| Символ элемента | Pu |
|---|---|
| Атомный номер | 94 |
| Массовое число | различные изотопы, наиболее стабильный ^244Pu (около 244 г/моль) |
| Температура кипения | 3236 °C |
| Температура плавления | 641 °C |
| Относительная атомная масса | различные изотопы |
| Электронная конфигурация | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s² 5f⁶ 6d⁷ |
| Группа | Актиниды |
| Состояние при обычных условиях | Твердое |
| Цвет | Серебристо-белый |
| Ядро | Безнейтронное |
Плутоний — тяжелый металл, являющийся частью актинидной серии. Он был искусственно создан и имеет важное значение в ядерной энергетике и других областях:
- Ядерная энергетика: Плутоний-239 используется в ядерных реакторах и атомных бомбах. Он является одним из основных компонентов ядерного оружия.
- Исследования и лабораторные цели: Используется в научных исследованиях, особенно в области ядерной физики и материаловедения.
- Применение в космических исследованиях: Плутоний-238 используется как источник энергии для космических аппаратов, таких как космические зонды.
Плутоний имеет критическое значение в ядерной энергетике и исследованиях. Его был первоначально создан в 1940 году американскими учеными в Лос-Аламосе в рамках Манхэттенского проекта, который привел к созданию атомной бомбы.
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.