Isotop plutonium 238 Pu pertama kali diperoleh secara artifisial pada tanggal 23 Februari 1941 oleh sekelompok ilmuwan Amerika yang dipimpin oleh G. Seaborg dengan menyinari inti uranium dengan deuteron. Baru pada saat itulah plutonium ditemukan di alam: 239 Pu biasanya ditemukan dalam jumlah yang dapat diabaikan dalam bijih uranium sebagai produk transformasi radioaktif uranium. Plutonium adalah unsur buatan pertama yang diperoleh dalam jumlah yang tersedia untuk ditimbang (1942) dan yang pertama produksinya dimulai pada skala industri.
Nama unsur ini meneruskan tema astronomi: ia diambil dari nama Pluto, planet kedua setelah Uranus.
Berada di alam, menerima:
Dalam bijih uranium, sebagai hasil penangkapan neutron (misalnya, neutron dari radiasi kosmik) oleh inti uranium, terbentuk neptunium (239 Np), produknya B- peluruhannya adalah plutonium-239 alami. Namun, plutonium terbentuk dalam jumlah mikroskopis (0,4-15 bagian Pu per 10 12 bagian U) sehingga ekstraksi dari bijih uranium tidak mungkin dilakukan.
Plutonium diproduksi di reaktor nuklir. Dalam aliran neutron yang kuat, reaksi yang sama terjadi seperti pada bijih uranium, tetapi laju pembentukan dan akumulasi plutonium dalam reaktor jauh lebih tinggi - satu miliar miliar kali lipat. Untuk reaksi pengubahan pemberat uranium-238 menjadi plutonium-239 tingkat energi, kondisi optimal (dalam batas yang dapat diterima) diciptakan.
Plutonium-244 juga terakumulasi dalam reaktor nuklir. Isotop unsur No. 95 - amerisium, 243 Am, setelah menangkap neutron, berubah menjadi amerisium-244; americium-244 berubah menjadi curium, tetapi dalam satu dari 10 ribu kasus terjadi transisi menjadi plutonium-244. Sediaan plutonium-244 dengan berat hanya sepersejuta gram diisolasi dari campuran amerisium dan curium. Tapi mereka cukup untuk menentukan waktu paruh isotop menarik ini - 75 juta tahun. Kemudian disempurnakan dan ternyata sama dengan 82,8 juta tahun. Pada tahun 1971, jejak isotop ini ditemukan di mineral tanah jarang bastnäsite. 244 Pu adalah isotop unsur transuranium yang berumur paling lama.
Properti fisik:
Logam berwarna putih keperakan, memiliki 6 modifikasi alotropik. Titik lebur 637°C, titik didih - 3235°C. Massa jenis: 19,82 g/cm3.
Sifat kimia:
Plutonium mampu bereaksi dengan oksigen membentuk oksida(IV), yang, seperti ketujuh aktinida pertama, memiliki karakter basa lemah.
Pu + O 2 = PuO 2
Bereaksi dengan asam sulfat encer, klorida, perklorat.
Pu + 2HCl(p) = PuCl 2 + H 2 ; Pu + 2H 2 JADI 4 = Pu(JADI 4) 2 + 2H 2
Tidak bereaksi dengan asam nitrat dan asam sulfat pekat. Valensi plutonium bervariasi dari tiga hingga tujuh. Secara kimia, senyawa yang paling stabil (dan karenanya paling umum dan paling banyak dipelajari) adalah plutonium tetravalen. Pemisahan aktinida yang memiliki sifat kimia serupa - uranium, neptunium, dan plutonium - dapat didasarkan pada perbedaan sifat senyawa tetra dan heksavalennya.
Koneksi yang paling penting:
Plutonium(IV) oksida, PuO 2 , memiliki karakter dasar yang lemah.
...
...
Aplikasi:
Plutonium banyak digunakan dalam produksi senjata nuklir (disebut “plutonium tingkat senjata”). Perangkat nuklir berbasis plutonium pertama diledakkan pada 16 Juli 1945 di lokasi uji Alamogordo (uji dengan nama sandi Trinity).
Ini digunakan (secara eksperimental) sebagai bahan bakar nuklir untuk reaktor nuklir untuk keperluan sipil dan penelitian.
Plutonium-242 penting sebagai “bahan mentah” untuk akumulasi unsur transuranium tingkat tinggi yang relatif cepat dalam reaktor nuklir. Jika plutonium-239 diiradiasi dalam reaktor konvensional, maka diperlukan waktu sekitar 20 tahun untuk mengakumulasi sejumlah mikrogram, misalnya California-251 dari gram plutonium. Plutonium-242 tidak dapat difisilkan oleh neutron termal, dan bahkan dalam jumlah besar dapat diiradiasi dalam fluks neutron yang intens. Oleh karena itu, dalam reaktor, semua unsur mulai dari kalifornium hingga einsteinium “terbuat” dari isotop ini dan terakumulasi dalam jumlah berat.
Kovalenko O.A.
Universitas Negeri HF Tyumen
Sumber:
"Bahan kimia berbahaya: Zat radioaktif" Direktori L. 1990 hal
Rabinovich V.A., Khavin Z.Ya. "Buku Referensi Kimia Singkat" L.: Kimia, 1977 hal.90, 306-307.
DI DALAM. Beckman. Plutonium. (buku ajar, 2009)
Cerita
Ditemukan pada tahun 1940 oleh Glenn Seaborg, Edwin McMillan, Kennedy dan Arthur Wahl pada tahun 1940 di Berkeley (AS) selama pemboman target uranium dengan deuteron yang dipercepat dalam siklotron.
asal usul nama
Nama Plutonium diambil dari nama planet Pluto, karena unsur kimia yang ditemukan sebelumnya disebut Neptunium.
Kuitansi
Plutonium diproduksi di reaktor nuklir.
Isotop 238 U, yang merupakan bagian terbesar dari uranium alam, sangat tidak cocok untuk fisi. Untuk reaktor nuklir, uranium sedikit diperkaya, namun porsi 235 U dalam bahan bakar nuklir masih kecil (sekitar 5%). Bagian utama dalam batang bahan bakar adalah 238 U. Selama pengoperasian reaktor nuklir, sebagian dari inti 238 U menangkap neutron dan berubah menjadi 239 Pu, yang nantinya dapat diisolasi.
Cukup sulit untuk membedakan plutonium di antara produk reaksi nuklir, karena plutonium (seperti uranium, thorium, neptunium) termasuk dalam aktinida dengan sifat kimia yang sangat mirip. Tugas ini diperumit oleh fakta bahwa di antara produk peluruhan terdapat unsur tanah jarang, yang sifat kimianya juga mirip dengan plutonium. Metode radiokimia tradisional digunakan - pengendapan, ekstraksi, pertukaran ion, dll. Produk akhir dari teknologi multitahap ini adalah plutonium oksida PuO 2 atau fluorida (PuF 3, PuF 4).
Plutonium diekstraksi menggunakan metode Metallothermy (reduksi logam aktif dari oksida dan garam dalam ruang hampa):
PuF 4 +2 Ba = 2BaF 2 + Pu
Isotop
Lebih dari selusin isotop plutonium diketahui, semuanya radioaktif.
Isotop yang paling penting 239Pu, mampu melakukan fisi nuklir dan reaksi berantai nuklir. Ini adalah satu-satunya isotop yang cocok untuk digunakan dalam senjata nuklir. Ia memiliki karakteristik penyerapan dan hamburan neutron yang lebih baik daripada uranium-235, jumlah neutron per fisi (sekitar 3 berbanding 2,3) dan, karenanya, massa kritisnya lebih rendah. Waktu paruhnya sekitar 24 ribu tahun. Isotop plutonium lainnya dipertimbangkan terutama dari sudut pandang bahayanya untuk penggunaan utama (senjata).
Isotop 238Pu memiliki radioaktivitas alfa yang kuat dan, sebagai konsekuensinya, menghasilkan panas yang signifikan (567 W/kg). Ini bermasalah untuk digunakan dalam senjata nuklir, tetapi dapat diterapkan pada baterai nuklir. Hampir semua pesawat ruang angkasa yang terbang melampaui orbit Mars memiliki reaktor radioisotop yang menggunakan 238 Pu. Dalam reaktor plutonium, proporsi isotop ini sangat kecil.
Isotop 240Pu merupakan kontaminan utama plutonium tingkat senjata. Ia memiliki tingkat peluruhan spontan yang tinggi dan menciptakan latar belakang neutron yang tinggi, yang secara signifikan mempersulit peledakan muatan nuklir. Diyakini bahwa pangsa senjatanya tidak boleh melebihi 7%.
241Pu memiliki latar belakang neutron rendah dan emisi termal sedang. Porsinya sedikit kurang dari 1% dan tidak mempengaruhi sifat plutonium tingkat senjata. Namun, dengan waktu paruhnya, 1914 berubah menjadi amerisium-241, yang menghasilkan banyak panas, yang dapat menimbulkan masalah panas berlebih pada muatan.
242Pu mempunyai penampang yang sangat kecil untuk reaksi penangkapan neutron dan terakumulasi dalam reaktor nuklir meskipun dalam jumlah yang sangat kecil (kurang dari 0,1%). Hal ini tidak mempengaruhi sifat plutonium tingkat senjata. Ini digunakan terutama untuk reaksi nuklir lebih lanjut dalam sintesis unsur transplutonium: neutron termal tidak menyebabkan fisi nuklir, sehingga berapa pun jumlah isotop ini dapat diiradiasi dengan fluks neutron yang kuat.
Isotop plutonium lainnya sangat langka dan tidak berpengaruh pada pembuatan senjata nuklir. Isotop berat terbentuk dalam jumlah yang sangat kecil, mempunyai masa hidup yang pendek (kurang dari beberapa hari atau jam) dan, melalui peluruhan beta, diubah menjadi isotop amerisium yang sesuai. Diantaranya menonjol 244Pu– waktu paruhnya sekitar 82 juta tahun. Ini adalah isotop paling banyak dari semua unsur transuranium.
Aplikasi
Pada akhir tahun 1995, dunia telah memproduksi sekitar 1.270 ton plutonium, 257 ton di antaranya untuk keperluan militer, dan hanya isotop 239 Pu yang cocok untuk digunakan. 239 Pu dapat digunakan sebagai bahan bakar di reaktor nuklir, tetapi secara ekonomi lebih rendah dibandingkan uranium. Biaya pemrosesan ulang bahan bakar nuklir untuk mengekstrak plutonium jauh lebih besar dibandingkan biaya uranium yang diperkaya rendah (~5% 235 U). Hanya Jepang yang memiliki program penggunaan energi plutonium.
Modifikasi alotropik
Dalam bentuk padat, plutonium memiliki tujuh modifikasi alotropik (namun, fase ? dan ? 1 terkadang digabungkan dan dianggap sebagai satu fase). Pada suhu kamar, plutonium berbentuk struktur kristal yang disebut ?-fase. Atom-atom dihubungkan melalui ikatan kovalen (bukan ikatan logam), sehingga sifat fisiknya lebih mirip mineral daripada logam. Ini adalah bahan yang keras dan rapuh yang pecah ke arah tertentu. Ia memiliki konduktivitas termal yang rendah di antara semua logam, konduktivitas listrik yang rendah, kecuali mangan. Fase ? tidak dapat diproses menggunakan teknologi logam konvensional.
Ketika suhu berubah, plutonium mengalami restrukturisasi dan mengalami perubahan yang sangat kuat. Beberapa transisi antar fase disertai dengan perubahan volume yang mencolok. Dalam dua fase ini (? dan?1) plutonium memiliki sifat unik - koefisien ekspansi suhu negatif, yaitu. ia berkontraksi dengan meningkatnya suhu.
Dalam fase gamma dan delta, plutonium menunjukkan sifat-sifat logam yang biasa, khususnya kelenturan. Namun, pada fase delta, plutonium menunjukkan ketidakstabilan. Di bawah sedikit tekanan, ia mencoba untuk menetap dalam fase alfa yang padat (25%). Properti ini digunakan dalam perangkat ledakan senjata nuklir.
Pada plutonium murni pada tekanan di atas 1 kilobar, fase delta tidak ada sama sekali. Pada tekanan di atas 30 kilobar, hanya fase alfa dan beta yang ada.
Metalurgi plutonium
Plutonium dapat distabilkan dalam fase delta pada tekanan biasa dan suhu kamar dengan membentuk paduan dengan logam trivalen seperti galium, aluminium, cerium, indium dalam konsentrasi beberapa persen mol. Dalam bentuk inilah plutonium digunakan dalam senjata nuklir.
Plutonium yang dipersenjatai
Untuk memproduksi senjata nuklir, diperlukan kemurnian isotop yang diinginkan (235 U atau 239 Pu) lebih dari 90%. Pembuatan muatan dari uranium memerlukan banyak langkah pengayaan (karena proporsi 235 U dalam uranium alam kurang dari 1%), sedangkan proporsi 239 Pu dalam plutonium reaktor biasanya berkisar antara 50% hingga 80% (yaitu hampir 100 kali lebih banyak). Dan dalam beberapa mode operasi reaktor dimungkinkan untuk memperoleh plutonium yang mengandung lebih dari 90% 239 Pu - plutonium tersebut tidak memerlukan pengayaan dan dapat digunakan langsung untuk pembuatan senjata nuklir.
Peran biologis
Plutonium adalah salah satu zat paling beracun yang diketahui. Toksisitas plutonium bukan disebabkan oleh sifat kimianya (walaupun plutonium mungkin sama beracunnya dengan logam berat lainnya), melainkan karena radioaktivitas alfanya. Partikel alfa tertahan bahkan oleh lapisan tipis bahan atau kain. Katakanlah, beberapa milimeter kulit akan menyerap alirannya sepenuhnya, melindungi organ dalam. Tapi partikel alfa sangat merusak jaringan yang bersentuhan dengannya. Jadi, plutonium menimbulkan bahaya serius jika masuk ke dalam tubuh. Ini diserap dengan sangat buruk di saluran pencernaan, bahkan jika sampai di sana dalam bentuk larut. Namun menelan setengah gram plutonium dapat menyebabkan kematian dalam beberapa minggu karena paparan akut pada saluran pencernaan.
Menghirup sepersepuluh gram debu plutonium menyebabkan kematian akibat edema paru dalam waktu sepuluh hari. Menghirup dosis 20 mg menyebabkan kematian akibat fibrosis dalam waktu satu bulan. Dosis yang lebih kecil menyebabkan efek karsinogenik. Menelan 1 mcg plutonium meningkatkan kemungkinan kanker paru-paru sebesar 1%. Oleh karena itu, 100 mikrogram plutonium dalam tubuh hampir menjamin berkembangnya kanker (dalam sepuluh tahun, meskipun kerusakan jaringan dapat terjadi lebih awal).
Dalam sistem biologis, plutonium biasanya berada pada bilangan oksidasi +4 dan menunjukkan kemiripan dengan besi. Begitu berada di dalam darah, kemungkinan besar akan terkonsentrasi di jaringan yang mengandung zat besi: sumsum tulang, hati, limpa. Jika 1-2 mikrogram plutonium mengendap di sumsum tulang, kekebalan akan menurun secara signifikan. Jangka waktu penghilangan plutonium dari jaringan tulang adalah 80-100 tahun, yaitu. dia akan tetap di sana praktis sepanjang hidupnya.
Komisi Internasional untuk Perlindungan Radiologi telah menetapkan serapan plutonium tahunan maksimum sebesar 280 nanogram.
Logam ini disebut berharga, tapi bukan karena keindahannya, tapi karena tak tergantikannya. Dalam tabel periodik Mendeleev, unsur ini menempati sel nomor 94. Di sinilah para ilmuwan menaruh harapan terbesar mereka, dan plutoniumlah yang mereka sebut sebagai logam paling berbahaya bagi umat manusia.
Plutonium: deskripsi
Secara penampilan, itu adalah logam berwarna putih keperakan. Ia bersifat radioaktif dan dapat direpresentasikan sebagai 15 isotop dengan waktu paruh berbeda, misalnya:
- Pu-238 – sekitar 90 tahun
- Pu-239 – sekitar 24 ribu tahun
- Pu-240 – 6580 tahun
- Pu-241 – 14 tahun
- Pu-242 – 370 ribu tahun
- Pu-244 – sekitar 80 juta tahun
Logam ini tidak dapat diekstraksi dari bijihnya, karena merupakan produk transformasi radioaktif uranium.
Bagaimana plutonium diperoleh?
Produksi plutonium memerlukan fisi uranium, yang hanya dapat dilakukan di reaktor nuklir. Jika kita berbicara tentang keberadaan unsur Pu di kerak bumi, maka untuk 4 juta ton bijih uranium hanya akan ada 1 gram plutonium murni. Dan gram ini terbentuk dari penangkapan alami neutron oleh inti uranium. Oleh karena itu, untuk memperoleh bahan bakar nuklir (biasanya isotop 239-Pu) dalam jumlah beberapa kilogram, perlu dilakukan proses teknologi yang kompleks di dalam reaktor nuklir.
Sifat plutonium
Plutonium logam radioaktif memiliki sifat fisik sebagai berikut:
- kepadatan 19,8 g/cm3
- titik leleh – 641°C
- titik didih – 3232°C
- konduktivitas termal (pada 300 K) – 6,74 W/(m K)
Plutonium bersifat radioaktif, itulah sebabnya ia terasa hangat saat disentuh. Selain itu, logam ini memiliki karakteristik konduktivitas termal dan listrik yang paling rendah. Plutonium cair adalah logam yang paling kental dari semua logam yang ada.
Perubahan sekecil apa pun pada suhu plutonium menyebabkan perubahan instan pada kepadatan zat. Secara umum, massa plutonium terus berubah, karena inti logam ini selalu mengalami fisi menjadi inti dan neutron yang lebih kecil. Massa kritis plutonium adalah nama yang diberikan untuk massa minimum suatu zat fisil yang memungkinkan terjadinya fisi (reaksi berantai nuklir). Misalnya, massa kritis plutonium tingkat senjata adalah 11 kg (sebagai perbandingan, massa kritis uranium yang diperkaya adalah 52 kg).
Uranium dan plutonium adalah bahan bakar nuklir utama. Untuk memperoleh plutonium dalam jumlah besar, digunakan dua teknologi:
- iradiasi uranium
- iradiasi unsur transuranium yang diperoleh dari bahan bakar bekas
Kedua metode tersebut melibatkan pemisahan plutonium dan uranium sebagai hasil reaksi kimia.
Untuk mendapatkan plutonium-238 murni digunakan iradiasi neutron neptunium-237. Isotop yang sama terlibat dalam pembuatan plutonium-239 tingkat senjata; khususnya, ia merupakan produk peluruhan antara. $1 juta adalah harga 1 kg plutonium-238.
Ditemukan pada tahun 1940-41 oleh ilmuwan Amerika G. Seaborg, E. McMillan, J. Kennedy dan A. Wahl, yang memperoleh isotop 238 Pu sebagai hasil iradiasi uranium dengan inti hidrogen berat - deuteron. Dinamakan setelah planet Pluto, seperti pendahulu Plutonium dalam tabel periodik - uranium dan neptunium, yang namanya juga berasal dari planet Uranus dan Neptunus. Isotop plutonium diketahui memiliki nomor massa 232 hingga 246. Jejak isotop 247 Pu dan 255 Pu ditemukan dalam debu yang dikumpulkan setelah ledakan bom termonuklir. Isotop Plutonium yang berumur paling lama adalah radioaktif α 244 Pu (waktu paruh T ½ sekitar 7,5 · 10 7 tahun). Nilai T ½ dari semua isotop Plutonium jauh lebih kecil dari usia Bumi, dan oleh karena itu semua Plutonium primer (yang ada di planet kita selama pembentukannya) membusuk sepenuhnya. Namun, sejumlah kecil 239 Pu terus-menerus terbentuk selama peluruhan 239 Np, yang, pada gilirannya, terjadi selama reaksi nuklir uranium dengan neutron (misalnya, neutron sinar kosmik). Oleh karena itu, jejak Plutonium ditemukan dalam bijih uranium.
Plutonium adalah logam putih mengkilat, pada suhu dari suhu kamar hingga 640 ° C (t pl) dan terdapat dalam enam modifikasi alotropik. Transformasi alotropik plutonium disertai dengan perubahan kepadatan yang tiba-tiba. Ciri unik plutonium logam adalah ketika dipanaskan pada suhu 310 hingga 480 °C, ia tidak memuai seperti logam lain, melainkan berkontraksi. Konfigurasi tiga kulit elektron terluar atom Pu adalah 5s 2 5p 6 5d 10 5f 6 6s 2 6p 2 7s 2. Sifat kimia plutonium dalam banyak hal mirip dengan sifat pendahulunya dalam tabel periodik - uranium dan neptunium. Plutonium membentuk senyawa dengan bilangan oksidasi dari +2 hingga +7. Oksida PuO, Pu 2 O 3, PuO 2 dan fase komposisi variabel Pu 2 O 3 - Pu 4 O 7 telah diketahui. Dalam senyawa dengan halogen, plutonium biasanya menunjukkan bilangan oksidasi +3, tetapi halida PuF 4, PuF 6 dan PuCl 4 juga dikenal. Dalam larutan, Plutonium ada dalam bentuk Pu 3+, Pu 4+, PuO 2 (ion plutonil), PuO 2+ (ion plutonil) dan PuO s 3-, sesuai dengan bilangan oksidasi dari +3 hingga +7. Ion-ion ini (kecuali PuO 3-5) dapat berada dalam larutan pada waktu yang sama dalam kesetimbangan. Ion plutonium dari semua bilangan oksidasi rentan terhadap hidrolisis dan pembentukan kompleks.
Dari semua isotop Plutonium, yang terpenting adalah radioaktif α 239 Pu (T ½ = 2,4 · 10 4 tahun). Inti 239 Pu mampu melakukan reaksi fisi berantai di bawah pengaruh neutron, oleh karena itu 239 Pu dapat digunakan sebagai sumber energi atom (energi yang dilepaskan selama fisi 1 g 239 Pu setara dengan panas yang dilepaskan selama pembakaran. dari 4000 kg batubara). Di Uni Soviet, percobaan pertama produksi 239 Pu dimulai pada tahun 1943-44 di bawah kepemimpinan akademisi I.V. Untuk pertama kalinya di Uni Soviet, plutonium diisolasi dari uranium yang diiradiasi neutron pada tahun 1945. Studi ekstensif tentang sifat-sifat Plutonium dilakukan dalam waktu yang sangat singkat, dan pada tahun 1949 pabrik pertama pemisahan radiokimia Plutonium mulai beroperasi di Uni Soviet.
Produksi industri 239 Pu didasarkan pada interaksi inti 238 U dengan neutron dalam reaktor nuklir. Pemisahan selanjutnya Pu dari U, Np dan produk fisi radioaktif tinggi dilakukan dengan metode radiokimia (kopresipitasi, ekstraksi, pertukaran ion dan lain-lain). Logam plutonium biasanya diperoleh dengan mereduksi PuF 3 , PuF 4 atau PuCO 2 dengan uap barium, kalsium atau litium. Sebagai bahan fisil, 238 Pu digunakan dalam reaktor nuklir dan bom atom dan termonuklir. Isotop 238 Pu digunakan untuk pembuatan baterai listrik atom, yang masa pakainya mencapai 5 tahun atau lebih. Baterai semacam itu dapat digunakan, misalnya, pada generator arus yang merangsang jantung.
Plutonium di dalam tubuh. Plutonium terkonsentrasi pada organisme laut: koefisien akumulasinya (yaitu, rasio konsentrasi dalam tubuh dan lingkungan luar) untuk alga adalah 1000-9000, untuk plankton (campuran) - sekitar 2300, untuk moluska - hingga 380, untuk bintang laut - sekitar 1000, untuk otot, tulang, hati dan perut ikan - masing-masing 5, 570, 200 dan 1060. Tumbuhan darat menyerap Plutonium terutama melalui sistem perakaran dan mengakumulasikannya hingga 0,01% massanya. Dalam tubuh manusia, plutonium disimpan terutama di kerangka dan hati, di mana ia hampir tidak dikeluarkan (terutama dari tulang). 239 Pu paling beracun menyebabkan gangguan hematopoietik, osteosarkoma, dan kanker paru-paru. Sejak tahun 70-an abad ke-20, porsi Plutonium dalam pencemaran radioaktif di biosfer telah meningkat (dengan demikian, iradiasi invertebrata laut akibat Plutonium menjadi lebih besar dibandingkan akibat 90 Sr dan 137 Cs).
Plutonium, unsur nomor 94, ditemukan oleh Glenn Seaborg, Edwin McMillan, Kennedy, dan Arthur Wahl pada tahun 1940 di Berkeley dengan membombardir target uranium dengan deuteron dari siklotron enam puluh inci. Pada bulan Mei 1940, sifat-sifat plutonium diprediksi oleh Lewis Turner.
Pada bulan Desember 1940, isotop plutonium Pu-238 ditemukan, dengan waktu paruh ~90 tahun, diikuti setahun kemudian oleh Pu-239 yang lebih penting dengan waktu paruh ~24.000 tahun.
Pu-239 terdapat dalam uranium alam dalam bentuk jejak (jumlahnya satu bagian per 1015); terbentuk di sana sebagai hasil penangkapan neutron oleh inti U-238); Pu-244 dalam jumlah yang sangat kecil (isotop plutonium yang berumur paling lama, dengan waktu paruh 80 juta tahun) telah ditemukan dalam bijih cerium, yang tampaknya merupakan sisa dari pembentukan Bumi.
Ada total 15 isotop plutonium yang diketahui, semuanya bersifat radioaktif. Yang paling penting untuk desain senjata nuklir:
Pu238 -> (86 tahun, peluruhan alfa) -> U234
Pu239 -> (24.360 tahun, peluruhan alfa) -> U235
Pu240 -> (6580 tahun, peluruhan alfa) -> U236
Pu241 -> (14,0 tahun, peluruhan beta) -> Am241
Pu242 -> (370.000 tahun, peluruhan alfa) -> U238 Sifat fisik plutonium
Plutonium adalah logam berwarna keperakan yang sangat berat, berkilau seperti nikel ketika baru dimurnikan. Ini adalah unsur yang sangat elektronegatif dan reaktif secara kimia, jauh lebih elektronegatif dibandingkan uranium. Dengan cepat memudar membentuk lapisan warna-warni (seperti lapisan minyak warna-warni), awalnya berwarna kuning muda, akhirnya berubah menjadi ungu tua. Jika oksidasi cukup parah, muncul bubuk oksida hijau zaitun (PuO2) di permukaannya.
Plutonium mudah teroksidasi dan cepat terkorosi bahkan dengan sedikit kelembapan. Anehnya, ia berkarat jauh lebih cepat di atmosfer gas inert dengan uap air dibandingkan di udara kering atau oksigen murni. Alasannya adalah aksi langsung oksigen membentuk lapisan oksida pada permukaan plutonium, yang mencegah oksidasi lebih lanjut. Paparan kelembapan menghasilkan campuran oksida dan hidrida yang longgar. Oven pengering diperlukan untuk mencegah oksidasi dan korosi.
Plutonium memiliki empat valensi, III-VI. Ia larut dengan baik hanya dalam media yang sangat asam, seperti asam nitrat atau asam klorida; ia juga larut dengan baik dalam asam hidroiodik dan perklorat. Garam plutonium mudah terhidrolisis jika bersentuhan dengan larutan netral atau basa, menghasilkan plutonium hidroksida yang tidak larut. Larutan plutonium pekat tidak stabil karena dekomposisi radiolitik yang menyebabkan pengendapan.
Karena radioaktivitasnya, plutonium terasa hangat saat disentuh. Sepotong besar plutonium dalam cangkang yang terisolasi secara termal dipanaskan hingga suhu melebihi titik didih air.
Sifat fisik dasar plutonium:
Titik lebur: 641 °C;
Titik didih: 3232 °C;
Kepadatan: 19,84 (dalam fase alfa).
Plutonium memiliki banyak sifat khusus. Ia memiliki konduktivitas termal terendah dari semua logam, konduktivitas listrik terendah, kecuali mangan (menurut sumber lain, ia masih yang terendah dari semua logam). Dalam fase cairnya, ini adalah logam paling kental.
Ketika suhu berubah, plutonium mengalami perubahan kepadatan yang paling parah dan tidak alami. Plutonium memiliki enam fase berbeda (struktur kristal) dalam bentuk padat, lebih banyak daripada unsur lainnya (sebenarnya, dengan istilah yang lebih ketat, ada tujuh). Beberapa transisi antar fase disertai dengan perubahan volume yang dramatis. Dalam dua fase ini - delta dan delta prima - plutonium memiliki sifat unik yaitu berkontraksi seiring dengan peningkatan suhu, dan pada fase lainnya ia memiliki koefisien muai suhu yang sangat tinggi. Ketika meleleh, plutonium berkontraksi, sehingga plutonium yang tidak meleleh dapat mengapung. Dalam bentuk terpadatnya, fase alfa, plutonium adalah unsur terpadat keenam (hanya osmium, iridium, platinum, renium, dan neptunium yang lebih berat). Pada fase alfa, plutonium murni bersifat rapuh, tetapi terdapat paduan yang fleksibel.
