(Plutoniu în tabelul periodic)
General:
Aspect: alb argintiu, pătrunzând până la gri închis în aer
Numărul de masă: 244 (cel mai stabil izotop)
Tabelul periodic:
Număr atomic (Z): 94
Perioada: 7
Categoria elementului: actinidă
Bloc: f-bloc
Configurația electronilor: [Rn] 5f6 7s2
Electronii per înveliș: 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
Proprietăți fizice:
Faza la STP: solidă
Punct de topire: 912,5 K (639,4 °C, 1182,9 °F)
Punct de fierbere: 3505 K (3228 °C, 5842 °F)
Densitate (aproape de temperatura camerei): 19,816 g/cm3; când lichidul (la temperatura de topire) este de 16,63 g/cm3
Căldura de fuziune: 2,82 kJ/mol
Căldura de vaporizare: 333,5 kJ/mol
Capacitate căldură molară: 35,5 J/(mol · K)
Presiunea de vapori P (Pa) / la T (K): 1/1756 , 10/1953 , 100/2198 , 1 k/2511 , 10 k/2926 , 100 k/3499
Proprietăți atomice:
Stările de oxidare: 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 (un oxid amfoteric)
Electronegativitate: scara Pauling: 1,28
Energii de ionizare: 1: 584,7 kJ/mol
Raza atomică: empirică: 159 pm
Raza covalentă: 187 ± 1 pm
Diverse:
Structura cristalului: monoclinică
Viteza sunetului: 2260 m/s
Expansiunea termică: 46,7 μm / (m·K) (la 25 °C)
Conductivitate termică: 6,74 W/(m·K)
Rezistivitate electrică: 1.460 μΩ·m (la 0 °C)
Ordonarea magnetică: paramagnetic
Modulul lui Young: 96 GPa
Modulul de forfecare: 43 GPa
Raportul Poisson: 0,21
Număr CAS: 7440-07-5
Istorie:
Nume: după planeta pitică Pluto, numită însăși după zeul clasic al lumii interlope Pluto
Descoperire: Glenn T. Seaborg, Arthur Wahl, Joseph W. Kennedy, Edwin McMillan (1940-1)
Izotopi principali ai plutoniului:
Izotopul (Abundență, Timp de înjumătățire (t1/2), Mod de dezintegrare, Produs): 238Pu (urmă, 87,74 y, SF – α, – – 234U), 239Pu (urmă, 2,41×104 y, SF – α, – – 235U), 240Pu (urmă, 6500 y, SF – α, – – 236U), 241Pu (sin, 14 y, β − SF, 241Am – -), 242Pu (sin, 3,73×105 y, SF – α, – – 238U), 244Pu (urmă, 8,08×107 y, α – SF, 240U – -)
(Linii spectrale)
Plutoniul este un element chimic radioactiv cu simbolul Pu și numărul atomic 94. Acesta este un metal actinid de aspect gri-argintiu care piere atunci când este expus la aer și formează o acoperire cenușie atunci când este oxidat. Elementul prezintă în mod normal șase stări alotrope și patru stări de oxidare. Reacționează cu carbon, halogeni, azot, siliciu și hidrogen. Când este expus la aerul umed, acesta formează oxizi și hidruri care pot extinde eșantionul până la 70% în volum, care, la rândul său, se îndepărtează sub formă de pulbere piroforică. Este radioactiv și se poate acumula în oase, ceea ce face manipularea plutoniului periculoasă.
Plutoniul a fost inițial produs și izolat pe 14 decembrie 1940 prin un bombardament cu deuteron al uraniului-238 în ciclotronul de 60 de inci de la Universitatea din California, Berkeley. Primul neptuniu-238 (timp de înjumătățire 2,1 zile) a fost sintetizat, care ulterior a fost degradat beta pentru a forma acest nou element cu numărul atomic 94 și greutatea atomică 238 (timpul de înjumătățire 87,7 ani). Deoarece uraniul a fost numit după planeta Uranus și Neptun după planeta Neptun, elementul 94 a fost numit după Pluto, care la vremea respectivă era considerată a fi o planetă. Un nume informal pentru plutoniu, plute, este derivat din acest nume. Secretomania din timpul războiului a împiedicat anunțarea descoperirii până în 1948. Plutoniul este elementul cu cel mai mare număr atomic care apare în natură. Urme de plutoniu apar în depozitele naturale de uraniu-238, când U-238 captează neutronii emiși prin dezintegrarea altor atomi U-238. Plutoniul este mult mai obișnuit pe Pământ din 1945 ca produs al capturii de neutroni și al dezintegrării beta, unde uneii dintre neutronii eliberați de procesul de fisiune convertesc nucleele de uraniu 234 în plutoniu-239.
Atât plutoniu-239 cât și plutoniu-241 sunt fisionabile, ceea ce înseamnă că pot suporta o reacție în lanț nucleară, ducând la aplicații în arme nucleare și reactoare nucleare. Plutoniu-240 prezintă o rată ridicată de fisiune spontană, crescând fluxul de neutroni din orice probă care o conține. Prezența plutoniului-240 limitează gradul de utilizare a eșantioanelor de plutoniu pentru arme sau calitatea sa de carburant în reactor, iar procentul de plutoniu-240 determină gradul său (clasa de arme, de combustibil sau de reactor). Plutoniul-238 are un timp de înjumătățire de 88 de ani și emite particule alfa. Este o sursă de căldură în generatoare termoelectrice radioizotopice, care sunt folosite pentru a acționa unele nave spațiale. Izotopii de plutoniu sunt scumpi și incomozi pentru a fi separați, astfel încât izotopii particulari sunt de obicei fabricați în reactoare specializate.
Producerea plutoniului în cantități utile pentru prima dată a reprezentat o parte importantă a Proiectului Manhattan în timpul celui de-al doilea război mondial, care a dezvoltat primele bombe atomice. Bombele de tip Fat Man folosite în testul nuclear Trinity în iulie 1945 și în bombardarea Nagasaki în august 1945 aveau miezuri de plutoniu. Experimentele cu radiații umane care studiază plutoniul au fost efectuate fără consimțământul informat, iar mai multe accidente critice, unele letale, au avut loc după război. Eliminarea deșeurilor de plutoniu din centralele nucleare și a armelor nucleare dezmembrate construite în timpul războiului rece reprezintă o problemă de proliferare nucleară și de mediu. Alte surse de plutoniu din mediul înconjurător sunt consecințe ale numeroaselor teste nucleare supraterane, acum interzise.
Proprietăți fizice
(Plutoniul are șase stări alotrope la presiunea atmosferică: alpha (α), beta (β), gamma (γ), delta (δ), delta prime (δ’), & epsilon (ε))
Plutoniul, la fel ca cele mai multe metale, are la început un aspect strălucitor, argintiu, la fel ca nichelul, dar se oxidează foarte repede la un gri cenușiu, deși sunt raportate și galben și verde măsliniu. La temperatura camerei, plutoniul este în starea sa α (alfa). Aceasta, formă structurală cea mai comună a elementului (alotrop), este cam la fel de tare și fragilă ca și fonta cenușie, dacă nu este aliată cu alte metale pentru a-l face să fie moale și ductil. Spre deosebire de cele mai multe metale, acesta nu este un bun conductor de căldură sau electricitate. Are un punct de topire scăzut (640 °C) și un punct de fierbere neobișnuit de ridicat (3.228 °C).
Dezintegrarea alfa, eliberarea unui nucleu de heliu de mare energie, este cea mai comună formă de dezintegrare radioactivă pentru plutoniu. O masă de 5 kg de 239Pu conține aproximativ 12,5 × 1024 atomi. Cu un timp de înjumătățire de 24.100 de ani, aproximativ 11,5 × 1012 din atomii săi se descompun în fiecare secundă prin emiterea unei particule alfa 5,157 MeV. Aceasta este de 9,68 wați putere. Căldura produsă de decelerarea acestor particule alfa îl face cald la atingere.
Rezistivitatea este o măsură a cât de puternic se opune un material curentului electric. Rezistivitatea plutoniului la temperatura camerei este foarte ridicată pentru un metal și devine și mai mare la temperaturi mai scăzute, ceea ce este neobișnuit pentru metale. Această tendință continuă până la 100 K, sub care rezistivitatea scade rapid pentru probele proaspete. Rezistivitatea începe apoi să crească în timp cu aproximativ 20 K datorită deteriorării radiațiilor, cu viteza dictată de compoziția izotopică a probei.
Datorită auto-iradierii, la un eșantion de plutoniu, în structura sa cristalină, aranjamentul ordonat al atomilor lui devine perturbat de radiație în timp. Auto-iradierea poate duce, de asemenea, la recoacerea care contracarează unele dintre efectele de oboseală, pe măsură ce temperatura crește peste 100 K.
Spre deosebire de majoritatea materialelor, plutoniul crește densitatea atunci când se topește, cu 2,5%, dar metalul lichid prezintă o scădere liniară a densității cu temperatura. În apropierea punctului de topire, plutoniul lichid are vâscozitate foarte mare și tensiune superficială comparabilă cu alte metale.
Lasă un răspuns