- Плутониум
-
Плутоний (Pu) Атомный номер 94 Внешний вид простого вещества 
Свойства атома Атомная масса
(молярная масса)244,0642 а. е. м. (г/моль) Радиус атома 151 пм Энергия ионизации
(первый электрон)491,9(5,10) кДж/моль (эВ) Электронная конфигурация [Rn] 5f6 7s2 Химические свойства Ковалентный радиус n/a пм Радиус иона (+4e) 93 (+3e) 108 пм Электроотрицательность
(по Полингу)1,28 Электродный потенциал Pu←Pu4+ -1,25В
Pu←Pu3+ -2,0В
Pu←Pu2+ -1,2ВСтепени окисления 6, 5, 4, 3 Термодинамические свойства простого вещества Плотность 19,84 г/см³ Удельная теплоёмкость n/a Дж/(K·моль) Теплопроводность (6,7) Вт/(м·K) Температура плавления 914 K Теплота плавления 2,8 кДж/моль Температура кипения 3505 K Теплота испарения 343,5 кДж/моль Молярный объём n/a см³/моль Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки моноклинная Период решётки n/a Å Отношение c/a n/a Температура Дебая n/a K Плуто́ний — радиоактивный химический элемент группы актиноидов, широко использовавшийся в производстве ядерного оружия (т. н. «оружейный плутоний»), а также (экспериментально) в качестве ядерного топлива для атомных реакторов гражданского и исследовательского назначения. Первый искусственный элемент, полученный в доступных для взвешивания количествах (1942 г.).
В таблице справа приведены основные свойства α-Pu — основной аллотропной модификации плутония при комнатной температуре и нормальном давлении.
Содержание
История
Изотоп плутония 238Pu впервые искусственно получен 23.02.1941 года группой американских ученых во главе с Г. Сиборгом путем облучения ядер урана дейтронами. Примечательно, что только после искусственного получения плутоний был обнаружен в природе: в ничтожно малых количествах 239Pu обычно содержится в урановых рудах как продукт радиоактивного превращения урана.
Нахождение в природе
В урановых рудах в результате захвата нейтронов (например, нейтронов из космического излучения) ядрами урана образуется нептуний (239Np), продуктом β-распада которого и является природный плутоний-239. Однако плутоний образуется в таких микроскопических количествах (0,4—15 частей Pu на 1012 частей U), что о его добыче из урановых руд не может быть и речи.
Происхождение названия
В 1930 году астрономический мир был взбудоражен замечательной новостью: открыта новая планета, о существовании которой давно говорил Персиваль Ловелл, астроном, математик и автор фантастических очерков о жизни на Марсе. На основе многолетних наблюдений за движениями Урана и Нептуна Ловелл пришел к заключению, что за Нептуном в солнечной системе должна быть еще одна, девятая планета, отстоящая от Солнца в сорок раз дальше, чем Земля. Эта планета, элементы орбиты которой Ловелл рассчитал еще в 1915 году, и была обнаружена на фотографических снимках, полученных 21, 23 и 29 января 1930 г. астрономом К. Томбо в обсерватории Флагстафф (США). Планету назвали Плутоном[1]. По имени этой планеты, расположенной в солнечной системе за Нептуном, был назван плутонием 94-й элемент, искусственно полученный в конце 1940 г. из ядер атомов урана группой американских ученых во главе с Г. Сиборгом.
Физические свойства
Существует 15 изотопов плутония - В наибольших количествах получаются изотопы с массовыми числами от 238 до 242:
238Pu -> (период полураспада 86 лет, альфа-распад) -> 234U,
Этот изотоп используется почти исключительно в РИТЭГ космического назначения, например, на всех аппаратах, улетавших дальше орбиты Марса.
239Pu -> (период полураспада 24 360 лет, альфа-распад) -> 235U,
Этот изотоп наиболее подходит для конструирования ядерного оружия и ядерных реакторов на быстрых нейтронах.
240Pu -> (период полураспада 6580 лет, альфа-распад) -> 236U, 241Pu -> (период полураспада 14.0 лет, бета-распад) -> 241Am, 242Pu -> (период полураспада 370 000 лет, альфа-распад) -> 238U [1]
Эти три изотопа серьёзного промышленного значения не имеют, но получаются, как побочные продукты, при получении энергии в ядерных реакторах на уране, путём последовательного захвата нескольких нейтронов ядрами урана-238. Изотоп 242 по ядерным свойствам наиболее похож на уран-238. Америций-241, получавшийся при распаде изотопа 241, использовался в детекторах дыма.
Плутоний интересен тем, что от температуры затвердевания до комнатной претерпевает шесть фазовых переходов, больше, чем любой другой химический элемент. При последнем плотность увеличивается скачком на 11%, в результате, отливки из плутония растрескиваются. Стабильной при комнатной температуре является альфа-фаза, характеристики которой и приведены в таблице. Для применения более удобной является дельта-фаза, имеющая меньшую плотность, и кубическую объёмно-центрированную решётку. Плутоний в дельта-фазе весьма пластичен, в то время, как альфа-фаза хрупкая. Для стабилизации плутония в дельта-фазе применяется легирование трёхвалентными металлами (в первых ядерных зарядах использовался галлий).
Применение
- Первый ядерный заряд на основе плутония был взорван 16 июля 1945 года на полигоне Аламогордо (испытание под кодовым названием "Тринити").
Биологическая роль
Плутоний высокотоксичен; ПДК для 239Pu в открытых водоемах и воздухе рабочих помещений составляет соответственно 81,4 и 3,3*10−5 Бк/л. Большинство изотопов плутония обладают высокой величиной плотности ионизации и малой длиной пробега частиц, поэтому его токсичность обусловлена не столько его химическими свойствами (вероятно, в этом отношении плутоний токсичен не более, чем другие тяжелые металлы), сколько ионизирующим действием на окружающие ткани организма. Плутоний относится к группе элементов с особо высокой радиотоксичностью. В организме плутоний производит большие необратимые изменения в скелете, печени, селезенке, почках, вызывает рак. Максимально допустимое содержание плутония в организме не должно превышать десятых долей микрограмма.
Примечания
- ↑ С 24 августа 2006 года по решению Международного астрономического союза Плутон более не является планетой Солнечной системы.
Плутоний в художественных произведениях
- Плутоний использовался для машины De Lorean DMC-12 в фильме Назад в будущее как заряд для переправки в будущее или в прошлое.
- Из плутония состоял заряд атомной бомбы, взорванной террористами в Денвере, США, в произведении Тома Клэнси "Все страхи мира"
- Кэндзабуро Оэ "Записки пинчранера"
См. также
Ссылки
Wikimedia Foundation. 2010.
