Pluton (pierwiastek)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Zobacz też: inne znaczenia słowa pluton.
Pluton
neptun ← pluton → ameryk
Wygląd
srebrzystobiały
Pluton
Widmo emisyjne plutonu
Widmo emisyjne plutonu
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 244,0642 u[1]
Stan skupienia stały
Gęstość 19816 kg/m³
Temperatura topnienia 639 °C
Temperatura wrzenia 3230 °C
Numer CAS 7440-07-5
PubChem 23940[2]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

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[3].

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]

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]

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 239Pu może wyzwolić taką energię jak wybuch 20 000 ton trotylu. Ogrzewany do temperatury 320–480 °C zmniejsza swoją objętość, wykazując anomalną rozszerzalność cieplną.

Występowanie[edytuj]

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[4].

Izotopy i otrzymywanie[edytuj]

Opisano własności 20 izotopów plutonu o liczbie masowej od 228 do 247[5]. Wszystkie izotopy są nietrwałe, najdłużej żyjącym izotopem jest 244Pu z czasem połowicznego rozpadu 80,8 miliona lat. Kolejnymi są: 242Pu – 373,3 tysięcy lat, 239Pu – 24,11 tysięcy 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 osiem izomerów jądrowych, wszystkie mają czas połowicznego zaniku mniejszy niż jedną sekundę[6].

Zastosowanie komercyjne mają dwa izotopy plutonu 238Pu i 239Pu[7].

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:

239Pu ulega rozszczepieniu neutronami termicznymi i jest używany w reaktorach jądrowych oraz w bombach jądrowych (np. w bombie Fat Man zrzuconej na Nagasaki). Izotop ten powstaje przez bombardowanie neutronami izotopu 238U. Reakcja ta zachodzi w reaktorach jądrowych – powstały w ten sposób pluton ulega w nich rozszczepieniu, odgrywając ważną rolę w funkcjonowaniu reaktora:

W reaktorach komercyjnych ilość energii powstającej z wytworzonego w reaktorze plutonu jest większa niż wytworzona z rozpadu paliwa pierwotnego 235U. 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]

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[potrzebny przypis]. 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 ilości plutonu (w porównaniu z opadem globalnym) 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. Masa najstabilniejszego izotopu. Za: Standard atomic weights (2005). W: CRC Handbook of Chemistry and Physics. David R. Lide (red.). Wyd. 88. Boca Raton: CRC Press, 2007, s. 1-7–1-8. ISBN 9780849304880.
  2. Pluton (pierwiastek) – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  3. U.S. Department of Energy Plutonium Certified Reference Materials Price List. . 
  4. 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. 
  5. Plutonium. [dostęp 2014-06-28].
  6. Periodic Table of Elements, Pu - Plutonium (ang.). [dostęp 2014-06-28].
  7. David L. Heiserman: Exploring Chemical Elements and Their Compounds. McGraw-Hill, 1991. ISBN 9780830630158.