плутоний

ПЛУТО́НИЙ -я; м. Химический элемент (Pu), радиоактивный серебристо-белый металл, относящийся к актиноидам (получается искусственным путём; используется в ядерной энергетике как сырьё для получения ядерного топлива). Оружейный п. (использующийся в атомном оружии).

◁ Плуто́ниевый, -ая, -ое. П-ая бомба. П-ая пушка (с направленным пучком радиоактивности).

* * *

плуто́ний

(лат. Plutonium), химический элемент III группы периодической системы, относится к актиноидам. Радиоактивен; наиболее устойчивый изотоп ²⁴⁴Pu (период полураспада 8,05·10⁷ лет). Название от планеты Плутон. Серебристо-белый металл; плотность 19,8 г/см³, t_пл 640°C. В ничтожных количествах содержится в урановых рудах. Получаемый в ядерных реакторах изотоп ²³⁹Pu (наряду с ураном) — важнейшее ядерное горючее.

* * *

ПЛУТОНИЙ

ПЛУТО́НИЙ (лат. Plutonium, от названия планеты Плутон), Pu (читается «плутоний»), радиоактивный искусственно полученный химический элемент, атомный номер 94. Стабильных нуклидов не имеет. Относится к актиноидам, расположен в IIIB группе, в 7 периоде периодической системы. Электронная конфигурация трех внешних слоев невозбужденного атома 5s²p⁶d¹⁰f⁶6s²p⁶7s². В соединениях проявляет степени окисления +3 , +4 (наиболее устойчива), +5, +6 и +7 (валентности III, IV, V, VI и VII).
Радиус нейтрального атома Pu 0,160 нм, ионов Pu³⁺ 0,0974 нм, Pu⁴⁺ 0,0896 нм, Pu ⁵⁺ 0,087 нм, Pu ⁶⁺0,081 нм. Энергия ионизации нейтрального атома 5,71 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,2.
История открытия
Впервые Pu получили в 1940 американские исследователи Г. Сиборг (см. СИБОРГ Гленн Теодор) , Э. М. Макмилан (см. МАКМИЛЛАН Эдвин Маттисон) , Дж. Кеннеди и А. Валь облучением ²³⁸U разогнанными на ускорителе ядрами дейтерия (см. ДЕЙТЕРИЙ):
²³⁸₉₂U + ²₁H = ²³⁸₉₃Np + 2¹n.
Образующийся ²³⁸Np за счет быстрого b-превращения (Т_1/2 2,117 сут) дает ²³⁸Pu (a-радиоактивен, Т_1/2 87,74 года). Из опасения создания ядерного оружия в годы Вޑސ٠мировой войны сведения о получении плутония были опубликовали только в 1946. В 1942 американские физики получили ²³⁹Pu облучением нейтронами ²³⁸U. К настоящему времени получены 15 изотопов Pu с массовыми числами 232—246. Наиболее устойчивы ²⁴⁴Pu (a-распад, Т_1/2 = 8,26.10⁷ лет) и ²⁴²Pu (a-распад, Т_1/2 = 3,76.10⁵ лет).
Нахождение в природе
В природе встречается в ничтожных количествах в урановых рудах (²³⁹Pu), он образуется из урана под действием нейтронов, источником которых является спонтанное деление ядер U и космическое излучение.
Получение
В настоящее время плутоний (его радионуклид ²³⁹Pu в смеси с небольшой примесью ²⁴⁰Pu) получают из продуктов облучения урана в ядерных реакторах. При отделении плутония от урана и нептуния используют различия в устойчивости степеней окисления +4, +5 и +6 для Pu (наиболее устойчив в растворе в степени окисления +4), Np (наиболее устойчив в растворе в степени окисления +5) и U (наиболее устойчив в растворе в степени окисления +6). Мировое производство плутония составляет несколько десятков тонн в год.
Для получения металлического плутония тетрафторид PuF₄ или трихлорид плутония PuCl₃ восстанавливают магнием или кальцием при нагревании:
PuF₄ + 2Са = 2СаF₂ + Pu
Физические и химические свойства
Плутоний — хрупкий серебристый металл.
До температуры плавления, 640°C, существует в шести полиморфных модификациях: a, b, g, d, d" (иногда обозначается h) и e. Каждое полиморфное превращение сопровождается перестройкой атомов плутония в кристаллической решетке и изменением плотности (кроме превращения модификаций d d"). При 320—480°C плутоний не расширяется, как другие металлы, а сжимается.
Устойчивая при температурах до 122°C a-модификация имеет моноклинную решетку, с а = 0,6183 нм, в = 0,4822 нм и с = 0,1,096 нм, угол 101,79°. Плотность Pu при 20°C 19,86 кг/дм³. Температура кипения 3352°C.
Компактный плутоний медленно окисляется на воздухе, порошок загорается при нагревании до 300°C. Медленно взаимодействует с водой. Легко растворяется в соляной, фосфорной и хлорной кислотах, пассивируется концентрированными серной, уксусной и азотной кислотами. В щелочах не растворяется.
При прокаливании на воздухе соединений плутония (кроме фторида) образуется диоксид PuO₂. Восстановление водородом при нагревании или нагревание диоксида в вакууме дает Pu₂O₃. Получены оксиды плутония переменных составов PuO₂-Pu₂O₃.
Плутоний реагирует с галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ). С фтором образует фториды PuF₆, PuF₄, PuF₃. Для остальных галогенов получены тригалогениды составов PuX₃. Получены также оксигалогениды составов PuOX и соединения Pu с S,P, Si и другими неметаллами.
В кислых водных растворах Pu существует в виде катионов Pu³⁺(цвет в растворе сине-фиолетовый), Pu⁴⁺(цвет желто-коричневый), PuО₂^+?, плутоноил-ион (цвет светло-розовый), PuО₂²⁺, плутонил-ион (цвет розово-оранжевый). Для ионов Pu⁴⁺ и PuО₂⁺ в растворах характерны реакции диспропорционирования:
3Pu⁴⁺ + 2Н₂О = 2Pu³⁺ + PuО₂²⁺ +4Н⁺
2PuО₂⁺ + 4Н⁺ = Pu⁴⁺ + PuО₂²⁺ + Н₂О
Плутоний в степени окисления +7 впервые получили в 1967 советские химики Н. Н.Крот и А. Д.Гельман окислением PuО₂²⁺ озоном в щелочной среде.
Плутоний в степени окисления +4 в растворах образует устойчивые комплексы с разными лигандами (см. ЛИГАНДЫ) (с ацетилацетонатом, цитратом, ацетатом).
При действии щелочей на растворы, содержащие Pu⁴⁺, выпадает осадок гидроксида плутония Pu(OH)₄·xH₂O, обладающий основными свойствами. При действии щелочей на растворы солей, содержащих PuO₂⁺, выпадает амфотерный гидроксид PuO₂OH. Ему отвечают соли — плутониты, например, Na₂Pu₂O₆.
При добавлении щелочи к раствору соли Pu(VI) образуются соли плутониевых кислот плутонаты типа Na₂PuO₄ и полиплутонаты.
Стандартный окислительный потенциал пары Pu(IV)/Pu(III) +0,982 B, пары Pu(V)/Pu(IV) +1,170 B, пары Pu(VI)/Pu(IV) +1,043 B, пары Pu(VI)/Pu(III) +1,023 B.
Применение
²³⁹Pu используют в качестве ядерного горючего в ядерных реакторах, при изготовлении плутониевых бомб. Критическая масса ²³⁹Pu в виде металла составляет 5,6 килограмм. Изотоп ²³⁹Pu является исходным веществом для получения в ядерных реакторах трансплутониевых элементов (америция (см. АМЕРИЦИЙ), кюрия (см. КЮРИЙ)).
²³⁸Pu используют в малогабаритных ядерных источниках электрического тока, используемых в космических исследованиях и стимуляторах сердечной деятельности.
Физиологическое действие
Плутоний и его соединения высокотоксичны. Для ²³⁹Pu ПДК в воздухе рабочих помещений 3,3·10^-2 Бк/м³, в воде открытых водоемов 8,14·10^-4 Бк/л.