Pluton (pierwiastek)

Pluton

neptun← pluton →ameryk
Sm ↑ Pu ↓ Uqq 94 Pu
Wygląd
srebrzystobiały
Widmo emisyjneplutonu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol,l.a.	pluton, Pu, 94 (łac.plutonium)
Grupa, okres, blok	–,7,f
Stopień utlenienia	III,IV,V, VI
Właściwości metaliczne	aktynowiec
Właściwościtlenków	amfoteryczne
Masa atomowa	[244]
Stan skupienia	stały
Gęstość	19816kg/m³
Temperatura topnienia	640 °C
Temperatura wrzenia	3228 °C
Numer CAS	7440-07-5
PubChem	23940
Właściwości atomowe Promień •atomowy •walencyjny 175pm 187 ±1 pm Konfiguracja elektronowa [Rn]5f67s2 Zapełnieniepowłok 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • wskali Paulinga • wskali Allreda 1,28 1,22 Potencjały jonizacyjne I 584,7 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 344kJ/mol Ciepło topnienia 2,84 kJ/mol Konduktywność 0,666×106S/m Przewodność cieplna 6,74W/(m·K) Układ krystalograficzny jednoskośny Prędkość dźwięku 2260 m/s (293,15 K) Objętość molowa 12,29×10−6m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r.MeV p.r. 238Pu {syn.} 88lat α 5,5 234U 239Pu ślady 2,41×104lat α 5,245 235U 240Pu {syn.} 6537lat α 5,256 236U 241Pu {syn.} 14lat β− 0,02078 241Am 242Pu {syn.} 3,73×105lat α 4,984 238U 244Pu ślady 8,08×107lat α 4,666 240U
Niebezpieczeństwa Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Wiarygodne źródła oznakowania tej substancji według kryteriów GHS są niedostępne.
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Pluton(Pu,łac.plutonium) –pierwiastek chemicznyz grupyaktynowcówwukładzie okresowym.Nazwa pochodzi odplanety karłowatejPluton.

Pluton totransuranowiec,radioaktywnymetal,po raz pierwszy wytworzony i zbadany przez zespół kierowany przez amerykańskiego chemikaGlenna T. Seaborgaw 1941 roku. Uczeni wykorzystaliuran,który bombardowali jądramideuteru(izotopwodoru). Ze względu na tajnośćProjektu Manhattan,pracę na temat pierwiastka opublikowano dopiero w 1946 roku. Najważniejszym jego izotopem jest²³⁹Pu, stosowany do produkcjibronii wenergetyce jądrowej.Orientacyjna cena 1 grama dwutlenku plutonu wynosi 5800 dolarów. Czysty pluton potrafi osiągnąć cenę dwukrotnie wyższą.

Dwutlenek plutonu-238 rozgrzany do czerwoności pod wpływem własnegopromieniowania

Pierścień z plutonu o czystości 99,96%.Ważyokoło 5,3 kg, ma średnicę 11 cm i wystarczy do skonstruowania jednejbomby jądrowej.Taki kształt został wybrany ze względów bezpieczeństwa (mniejsza koncentracja materiału).

Roztwory związków plutonu, w których pluton występuje w różnych stopniach utlenienia

Właściwości chemiczne

Pluton jest stosunkowo reaktywny chemicznie. Wystawiony na działaniepowietrzapokrywa się powoli warstwą żółtychtlenków.Tworzy związki, w których występuje na czterechstopniach utlenienia,III, IV, V i VI, z których najtrwalszy jest stopień IV, zaś dla Pu(VI) znany jest tylko jeden związek –heksafluorek plutonu,PuF
6.

Właściwości fizyczne

Występuje w sześciuodmianach krystalicznych:α, β, γ, δ, δ' i ε. Odmiany α i β należą dojednoskośnego układu krystalograficznego.Z kolei struktura formy γ jestrombowa,δ i ε należą dosieci regularnej,zaś odmiana δ' jesttetragonalna.Odznacza się bardzo słabymprzewodnictwem elektrycznym,przy czym pluton α ma przewodnictwo gorsze odbizmutu,uważanego za metal najsłabiej przewodzącyprąd elektryczny.Formy α, β, γ i ε charakteryzują się spadkiemopornościwraz z temperaturą, co jest typowe dlapółprzewodników.

Pu jest bardzoradioaktywny– na tyle że proces rozpadu promieniotwórczegoz emisją cząstek alfapowoduje wydzielenie dużych ilości ciepła (0,567 W/g w przypadku²³⁸Pu). Izotop ten jest często wykorzystywany wradioizotopowych generatorach termoelektrycznychdo zasilania energią elektryczną urządzeń kosmicznych.

Ze względu na silną radioaktywność pluton jest zabójczy dla człowieka nawet w minimalnych ilościach (kumuluje się wtkance kostnej). Ze względu na mniejsząmasę krytycznąniż w przypadku uranu bomby plutonowe mogą być mniejsze. Kilogram plutonu-239 może wyzwolić energię wybuchu 20kiloton.Ogrzewany do temperatury 320–480 °C zmniejsza swoją objętość, wykazując anomalnąrozszerzalność cieplną.

Występowanie

Otrzymywany jest sztucznie, aczkolwiek stwierdzono występowanie jego śladowych ilości wrudachuranu.Występuje tam w postaci izotopu²³⁹Pu, powstającego jako produkt naturalnych reakcji jądrowych, oraz cięższego²⁴⁴Pu. Ten izotop ma okres połowicznego rozpadu ponad 80 milionów lat i jest najcięższym z pierwotnychnuklidówwystępujących na Ziemi.

Izotopy i otrzymywanie

Opisano własności 20 izotopów plutonu oliczbie masowejod 228 do 247.Wszystkie izotopy sąnietrwałe,najdłużej żyjącym izotopem jest²⁴⁴Pu zczasem połowicznego rozpadu80,8 mln lat. Kolejnymi są:²⁴²Pu (373,3 tys. lat),²³⁹Pu (24,11 tys. lat). Pozostałe mają czas połowicznego rozpadu mniejszy niż 7000 lat, a 16 z nich ma czas połowicznego rozpadu większy od 20 minut. Izotopy plutonu mają osiemizomerów jądrowych,wszystkie mają czas połowicznego zaniku mniejszy niż jedną sekundę.

Zastosowanie komercyjne mają dwa izotopy plutonu²³⁸Pu i²³⁹Pu.

Izotop 238przy czasie rozpadu około 88 lat i cieple rozpadu 260 W/kg jest dobrym źródłem energii dlaradioizotopowych generatorach termoelektrycznych,które mają działać przez kilkadziesiąt lat. Izotop ten uzyskuje się głównie przez bombardowanie uranu-238 jądrami deuteru:

$\mathrm {^{238}_{\ 92}U+_{1}^{2}D\ \longrightarrow \ _{\ 93}^{238}Np+2\ _{0}^{1}n\quad;\quad _{\ 93}^{238}Np\ {\xrightarrow[{2.117\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{238}Pu}$

²³⁹Pu ulegarozszczepieniu neutronami termicznymii jest używany wreaktorach jądrowychoraz wbombach jądrowych(np. w bombieFat Manzrzuconej na Nagasaki). Izotop ten powstaje przez bombardowanie neutronami izotopu²³⁸U. Reakcja ta zachodzi w reaktorach jądrowych – powstały w ten sposób pluton ulega w nich rozszczepieniu, odgrywając ważną rolę w funkcjonowaniu reaktora:

$\mathrm {^{238}_{\ 92}U+_{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23.5\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2.3565\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu}$

W reaktorach komercyjnych ilość energii powstającej z wytworzonego w reaktorze plutonu jest większa niż wytworzona z rozpadu paliwa pierwotnego²³⁵U. Konstruuje się teżreaktory powielające,w których w wypalonym paliwie jest więcej plutonu niż plutonu i uranu-235 w paliwie przed załadunkiem.

Syntetyczny pluton w środowisku

W wyniku atmosferycznych i podwodnychprób jądrowych,prowadzonych intensywnie w latach 60. XX wieku, a mniej intensywnie do lat 80., do środowiska zostały wprowadzone znaczne ilości plutonu, oaktywnościrzędu 10¹⁶Bq.Wprowadzone dostratosferydrobne cząstki zawierające pluton opadały systematycznie na powierzchnię Ziemi tworząc tzw. globalnyopad promieniotwórczy.W chwili obecnej cały rozproszony w atmosferze pluton znajduje się na powierzchni Ziemi, w powierzchniowej warstwie gleby (co jest wynikiem silnego wiązania przez substancje organiczne), gdzie podlega procesom migracji i resuspensji (unoszeniu do przypowierzchniowej warstwy atmosfery). Niewielkie ilości plutonu (w porównaniu z opadem globalnym) wprowadziła do środowiskakatastrofa w Czarnobylu.W odróżnieniu od opadu globalnego, opad czarnobylski miał charakter bardzo niejednorodny, tzn. na pewnych obszarach (np. Polska północno-wschodnia) występowały niewielkie powierzchniowo tereny o szczególnie dużej zawartości plutonu. Było to związane z opadaniem cząstek zawierających pluton w wyniku wystąpienia np. miejscowychopadów atmosferycznych.