Pluton (pierwiastek)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. Zobacz też: inne znaczenia tego słowa.
Pluton
neptun ← pluton → ameryk
Wygląd
srebrzystobiały
Pluton
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a. pluton, Pu, 94
(łac. plutonium)
Grupa, okres, blok –, 7, f
Stopień utlenienia VI, V, IV, III
Właściwości metaliczne aktynowiec
Właściwości tlenków amfoteryczne
Masa atomowa 244,06 u
Stan skupienia stały
Gęstość 19816 kg/m³
Temperatura topnienia 639 °C
Temperatura wrzenia 3230 °C
Numer CAS 7440-07-5
PubChem 23940[1]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Commons Multimedia w Wikimedia Commons
Wikisłownik Hasło pluton w Wikisłowniku

Pluton (Pu, łac. plutonium) – pierwiastek chemiczny z grupy aktynowców w układzie okresowym. Nazwa pochodzi od planety karłowatej Pluton.

Pluton to transuranowiec, radioaktywny metal, po raz pierwszy wytworzony i zbadany przez zespół kierowany przez amerykańskiego chemika Glenna T. Seaborga w 1941 roku. Uczeni wykorzystali uran, który bombardowali jądrami deuteru (izotop wodoru). Ze względu na tajność Projektu Manhattan pracę na temat pierwiastka opublikowano dopiero w 1946 roku. Najważniejszym jego izotopem jest 239Pu, stosowany do produkcji broni i w energetyce jądrowej. Orientacyjna cena 1 grama dwutlenku plutonu wynosi 5800 dolarów. Czysty pluton potrafi osiągnąć cenę dwukrotnie wyższą[2].

Dwutlenek plutonu 238 rozgrzany do czerwoności pod wpływem własnego promieniowania
Pierścień z plutonu o czystości 99,96%. Waży około 5,3 kg, ma średnicę 11 cm i wystarczy do skonstruowania jednej bomby jądrowej. Taki kształt został wybrany ze względów bezpieczeństwa (mniejsza koncentracja materiału).
Roztwory związków plutonu, w których pluton występuje w różnych stopniach utlenienia

Właściwości chemiczne[edytuj | edytuj kod]

Pluton jest stosunkowo reaktywny chemicznie. Wystawiony na działanie powietrza pokrywa się powoli warstwą żółtych tlenków. Występuje w sześciu odmianach krystalicznych i tworzy związki, w których występuje na czterech stopniach utlenienia. Jest bardzo radioaktywny, na tyle że proces rozpadu promieniotwórczego z emisją cząstek alfa powoduje wydzielenie dużych ilości ciepła: 0,567 W/g (w przypadku 238Pu). Izotop ten jest często wykorzystywany w radioizotopowych generatorach termoelektrycznych do zasilania energią elektryczną urządzeń kosmicznych.

Właściwości fizyczne[edytuj | edytuj kod]

Ze względu na silną radioaktywność pluton jest zabójczy dla człowieka nawet w minimalnych ilościach (kumuluje się w tkance kostnej). Ze względu na mniejszą masę krytyczną niż w przypadku uranu bomby plutonowe mogą być mniejsze. Kilogram plutonu-239 może wyzwolić taką energię jak wybuch 20 000 ton trotylu. Ogrzewany w temperaturze 320–480 °C zmniejsza swoją objętość, wykazując anomalną rozszerzalność cieplną.

Występowanie[edytuj | edytuj kod]

Otrzymywany jest sztucznie, aczkolwiek stwierdzono występowanie jego śladowych ilości w rudach uranu. Występuje tam w postaci izotopu 239Pu, powstającego jako produkt naturalnych reakcji jądrowych, oraz cięższego 244Pu. Ten izotop ma okres połowicznego rozpadu ponad 80 milionów lat i jest najcięższym z pierwotnych nuklidów występujących na Ziemi[3].

Izotopy i otrzymywanie[edytuj | edytuj kod]

Opisano własności 20 izotopów plutonu o liczbie masowej od 228 do 247. Wszystkie izotopy są nietrwałe, najdłużej żyjącym izotopem jest pluton-244, z czasem połowicznego rozpadu 80,8 miliona lat, kolejnymi są: pluton-242 – 373,3 roku, plutonu-239 – 24,11 roku. Wszystkie pozostałe mają czas połowicznego rozpadu mniejszy niż 7 lat, a 16 ma czas połowicznego rozpadu większy od 20 minut. Izotopy plutonu mają osiem izomerów jądrowych, wszystkie mają czas połowicznego zaniku mniejszy niż jedną sekundę[4][5].

Zastosowanie komercyjne mają dwa izotopy plutonu Pu-238 i Pu-239[6].

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

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

Pluton-239 ulega rozszczepieniu neutronami termicznymi i jest używany w reaktorach jądrowych oraz w bombach jądrowych, w bombie Fat Man zrzuconej na Nagasaki materiałem rozszczepialnym był pluton-239. Izotop ten powstaje przez bombardowanie uranu 238 neutronami. Reakcja ta zachodzi w reaktorach jądrowych, powstały pluton ulega w nich rozszczepieniu, odgrywając ważną rolę w funkcjonowaniu reaktora

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

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

Syntetyczny pluton w środowisku[edytuj | edytuj kod]

W wyniku atmosferycznych i podwodnych prób jądrowych, prowadzonych intensywnie w latach 60. XX wieku, a mniej intensywnie do lat 80., do środowiska zostały wprowadzone znaczne ilości plutonu, o aktywności rzędu 1016 Bq[potrzebne źródło]. Wprowadzone do stratosfery drobne cząstki zawierające pluton opadały systematycznie na powierzchnię Ziemi tworząc tzw. globalny opad 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 w porównaniu z opadem globalnym ilości plutonu wprowadziła do środowiska katastrofa 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. miejscowych opadów atmosferycznych.

Przypisy

  1. Pluton (pierwiastek) – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  2. U.S. Department of Energy Plutonium Certified Reference Materials Price List. . 
  3. D.C. Hoffman, F.O. Lawrence, J.L. Mewherter, F.M. Rourke. Detection of Plutonium-244 in Nature. „Nature”. 234, s. 132–134, 1971. doi:10.1038/234132a0. 
  4. Periodic Table of Elements, Pu - Plutonium (ang.). [dostęp 2014-06-28].
  5. Plutonium. [dostęp 2014-06-28].
  6. David L. Heiserman: Exploring Chemical Elements and Their Compounds. McGraw-Hill, 1991. ISBN 9780830630158.