Плутоний (Pu)
АктиноидТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
[244]Электронная конфигурация
[Rn] 7s2 5f6Температура плавления
639,85 °CТемпература кипения
3227,85 °CПлотность
1,984e+4 kg/m³Степени окисления
+2, +3, +4, +5, +6, +7, +8Электроотрицательность (по Полингу)
1,28Энергия ионизации (1-я)
6,02576 eVГод открытия
1941Атомный радиус
175 pmПодробные сведения
Плутоний — радиоактивный актинудный металл и элемент, следующий за нептунием. Он главным образом производится за счёт захвата нейтронов ураном в ядерных реакторах, хотя следовые природные количества встречаются в урановых рудах. Его химия определяется несколькими доступными степенями окисления и сильным гидролизом и комплексообразованием в воде. Делящийся изотоп ²³⁹Pu технологически важен в ядерном оружии и некоторых реакторных топливах, тогда как ²³⁸Pu ценится как компактный источник тепла.
Плутоний уникален среди элементов своими физико-химическими сложностями в силу своего положения в переходной области периодической таблицы, где 5f-электроны находятся на границе между делокализованным (не связанным с одним атомом) и локализованным (связанным с одним атомом) поведением, и считается одним из наиболее сложных элементов. Плутоний также находится вблизи точки, где ряд актинидов переходит от химии элементов главного d-блока к поведению, подобному редкоземельным элементам, в результате актинидного сжатия. Благодаря своему оборонному и коммерческому значению плутоний является одним из наиболее интенсивно изучаемых элементов.
Металлический плутоний сначала имеет яркий серебристый вид и при окислении на воздухе покрывается тусклым серым, жёлтым или оливково-зелёным налётом. Относительно крупный кусок плутония на ощупь тёплый из-за энергии, выделяющейся при альфа-распаде. Более крупные куски будут выделять достаточно тепла, чтобы вскипятить воду. Металл легко растворяется в концентрированных минеральных кислотах. Металлический плутоний обычно имеет шесть аллотропных модификаций или кристаллических структур: альфа (α), бета (β), гамма (γ), дельта (δ), дельта-штрих (δ') и эпсилон (ε). При высокой температуре и в ограниченном диапазоне давлений он образует седьмую фазу (дзета, ζ). Эти аллотропные модификации имеют очень близкие уровни энергии, но значительно различающиеся плотности (от 16,00 до 19,86 г/см3) и кристаллические структуры. Это делает плутоний очень чувствительным к изменениям температуры, давления или химического состава и позволяет наблюдать резкие изменения объёма при фазовых переходах. При комнатной температуре плутоний находится в своей альфа (α)-форме, наиболее распространённой структурной форме элемента. Он столь же твёрд и хрупок, как чугун, если не легирован другими металлами для образования стабилизированной при комнатной температуре дельта (δ)-фазы, которая делает его мягким и ковким. В отличие от большинства металлов, он не является хорошим проводником тепла или электричества. Он имеет низкую температуру плавления (640 °C) и необычно высокую температуру кипения (3 228 °C).
Плутоний может образовывать сплавы и промежуточные соединения с большинством других металлов. Галлий, алюминий, америций, скандий и церий могут стабилизировать δ-фазу металлического плутония. Топливные таблетки для ядерных реакторов могут быть получены путём легирования плутония различными металлами, такими как: алюминий; цирконий; церий; церий-кобальт; уран-титан, уран-цирконий и уран-молибден. Сплавы торий-плутоний-уран исследовались как ядерное топливо для реакторов на быстрых нейтронах. Было установлено, что сплав плутоний-галлий-кобальт (PuCoGa5) является нетрадиционным сверхпроводником, проявляющим сверхпроводимость ниже 18,5 Кельвина, что на порядок выше наибольшего значения, известного среди систем тяжёлых фермионов.
Плутоний образует соединения с различными другими элементами. Плутоний реагирует с чистым водородом, образуя гидриды плутония. Он также легко реагирует с кислородом, образуя PuO и PuO2, а также промежуточные и субстехиометрические оксиды. Металл реагирует с галогенами, образуя трёхвалентные соединения Pu с общей формулой PuX3, где X может быть F, Cl, Br или I, и четырёхвалентные соединения плутония, такие как PuF4. Наблюдаются следующие оксигалогениды: PuOCl, PuOBr и PuOI. Плутоний реагирует с углеродом с образованием PuC, с азотом с образованием PuN и с кремнием с образованием PuSi2. Оксалаты Pu3+ и Pu4+ являются важными промежуточными соединениями, которые прокаливают с образованием оксидов на стадии переработки плутония. К числу других важных соединений при переработке относятся фторид, пероксид, ацетилацетон, карбонат и гидроксид.
Цвет, наблюдаемый у растворов плутония, зависит как от степени окисления, так и от степени комплексообразования с различными лигандами. В водном растворе плутоний проявляет пять ионных валентных состояний: Pu+3 (лавандово-синий), Pu+4 (лососёвый, в неккомплексованном состоянии), PuO+ (лавандовый), PuO+2 (оранжево-коричневый) и PuOxOHy (тёмно-зелёный в щелочном растворе). Пятивалентный ион PuO+ нестабилен в водных растворах и диспропорционирует на Pu+4 и PuO+2. Однако PuO2+ может быть стабилизирован в водном растворе в узком диапазоне pH около 4,5. В силу близости электродных потенциалов различных окислительно-восстановительных пар плутония (~ 1 В/NHE) в растворе одновременно могут сосуществовать четыре степени окисления: Pu3+, Pu4+, PuO2+ и PuO22+.
Pu4+ — это «жёсткий» (ионный) катион с наибольшим электронным зарядом среди ионов плутония, и он образует комплексы с различными неорганическими и органическими лигандами. В разбавленной хлорной кислоте Pu4+ не комплексирован и имеет лососёвую окраску. Однако в концентрированных кислотах Pu4+ образует анионные комплексы, такие как: Pu(NO3)62- (тёмно-зелёный) и Pu(Cl)62- (кирпично-красный). Pu4+, обладая высоким ионным зарядом, легко гидролизуется (соединяется с гидроксид-ионом) при значениях pH, близких к нейтральным, образуя зелёную коллоидную суспензию, которая ведёт себя как раствор, но на самом деле является твёрдым осадком, который можно отделить ультрацентрифугированием.
Органические комплексы плутония очень важны для разделения, переработки и очистки и включают: трибутилфосфат (TBP); ди-(2-этилгексил)фосфорную кислоту (DEHPA или HDEHP); октил(фенил)-N,N-диизобутил-карбамоилметилфосфиноксид (CMPO); краун-эфиры; и многие другие.
Плутоний был впервые получен Гленном Т. Сиборгом, Джозефом У. Кеннеди, Эдвардом М. Макмилланом и Артуром К. Вольем путем бомбардировки изотопа урана, урана-238, дейтронами, ускоренными в устройстве, называемом циклотроном. В результате образовались нептуний-238 и два свободных нейтрона. Нептуний-238 имеет период полураспада 2,1 дня и распадается в плутоний-238 путем β-распада. Хотя они проводили свои работы в Калифорнийском университете в 1941 году, их открытие не было сообщено остальному научному сообществу до 1946 года из-за соображений военной секретности. Наиболее стабильный изотоп плутония, плутоний-244, имеет период полураспада около 82 000 000 лет. Он распадается в уран-240 посредством α-распада. Плутоний-244 также претерпевает спонтанное деление.
Плутоний является вторым трансурановым элементом актинидного ряда. Элемент 93 был открыт в 1940/41 году Гленном Т. Сиборгом, Эдвином М. Макмилланом, Дж. У. Кеннеди и А. К. Вольем путем бомбардировки урана-238 дейтронами в 60-дюймовом циклотроне Калифорнийского университета, Лаборатория Беркли. Сначала они синтезировали нептуний-238 (период полураспада 2,1 дня), который затем претерпел β-распад с образованием нового более тяжелого элемента с атомным номером 94 и атомной массой 238 (период полураспада 87,7 года). Было уместно назвать элемент 94 по аналогии со следующим планетоидом, Плутоном, в соответствии с прецедентом, что уран был назван в честь планеты Уран, а нептуний — в честь планеты Нептун. Сиборг представил статью в журнал Physical Review в марте 1941 года, документировав открытие, но статья была быстро отозвана, когда выяснилось, что изотоп плутония Pu-239 может подвергаться ядерному делению, что делает его полезным для разработки атомной бомбы. Сечение деления Pu-239 было на 50% больше, чем у 235U, лучшего известного на тот момент делящегося элемента.
Сиборга вызвали из Беркли для руководства Плутониевым производственным лабораторным комплексом, или «Met Lab», в Чикагском университете. Met Lab должен был производить полезные количества плутония в рамках секретного Манхэттенского проекта во время Второй мировой войны для разработки атомной бомбы. 18 августа 1942 года в Met Lab впервые было выделено и измерено следовое количество плутония. Было получено около 50 микрограммов Pu-239, связанных с ураном и продуктами деления, и было выделено лишь около 1 микрограмма. Этого материала было достаточно, чтобы химики определили атомную массу нового элемента. В ноябре 1943 года несколько миллиграммов PuF3 были восстановлены для получения первого образца металлического плутония. Было произведено достаточно плутония, чтобы он стал первым искусственно созданным элементом, видимым невооруженным глазом.
Ядерные свойства плутония-239 также изучались, и исследователи обнаружили, что при попадании нейтрона он делится, высвобождая энергию и новые нейтроны. Эти нейтроны могут поразить соседние атомы Pu-239 и так далее, в экспоненциально быстро развивающейся цепной реакции, высвобождая огромное количество энергии. Эта энергия может привести к взрыву, достаточно мощному, чтобы уничтожить город, или служить топливом для ядерного реактора.
Во время Второй мировой войны тремя основными площадками исследований и производства Манхэттенского проекта были Плутониевое производственное предприятие на территории нынешнего Ханфордского комплекса в штате Вашингтон, предприятия по обогащению урана в Ок-Ридже, Теннесси, и лаборатория по исследованию и проектированию оружия, ныне известная как Лос-Аламосская национальная лаборатория. В 1943 году первым производственным реактором, в котором получали Pu-239, стал графитовый реактор X-10, построенный на объекте в Ок-Ридже, Теннесси, который впоследствии стал Ок-Риджской национальной лабораторией.
Манхэттенский проект произвел плутоний для испытания "Trinity Test", проведенного в Нью-Мексико директором лаборатории Лос-Аламос Робертом Оппенгеймером и армейским генералом Лесли Гровсом. Первая в мире атомная бомба ("The Gadget") была взорвана близ Сокорро, Нью-Мексико, 16 июля 1945 года, вызвав взрыв с энергией, эквивалентной примерно 20 000 тоннам тротила. Первая атомная бомба, использованная в войне, имела урановое ядро и была сброшена на Хиросиму, Япония, 6 августа 1945 года. Вторая использованная атомная бомба имела плутониевое ядро и получила прозвище "Fat Man" из-за своей округлой формы. Она была использована для уничтожения Нагасаки, Япония, 9 августа 1945 года, что положило конец Второй мировой войне.
Публикация открытия и наименования нового элемента плутония была отложена до года спустя после окончания Второй мировой войны. Сиборг первоначально рассматривал название "plutium", но позже решил, что оно звучит не так хорошо, как "plutonium".
Позднее, в эпоху холодной войны, крупные запасы оружейного плутония были накоплены как Советским Союзом, так и Соединенными Штатами. Ежегодно около 20 тонн плутония по-прежнему производится как побочный продукт ядерной энергетики. По состоянию на 2007 год оценивалось, что мировые запасы плутония составляли около 500 тонн. После окончания холодной войны эти запасы стали предметом обеспокоенности в связи с ядерным распространением. В 2000 году Соединенные Штаты и Российская Федерация взаимно договорились каждая утилизировать по 34 тонны оружейного плутония до конца 2019 года, преобразовав его в смешанное уран-плутониевое оксидное (MOX) топливо для использования в коммерческих ядерных реакторах.
Сегодня плутоний-239 по-прежнему остается важным компонентом ядерного оружия, а Соединенные Штаты поддерживают возможности, связанные с плутонием, в поддержку национальной обороны и глобального ядерного сдерживания. Pu-239 для гражданских атомных электростанций обеспечивает энергией многие страны. Плутоний-238 по-прежнему имеет важнейшее значение для освоения космоса, расширяя пределы, за которыми возможны пилотируемые космические полеты, и удовлетворяя наше стремление к знаниям.
Чистый плутоний — серебристо-серый металл в свежеприготовленном состоянии, но на воздухе он тускнеет по мере образования поверхностных оксидов. При обычных давлениях он имеет несколько твёрдых аллотропных модификаций, что приводит к необычным изменениям плотности и механического поведения для металла. С макроскопическими образцами обращаются только в контролируемых радиологических условиях и при контроле загрязнения.
Основное применение плутония зависит от его изотопа. ²³⁹Pu — делящийся материал, используемый в ядерном оружии и в смешанном оксидном реакторном топливе, где диоксид плутония (PuO₂) смешивается с диоксидом урана (UO₂). ²³⁸Pu используется в радиоизотопных термоэлектрических генераторах и нагревательных блоках для космических аппаратов и удаленных приборов, поскольку выделяемое при его распаде тепло высоко и стабильно. Другие изотопы и соединения используются в исследованиях, измерениях по линии гарантийных мер и ядерной криминалистике, а не в обычной коммерческой продукции.
Только два изотопа плутония, плутоний-238 и плутоний-239, нашли применение вне фундаментальных исследований. Плутоний-238 используется в радиоизотопных термоэлектрических генераторах для выработки электроэнергии для космических зондов, уходящих слишком далеко от Солнца, чтобы использовать солнечную энергию, таких как зонды Cassini и Galileo. Плутоний-239 вступает в цепную реакцию деления, если достаточное его количество сосредоточено в одном месте, поэтому он используется в основе современных ядерных вооружений и в некоторых ядерных реакторах.
Плутоний занял положение доминирующей важности среди трансурановых элементов благодаря его использованию в качестве взрывчатого компонента ядерного оружия и тому месту, которое он занимает как ключевой материал в развитии промышленного использования ядерной энергии. При делении высвобождается часть энергии связи, удерживающей ядро вместе; она выделяется в виде большого количества электромагнитной и кинетической энергии, которая быстро преобразуется в тепловую энергию. Деление одного килограмма плутония-239 может дать взрыв, эквивалентный 21 000 тонн TNT, что соответствует примерно 22 миллионам киловатт-часов тепловой энергии. В 1982 году было оценено, что накопилось около 300 000 кг. Наиболее распространённый химический процесс, PUREX (Plutonium–URanium EXtraction), перерабатывает отработавшее ядерное топливо для извлечения плутония и урана, которые могут быть использованы для получения смешанного U/Pu-оксида, или «MOX»-топлива, для повторного использования в ядерных энергетических реакторах. Производство MOX-топлива также является хорошим механизмом сокращения избыточных запасов оборонного плутония в мирных целях, что по сути означает перековку «мечей на орала».
Изотопы плутония подвергаются радиоактивному распаду, в результате которого выделяется тепло распада. Разные изотопы выделяют разное количество тепла на единицу массы. Pu-238 с периодом полураспада 88 лет имеет относительно высокую скорость тепловыделения, что делает его полезным как источник энергии с длительным сроком службы. Тепло распада обычно указывают в ваттах на килограмм или милливаттах на грамм. Pu-238 является источником тепла в радиоизотопных термоэлектрических генераторах, которые используются для питания космических аппаратов и внеземных роверов. В качестве источника энергии и тепла Pu-238 также использовался для питания приборов, оставленных на Луне астронавтами программы Apollo, метеорологических спутников и межпланетных зондов, а также обеспечивает энергией миссию Cassini к Сатурну и марсоходы.
Плутоний-238 в своё время успешно использовался для питания искусственных кардиостимуляторов, но был заменён литиевыми первичными элементами. Плутоний-238 изучался как способ обеспечения дополнительного тепла для аквалангистов. Pu-238, смешанный с бериллием, является удобным способом получения нейтронов.
Изотопы в промышленности
238Pu (с периодом полураспада 87.7 года) используется в радиотермических генераторах как источник тепла для выработки электроэнергии. Эти радиотермические генераторы используются для питания беспилотных космических аппаратов и межпланетных зондов, которые уходят слишком далеко от Солнца, чтобы использовать солнечную энергию, таких как орбитальный аппарат Cassini, космический аппарат Galileo, а также зонды Huygens и Galileo [75] J. Peterson, M. McDonell, L. Haroun, F. Monette, R. D. Hildebrand, A. Taboas. Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Prepared by Argonne National Laboratory Environmental Science Division in collaboration with U.S. Department of Energy, Richland Operations Office and Chicago Operations Office (2014), Feb. 22; http://www.remm.nlm.gov/ANL_ContaminantFactSheets_All_070418.pdf., [606] NASA. Cassini, NASA (2014), Feb. 25; http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/masterCatalog.do?sc=1997-061A., [607] NASA. Galileo Probe, NASA (2014), Feb. 25; http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/masterCatalog.do?sc=1989-084E., [608] E. V. Bell. Galileo Project Information, NASA (2014), Feb. 25; http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/galileo.html.. 238Pu использовался в лунных миссиях Apollo как часть ядерной батареи. Система SNAP-27 (systems nuclear auxiliary power) обеспечивала примерно 75 Вт электрической мощности при 30 VDC на единицу (рис. IUPAC.94.1). Источником энергии был стержень из 238Pu массой 2.5 кг, обеспечивавший тепловую мощность примерно 1250 Вт [609] NASA. Radioisotope Power Systems, NASA (2016), October 10; https://solarsystem.nasa.gov/rps/rtg.cfm#snap27. 238Pu используется в кардиостимуляторах (рис. IUPAC.94.2).
239Pu (с периодом полураспада 2.41×104 лет) используется в ядерном оружии. 239Pu легко получают в ядерных реакторах облучением 238U нейтронами по реакции 238U (n, γ) 239U и 239U→ 239Pu+β −. Полученный по этой реакции 239Pu сам может расщепляться нейтронами с выделением энергии и используется для выработки энергии в ядерных реакторах [75] J. Peterson, M. McDonell, L. Haroun, F. Monette, R. D. Hildebrand, A. Taboas. Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Prepared by Argonne National Laboratory Environmental Science Division in collaboration with U.S. Department of Energy, Richland Operations Office and Chicago Operations Office (2014), Feb. 22; http://www.remm.nlm.gov/ANL_ContaminantFactSheets_All_070418.pdf., [610] Science Education at Jefferson Lab. It’s Elemental – The Element Plutonium, Science Education at Jefferson Lab (2014), Feb. 25; http://education.jlab.org/itselemental/ele094.html., [611] Institute for Energy and Environmental Research. Physical, Nuclear, and Chemical, Properties of Plutonium, Institute for Energy and Environmental Research (2014), Feb. 25; http://www.ieer.org/fctsheet/pu-props.html..
Плутоний образует соединения в нескольких степенях окисления, наиболее часто +3, +4, +5 и +6 в водной химии, при этом +7 достижима в сильно окислительных щелочных условиях. Диоксид плутония PuO₂ — тугоплавкая керамика и важнейший твёрдый оксид. Хлорид плутония(III) PuCl₃, фторид плутония(IV) PuF₄ и гексафторид плутония PuF₆ иллюстрируют его галогенидную химию, хотя PuF₆ менее устойчив, чем гексафторид урана. В растворе плутоний может существовать как Pu³⁺, Pu⁴⁺, плутонил PuO₂⁺ и плутонил PuO₂²⁺, иногда одновременно в неравновесных условиях.
See more information at the Plutonium compound page.
Все изотопы плутония радиоактивны, но их опасности различаются по периоду полураспада, типу излучения и химической форме. Плутоний, испускающий альфа-частицы, особенно опасен при вдыхании или попадании в организм, где нерастворимые частицы могут облучать ткани в течение длительного времени. Внешнее воздействие обычно менее проникающее, чем для сильных гамма-излучателей, однако для некоторых изотопных смесей важными могут быть нейтронные и гамма-поля. Металлический плутоний также химически реакционноспособен, а мелкодисперсный материал может быть пирофорным.
Плутоний в окружающей среде в основном имеет антропогенное происхождение, обусловленное испытаниями ядерного оружия, авариями реакторов, выбросами топливного цикла и захоронением отходов, при очень незначительном природном вкладе, связанном с захватом нейтронов в урановых минералах. В почвах и осадках он, как правило, прочно связывается с частицами, оксидами и органическим веществом, однако коллоиды и изменения окислительно-восстановительной химии могут усиливать миграцию. Его экологическая значимость определяется как радиотоксичностью, так и длительной сохранностью в окружающей среде, особенно для ²³⁹Pu и ²⁴⁰Pu.
Плутоний не является обычным товарным металлом. Он образуется в ядерных реакторах, когда ²³⁸U захватывает нейтроны и последующие бета-распады приводят к образованию изотопов плутония, после чего может быть выделен специализированной переработкой. Гражданские поставки строго регулируются, поскольку выделенный плутоний имеет значение с точки зрения распространения ядерного оружия. Спрос ограничен программами ядерного топлива, оборонными запасами, исследованиями и производством тепловыделяющего источника ²³⁸Pu. Переработка осуществляется через смешанное оксидное топливо в некоторых странах, тогда как другие запасы рассматриваются как стратегический материал или радиоактивные отходы. Производство ²³⁸Pu особенно ограничено, поскольку требует специализированных схем облучения и химической переработки.
Редко встречается в некоторых урановых рудах. Получают бомбардировкой урана нейтронами.
Плутоний не является стабильным первичным элементом в значительном количестве, поскольку даже его наиболее долгоживущие изотопы распадаются за времена, меньшие возраста Земли. Он может образовываться при быстром нейтронном захвате в нуклеосинтезе, например в событиях, связанных с богатых нейтронами звездных взрывов или слияний, но весь плутоний из ранней Солнечной системы практически исчез. Поэтому обнаруживаемый земной плутоний в подавляющем большинстве случаев является либо недавним, либо непрерывно образующимся в следовых ядерных реакциях.
- Плутоний обладает более сложной полиморфией при комнатной температуре, чем большинство конструкционных металлов.
- Название следует за последовательностью уран, нептуний и плутоний по аналогии с планетами, известными в то время.
- ²³⁹Pu имеет период полураспада около 24 100 лет, достаточно долгий для проблем с долговечными отходами, но достаточно короткий для высокой радиопу
- Металл плутоний может становиться теплым на ощупь из-за тепла радиоактивного распада в достаточно больших образцах.
- Водный раствор плутония может проявлять несколько степеней окисления в одном растворе, что осложняет разделение.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 175 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 187 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 243 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 1,984 × 104 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 639,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 3227,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Моноклинная Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 1,28 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Сродство к электрону
- -0,5 eV (отрицательное значение — присоединение электрона энергетически невыгодно)
- Энергия ионизации (1-я)
- 6,02576 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 11,50004 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 21,100073 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 35,00012 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 49,000169 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- +2, +3, +4, +5, +6, +7, +8 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Rn] 7s2 5f6
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,02922734 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 3,409856 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 3,554957 eV
- Теплота атомизации
- 3,554957 eV
- Энтальпия атомизации
- 3,575685 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 94 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 150 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 27 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 0 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Массовое число (наиболее стабильный изотоп)
- 244
- Наиболее стабильный изотоп
- Pu-244
- Год открытия
- 1941
Распространённость
Нет данных
Кристаллическая структура
Нет данных
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-07-5 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 7F0
- InChI
- InChI=1S/Pu
- Ключ InChI
- OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Pu: 5f⁶ 7s²[Rn] 5f⁶ 7s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ 5f⁶ 7s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
Стабильных изотопов нет.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 242 Радиоактивный | 242,0587428 ± 0,000002 | Нет данных | 375 ky |
| 230 Радиоактивный | 230,03965 ± 0,000016 | Нет данных | 105 секунды |
| 221 Радиоактивный | 221,038572 ± 0,000322 | Нет данных | 100 us |
| 225 Радиоактивный | 225,03897 ± 0,000322 | Нет данных | 100 us |
| 229 Радиоактивный | 229,040144 ± 0,000055 | Нет данных | 91 секунды |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 614,9 °C ниже температуры плавления (639,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 94. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Pu I | 0 | 141 | 0 | 0 |
| Pu II | +1 | 135 | 0 | 0 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Pu I | 0 | 2 |
| Pu II | +1 | 2 |
| Pu III | +2 | 2 |
| Pu IV | +3 | 2 |
| Pu V | +4 | 2 |
| Pu VI | +5 | 2 |
| Pu VII | +6 | 2 |
| Pu VIII | +7 | 2 |
| Pu IX | +8 | 2 |
| Pu X | +9 | 2 |
Данные о кристаллической структуре отсутствуют
Кристаллическая структура: monoclinic
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Нет данных | 100 пм |
| +3 | 9 | Нет данных | 116.8 пм |
| +4 | 6 | Нет данных | 86 пм |
| +4 | 8 | Нет данных | 96 пм |
| +5 | 6 | Нет данных | 74 пм |
| +6 | 6 | Нет данных | 71 пм |
Соединения
Изотопы (5)
Twenty-three radioactive isotopes of plutonium have been characterized from mass numbers 228 to 247. Nine of these exhibit metastable states, though these all have half-lives less than one second. The longest-lived isotopes are plutonium-244, with a half-life of 80.8 million years, plutonium-242, with a half-life of 373,300 years, and plutonium-239, with a half-life of 24,110 years. All of the remaining radioactive isotopes have half-lives less than 7,000 years. The primary decay modes of isotopes with mass numbers lower than plutonium-244, are spontaneous fission and α emission, mostly forming uranium and neptunium isotopes as decay products along with a variety of daughter fission products. The primary decay mode for isotopes with mass numbers higher than plutonium-244 is by β emission, mostly forming americium isotopes as daughter decay products. Plutonium-241 is the parent isotope of the neptunium decay series, decaying to americium-241 via β decay. By far of greatest importance is the isotope 239Pu produced in extensive quantities in nuclear reactors from natural uranium:
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 242 Радиоактивный | 242,0587428 ± 0,000002 | Нет данных | 375 ky | α =100%SF =5.510e-4±4.1% | |
| 230 Радиоактивный | 230,03965 ± 0,000016 | Нет данных | 105 секунды | α ≈100%β+ ? | |
| 221 Радиоактивный | 221,038572 ± 0,000322 | Нет данных | 100 us | α ?SF ? | |
| 225 Радиоактивный | 225,03897 ± 0,000322 | Нет данных | 100 us | α ?SF ? | |
| 229 Радиоактивный | 229,040144 ± 0,000055 | Нет данных | 91 секунды | α ≈50±2%β+ ≈50±2%SF<7% |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 172 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 135 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Alvarez
- 281 pm
- UFF
- 342,4 pm
- MM3
- 252 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 278 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 24
- Pettifor
- 43
- Glawe
- 38
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 4
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 132 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 20 a.u.
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 12,06 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 3
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 913,15 K |
| Температура кипения | 3501,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Подробные данные о кристаллических радиусах (6)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 3 | VI | 114 | from r^3 vs V plots, | |
| 4 | VI | 100 | from r^3 vs V plots, | |
| 4 | VIII | 110 | ||
| 5 | VI | 88 | estimated, | |
| 6 | VI | 85 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | IX | — | 130,8 |
Типы распада изотопов (57)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 221 | A | — |
| 221 | SF | — |
| 222 | A | — |
| 222 | SF | — |
| 223 | A | — |
| 223 | SF | — |
| 224 | A | — |
| 224 | SF | — |
| 225 | A | — |
| 225 | SF | — |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
Not Applicable
Источники (1)
- [5] Plutonium https://education.jlab.org/itselemental/ele094.html
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
Not Applicable
Источники (1)
- [5] Plutonium https://education.jlab.org/itselemental/ele094.html
Получение
Production of this element (from raw materials or other compounds containing the element).
Plutonium is the heaviest primordial element in existence by virtue of its most stable isotope, plutonium-244, whose half-life of about 80 million years is just long enough for the element to be found in trace quantities in nature. In 1971 mass spectrometric measurements of plutonium isolated from Precambrian bastnasite (a lanthanide chloride-fluoride mineral) by Hoffman and coworkers confirmed the presence of Pu-244 in nature. Although the existence of Pu-244 as an extinct radioactive element had been postulated to explain the xenon isotope ratios observed in meteorites, this is the first indication of its present existence in nature. Plutonium also exists in trace quantities in naturally occurring uranium ores. It is formed in much the same manner as neptunium: by irradiation of natural uranium with the neutrons followed by beta decay. Exceedingly small amounts of Pu-238, attributed to the extremely rare double-beta decay of U-238, have been found in natural uranium samples. Plutonium was most likely formed by neutron activation of natural U-238 at the Oklo natural reactor but if formed it has long since decayed away. Plutonium is for the most part a by-product of nuclear reactions in reactors where some of the neutrons released by the fission process convert U-238 nuclei into plutonium. Plutonium-238 and -239 are the most widely synthesized isotopes. Plutonium-239 is synthesized via the following reaction using uranium (U) and neutrons (n) via beta decay (β-) with neptunium as an intermediate:
Plutonium-238 is synthesized by bombarding uranium-238 with deuterons in the following first discovery reaction:
Источники (1)
- [6] Plutonium https://periodic.lanl.gov/94.shtml
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Plutonium.
The element property data was retrieved from publications.