ПЛУТОНИЙ (лат. Plutonium), Pu, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 94, атомная масса 244,0642, относится к актиноидам.

Свойства: серебристо-белый металл; плотность 19,8 г/см³, t_пл 640 °С. Радиоактивен; наиболее устойчивый изотоп ²⁴⁴Pu (период полураспада 8,05·10⁷ лет).

Плутоний, элемент с порядковым номером 94, открыт Гленом Сиборгом (Glenn Seaborg), Эдвином Макмилланом (Edwin McMillan), Кеннеди (Kennedy), и Артуром Уолхом (Arthur Wahl) в 1940 году в Беркли при бомбардировки мишени из урана дейтронами из шестидесятидюймового циклотрона. В мае 1940 свойства плутония были предсказаны Льюисом Тернером (Louis Turner).  В декабре 1940 года был открыт изотоп плутония Pu-238, с периодом полураспада ~90 лет, через год - более важный Pu-239 с периодом полураспада ~24 000 лет.    Pu-239 присутствует в природном урана в виде следов (количество - одна часть на 10¹⁵), образуется он там в результате захвата нейтрона ядром U-238. Чрезвычайно малые количества Pu-244 (самого долгоживущего изотопа плутония, период полураспада 80 миллионов лет) были обнаружены в цериевой руде, по видимому, оставшиеся там со времен формирования Земли.        Всего известно 15 изотопов плутония, все радиоактивны. Самые значимые для проектирования ядерного оружия:  Pu²³⁸ -> (86 лет, альфа-распад) -> U²³⁴ Pu²³⁹ -> (24 360 лет, альфа-распад) -> U²³⁵ Pu²⁴⁰ -> (6580 лет, альфа-распад) -> U²³⁶ Pu²⁴¹ -> (14.0 лет, бета-распад) -> Am²⁴¹ Pu²⁴² -> (370 000 лет, альфа-распад) -> U²³⁸

Физические свойства плутония

    Плутоний - очень тяжелый серебристый металл, блестящий подобно никелю, когда только что очищен. Это крайне электроотрицательный, химически активный элемент, гораздо в большей степени, чем уран. Он быстро тускнеет, образую радужную пленку (подобно радужной масляной пленки), вначале светло-желтую, со временем переходящую в темно-пурпурную. Если окисление довольно велико, на его поверхности появляется оливково-зеленый порошок оксида (PuO₂).  Плутоний охотно окисляется, и быстро коррозирует даже в присутствии незначительной влажности. Странно, но он покрывается ржавчиной в атмосфере инертного газа с парами воды гораздо быстрее, чем на сухом воздухе или в чистом кислороде. Причина этого - прямое действие кислорода формирует на поверхности плутония слой оксида, мешающий дальнейшему окислению. Воздействие же влаги производит рыхлую смесь из оксида и гидрида. Для предотвращения оксидирования и коррозии требуется сушильная печь.  Плутоний имеет четыре валентности, III-VI. Хорошо растворяется только в очень кислых средах, таких как азотная или соляная кислоты, так же хорошо растворяется в иодистоводородной и хлорной кислотах. Плутониевые соли легко гидролизируются при контакте с нейтральными или щелочными растворами, создавая нерастворимую гидроокись плутония. Концентрированные растворы плутония нестабильны, в следствии радиолитического разложения, ведущего к выпадению осадка.  Вследствии своей радиоактивности, плутоний теплый на ощупь. Большой кусок плутония в термоизолированной оболочке разогревается до температуры, превышающей температуру кипения воды.    Основные физические свойства плутония:  Температура плавления: 641 °C;  Температура кипения: 3232 °C;  Плотность: 19.84 (в альфа-фазе).    Плутоний имеет множество специфических свойств. Он обладает самой низкой теплопроводностью изо всех металлов, самой низкой электропроводностью, за исключением марганца (по другим данным все же самой низкой из всех металлов). В своей жидкой фазе это самый вязкий металл.  При изменении температуры плутоний подвергается самым сильным и неестественным изменениям плотности. Плутоний обладает шестью различными фазами (кристаллическими структурами) в твердой форме, больше чем любой другой элемент (в действительности, по более строгим условиям, их семь). Некоторые переходы между фазами сопровождаются разительными изменениями объема. В двух из этих фаз - дельта и дельта прим - плутоний обладает уникальным свойством сжиматься при повышении температуры, а в остальных - имеет чрезвычайно большой температурный коэффициент расширения. При расплавлении плутоний сжимается, позволяя нерасплавленному плутонию плавать. В своей максимально плотной форме, альфа фазе, плутоний шестой по плотности элемент (тяжелее его только осмий, иридий, платина, рений и нептуний). В альфа фазе чистый плутоний хрупок, но существуют его гибкие сплавы. 

Название: от планеты Плутон.

Нахождение в природе: в ничтожных количествах содержится в урановых рудах.

Применение: получаемый в ядерных реакторах изотоп ²³⁹Pu (наряду с ураном (U)) — важнейшее ядерное горючее.

Плутоний

94 Pu   Плутоний Plutonium (Rn)5f66d07s2

Атомный номер 94 Атомная масса [244] Плотность, кг/м³ 19840 Температура плавления, °С 640 Температура кипения, °С   Теплоемкость, кДж/(кг·°С) 0,13 Электроотрицательность 1,3 Ковалентный радиус, Å   1-й ионизац. потенциал, эв 6,06

Плутоний

Плутоний в организме

Плутоний (лат. Plutonium), Pu, искусственно полученный радиоактивный химический элемент, атомный номер 94; относится к актиноидам. Открыт в 1940-41 годах американскими учеными Г. Сиборгом, Э. Макмилланом, Дж. Кеннеди и А. Валем, которые получили изотоп ²³⁸Рu в результате облучения урана ядрами тяжелого водорода - дейтонами. Назван в честь планеты Плутон, как и предшественники Плутония в таблице Менделеева - уран и нептуний, названия которых также произошли от планет Урана и Нептуна. Известны изотопы Плутония с массовыми числами от 232 до 246. Следы изотопов ²⁴⁷Рu и ²⁵⁵Рu обнаружены в пыли, собранной после взрывов термоядерных бомб. Самым долгоживущим изотопом Плутоний является α-радиоактивный ²⁴⁴Рu (период полураспада T_½ около 7,5·10⁷ лет). Величины T_½ всех изотопов Плутония много меньше возраста Земли, и поэтому весь первичный Плутоний (существовавший на нашей планете при ее формировании) полностью распался. Однако ничтожные количества ²³⁹Рu постоянно образуются при β-распаде ²³⁹Np, который, в свою очередь, возникает при ядерной реакции урана с нейтронами (например, нейтронами космического излучения). Поэтому следы Плутония обнаружены в урановых рудах.

Плутоний - блестящий белый металл, при температурах от комнатной до 640°С (t_пл) существует в шести аллотропных модификациях. Аллотропные превращения Плутония сопровождаются скачкообразными изменениями плотности. Уникальная особенность металлического Плутония состоит в том, что при нагревании от 310 до 480 °С он не расширяется, как другие металлы, а сжимается. Конфигурация трех внешних электронных оболочек атома Pu 5s²5p⁶5d¹⁰5f⁶6s²6p²7s². Химические свойства Плутония во многом сходны со свойствами его предшественников в периодической системе - ураном и нептунием. Плутоний образует соединения со степенями окисления от +2 до +7. Известны оксиды РuО, Рu₂О₃, РuО₂ и фаза переменного состава Рu₂О₃ - Pu₄O₇. В соединениях с галогенами Плутоний обычно проявляет степень окисления +3, но известны также галогениды PuF₄, PuF₆ и РuСl₄. В растворах Плутоний существует в формах Pu³⁺, Pu⁴⁺, РuО₂ (плутоноил-ион), PuO²⁺ (плутонил - ион) и PuO_s^3- , отвечающих степеням окисления от +3 до +7. Указанные ионы (кроме РuО^3-₅) могут находиться в растворе одновременно в равновесии. Ионы Плутония всех степеней окисления склонны к гидролизу и комплексообразованию.

Из всех изотопов Плутония наиболее важен α-радиоактивный ²³⁹Рu (T_½= 2,4·10⁴ лет). Ядра ²³⁹Pu способны к цепной реакции деления под действием нейтронов, поэтому ²³⁹Рu можно использовать как источник атомной энергии (энергия, освобождающаяся при расщеплении 1 г ²³⁹Рu, эквивалентна теплоте, выделяющейся при сгорании 4000 кг угля). В СССР первые опыты по получению ²³⁹Pu были начаты в 1943-44 годах под руководством академиков И. В. Курчатова и В. Г. Хлопина. Впервые Плутоний в СССР был выделен из облученного нейтронами урана в 1945 году. В предельно сжатые сроки были выполнены обширные исследования свойств Плутония, и в 1949 в СССР начал работать первый завод по радиохимическому выделению Плутония.

Промышленное производство ²³⁹Pu основано на взаимодействии ядер²³⁸U с нейтронами в ядерных реакторах. Последующее отделение Рu от U, Np и высокорадиоактивных продуктов деления осуществляют радиохимическими методами (соосаждением, экстракцией, ионным обменом и других). Металлический Плутоний обычно получают восстановлением PuF₃, PuF₄ или PuСO₂ парами бария, кальция или лития. Как делящийся материал, ²³⁸Pu используют в атомных реакторах и в атомных и термоядерных бомбах. Изотоп ²³⁸Рu применяют для изготовления атомных электрических батареек, срок службы которых достигает 5 лет и более. Такие батарейки могут применяться, например, в генераторах тока, стимулирующих работу сердца.

Плутоний в организме. Плутоний концентрируется морскими организмами: его коэффициент накопления (то есть отношение концентраций в организме и во внешней среде) для водорослей составляет 1000-9000, для планктона (смешанного) - около 2300, для моллюсков - до 380, для морских звезд - около 1000, для мышц, костей, печени и желудка рыб - 5, 570, 200 и 1060 соответственно. Наземные растения усваивают Плутоний главным образом через корневую систему и накапливают его до 0,01% от своей массы. В организме человека Плутоний задерживается преимущественно в скелете и печени, откуда почти не выводится (особенно из костей). Наиболее токсичный ²³⁹Pu вызывает нарушения кроветворения, остеосаркомы, рак легких. С 70-х годов 20 века доля Плутония в радиоактивном загрязнении биосферы возрастает (так, облученность морских беспозвоночных за счет Плутония становится больше, чем за счет⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs).