Αυτό το μέταλλο ονομάζεται πολύτιμο, αλλά όχι για την ομορφιά του, αλλά για την αναντικατάστατη του. Στον περιοδικό πίνακα του Mendeleev, αυτό το στοιχείο καταλαμβάνει το κελί 94. Με αυτό οι επιστήμονες εναποθέτουν τις μεγαλύτερες ελπίδες τους και είναι το πλουτώνιο που αποκαλούν το πιο επικίνδυνο μέταλλο για την ανθρωπότητα.
Πλουτώνιο: περιγραφή
Στην εμφάνιση είναι ένα ασημί-λευκό μέταλλο. Είναι ραδιενεργό και μπορεί να αναπαρασταθεί με τη μορφή 15 ισοτόπων με διαφορετικούς χρόνους ημιζωής, για παράδειγμα:
- Pu-238 – περίπου 90 χρόνια
- Pu-239 - περίπου 24 χιλιάδες χρόνια
- Pu-240 – 6580 χρόνια
- Pu-241 – 14 ετών
- Pu-242 – 370 χιλιάδες χρόνια
- Pu-244 - περίπου 80 εκατομμύρια χρόνια
Αυτό το μέταλλο δεν μπορεί να εξαχθεί από μετάλλευμα, καθώς είναι προϊόν του ραδιενεργού μετασχηματισμού του ουρανίου.
Πώς λαμβάνεται το πλουτώνιο;
Η παραγωγή πλουτωνίου απαιτεί τη διάσπαση του ουρανίου, η οποία μπορεί να γίνει μόνο σε πυρηνικούς αντιδραστήρες. Αν μιλάμε για την παρουσία του στοιχείου Pu στον φλοιό της γης, τότε για 4 εκατομμύρια τόνους μεταλλεύματος ουρανίου θα υπάρχει μόνο 1 γραμμάριο καθαρού πλουτωνίου. Και αυτό το γραμμάριο σχηματίζεται από τη φυσική σύλληψη νετρονίων από πυρήνες ουρανίου. Έτσι, για να ληφθεί αυτό το πυρηνικό καύσιμο (συνήθως το ισότοπο 239-Pu) σε ποσότητα πολλών κιλών, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί μια πολύπλοκη τεχνολογική διαδικασία σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα.
Ιδιότητες του πλουτωνίου
Το ραδιενεργό μέταλλο πλουτώνιο έχει τις ακόλουθες φυσικές ιδιότητες:
- πυκνότητα 19,8 g/cm 3
- Σημείο τήξεως – 641°C
- σημείο βρασμού – 3232°C
- θερμική αγωγιμότητα (στους 300 K) – 6,74 W/(m K)
Το πλουτώνιο είναι ραδιενεργό, γι' αυτό και είναι ζεστό στην αφή. Επιπλέον, αυτό το μέταλλο χαρακτηρίζεται από τη χαμηλότερη θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Το υγρό πλουτώνιο είναι το πιο παχύρρευστο από όλα τα υπάρχοντα μέταλλα.
Η παραμικρή αλλαγή στη θερμοκρασία του πλουτωνίου οδηγεί σε μια στιγμιαία αλλαγή στην πυκνότητα της ουσίας. Γενικά, η μάζα του πλουτωνίου αλλάζει συνεχώς, αφού οι πυρήνες αυτού του μετάλλου βρίσκονται σε κατάσταση συνεχούς σχάσης σε μικρότερους πυρήνες και νετρόνια. Η κρίσιμη μάζα πλουτωνίου είναι το όνομα που δίνεται στην ελάχιστη μάζα μιας σχάσιμης ουσίας στην οποία η σχάση (πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση) παραμένει δυνατή. Για παράδειγμα, η κρίσιμη μάζα πλουτωνίου για όπλα είναι 11 κιλά (για σύγκριση, η κρίσιμη μάζα ουρανίου υψηλής εμπλουτισμού είναι 52 κιλά).
Το ουράνιο και το πλουτώνιο είναι τα κύρια πυρηνικά καύσιμα. Για τη λήψη πλουτωνίου σε μεγάλες ποσότητες, χρησιμοποιούνται δύο τεχνολογίες:
- ακτινοβολία ουρανίου
- ακτινοβόληση στοιχείων υπερουρανίου που λαμβάνονται από αναλωθέν καύσιμο
Και οι δύο μέθοδοι περιλαμβάνουν τον διαχωρισμό πλουτωνίου και ουρανίου ως αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης.
Για να ληφθεί καθαρό πλουτώνιο-238, χρησιμοποιείται ακτινοβολία νετρονίων του νεπτούνιου-237. Το ίδιο ισότοπο εμπλέκεται στη δημιουργία πλουτωνίου-239 για όπλα· συγκεκριμένα, είναι προϊόν ενδιάμεσης διάσπασης. 1 εκατομμύριο δολάρια είναι η τιμή για 1 κιλό πλουτώνιο-238.
Περιγραφή πλουτωνίου
Πλουτώνιο(Πλουτώνιο) είναι ένα αργυρόχρωμο βαρύ χημικό στοιχείο, ένα ραδιενεργό μέταλλο με ατομικό αριθμό 94, το οποίο ορίζεται στον περιοδικό πίνακα με το σύμβολο Pu.
Αυτό το ηλεκτραρνητικό ενεργό χημικό στοιχείο ανήκει στην ομάδα των ακτινιδών με ατομική μάζα 244,0642 και, όπως το ποσειδώνιο, που έλαβε το όνομά του προς τιμήν του ομώνυμου πλανήτη, αυτό το χημικό οφείλει το όνομά του στον πλανήτη Πλούτωνα, αφού οι προκάτοχοι του ραδιενεργού στοιχείου στον περιοδικό πίνακα χημικών στοιχείων του Mendeleev είναι και το Neptunium, τα οποία ονομάστηκαν επίσης από μακρινούς κοσμικούς πλανήτες του Γαλαξία μας.
Προέλευση πλουτωνίου
Στοιχείο πλουτώνιοανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1940 στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια από μια ομάδα ακτινολόγων και επιστημονικών ερευνητών G. Seaborg, E. McMillan, Kennedy, A. Walch όταν βομβαρδίζουν έναν στόχο ουρανίου από ένα κυκλοτρόνιο με δευτερόνια - βαρείς πυρήνες υδρογόνου.
Τον Δεκέμβριο του ίδιου έτους, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ισότοπο πλουτωνίου– Pu-238, ο χρόνος ημιζωής του οποίου είναι πάνω από 90 χρόνια, και διαπιστώθηκε ότι υπό την επίδραση πολύπλοκων πυρηνικών χημικών αντιδράσεων παράγεται αρχικά το ισότοπο Neptunium-238, μετά το οποίο έχει ήδη σχηματιστεί το ισότοπο πλουτώνιο-238.
Στις αρχές του 1941, οι επιστήμονες ανακάλυψαν πλουτώνιο 239με περίοδο φθοράς 25.000 ετών. Τα ισότοπα του πλουτωνίου μπορεί να έχουν διαφορετική περιεκτικότητα νετρονίων στον πυρήνα.
Μια καθαρή ένωση του στοιχείου ελήφθη μόλις στα τέλη του 1942. Κάθε φορά που οι ακτινολόγοι ανακάλυπταν ένα νέο ισότοπο, πάντα μετρούσαν τον χρόνο ημιζωής των ισοτόπων.
Προς το παρόν, τα ισότοπα πλουτωνίου, από τα οποία είναι συνολικά 15, διαφέρουν ως προς τη χρονική διάρκεια ημιζωή. Με αυτό το στοιχείο συνδέονται μεγάλες ελπίδες και προοπτικές, αλλά ταυτόχρονα και σοβαροί φόβοι για την ανθρωπότητα.
Το πλουτώνιο έχει σημαντικά μεγαλύτερη δραστηριότητα από, για παράδειγμα, το ουράνιο και είναι μια από τις πιο ακριβές τεχνικά σημαντικές και σημαντικές ουσίες χημικής φύσης.
Για παράδειγμα, το κόστος ενός γραμμαρίου πλουτωνίου είναι αρκετές φορές μεγαλύτερο από ένα γραμμάριο ή άλλα εξίσου πολύτιμα μέταλλα.
Η παραγωγή και η εξόρυξη πλουτωνίου θεωρείται δαπανηρή και το κόστος ενός γραμμαρίου μετάλλου στην εποχή μας παραμένει με σιγουριά περίπου στα 4.000 δολάρια ΗΠΑ.
Πώς λαμβάνεται το πλουτώνιο; Παραγωγή πλουτωνίου
Η παραγωγή του χημικού στοιχείου λαμβάνει χώρα σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, μέσα στους οποίους το ουράνιο διασπάται υπό την επίδραση πολύπλοκων χημικών και τεχνολογικών διαδικασιών.
Το ουράνιο και το πλουτώνιο είναι τα κύρια, κύρια συστατικά στην παραγωγή ατομικού (πυρηνικού) καυσίμου.
Εάν είναι απαραίτητο να ληφθεί μεγάλη ποσότητα ραδιενεργού στοιχείου, χρησιμοποιείται η μέθοδος ακτινοβόλησης υπερουρανικών στοιχείων, η οποία μπορεί να ληφθεί από αναλωθέν πυρηνικό καύσιμο και ακτινοβολία ουρανίου. Οι σύνθετες χημικές αντιδράσεις επιτρέπουν στο μέταλλο να διαχωριστεί από το ουράνιο.
Για τη λήψη ισοτόπων, δηλαδή το πλουτώνιο-238 και το πλουτώνιο-239 για όπλα, τα οποία είναι προϊόντα ενδιάμεσης διάσπασης, χρησιμοποιείται ακτινοβολία του νεπτούνιου-237 με νετρόνια.
Ένα μικροσκοπικό κλάσμα πλουτωνίου-244, το οποίο είναι το μακροβιότερο ισότοπο λόγω της μεγάλης ημιζωής του, ανακαλύφθηκε στο μετάλλευμα δημητρίου, το οποίο πιθανότατα διατηρείται από το σχηματισμό του πλανήτη μας Γη. Αυτό το ραδιενεργό στοιχείο δεν υπάρχει φυσικά στη φύση.
Βασικές φυσικές ιδιότητες και χαρακτηριστικά του πλουτωνίου
Το πλουτώνιο είναι ένα αρκετά βαρύ ραδιενεργό χημικό στοιχείο με ασημί χρώμα που λάμπει μόνο όταν καθαρίζεται. Πυρηνικός μάζα μεταλλικού πλουτωνίουίσο με 244 α. τρώω.
Λόγω της υψηλής ραδιενέργειας του, αυτό το στοιχείο είναι ζεστό στην αφή και μπορεί να θερμανθεί σε θερμοκρασία που υπερβαίνει τη θερμοκρασία βρασμού του νερού.
Το πλουτώνιο, υπό την επίδραση των ατόμων οξυγόνου, γρήγορα σκουραίνει και καλύπτεται με μια ιριδίζουσα λεπτή μεμβράνη αρχικά ανοιχτού κίτρινου και στη συνέχεια μια πλούσια ή καφέ απόχρωση.
Με ισχυρή οξείδωση, ο σχηματισμός σκόνης PuO2 εμφανίζεται στην επιφάνεια του στοιχείου. Αυτός ο τύπος χημικού μετάλλου υπόκειται σε ισχυρές διαδικασίες οξείδωσης και διάβρωσης ακόμη και σε χαμηλά επίπεδα υγρασίας.
Για να αποφευχθεί η διάβρωση και η οξείδωση της μεταλλικής επιφάνειας, απαιτείται εγκατάσταση στεγνώματος. Φωτογραφία του πλουτωνίουμπορείτε να δείτε παρακάτω.
Το πλουτώνιο είναι ένα τετρασθενές χημικό μέταλλο· διαλύεται καλά και γρήγορα σε υδροϊωδικές ουσίες και όξινα περιβάλλοντα, για παράδειγμα, στο χλωρικό οξύ.
Τα άλατα μετάλλων εξουδετερώνονται γρήγορα σε περιβάλλοντα με ουδέτερη αντίδραση, αλκαλικά διαλύματα, ενώ σχηματίζουν αδιάλυτο υδροξείδιο του πλουτωνίου.
Η θερμοκρασία στην οποία λιώνει το πλουτώνιο είναι 641 βαθμοί Κελσίου, το σημείο βρασμού είναι 3230 βαθμοί.
Υπό την επίδραση των υψηλών θερμοκρασιών, συμβαίνουν αφύσικες αλλαγές στην πυκνότητα του μετάλλου. Στη μορφή του, το πλουτώνιο έχει διάφορες φάσεις και έχει έξι κρυσταλλικές δομές.
Κατά τη μετάβαση μεταξύ των φάσεων, συμβαίνουν σημαντικές αλλαγές στον όγκο του στοιχείου. Το στοιχείο αποκτά την πιο πυκνή του μορφή στην έκτη άλφα φάση (το τελευταίο στάδιο της μετάβασης), ενώ τα μόνα βαρύτερα από το μέταλλο σε αυτή την κατάσταση είναι το ποσειδώνιο και το ράδιο.
Όταν λιώσει, το στοιχείο υφίσταται ισχυρή συμπίεση, έτσι το μέταλλο μπορεί να επιπλέει στην επιφάνεια του νερού και άλλων μη επιθετικών υγρών μέσων.
Παρά το γεγονός ότι αυτό το ραδιενεργό στοιχείο ανήκει στην ομάδα των χημικών μετάλλων, το στοιχείο είναι αρκετά πτητικό και όταν βρίσκεται σε κλειστό χώρο για σύντομο χρονικό διάστημα, η συγκέντρωσή του στον αέρα αυξάνεται αρκετές φορές.
Οι κύριες φυσικές ιδιότητες του μετάλλου περιλαμβάνουν: χαμηλό βαθμό, επίπεδο θερμικής αγωγιμότητας όλων των υπαρχόντων και γνωστών χημικών στοιχείων, χαμηλό επίπεδο ηλεκτρικής αγωγιμότητας· σε υγρή κατάσταση, το πλουτώνιο είναι ένα από τα πιο παχύρρευστα μέταλλα.
Αξίζει να σημειωθεί ότι οποιεσδήποτε ενώσεις πλουτωνίου είναι τοξικές, δηλητηριώδεις και αποτελούν σοβαρό κίνδυνο ακτινοβολίας για το ανθρώπινο σώμα, η οποία οφείλεται στην ενεργό ακτινοβολία άλφα, επομένως όλες οι εργασίες πρέπει να εκτελούνται με τη μέγιστη προσοχή και μόνο με ειδικές στολές με χημική προστασία .
Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για τις ιδιότητες και τις θεωρίες της προέλευσης ενός μοναδικού μετάλλου στο βιβλίο Ομπρούτσεφ "Πλουτωνία"" Συγγραφέας V.A. Ο Obruchev προσκαλεί τους αναγνώστες να βουτήξουν στον εκπληκτικό και μοναδικό κόσμο της φανταστικής χώρας της Πλουτωνίας, που βρίσκεται βαθιά στα έγκατα της Γης.
Εφαρμογές πλουτωνίου
Το βιομηχανικό χημικό στοιχείο ταξινομείται συνήθως σε πλουτώνιο ποιότητας όπλων και βαθμού αντιδραστήρα ("ενεργειακής ποιότητας").
Έτσι, για την παραγωγή πυρηνικών όπλων, όλων των υπαρχόντων ισοτόπων, επιτρέπεται η χρήση μόνο πλουτωνίου 239, το οποίο δεν πρέπει να περιέχει περισσότερο από 4,5% πλουτώνιο 240, καθώς υπόκειται σε αυθόρμητη σχάση, η οποία περιπλέκει σημαντικά την παραγωγή στρατιωτικών βλημάτων .
Πλουτώνιο-238χρησιμοποιείται για τη λειτουργία πηγών ηλεκτρικής ενέργειας ραδιοϊσοτόπων μικρού μεγέθους, για παράδειγμα, ως πηγή ενέργειας για διαστημική τεχνολογία.
Πριν από αρκετές δεκαετίες, το πλουτώνιο χρησιμοποιήθηκε στην ιατρική σε βηματοδότες (συσκευές για τη διατήρηση του καρδιακού ρυθμού).
Η πρώτη ατομική βόμβα που δημιουργήθηκε στον κόσμο είχε φορτίο πλουτωνίου. Πυρηνικό πλουτώνιο(Pu 239) είναι σε ζήτηση ως πυρηνικό καύσιμο για τη διασφάλιση της λειτουργίας των αντιδραστήρων ισχύος. Αυτό το ισότοπο χρησιμεύει επίσης ως πηγή για την παραγωγή στοιχείων μεταπλουτωνίου σε αντιδραστήρες.
Εάν συγκρίνουμε το πυρηνικό πλουτώνιο με το καθαρό μέταλλο, το ισότοπο έχει υψηλότερες μεταλλικές παραμέτρους και δεν έχει μεταβατικές φάσεις, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως στη διαδικασία λήψης στοιχείων καυσίμου.
Τα οξείδια του ισοτόπου Plutonium 242 είναι επίσης σε ζήτηση ως πηγή ενέργειας για διαστημικές θανατηφόρες μονάδες, εξοπλισμό και ράβδους καυσίμου.
Πλουτώνιο για όπλαείναι ένα στοιχείο που παρουσιάζεται με τη μορφή συμπαγούς μετάλλου που περιέχει τουλάχιστον το 93% του ισοτόπου Pu239.
Αυτός ο τύπος ραδιενεργού μετάλλου χρησιμοποιείται στην παραγωγή διαφόρων τύπων πυρηνικών όπλων.
Το πλουτώνιο ποιότητας όπλων παράγεται σε εξειδικευμένους βιομηχανικούς πυρηνικούς αντιδραστήρες που λειτουργούν με φυσικό ή χαμηλού εμπλουτισμού ουράνιο ως αποτέλεσμα της δέσμευσης νετρονίων.
Το πλουτώνιο ανακαλύφθηκε στα τέλη του 1940 στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. Συντέθηκε από τους McMillan, Kennedy και Wahl βομβαρδίζοντας οξείδιο του ουρανίου (U 3 O 8) με πυρήνες δευτερίου (δευτέρια) πολύ επιταχυνόμενους σε ένα κυκλοτρόνιο. Αργότερα διαπιστώθηκε ότι αυτή η πυρηνική αντίδραση παράγει αρχικά το βραχύβιο ισότοπο neptunium-238, και από αυτό το πλουτώνιο-238 με χρόνο ημιζωής περίπου 50 χρόνια. Ένα χρόνο αργότερα, οι Kennedy, Seaborg, Segre και Wahl συνέθεσαν ένα πιο σημαντικό ισότοπο, το πλουτώνιο-239, ακτινοβολώντας ουράνιο με εξαιρετικά επιταχυνόμενα νετρόνια σε ένα κυκλοτρόνιο. Το πλουτώνιο-239 σχηματίζεται από τη διάσπαση του ποσειδώνιου-239. εκπέμπει ακτίνες άλφα και έχει χρόνο ημιζωής 24.000 χρόνια. Η καθαρή ένωση πλουτωνίου ελήφθη για πρώτη φορά το 1942. Στη συνέχεια έγινε γνωστό ότι υπήρχε φυσικό πλουτώνιο που βρέθηκε στα μεταλλεύματα ουρανίου, ιδιαίτερα σε μεταλλεύματα που εναποτέθηκαν στο Κονγκό.
Το όνομα του στοιχείου προτάθηκε το 1948: ο ΜακΜίλαν ονόμασε το πρώτο υπερουρανικό στοιχείο νεπτούνιο λόγω του γεγονότος ότι ο πλανήτης Ποσειδώνας είναι ο πρώτος πέρα από τον Ουρανό. Κατ' αναλογία, αποφάσισαν να ονομάσουν το στοιχείο 94 πλουτώνιο, αφού ο πλανήτης Πλούτωνας είναι δεύτερος μετά τον Ουρανό. Ο Πλούτωνας, που ανακαλύφθηκε το 1930, έλαβε το όνομά του από το όνομα του θεού Πλούτωνα, του κυβερνήτη του κάτω κόσμου στην ελληνική μυθολογία. Στις αρχές του 19ου αι. Ο Κλαρκ πρότεινε να ονομαστεί το στοιχείο βάριο πλουτώνιο, βγάζοντας αυτό το όνομα απευθείας από το όνομα του θεού Πλούτωνα, αλλά η πρότασή του δεν έγινε δεκτή.
Υπάρχουν 15 γνωστά ισότοπα πλουτωνίου. Το πιο σημαντικό από αυτά είναι το Pu-239 με χρόνο ημιζωής 24.360 χρόνια. Το ειδικό βάρος του πλουτωνίου είναι 19,84 σε θερμοκρασία 25°C. Το μέταλλο αρχίζει να λιώνει σε θερμοκρασία 641°C και βράζει στους 3232°C. Το σθένος του είναι 3, 4, 5 ή 6.
Το μέταλλο έχει μια ασημί απόχρωση και γίνεται κίτρινο όταν εκτίθεται στο οξυγόνο. Το πλουτώνιο είναι ένα χημικά αντιδραστικό μέταλλο και διαλύεται εύκολα σε πυκνό υδροχλωρικό οξύ, υπερχλωρικό οξύ και υδροϊωδικό οξύ. Κατά τη διάσπαση, το μέταλλο απελευθερώνει θερμική ενέργεια.
Το πλουτώνιο είναι το δεύτερο υπερουρανικό ακτινίδιο που ανακαλύφθηκε. Στη φύση, αυτό το μέταλλο μπορεί να βρεθεί σε μικρές ποσότητες στα μεταλλεύματα ουρανίου.
Το πλουτώνιο είναι δηλητηριώδες και απαιτεί προσεκτικό χειρισμό. Το πιο σχάσιμο ισότοπο του πλουτωνίου έχει χρησιμοποιηθεί ως πυρηνικό όπλο. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε σε βόμβα που έπεσε στην ιαπωνική πόλη Ναγκασάκι.
Αυτό είναι ένα ραδιενεργό δηλητήριο που συσσωρεύεται στο μυελό των οστών. Αρκετά ατυχήματα, μερικά θανατηφόρα, συνέβησαν ενώ πειραματίζονταν σε ανθρώπους για να μελετήσουν το πλουτώνιο. Είναι σημαντικό το πλουτώνιο να μην φτάσει σε κρίσιμη μάζα. Σε διάλυμα, το πλουτώνιο σχηματίζει μια κρίσιμη μάζα πιο γρήγορα από ό,τι στη στερεή κατάσταση.
Ο ατομικός αριθμός 94 σημαίνει ότι όλα τα άτομα πλουτωνίου είναι 94. Στον αέρα, το πλουτώνιο σχηματίζεται στην επιφάνεια του μετάλλου. Αυτό το οξείδιο είναι πυροφορικό, έτσι το πλουτώνιο που σιγοκαίει θα τρεμοπαίζει σαν τέφρα.
Υπάρχουν έξι αλλοτροπικές μορφές πλουτωνίου. Η έβδομη μορφή εμφανίζεται στο υψηλό .
Σε ένα υδατικό διάλυμα, το πλουτώνιο αλλάζει χρώμα. Διάφορες αποχρώσεις εμφανίζονται στην επιφάνεια του μετάλλου καθώς οξειδώνεται. Η διαδικασία οξείδωσης είναι ασταθής και το χρώμα του πλουτωνίου μπορεί να αλλάξει ξαφνικά.
Σε αντίθεση με τις περισσότερες ουσίες, το πλουτώνιο γίνεται πιο πυκνό όταν λιώσει. Στην τετηγμένη κατάσταση αυτό το στοιχείο είναι πιο ισχυρό από άλλα μέταλλα.
Το μέταλλο χρησιμοποιείται σε ραδιενεργά ισότοπα σε θερμοηλεκτρικές γεννήτριες που τροφοδοτούν τα διαστημόπλοια. Χρησιμοποιείται στην παραγωγή ηλεκτρονικών καρδιακών διεγερτών.
Η εισπνοή ατμού πλουτωνίου είναι επικίνδυνη για την υγεία. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτό μπορεί να προκαλέσει καρκίνο του πνεύμονα. Το εισπνεόμενο πλουτώνιο έχει μεταλλική γεύση.
| Πλουτώνιο | |
|---|---|
| Ατομικός αριθμός | 94 |
| Εμφάνιση απλής ουσίας | |
| Ιδιότητες του ατόμου | |
| Ατομική μάζα (μοριακή μάζα) |
244,0642 α. π.μ. (/mol) |
| Ατομική ακτίνα | 151 μ.μ |
| Ενέργεια ιονισμού (πρώτο ηλεκτρόνιο) |
491,9 (5,10) kJ/mol (eV) |
| Ηλεκτρονική διαμόρφωση | 5f 6 7s 2 |
| Χημικές ιδιότητες | |
| Ομοιοπολική ακτίνα | α/α μ.μ |
| Ακτίνα ιόντων | (+4e) 93 (+3e) 108 μ.μ |
| Ηλεκτραρνητικότητα (σύμφωνα με τον Pauling) |
1,28 |
| Δυναμικό ηλεκτροδίου | Pu←Pu 4+ -1,25V Pu←Pu 3+ -2,0V Pu←Pu 2+ -1,2V |
| Καταστάσεις οξείδωσης | 6, 5, 4, 3 |
| Θερμοδυναμικές ιδιότητες μιας απλής ουσίας | |
| Πυκνότητα | 19,84 /cm³ |
| Μοριακή θερμοχωρητικότητα | 32,77 J/(mol) |
| Θερμική αγωγιμότητα | (6.7) W/( ·) |
| Θερμοκρασία τήξης | 914 |
| Θερμότητα τήξης | 2,8 kJ/mol |
| Θερμοκρασία βρασμού | 3505 |
| Θερμότητα εξάτμισης | 343,5 kJ/mol |
| Μοριακός όγκος | 12,12 cm³/mol |
| Κρυσταλλικό πλέγμα απλής ουσίας | |
| Δομή δικτυώματος | μονοκλινική |
| Παράμετροι πλέγματος | a=6,183 b=4,822 c=10,963 β=101,8 |
| αναλογία γ/α | — |
| Θερμοκρασία Debye | 162 |
Πλουτώνιο- ένα ραδιενεργό χημικό στοιχείο της ομάδας ακτινιδών, που χρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή πυρηνικά όπλα(το λεγόμενο «πλουτώνιο ποιότητας όπλων»), και επίσης (πειραματικά) ως πυρηνικό καύσιμο για πυρηνικούς αντιδραστήρες για πολιτικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Το πρώτο τεχνητό στοιχείο που ελήφθη σε ποσότητες διαθέσιμες για ζύγιση (1942).
Ο πίνακας στα δεξιά δείχνει τις κύριες ιδιότητες του α-Pu, την κύρια αλλοτροπική τροποποίηση του πλουτωνίου σε θερμοκρασία δωματίου και κανονική πίεση.
Ιστορία του πλουτωνίου
Το ισότοπο πλουτωνίου 238 Pu παρήχθη για πρώτη φορά τεχνητά στις 23 Φεβρουαρίου 1941 από μια ομάδα Αμερικανών επιστημόνων με επικεφαλής τον Glenn Seaborg ακτινοβολώντας πυρήνες ουράνιοδευτερόνια. Είναι αξιοσημείωτο ότι μόνο μετά την τεχνητή παραγωγή ανακαλύφθηκε το πλουτώνιο στη φύση: σε αμελητέες ποσότητες, 239 Pu βρίσκεται συνήθως στα μεταλλεύματα ουρανίου ως προϊόν του ραδιενεργού μετασχηματισμού του ουρανίου.
Εύρεση πλουτωνίου στη φύση
Στα μεταλλεύματα ουρανίου, ως αποτέλεσμα της δέσμευσης νετρονίων (για παράδειγμα, νετρονίων από την κοσμική ακτινοβολία) από πυρήνες ουρανίου, ποσειδώνιο(239 Np), το προϊόν β-διάσπασης του οποίου είναι το φυσικό πλουτώνιο-239. Ωστόσο, το πλουτώνιο σχηματίζεται σε τέτοιες μικροσκοπικές ποσότητες (0,4-15 μέρη Pu ανά 10 12 μέρη U) που αποκλείεται η εξόρυξή του από μεταλλεύματα ουρανίου.
προέλευση του ονόματοςπλουτώνιο
Το 1930, ο αστρονομικός κόσμος ενθουσιάστηκε από υπέροχα νέα: είχε ανακαλυφθεί ένας νέος πλανήτης, για την ύπαρξη του οποίου είχε μιλήσει εδώ και καιρό ο Percival Lovell, ένας αστρονόμος, μαθηματικός και συγγραφέας φανταστικών δοκιμίων για τη ζωή στον Άρη. Βασισμένο σε πολυετή παρατηρήσεις κινήσεων ΟυρανόςΚαι ΠοσειδώναςΟ Lovell κατέληξε στο συμπέρασμα ότι πέρα από τον Ποσειδώνα στο ηλιακό σύστημα θα έπρεπε να υπάρχει ένας άλλος, ένατος πλανήτης, σαράντα φορές πιο μακριά από τον Ήλιο από τη Γη.
Αυτός ο πλανήτης, τα τροχιακά στοιχεία του οποίου υπολόγισε ο Lovell το 1915, ανακαλύφθηκε σε φωτογραφίες που τραβήχτηκαν στις 21, 23 και 29 Ιανουαρίου 1930 από τον αστρονόμο K. Tombaugh στο Παρατηρητήριο Flagstaff ( ΗΠΑ) . Ο πλανήτης ονομάστηκε Πλούτων. Το 94ο στοιχείο, που ελήφθη τεχνητά στα τέλη του 1940 από πυρήνες, πήρε το όνομά του από αυτόν τον πλανήτη, που βρίσκεται στο ηλιακό σύστημα πέρα από τον Ποσειδώνα. άτομα ουράνιομια ομάδα Αμερικανών επιστημόνων με επικεφαλής τον G. Seaborg.
Φυσικές ιδιότητεςπλουτώνιο
Υπάρχουν 15 ισότοπα πλουτωνίου - Τα ισότοπα με μαζικούς αριθμούς από 238 έως 242 παράγονται στις μεγαλύτερες ποσότητες:
238 Pu -> (χρόνος ημιζωής 86 χρόνια, διάσπαση άλφα) -> 234 U,
Αυτό το ισότοπο χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά σε RTG για διαστημικούς σκοπούς, για παράδειγμα, σε όλα τα οχήματα που έχουν πετάξει πέρα από την τροχιά του Άρη.
239 Pu -> (χρόνος ημιζωής 24.360 χρόνια, διάσπαση άλφα) -> 235 U,
Αυτό το ισότοπο είναι πιο κατάλληλο για την κατασκευή πυρηνικών όπλων και ταχέων πυρηνικών αντιδραστήρων νετρονίων.
240 Pu -> (ημιζωή 6580 έτη, διάσπαση άλφα) -> 236 U, 241 Pu -> (διάρκεια ημιζωής 14,0 έτη, αποσύνθεση βήτα) -> 241 Am, 242 Pu -> (διάρκεια ημιζωής 370.000 χρόνια, άλφα -σήψη) -> 238 U
Αυτά τα τρία ισότοπα δεν έχουν σοβαρή βιομηχανική σημασία, αλλά λαμβάνονται ως παραπροϊόντα όταν παράγεται ενέργεια σε πυρηνικούς αντιδραστήρες με χρήση ουρανίου, μέσω της διαδοχικής δέσμευσης πολλών νετρονίων από πυρήνες ουρανίου-238. Το ισότοπο 242 μοιάζει περισσότερο σε πυρηνικές ιδιότητες με το ουράνιο-238. Το Americium-241, που παρήχθη από τη διάσπαση του ισοτόπου 241, χρησιμοποιήθηκε σε ανιχνευτές καπνού.
Το πλουτώνιο είναι ενδιαφέρον επειδή υφίσταται μεταβάσεις έξι φάσεων από τη θερμοκρασία στερεοποίησης σε θερμοκρασία δωματίου, περισσότερο από οποιοδήποτε άλλο χημικό στοιχείο. Με το τελευταίο, η πυκνότητα αυξάνεται απότομα κατά 11%, με αποτέλεσμα τα χυτά πλουτωνίου να ραγίζουν. Η άλφα φάση είναι σταθερή σε θερμοκρασία δωματίου, τα χαρακτηριστικά της οποίας δίνονται στον πίνακα. Για εφαρμογή, η φάση δέλτα, η οποία έχει χαμηλότερη πυκνότητα, και ένα κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα είναι πιο βολικό. Το πλουτώνιο στη φάση δέλτα είναι πολύ όλκιμο, ενώ η φάση άλφα είναι εύθραυστη. Για τη σταθεροποίηση του πλουτωνίου στη φάση δέλτα, χρησιμοποιείται ντόπινγκ με τρισθενή μέταλλα (το γάλλιο χρησιμοποιήθηκε στα πρώτα πυρηνικά φορτία).
Εφαρμογές πλουτωνίου
Η πρώτη πυρηνική συσκευή με βάση το πλουτώνιο πυροδοτήθηκε στις 16 Ιουλίου 1945 στο χώρο δοκιμών Alamogordo (δοκιμή με την κωδική ονομασία Trinity).
Βιολογικός ρόλος του πλουτωνίου
Το πλουτώνιο είναι πολύ τοξικό. Η μέγιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση για 239 Pu σε ανοιχτά υδάτινα σώματα και στον αέρα των χώρων εργασίας είναι 81,4 και 3,3 * 10 −5 Bq/l, αντίστοιχα. Τα περισσότερα ισότοπα πλουτωνίου έχουν υψηλή πυκνότητα ιονισμού και μικρό μήκος διαδρομής σωματιδίων, επομένως η τοξικότητά του δεν οφείλεται τόσο στις χημικές του ιδιότητες (το πλουτώνιο μάλλον δεν είναι πιο τοξικό από αυτή την άποψη από άλλα βαρέα μέταλλα), αλλά μάλλον στο ιονιστικό αποτέλεσμα στους γύρω ιστούς του σώματος. Το πλουτώνιο ανήκει σε μια ομάδα στοιχείων με ιδιαίτερα υψηλή ραδιοτοξικότητα. Στο σώμα, το πλουτώνιο παράγει μεγάλες μη αναστρέψιμες αλλαγές στον σκελετό, το συκώτι, τη σπλήνα, τα νεφρά και προκαλεί καρκίνο. Η μέγιστη επιτρεπόμενη περιεκτικότητα σε πλουτώνιο στο σώμα δεν πρέπει να υπερβαίνει τα δέκατα του μικρογραμμαρίου.
Έργα τέχνης που σχετίζονται με το θέμαπλουτώνιο
- Το πλουτώνιο χρησιμοποιήθηκε για τη μηχανή De Lorean DMC-12 στην ταινία Back to the Future ως καύσιμο για έναν συσσωρευτή ροής για να ταξιδέψει στο μέλλον ή στο παρελθόν.
— Η γόμωση της ατομικής βόμβας που πυροδοτήθηκε από τρομοκράτες στο Ντένβερ των ΗΠΑ, στο «Όλοι οι φόβοι του κόσμου» του Tom Clancy ήταν κατασκευασμένη από πλουτώνιο.
— Kenzaburo Oe "Notes of a Pinch Runner"
— Το 2006, η Beacon Pictures κυκλοφόρησε την ταινία Plutonium-239 ( "Pu-239")
