) / α (2,8×10−3%) 235Np /231U
236Pu 2,858 r α (100 %) /SF(1,9×10−7%) 232U / různé
237Pu 45,64 d ε (100,00 %) / α (4,2×10−3%) 237Np/233U
238Pu 87,7 r α (100 %) / SF (1,9×10−7%) 234U / různé
239Pu 24 110 r α / SF (3×10−10%) 235U / různé
240Pu 6 561 r α / SF (5,7×10−6%) 236U / různé
241Pu 14,329 r β−(100,00 %)/ α (2,5×10−3%)
SF (<2×10−14%)		 241Am/237U / různé
242Pu 375 000 r α (100 %)/ SF (5,5×10−4%) 238U / různé
243Pu 4,956 h β− 243Am
244Pu 8×107r α (99,88 %) / SF (0,12 %) 240U / různé
245Pu 10,5 h β− 245Am
246Pu 10,84 d β− 246Am
247Pu 2,27 d β− 247Am

Výroba a využití[editovat|editovat zdroj]

Jaderné zbraně[editovat|editovat zdroj]

Výbuch plutoniové jaderné bomby svržené na Nagasaki

Plutonium je od 40. let20. stoletínejvíce vyráběným umělým prvkem a to především proto, že izotop239Pu je vhodný pro výrobu atomové bomby. Stejně jako v případě235U dochází při nahromadění větších kvant čistého izotopu k nastartovánířetězovéštěpné reakce,kdy po rozpadu jednoho atomového jádra vznikají obvykle tři neutrony, které působí rozpady dalších okolních jader a rozpad se nekontrolovaně rozrůstá.Kritické množstvíčistého kovového plutonia239Pu je přibližně 10,5 kg, s použitím neutronového odrážeče lze toto množství snížit až kolem 2,5 kg. Plutoniová jaderná puma má sílu výbuchu přibližně 20 kilotunTNTna každý kilogram rozštěpeného plutonia.

Princip výroby239Pu spočívá v reakci238U sneutronemza vzniku239U v jaderném reaktoru. Jádro239U je značně nestabilní a rozpadem β rychle vzniká izotopneptunia239Np, jež se opět rychle dalším β-rozpadem mění na239Pu. Tento izotop plutonia se chová jako α zářič a relativně snadno se dále zpracovává.

238
92U +1
0n →239
92U →239
93Np +0
−1e →239
94Pu +0
−1e

Při výrobě izotopu238Pu se uran238U bombarduje jádrydeuteria:

238
92U +2
1D →238
93Np + 21
0n →238
94Pu +0
−1e

V případě, že jádro239Pu zachytí další neutron, dojde k jeho přeměně na240Pu. Tento izotop je z hlediska další manipulace a zpracování rizikový protože je β–zářičem a zároveň není vhodný pro výrobu atomové zbraně. Protože izotopy239Pu a240Pu lze jen velmi obtížně oddělovat, je při výrobě239Pu z238U v jaderném reaktoru nutno pečlivě volit dobu setrvání238U v reaktoru. Při dlouhodobém ozařování sice roste množství239Pu, ale současně narůstá i podíl nechtěného izotopu240Pu. Na druhé straně je ekonomicky značně nákladné oddělovat izotopy plutonia od zbytkujaderného palivaz reaktoru a je proto otázkou komplikovaných výpočtů určit, v jakém stádiu výroby má být reakce přerušena a materiál chemicky přepracován na čisté plutonium. Další důležitou proměnnou veličinou je zde pochopitelně i procentuální vsázka238U dojaderné reakce.

Další využití[editovat|editovat zdroj]

  • Podobně jako v případě uranu může býtřetězová reakce,v níž po záchytu neutronu dojde k rozpaduatomového jádraprvku za uvolnění dalších neutronů akinetické energieštěpných produktů, využita i pro výrobu energie v upravených jaderných reaktorech. V současné době pracuje na světě několik jaderných reaktorů na bázi směsi239Pu a240Pu, obecně jsou však tyto reaktory pokládány za méně bezpečné než klasické uranové vzhledem k vysokétoxicitěplutonia a jeho sloučenin.
  • Izotop238Pu s poločasem rozpadu 88 let slouží často jako energetický zdroj především v kosmických sondách. V tzv.radioizotopovém termoelektrickém generátoruse mění tepelná energie uvolněná samovolným jaderným rozpadem na elektrickou pomocítermočlánků.Pro tyto účely jsou vhodné izotopy s poločasem rozpadu v řádu desítek let, protože uvolněná energie je dostatečně velká, aby mohla být prakticky využita a zároveň zaručuje použitelnost zdroje po dobu minimálně 50 let. Produkovaný výkon generátoru dosahuje stovekwattů,což postačuje pro udržení provozu základních elektrických přístrojů vesmírné sondy. Plutoniové generátory zásobují energií např. sondyGalileoneboCassinia udržovaly několik let v provozu vědecké přístroje, zanechané naMěsícikosmonauty v rámci projektuApollo.238PuO2byl použit také jako palivo pro sonduNew Horizons.
  • Spíše jako zajímavost může sloužit informace, že výše uvedené generátoryelektrické energiev některých případech slouží jako energetický zdroj prokardiostimulátory,medicínské přístroje sloužící ke zklidnění srdečního rytmu u osob s rizikeminfarktu.V současné době jsou pro tyto účely používány předevšímlithiovébaterie s dlouhou životností a indukčním dobíjením, ale před jejich vynálezem byl energetický zdroj fungující na principu jaderného rozpadu238Pu přijatelnou alternativou.

Zdravotní rizika[editovat|editovat zdroj]

Plutonium je jako těžký kov extrémně toxický, v praxi lze však u něho těžko rozlišit škodlivé účinky způsobené radiací od škodlivých účinků chemických; je často pokládáno za jednu z nejtoxičtějších anorganických látek. Podle některých údajů mohou být užmikrogramovámnožství tohoto prvku smrtelně jedovatá pročlověka,pokud se dostanou dokrevního oběhu.Jiné zdroje však považují údaje o extrémní toxicitě plutonia za nadhodnocené. J. Marhold cituje z prací, kde je uvedena dávkaLD50u psa i. v. 0,3 mg/kg. Toxikologie zná i mnohem prudší jedy. Za hlavní nebezpečí se považuje depozice v kostech.

Radiačně nebezpečný je především izotop241Pu, který jako β-zářič má daleko negativnější dopad na lidské zdraví než zbylé izotopy plutonia, zářiče α. Je pochopitelné, že mimořádné nebezpečí by hrozilo při nastartování řetězové štěpné reakce, kdy se plutonium stává zdrojem silného neutronového toku. K tomu však může dojít pouze při neopatrné manipulaci s většími objemy čistého plutonia; v počátcích výzkumu plutonia v laboratořích v Berkeley skutečně několikrát došlo k vysoké expozici pracovníků neutrony, konkrétně nehody při experimentech s kritickým množstvím, 21. srpna 1945 nehoda Harryho K. Daghliana Jr. (1921–1945) a 21. května 1946 nehoda Louise P.Slotina(1910–1946). Při těchto nehodách došlo k vysokému ozáření menšího počtu osob, H. K. Daghlian zemřel 26 dní po nehodě, L. P. Slotin po 9 dnech.

Odkazy[editovat|editovat zdroj]

Reference[editovat|editovat zdroj]

  1. ↑abhttp:// ptable /#Property/Valence

Literatura[editovat|editovat zdroj]

  • Cotton F. A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé,ACADEMIA, Praha1973
  • Holzbecher Z.:Analytická chemie,SNTL, Praha1974
  • Dr. Heinrich Remy,Anorganická chemie1. díl, 1. vydání1961
  • N. N. Greenwood, A. Earnshaw,Chemie prvků II.1. díl, 1. vydání1993ISBN80-85427-38-9
  • VOHLÍDAL, Jiří; ŠTULÍK, Karel; JULÁK, Alois.Chemické a analytické tabulky.1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999.ISBN80-7169-855-5.

Související články[editovat|editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat|editovat zdroj]

Periodická tabulkaprvků
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Plutonium&oldid=23747884“