Descrição do plutônio

Plutônio(Plutônio) é um elemento químico pesado prateado, um metal radioativo com número atômico 94, que é representado na tabela periódica pelo símbolo Pu.

Este elemento químico ativo eletronegativo pertence ao grupo dos actinídeos com massa atômica de 244,0642 e, assim como o neptúnio, que recebeu seu nome em homenagem ao planeta de mesmo nome, esse produto químico deve seu nome ao planeta Plutão, já que os antecessores dos elementos radioativos na tabela periódica de elementos químicos de Mendeleev são o neptúnio, que também recebeu nomes de planetas cósmicos distantes em nossa Galáxia.

Origem do plutônio

Elemento plutônio foi descoberto pela primeira vez em 1940 na Universidade da Califórnia por um grupo de radiologistas e pesquisadores científicos G. Seaborg, E. McMillan, Kennedy, A. Walch ao bombardear um alvo de urânio de um ciclotron com deutérios - núcleos de hidrogênio pesado.

Em dezembro do mesmo ano, os cientistas descobriram isótopo de plutônio– Pu-238, cuja meia-vida é superior a 90 anos, e descobriu-se que sob a influência de reações químicas nucleares complexas o isótopo neptúnio-238 é inicialmente produzido, após o qual o isótopo já está formado plutônio-238.

No início de 1941, os cientistas descobriram plutônio 239 com um período de decadência de 25.000 anos. Os isótopos de plutônio podem ter diferentes conteúdos de nêutrons no núcleo.

Um composto puro do elemento só foi obtido no final de 1942. Cada vez que os cientistas radiológicos descobriam um novo isótopo, sempre mediam as meias-vidas dos isótopos.

No momento, os isótopos de plutônio, dos quais são 15 no total, diferem na duração do tempo meia-vida. É a este elemento que se associam grandes esperanças e perspectivas, mas, ao mesmo tempo, sérios receios da humanidade.

O plutônio tem atividade significativamente maior do que, por exemplo, o urânio e é uma das substâncias de natureza química mais caras, tecnicamente importantes e significativas.

Por exemplo, o custo de um grama de plutônio é várias vezes superior ao de um grama ou de outros metais igualmente valiosos.

A produção e extração de plutônio são consideradas caras, e o custo de um grama de metal em nossa época permanece em torno de 4.000 dólares americanos.

Como o plutônio é obtido? Produção de plutônio

A produção do elemento químico ocorre em reatores nucleares, dentro dos quais o urânio é dividido sob a influência de complexos processos químicos e tecnológicos inter-relacionados.

O urânio e o plutônio são os principais componentes na produção de combustível atômico (nuclear).

Caso seja necessária a obtenção de grande quantidade de um elemento radioativo, utiliza-se o método de irradiação de elementos transurânicos, que pode ser obtido a partir do combustível nuclear irradiado e da irradiação de urânio. Reações químicas complexas permitem que o metal seja separado do urânio.

Para obter isótopos, nomeadamente plutónio-238 e plutónio-239 para armas, que são produtos de decaimento intermédio, utiliza-se a irradiação de neptúnio-237 com neutrões.

Uma pequena fração de plutônio-244, que é o isótopo de vida mais longa devido à sua longa meia-vida, foi descoberta no minério de cério, que provavelmente foi preservado desde a formação do nosso planeta Terra. Este elemento radioativo não ocorre naturalmente na natureza.

Propriedades físicas básicas e características do plutônio

O plutônio é um elemento químico radioativo bastante pesado, de cor prateada, que só brilha quando purificado. Nuclear massa de metal plutônio igual a 244 a. comer.

Devido à sua alta radioatividade, este elemento é quente ao toque e pode atingir uma temperatura que excede a temperatura de ebulição da água.

O plutônio, sob a influência dos átomos de oxigênio, escurece rapidamente e fica coberto por uma fina película iridescente, inicialmente amarela clara e depois rica ou marrom.

Com forte oxidação, ocorre a formação de pó de PuO2 na superfície do elemento. Este tipo de metal químico está sujeito a fortes processos de oxidação e corrosão mesmo em baixos níveis de umidade.

Para evitar a corrosão e oxidação da superfície metálica, é necessária uma instalação de secagem. Foto de plutônio pode ser visualizado abaixo.

O plutônio é um metal químico tetravalente, dissolve-se bem e rapidamente em substâncias iodídicas e ambientes ácidos, por exemplo, em ácido clorídrico.

Os sais metálicos são rapidamente neutralizados em ambientes com reação neutra, soluções alcalinas, formando hidróxido de plutônio insolúvel.

A temperatura na qual o plutônio derrete é de 641 graus Celsius, o ponto de ebulição é de 3.230 graus.

Sob a influência de altas temperaturas, ocorrem mudanças não naturais na densidade do metal. Em sua forma, o plutônio possui várias fases e possui seis estruturas cristalinas.

Durante a transição entre as fases, ocorrem mudanças significativas no volume do elemento. O elemento adquire sua forma mais densa na sexta fase alfa (o último estágio da transição), enquanto as únicas coisas mais pesadas que o metal neste estado são o neptúnio e o rádio.

Quando derretido, o elemento sofre forte compressão, de modo que o metal pode flutuar na superfície da água e de outros meios líquidos não agressivos.

Apesar de este elemento radioativo pertencer ao grupo dos metais químicos, o elemento é bastante volátil e, quando está num espaço fechado durante um curto período de tempo, a sua concentração no ar aumenta várias vezes.

As principais propriedades físicas do metal incluem: baixo grau, nível de condutividade térmica de todos os elementos químicos existentes e conhecidos, baixo nível de condutividade elétrica; no estado líquido, o plutônio é um dos metais mais viscosos.

Vale ressaltar que quaisquer compostos de plutônio são tóxicos, venenosos e representam sério perigo de radiação ao corpo humano, que ocorre devido à radiação alfa ativa, portanto todo trabalho deve ser realizado com o máximo cuidado e somente em trajes especiais com proteção química. .

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Aplicações de plutônio

O elemento químico industrial é geralmente classificado em plutônio para armas e para reatores (“grau energético”).

Assim, para a produção de armas nucleares, de todos os isótopos existentes, é permitido utilizar apenas o plutônio 239, que não deve conter mais de 4,5% de plutônio 240, pois está sujeito à fissão espontânea, o que dificulta significativamente a produção de projéteis militares. .

Plutônio-238é usado para a operação de fontes de energia elétrica radioisótopas de pequeno porte, por exemplo, como fonte de energia para tecnologia espacial.

Há várias décadas, o plutónio era utilizado na medicina em pacemakers (dispositivos para manter o ritmo cardíaco).

A primeira bomba atômica criada no mundo tinha carga de plutônio. Plutônio nuclear(Pu 239) é procurado como combustível nuclear para garantir o funcionamento de reatores de energia. Este isótopo também serve como fonte para a produção de elementos de transplutônio em reatores.

Se compararmos o plutônio nuclear com o metal puro, o isótopo possui parâmetros metálicos mais elevados e não possui fases de transição, por isso é amplamente utilizado no processo de obtenção de elementos combustíveis.

Os óxidos do isótopo de plutônio 242 também são procurados como fonte de energia para unidades, equipamentos e barras de combustível letais espaciais.

Plutônio para armasé um elemento que se apresenta na forma de um metal compacto que contém pelo menos 93% do isótopo Pu239.

Esse tipo de metal radioativo é utilizado na produção de diversos tipos de armas nucleares.

O plutônio para armas é produzido em reatores nucleares industriais especializados que operam com urânio natural ou pouco enriquecido como resultado da captura de nêutrons.

Existem 15 isótopos conhecidos de plutônio. O mais importante deles é o Pu-239, com meia-vida de 24.360 anos. A gravidade específica do plutônio é 19,84 a uma temperatura de 25°C. O metal começa a derreter a uma temperatura de 641°C e entra em ebulição a 3232°C. Sua valência é 3, 4, 5 ou 6.

O metal tem uma tonalidade prateada e fica amarelo quando exposto ao oxigênio. O plutônio é um metal quimicamente reativo e se dissolve facilmente em ácido clorídrico concentrado, ácido perclórico e ácido iodídrico. Durante a decomposição, o metal libera energia térmica.

Plutônio é o segundo actinídeo transurânico descoberto. Na natureza, esse metal pode ser encontrado em pequenas quantidades nos minérios de urânio.

O plutônio é venenoso e requer manuseio cuidadoso. O isótopo mais fissionável do plutônio tem sido usado como arma nuclear. Em particular, foi usado numa bomba lançada sobre a cidade japonesa de Nagasaki.

Este é um veneno radioativo que se acumula na medula óssea. Vários acidentes, alguns fatais, ocorreram durante experiências em pessoas para estudar o plutônio. É importante que o plutónio não atinja a massa crítica. Em solução, o plutônio forma uma massa crítica mais rapidamente do que no estado sólido.

O número atômico 94 significa que todos os átomos de plutônio são 94. No ar, o óxido de plutônio se forma na superfície do metal. Este óxido é pirofórico, então o plutônio fumegante piscará como cinzas.

Existem seis formas alotrópicas de plutônio. A sétima forma aparece em altas temperaturas.

Em solução aquosa, o plutônio muda de cor. Vários tons aparecem na superfície do metal à medida que ele oxida. O processo de oxidação é instável e a cor do plutônio pode mudar repentinamente.

Ao contrário da maioria das substâncias, o plutónio torna-se mais denso quando derretido. No estado fundido, este elemento é mais viscoso que outros metais.

O metal é usado em isótopos radioativos em geradores termoelétricos que alimentam naves espaciais. Na medicina, é utilizado na produção de estimuladores cardíacos eletrônicos.

A inalação de vapor de plutônio é perigosa para a saúde. Em alguns casos, isso pode causar câncer de pulmão. O plutônio inalado tem sabor metálico.

Plutônio (latim Plutônio, símbolo Pu) é um elemento químico radioativo com número atômico 94 e peso atômico 244,064. O plutônio é um elemento do Grupo III da tabela periódica de Dmitry Ivanovich Mendeleev e pertence à família dos actinídeos. O plutônio é um metal radioativo pesado (densidade em condições normais 19,84 g/cm³) e quebradiço de cor branco prateado.

O plutônio não possui isótopos estáveis. Dos cem isótopos possíveis de plutônio, vinte e cinco foram sintetizados. As propriedades nucleares de quinze deles foram estudadas (números de massa 232-246). Quatro encontraram aplicação prática. Os isótopos de vida mais longa são 244Pu (meia-vida 8,26-107 anos), 242Pu (meia-vida 3,76-105 anos), 239Pu (meia-vida 2,41-104 anos), 238Pu (meia-vida 87,74 anos) - α- emissores e 241Pu (meia-vida 14 anos) - emissor β. Na natureza, o plutônio ocorre em quantidades insignificantes nos minérios de urânio (239Pu); é formado a partir do urânio sob a influência de nêutrons, cujas fontes são reações que ocorrem durante a interação de partículas α com elementos leves (incluídos nos minérios), fissão espontânea de núcleos de urânio e radiação cósmica.

O nonagésimo quarto elemento foi descoberto por um grupo de cientistas americanos - Glenn Seaborg, Kennedy, Edwin McMillan e Arthur Wahl em 1940 em Berkeley (na Universidade da Califórnia) ao bombardear um alvo de óxido de urânio ( U3O8) com núcleos de deutério altamente acelerados (deuterons) de um ciclotron de sessenta polegadas. Em maio de 1940, as propriedades do plutônio foram previstas por Lewis Turner.

Em dezembro de 1940, o isótopo de plutônio Pu-238 foi descoberto, com meia-vida de aproximadamente 90 anos, seguido um ano depois pelo mais importante Pu-239 com meia-vida de aproximadamente 24.000 anos.

Edwin MacMillan em 1948 propôs nomear o elemento químico plutônio em homenagem à descoberta do novo planeta Plutão e por analogia com o neptúnio, que recebeu o nome da descoberta de Netuno.

O plutônio metálico (isótopo 239Pu) é usado em armas nucleares e serve como combustível nuclear em reatores de energia que operam com nêutrons térmicos e especialmente rápidos. A massa crítica do 239Pu como metal é 5,6 kg. Entre outras coisas, o isótopo 239Pu é a matéria-prima para a produção de elementos de transplutônio em reatores nucleares. O isótopo 238Pu é usado em fontes de energia nuclear de pequeno porte utilizadas em pesquisas espaciais, bem como em estimulantes cardíacos humanos.

O plutônio-242 é importante como “matéria-prima” para a acumulação relativamente rápida de elementos transurânicos superiores em reatores nucleares. Ligas de plutônio δ-estabilizadas são utilizadas na fabricação de células a combustível, pois apresentam melhores propriedades metalúrgicas em comparação ao plutônio puro, que sofre transições de fase quando aquecido. Os óxidos de plutônio são usados ​​como fonte de energia para tecnologia espacial e encontram sua aplicação em barras de combustível.

Todos os compostos de plutônio são venenosos, o que é consequência da radiação α. As partículas alfa representam um sério perigo se a sua fonte estiver no corpo de uma pessoa infectada; elas danificam os tecidos circundantes do corpo. A radiação gama do plutônio não é perigosa para o corpo. Vale a pena considerar que diferentes isótopos de plutônio têm diferentes toxicidades, por exemplo, o plutônio de reator típico é 8 a 10 vezes mais tóxico que o 239Pu puro, uma vez que é dominado por nuclídeos de 240Pu, que é uma poderosa fonte de radiação alfa. O plutônio é o elemento mais radiotóxico de todos os actinídeos, porém, é considerado longe de ser o elemento mais perigoso, já que o rádio é quase mil vezes mais perigoso que o isótopo mais venenoso do plutônio - 239Pu.

Propriedades biológicas

O plutônio é concentrado em organismos marinhos: o coeficiente de acumulação desse metal radioativo (a proporção das concentrações no corpo e no ambiente externo) para algas é 1.000-9.000, para plâncton - aproximadamente 2.300, para estrelas do mar - cerca de 1.000, para moluscos - até 380, para músculos, ossos, fígado e estômago de peixes - 5, 570, 200 e 1.060, respectivamente. As plantas terrestres absorvem o plutônio principalmente através do sistema radicular e o acumulam até 0,01% de sua massa. No corpo humano, o nonagésimo quarto elemento é retido principalmente no esqueleto e no fígado, de onde quase não é excretado (especialmente dos ossos).

O plutônio é altamente tóxico e seu perigo químico (como qualquer outro metal pesado) é muito mais fraco (do ponto de vista químico, também é venenoso como o chumbo) em comparação com sua toxicidade radioativa, que é consequência da radiação alfa. Além disso, as partículas α têm uma capacidade de penetração relativamente baixa: para o 239Pu, o alcance das partículas α no ar é de 3,7 cm e no tecido biológico mole é de 43 μm. Portanto, as partículas alfa representam um sério perigo se a sua fonte estiver no corpo de uma pessoa infectada. Ao mesmo tempo, danificam os tecidos do corpo que circundam o elemento.

Ao mesmo tempo, os raios γ e os nêutrons, que o plutônio também emite e que conseguem penetrar no corpo pelo lado de fora, não são muito perigosos, porque seu nível é muito baixo para causar danos à saúde. O plutónio pertence a um grupo de elementos com radiotoxicidade particularmente elevada. Ao mesmo tempo, diferentes isótopos de plutônio têm toxicidade diferente, por exemplo, o plutônio de reator típico é 8 a 10 vezes mais tóxico que o 239Pu puro, uma vez que é dominado por nuclídeos de 240Pu, que é uma poderosa fonte de radiação alfa.

Quando ingerido através da água e dos alimentos, o plutônio é menos tóxico do que substâncias como a cafeína, algumas vitaminas, a pseudoefedrina e muitas plantas e fungos. Isso se explica pelo fato desse elemento ser pouco absorvido pelo trato gastrointestinal, mesmo quando fornecido na forma de sal solúvel, esse mesmo sal fica ligado ao conteúdo do estômago e intestinos. No entanto, a ingestão de 0,5 gramas de plutónio finamente dividido ou dissolvido pode resultar em morte por irradiação digestiva aguda dentro de dias ou semanas (para o cianeto este valor é de 0,1 gramas).

Do ponto de vista da inalação, o plutônio é uma toxina comum (aproximadamente equivalente ao vapor de mercúrio). Quando inalado, o plutônio é cancerígeno e pode causar câncer de pulmão. Assim, quando inalados, cem miligramas de plutônio na forma de partículas de tamanho ideal para retenção nos pulmões (1-3 mícrons) levam à morte por edema pulmonar em 1-10 dias. Uma dose de vinte miligramas leva à morte por fibrose em cerca de um mês. Doses menores levam ao envenenamento carcinogênico crônico. O perigo de inalação de plutônio no corpo aumenta devido ao fato de o plutônio ser propenso à formação de aerossóis.

Embora seja um metal, é bastante volátil. Uma curta permanência de metal em uma sala aumenta significativamente sua concentração no ar. O plutônio que entra nos pulmões deposita-se parcialmente na superfície dos pulmões, passa parcialmente para o sangue e depois para a linfa e a medula óssea. A maior parte (aproximadamente 60%) vai para o tecido ósseo, 30% para o fígado e apenas 10% é excretado naturalmente. A quantidade de plutônio que entra no corpo depende do tamanho das partículas do aerossol e da solubilidade no sangue.

O plutônio que entra no corpo humano de uma forma ou de outra tem propriedades semelhantes às do ferro férrico, portanto, penetrando no sistema circulatório, o plutônio começa a se concentrar nos tecidos que contêm ferro: medula óssea, fígado, baço. O corpo percebe o plutônio como ferro, portanto, a proteína transferrina utiliza plutônio em vez de ferro, como resultado da interrupção da transferência de oxigênio no corpo. Os micrófagos transportam plutônio para os gânglios linfáticos. O plutônio que entra no corpo leva muito tempo para ser removido do corpo - em 50 anos, apenas 80% será removido do corpo. A meia-vida do fígado é de 40 anos. Para o tecido ósseo, a meia-vida do plutônio é de 80 a 100 anos; na verdade, a concentração do elemento noventa e quatro nos ossos é constante.

Durante a Segunda Guerra Mundial e após o seu fim, os cientistas que trabalharam no Projecto Manhattan, bem como os cientistas do Terceiro Reich e outras organizações de investigação, realizaram experiências utilizando plutónio em animais e humanos. Estudos em animais demonstraram que alguns miligramas de plutônio por quilograma de tecido são uma dose letal. O uso de plutônio em humanos consistia geralmente em 5 mcg de plutônio injetados por via intramuscular em pacientes com doenças crônicas. Finalmente foi determinado que a dose letal para um paciente era de um micrograma de plutônio, e que o plutônio era mais perigoso que o rádio e tendia a se acumular nos ossos.

Como se sabe, o plutônio é um elemento praticamente ausente na natureza. No entanto, cerca de cinco toneladas foram lançadas na atmosfera como resultado de testes nucleares no período 1945-1963. A quantidade total de plutônio liberada na atmosfera devido a testes nucleares antes da década de 1980 é estimada em 10 toneladas. Segundo algumas estimativas, o solo nos Estados Unidos contém uma média de 2 milicuries (28 mg) de plutónio por km2 de precipitação radioativa, e a ocorrência de plutónio no Oceano Pacífico é elevada em relação à distribuição global de materiais nucleares na Terra.

O fenómeno mais recente está associado aos testes nucleares dos EUA nas Ilhas Marshall, no local de testes do Pacífico, em meados da década de 1950. O tempo de residência do plutônio nas águas superficiais dos oceanos varia de 6 a 21 anos, porém, mesmo após esse período, o plutônio cai no fundo junto com as partículas biogênicas, das quais é reduzido a formas solúveis como resultado da decomposição microbiana.

A poluição global com o nonagésimo quarto elemento está associada não apenas aos testes nucleares, mas também a acidentes na produção e nos equipamentos que interagem com esse elemento. Assim, em Janeiro de 1968, um B-52 da Força Aérea dos EUA transportando quatro ogivas nucleares caiu na Gronelândia. Como resultado da explosão, as cargas foram destruídas e o plutônio vazou no oceano.

Outro caso de contaminação radioativa do meio ambiente em decorrência de um acidente ocorreu com a espaçonave soviética Kosmos-954 em 24 de janeiro de 1978. Como resultado de uma saída de órbita descontrolada, um satélite com uma fonte de energia nuclear a bordo caiu em território canadense. Como resultado do acidente, mais de um quilo de plutônio-238 foi lançado no meio ambiente, espalhando-se por uma área de cerca de 124 mil m².

O exemplo mais terrível de vazamento emergencial de substâncias radioativas no meio ambiente é o acidente na usina nuclear de Chernobyl, ocorrido em 26 de abril de 1986. Como resultado da destruição da quarta unidade de energia, 190 toneladas de substâncias radioativas (incluindo isótopos de plutônio) foram liberadas no meio ambiente em uma área de cerca de 2.200 km².

A libertação de plutónio no ambiente não está associada apenas a incidentes provocados pelo homem. Existem casos conhecidos de vazamento de plutônio, tanto em condições de laboratório quanto de fábrica. São conhecidos mais de vinte vazamentos acidentais dos laboratórios 235U e 239Pu. Durante 1953-1978. acidentes levaram a uma perda de 0,81 (Mayak, 15 de março de 1953) a 10,1 kg (Tomsk, 13 de dezembro de 1978) 239Pu. Os incidentes industriais resultaram em um total de duas mortes em Los Alamos (21 de agosto de 1945 e 21 de maio de 1946) devido a dois acidentes e à perda de 6,2 kg de plutônio. Na cidade de Sarov em 1953 e 1963. aproximadamente 8 e 17,35 kg caíram fora do reator nuclear. Um deles levou à destruição de um reator nuclear em 1953.

Quando um núcleo de 238Pu se fissiona com nêutrons, são liberados 200 MeV de energia, o que é 50 milhões de vezes mais do que a reação exotérmica mais famosa: C + O2 → CO2. “Queimando” em um reator nuclear, um grama de plutônio produz 2.107 kcal - essa é a energia contida em 4 toneladas de carvão. Um dedal de combustível de plutônio em equivalente energético pode equivaler a quarenta vagões de boa lenha!

Acredita-se que o “isótopo natural” do plutônio (244Pu) seja o isótopo de vida mais longa de todos os elementos transurânicos. Sua meia-vida é de 8,26∙107 anos. Os cientistas vêm tentando há muito tempo obter um isótopo de um elemento transurânico que existiria por mais tempo que 244Pu - grandes esperanças a esse respeito estavam depositadas em 247Cm. No entanto, após a sua síntese, descobriu-se que a meia-vida deste elemento é de apenas 14 milhões de anos.

História

Em 1934, um grupo de cientistas liderado por Enrico Fermi declarou que durante um trabalho científico na Universidade de Roma havia descoberto um elemento químico com número de série 94. Por insistência de Fermi, o elemento foi denominado hespério, o cientista estava convencido de que ele descobriu um novo elemento, que agora é chamado de plutônio, sugerindo assim a existência de elementos transurânicos e tornando-se seu descobridor teórico. Fermi defendeu esta hipótese na sua palestra do Nobel em 1938. Foi só depois da descoberta da fissão nuclear pelos cientistas alemães Otto Frisch e Fritz Strassmann que Fermi foi forçado a fazer uma nota na versão impressa publicada em Estocolmo em 1939 indicando a necessidade de reconsiderar “todo o problema dos elementos transurânicos”. O fato é que o trabalho de Frisch e Strassmann mostrou que a atividade descoberta por Fermi em seus experimentos se devia justamente à fissão, e não à descoberta de elementos transurânicos, como ele acreditava anteriormente.

Um novo elemento, o nonagésimo quarto, foi descoberto no final de 1940. Aconteceu em Berkeley, na Universidade da Califórnia. Ao bombardear óxido de urânio (U3O8) com núcleos de hidrogênio pesados ​​(deuterons), um grupo de radioquímicos americanos liderados por Glenn T. Seaborg descobriu um emissor de partículas alfa até então desconhecido com meia-vida de 90 anos. Esse emissor acabou sendo o isótopo do elemento nº 94 com número de massa 238. Assim, em 14 de dezembro de 1940, foram obtidas as primeiras quantidades de microgramas de plutônio junto com uma mistura de outros elementos e seus compostos.

Durante um experimento realizado em 1940, descobriu-se que durante uma reação nuclear, o isótopo de curta duração neptúnio-238 é produzido pela primeira vez (meia-vida 2,117 dias), e a partir dele o plutônio-238:

23392U (d,2n) → 23893Np → (β−) 23894Pu

Longos e trabalhosos experimentos químicos para separar o novo elemento das impurezas duraram dois meses. A existência de um novo elemento químico foi confirmada na noite de 23 para 24 de fevereiro de 1941 por GT Seaborg, E. M. Macmillan, J. W. Kennedy e A. C. Wall através do estudo de suas primeiras propriedades químicas - a capacidade de possuir pelo menos dois níveis de oxidação estados. Um pouco depois do final dos experimentos, constatou-se que esse isótopo não é físsil e, portanto, desinteressante para estudos posteriores. Logo (março de 1941), Kennedy, Seaborg, Segre e Wahl sintetizaram um isótopo mais importante, o plutônio-239, irradiando urânio com nêutrons altamente acelerados em um ciclotron. Esse isótopo é formado pelo decaimento do neptúnio-239, emite raios alfa e tem meia-vida de 24 mil anos. O primeiro composto puro do elemento foi obtido em 1942, e as primeiras quantidades em peso de plutônio metálico foram obtidas em 1943.

O nome do novo elemento 94 foi proposto em 1948 por MacMillan, que, poucos meses antes da descoberta do plutônio, junto com F. Eibelson, obteve o primeiro elemento mais pesado que o urânio - o elemento nº 93, que foi batizado de neptúnio em homenagem do planeta Netuno - o primeiro além de Urano. Por analogia, eles decidiram chamar o elemento nº 94 de plutônio, já que o planeta Plutão é o segundo depois de Urano. Por sua vez, Seaborg propôs chamar o novo elemento de “plutônio”, mas depois percebeu que o nome não soava muito bem comparado a “plutônio”. Além disso, apresentou outros nomes para o novo elemento: ultimium, extermium, devido ao julgamento errôneo da época de que o plutônio se tornaria o último elemento químico da tabela periódica. Como resultado, o elemento foi batizado de “plutônio” em homenagem à descoberta do último planeta do sistema solar.

Estar na natureza

A meia-vida do isótopo de plutônio de vida mais longa é de 75 milhões de anos. O número é muito impressionante, porém, a idade da Galáxia é medida em bilhões de anos. Conclui-se que os isótopos primários do nonagésimo quarto elemento, formados durante a grande síntese dos elementos do Universo, não tiveram chance de sobreviver até hoje. E, no entanto, isso não significa que não exista plutônio na Terra. É constantemente formado em minérios de urânio. Ao capturar nêutrons da radiação cósmica e nêutrons produzidos pela fissão espontânea de núcleos de 238U, alguns – muito poucos – átomos desse isótopo se transformam em átomos de 239U. Os núcleos desse elemento são muito instáveis, emitem elétrons e com isso aumentam sua carga, e ocorre a formação do neptúnio, o primeiro elemento transurânico. O 239Np também é instável, seus núcleos também emitem elétrons, então em apenas 56 horas metade do 239Np se transforma em 239Pu.

A meia-vida desse isótopo já é muito longa e chega a 24 mil anos. Em média, o conteúdo do 239Pu é cerca de 400.000 vezes menor que o do rádio. Portanto, é extremamente difícil não apenas minerar, mas até detectar plutônio “terrestre”. Pequenas quantidades de 239Pu - partes por bilião - e produtos de decomposição podem ser encontradas em minérios de urânio, por exemplo, no reactor nuclear natural de Oklo, Gabão (África Ocidental). O chamado “reator nuclear natural” é considerado o único no mundo em que atualmente se formam actinídeos e seus produtos de fissão na geosfera. De acordo com estimativas modernas, nesta região ocorreu uma reação autossustentável com liberação de calor há vários milhões de anos, que durou mais de meio milhão de anos.

Assim, já sabemos que nos minérios de urânio, como resultado da captura de nêutrons pelos núcleos de urânio, forma-se o neptúnio (239Np), cujo produto do decaimento β é o plutônio-239 natural. Graças a instrumentos especiais - espectrômetros de massa - a presença de plutônio-244 (244Pu), que tem a meia-vida mais longa - aproximadamente 80 milhões de anos, foi descoberta na bastnaesita pré-cambriana (minério de cério). Na natureza, o 244Pu é encontrado predominantemente na forma de dióxido (PuO2), que é ainda menos solúvel em água que a areia (quartzo). Como o isótopo plutônio-240 (240Pu), de vida relativamente longa, está na cadeia de decaimento do plutônio-244, seu decaimento ocorre, mas isso ocorre muito raramente (1 caso em 10.000). Quantidades muito pequenas de plutônio-238 (238Pu) são devidas ao muito raro decaimento beta duplo do isótopo original, o urânio-238, que foi encontrado em minérios de urânio.

Traços dos isótopos 247Pu e 255Pu foram encontrados na poeira coletada após explosões de bombas termonucleares.

Quantidades mínimas de plutónio poderiam hipoteticamente estar presentes no corpo humano, dado que um grande número de testes nucleares foram conduzidos de uma forma ou de outra relacionados com o plutónio. O plutônio acumula-se principalmente no esqueleto e no fígado, de onde praticamente não é excretado. Além disso, o elemento noventa e quatro é acumulado pelos organismos marinhos; As plantas terrestres absorvem o plutônio principalmente através do sistema radicular.

Acontece que o plutônio sintetizado artificialmente ainda existe na natureza, então por que não é extraído, mas obtido artificialmente? O fato é que a concentração desse elemento é muito baixa. Sobre outro metal radioativo - o rádio, dizem: “um grama de produção - um ano de trabalho”, e o rádio na natureza é 400.000 vezes mais abundante que o plutônio! Por esta razão, é extremamente difícil não só minerar, mas até detectar plutónio “terrestre”. Isso foi feito somente depois que as propriedades físicas e químicas do plutônio produzido em reatores nucleares foram estudadas.

Aplicativo

O isótopo 239Pu (junto com U) é usado como combustível nuclear em reatores de energia que operam com nêutrons térmicos e rápidos (principalmente), bem como na fabricação de armas nucleares.

Cerca de meio milhar de centrais nucleares em todo o mundo geram aproximadamente 370 GW de electricidade (ou 15% da produção total de electricidade do mundo). O plutônio-236 é utilizado na fabricação de baterias elétricas atômicas, cuja vida útil chega a cinco anos ou mais, são utilizadas em geradores de corrente que estimulam o coração (marca-passos). O 238Pu é usado em fontes de energia nuclear de pequeno porte usadas em pesquisas espaciais. Assim, o plutônio-238 é a fonte de energia das sondas New Horizons, Galileo e Cassini, do rover Curiosity e de outras espaçonaves.

As armas nucleares usam plutônio-239 porque este isótopo é o único nuclídeo adequado para uso em uma bomba nuclear. Além disso, o uso mais frequente do plutônio-239 em bombas nucleares se deve ao fato do plutônio ocupar menos volume na esfera (onde está localizado o núcleo da bomba), portanto, o poder explosivo da bomba pode ser ganho devido a isso propriedade.

O esquema pelo qual ocorre uma explosão nuclear envolvendo plutônio está no desenho da própria bomba, cujo núcleo consiste em uma esfera preenchida com 239Pu. No momento da colisão com o solo, a esfera é comprimida a um milhão de atmosferas devido ao desenho e graças ao explosivo que envolve esta esfera. Após o impacto, o núcleo se expande em volume e densidade no menor tempo possível - dezenas de microssegundos, o conjunto salta do estado crítico com nêutrons térmicos e entra no estado supercrítico com nêutrons rápidos - uma reação nuclear em cadeia começa com a participação de nêutrons e núcleos do elemento. A explosão final de uma bomba nuclear libera temperaturas da ordem de dezenas de milhões de graus.

Os isótopos de plutônio encontraram sua utilização na síntese de elementos transplutônio (próximo ao plutônio). Por exemplo, no Laboratório Nacional de Oak Ridge, com irradiação de nêutrons de longo prazo de 239Pu, são obtidos 24496Cm, 24296Cm, 24997Bk, 25298Cf, 25399Es e 257100Fm. Da mesma forma, o amerício 24195Am foi obtido pela primeira vez em 1944. Em 2010, o óxido de plutônio-242 bombardeado com íons cálcio-48 serviu como fonte de ununquádio.

Ligas de plutônio δ-estabilizadas são utilizadas na fabricação de barras de combustível, porque possuem propriedades metalúrgicas significativamente melhores em comparação com o plutônio puro, que sofre transições de fase quando aquecido e é um material muito frágil e pouco confiável. Ligas de plutônio com outros elementos (compostos intermetálicos) são geralmente obtidas pela interação direta de elementos nas proporções exigidas, enquanto a fusão por arco é usada principalmente; às vezes, ligas instáveis ​​são obtidas por deposição por pulverização ou resfriamento de fundidos.

Os principais elementos de liga industrial do plutônio são o gálio, o alumínio e o ferro, embora o plutônio seja capaz de formar ligas e intermediários com a maioria dos metais, com raras exceções (potássio, sódio, lítio, rubídio, magnésio, cálcio, estrôncio, bário, európio e itérbio) . Metais refratários: molibdênio, nióbio, cromo, tântalo e tungstênio são solúveis em plutônio líquido, mas quase insolúveis ou ligeiramente solúveis em plutônio sólido. Índio, silício, zinco e zircônio são capazes de formar δ-plutônio metaestável (fase δ ") quando resfriados rapidamente. Gálio, alumínio, amerício, escândio e cério podem estabilizar δ-plutônio à temperatura ambiente.

Grandes quantidades de hólmio, háfnio e tálio permitem que algum δ-plutônio seja armazenado à temperatura ambiente. O netúnio é o único elemento que pode estabilizar o α-plutônio em altas temperaturas. Titânio, háfnio e zircônio estabilizam a estrutura do β-plutônio à temperatura ambiente quando resfriados rapidamente. As aplicações dessas ligas são bastante diversas. Por exemplo, uma liga de plutônio-gálio é usada para estabilizar a fase δ do plutônio, o que evita a transição de fase α-δ. A liga ternária de plutônio-gálio-cobalto (PuGaCo5) é uma liga supercondutora a 18,5 K. Existem várias ligas (plutônio-zircônio, plutônio-cério e plutônio-cério-cobalto) que são usadas como combustível nuclear.

Produção

O plutônio industrial é produzido de duas maneiras. Trata-se da irradiação de núcleos 238U contidos em reatores nucleares ou da separação por métodos radioquímicos (co-precipitação, extração, troca iônica, etc.) de plutônio de urânio, elementos transurânicos e produtos de fissão contidos no combustível irradiado.

No primeiro caso, o isótopo mais prático 239Pu (misturado com uma pequena mistura de 240Pu) é produzido em reatores nucleares com a participação de núcleos de urânio e nêutrons usando decaimento β e com a participação de isótopos de neptúnio como produto intermediário de fissão:

23892U + 21D → 23893Np + 210n;

23893Np → 23894Pu

decaimento β

Nesse processo, um deutério entra no urânio-238, resultando na formação de neptúnio-238 e dois nêutrons. O Netúnio-238 então se fissiona espontaneamente, emitindo partículas beta-menos que formam o plutônio-238.

Normalmente, o conteúdo de 239Pu na mistura é de 90-95%, 240Pu é de 1-7%, o conteúdo de outros isótopos não excede décimos de por cento. Isótopos com meia-vida longa - 242Pu e 244Pu são obtidos por irradiação prolongada com nêutrons 239Pu. Além disso, o rendimento do 242Pu é de várias dezenas de por cento, e o 244Pu é uma fração de um por cento do conteúdo do 242Pu. Pequenas quantidades de plutônio-238 isotopicamente puro são formadas quando o neptúnio-237 é irradiado com nêutrons. Isótopos leves de plutônio com números de massa 232-237 são geralmente obtidos em um ciclotron pela irradiação de isótopos de urânio com partículas α.

O segundo método de produção industrial do 239Pu utiliza o processo Purex, baseado na extração com tributil fosfato em diluente leve. No primeiro ciclo, o Pu e o U são purificados conjuntamente dos produtos da fissão e depois separados. No segundo e terceiro ciclos, o plutônio é ainda purificado e concentrado. O esquema de tal processo é baseado na diferença nas propriedades dos compostos tetra e hexavalentes dos elementos separados.

Inicialmente, as barras de combustível irradiado são desmontadas e o revestimento contendo plutónio e urânio irradiados é removido por meios físicos e químicos. Em seguida, o combustível nuclear extraído é dissolvido em ácido nítrico. Afinal, é um forte agente oxidante quando dissolvido, e urânio, plutônio e impurezas são oxidados. Átomos de plutônio com valência zero são convertidos em Pu+6, e tanto o plutônio quanto o urânio são dissolvidos. A partir dessa solução, o nonagésimo quarto elemento é reduzido ao estado trivalente com dióxido de enxofre e depois precipitado com fluoreto de lantânio (LaF3).

No entanto, além do plutônio, o sedimento contém neptúnio e elementos de terras raras, mas a maior parte (urânio) permanece em solução. Em seguida, o plutônio é novamente oxidado a Pu+6 e o ​​fluoreto de lantânio é adicionado novamente. Agora os elementos de terras raras precipitam e o plutônio permanece em solução. Além disso, o neptúnio é oxidado a um estado tetravalente com bromato de potássio, uma vez que este reagente não tem efeito sobre o plutônio, então durante a precipitação secundária com o mesmo fluoreto de lantânio, o plutônio trivalente precipita e o neptúnio permanece em solução. Os produtos finais de tais operações são compostos contendo plutônio - dióxido de PuO2 ou fluoretos (PuF3 ou PuF4), dos quais se obtém o plutônio metálico (por redução com vapor de bário, cálcio ou lítio).

O plutônio mais puro pode ser obtido pelo refino eletrolítico do metal produzido piroquimicamente, que é feito em células de eletrólise a 700° C com um eletrólito de potássio, sódio e cloreto de plutônio usando um cátodo de tungstênio ou tântalo. O plutônio assim obtido tem uma pureza de 99,99%.

Para produzir grandes quantidades de plutônio, são construídos reatores reprodutores, os chamados “criadores” (do verbo inglês reproduzir - multiplicar). Esses reatores receberam esse nome devido à capacidade de produzir material físsil em quantidades superiores ao custo de obtenção desse material. A diferença entre reatores deste tipo e outros é que os nêutrons neles contidos não são desacelerados (não há moderador, por exemplo, grafite) para que o maior número possível deles reaja com o 238U.

Após a reação, formam-se átomos de 239U, que posteriormente formam 239Pu. O núcleo de tal reator, contendo PuO2 em dióxido de urânio empobrecido (UO2), é cercado por uma camada de dióxido de urânio ainda mais empobrecido-238 (238UO2), no qual o 239Pu é formado. O uso combinado de 238U e 235U permite que os “criadores” produzam 50-60 vezes mais energia a partir de urânio natural do que outros reatores. No entanto, esses reatores têm uma grande desvantagem - as barras de combustível devem ser resfriadas por um meio diferente da água, o que reduz sua energia. Portanto, optou-se por utilizar sódio líquido como refrigerante.

A construção de tais reatores nos Estados Unidos da América começou após o fim da Segunda Guerra Mundial; a URSS e a Grã-Bretanha iniciaram a sua construção apenas na década de 1950.

Propriedades físicas

O plutônio é um metal prateado muito pesado (densidade no nível normal 19,84 g/cm³), em estado purificado muito semelhante ao níquel, mas no ar o plutônio oxida rapidamente, desbota, formando uma película iridescente, primeiro amarelo claro, depois se transformando em roxo escuro . Quando ocorre oxidação severa, um pó de óxido verde oliva (PuO2) aparece na superfície do metal.

O plutônio é um metal altamente eletronegativo e reativo, muitas vezes mais que o urânio. Possui sete modificações alotrópicas (α, β, γ, δ, δ", ε e ζ), que mudam em uma determinada faixa de temperatura e em uma determinada faixa de pressão. À temperatura ambiente, o plutônio está na forma α - isto é a modificação alotrópica mais comum para o plutônio Na fase alfa, o plutônio puro é quebradiço e bastante duro - esta estrutura é quase tão dura quanto o ferro fundido cinzento, a menos que seja ligado com outros metais, o que dará à liga ductilidade e suavidade. nesta forma de densidade mais alta, o plutônio é o sexto elemento mais denso (apenas ósmio, irídio, platina, rênio e neptúnio são mais pesados. Outras transformações alotrópicas do plutônio são acompanhadas por mudanças abruptas na densidade. Por exemplo, quando aquecido de 310 a 480 ° C , não se expande, como outros metais, mas se contrai (fases delta " e "delta prime"). Quando derretido (transição da fase épsilon para a fase líquida), o plutônio também se contrai, permitindo que o plutônio não derretido flutue.

O plutônio tem um grande número de propriedades incomuns: tem a condutividade térmica mais baixa de todos os metais - a 300 K é 6,7 W/(m·K); o plutônio tem a condutividade elétrica mais baixa; Na sua fase líquida, o plutônio é o metal mais viscoso. A resistividade do nonagésimo quarto elemento à temperatura ambiente é muito alta para um metal, e essa característica aumentará com a diminuição da temperatura, o que não é típico dos metais. Esta “anomalia” pode ser rastreada até uma temperatura de 100 K - abaixo desta marca a resistência elétrica diminuirá. Porém, a partir de 20 K a resistência começa a aumentar novamente devido à atividade de radiação do metal.

O plutônio tem a maior resistividade elétrica de todos os actinídeos estudados (até agora), que é de 150 μΩ cm (a 22 °C). Este metal tem um ponto de fusão baixo (640 °C) e um ponto de ebulição invulgarmente alto (3.227 °C). Mais perto do ponto de fusão, o plutônio líquido tem viscosidade e tensão superficial muito altas em comparação com outros metais.

Devido à sua radioatividade, o plutônio é quente ao toque. Um grande pedaço de plutônio em uma concha térmica é aquecido a uma temperatura que excede o ponto de ebulição da água! Além disso, devido à sua radioatividade, o plutônio sofre alterações em sua rede cristalina ao longo do tempo - ocorre uma espécie de recozimento devido à autoirradiação devido a aumentos de temperatura acima de 100 K.

A presença de um grande número de modificações alotrópicas no plutônio torna-o um metal difícil de processar e lançar devido às transições de fase. Já sabemos que na forma alfa o nonagésimo quarto elemento é semelhante em propriedades ao ferro fundido, porém, tende a mudar e se transformar em um material dúctil, e formar uma forma β maleável em faixas de temperatura mais altas. O plutônio na forma δ é geralmente estável em temperaturas entre 310 °C e 452 °C, mas pode existir à temperatura ambiente se dopado com baixas porcentagens de alumínio, cério ou gálio. Quando ligado a esses metais, o plutônio pode ser usado na soldagem. Em geral, a forma delta tem características de metal mais pronunciadas - é próxima do alumínio em resistência e forjabilidade.

Propriedades quimicas

As propriedades químicas do nonagésimo quarto elemento são em muitos aspectos semelhantes às propriedades de seus antecessores na tabela periódica - urânio e neptúnio. O plutônio é um metal bastante ativo, forma compostos com estados de oxidação de +2 a +7. Em soluções aquosas, o elemento apresenta os seguintes estados de oxidação: Pu (III), como Pu3+ (existe em soluções aquosas ácidas, possui coloração púrpura clara); Pu (IV), como Pu4+ (tom chocolate); Pu (V), como PuO2+ (solução leve); Pu (VI), como PuO22+ (solução laranja claro) e Pu(VII), como PuO53- (solução verde).

Além disso, esses íons (exceto PuO53-) podem estar simultaneamente em equilíbrio na solução, o que é explicado pela presença de elétrons 5f, que estão localizados na zona localizada e deslocalizada do orbital do elétron. Em pH 5-8, domina o Pu (IV), que é o mais estável entre outras valências (estados de oxidação). Os íons de plutônio de todos os estados de oxidação são propensos à hidrólise e à formação de complexos. A capacidade de formar tais compostos aumenta na série Pu5+

O plutônio compacto oxida lentamente no ar, ficando coberto por uma película oleosa e iridescente de óxido. São conhecidos os seguintes óxidos de plutônio: PuO, Pu2O3, PuO2 e uma fase de composição variável Pu2O3 - Pu4O7 (Berthollides). Na presença de pequenas quantidades de umidade, a taxa de oxidação e corrosão aumenta significativamente. Se um metal for exposto a pequenas quantidades de ar úmido por tempo suficiente, forma-se dióxido de plutônio (PuO2) em sua superfície. Com a falta de oxigênio, seu diidreto (PuH2) também pode se formar. Surpreendentemente, o plutônio enferruja muito mais rápido em uma atmosfera de gás inerte (como o argônio) com vapor de água do que em ar seco ou oxigênio puro. Na verdade, este facto é fácil de explicar - a acção directa do oxigénio forma uma camada de óxido na superfície do plutónio, o que impede mais oxidação; a presença de humidade produz uma mistura solta de óxido e hidreto. Aliás, graças a esse revestimento, o metal torna-se pirofórico, ou seja, é capaz de combustão espontânea, por isso o plutônio metálico costuma ser processado em atmosfera inerte de argônio ou nitrogênio. Ao mesmo tempo, o oxigênio é uma substância protetora e evita que a umidade afete o metal.

O nonagésimo quarto elemento reage com ácidos, oxigênio e seus vapores, mas não com álcalis. O plutônio é altamente solúvel apenas em meios muito ácidos (por exemplo, ácido clorídrico HCl) e também é solúvel em cloreto de hidrogênio, iodeto de hidrogênio, brometo de hidrogênio, ácido perclórico 72%, ácido ortofosfórico H3PO4 85%, CCl3COOH concentrado, ácido sulfâmico e ebulição ácido nítrico concentrado. O plutônio não se dissolve visivelmente em soluções alcalinas.

Quando soluções contendo plutônio tetravalente são expostas a álcalis, um precipitado de hidróxido de plutônio Pu(OH)4 xH2O, que possui propriedades básicas, precipita. Quando soluções de sais contendo PuO2+ são expostas a álcalis, o hidróxido anfotérico PuO2OH precipita. É respondido por sais - plutonites, por exemplo, Na2Pu2O6.

Os sais de plutônio hidrolisam prontamente em contato com soluções neutras ou alcalinas, criando hidróxido de plutônio insolúvel. Soluções concentradas de plutônio são instáveis ​​devido à decomposição radiolítica que leva à precipitação.

Esse metal é chamado de precioso, mas não por sua beleza, mas por sua insubstituibilidade. Na tabela periódica de Mendeleev, esse elemento ocupa a célula número 94. É nele que os cientistas depositam suas maiores esperanças, e é o plutônio que chamam de metal mais perigoso para a humanidade.

Plutônio: descrição

Na aparência é um metal branco prateado. É radioativo e pode ser representado na forma de 15 isótopos com meias-vidas diferentes, por exemplo:

• Pu-238 – cerca de 90 anos
• Pu-239 – cerca de 24 mil anos
• Pu-240 – 6580 anos
• Pu-241 – 14 anos
• Pu-242 – 370 mil anos
• Pu-244 – cerca de 80 milhões de anos

Esse metal não pode ser extraído do minério, pois é produto da transformação radioativa do urânio.

Como o plutônio é obtido?

A produção de plutônio requer a fissão do urânio, o que só pode ser feito em reatores nucleares. Se falarmos da presença do elemento Pu na crosta terrestre, então para 4 milhões de toneladas de minério de urânio haverá apenas 1 grama de plutônio puro. E esse grama é formado pela captura natural de nêutrons pelos núcleos de urânio. Assim, para obter esse combustível nuclear (geralmente o isótopo 239-Pu) na quantidade de vários quilogramas, é necessário realizar um complexo processo tecnológico em um reator nuclear.

Propriedades do plutônio

O metal radioativo plutônio possui as seguintes propriedades físicas:

• densidade 19,8 g/cm3
• ponto de fusão – 641°C
• ponto de ebulição – 3232°C
• condutividade térmica (a 300 K) – 6,74 W/(m·K)

O plutônio é radioativo, por isso é quente ao toque. Além disso, este metal é caracterizado pela menor condutividade térmica e elétrica. O plutônio líquido é o mais viscoso de todos os metais existentes.

A menor mudança na temperatura do plutônio leva a uma mudança instantânea na densidade da substância. Em geral, a massa do plutônio muda constantemente, uma vez que os núcleos desse metal estão em estado de fissão constante em núcleos menores e nêutrons. A massa crítica do plutônio é o nome dado à massa mínima de uma substância físsil na qual a fissão (uma reação nuclear em cadeia) permanece possível. Por exemplo, a massa crítica do plutônio para uso militar é de 11 kg (para comparação, a massa crítica do urânio altamente enriquecido é de 52 kg).

O urânio e o plutônio são os principais combustíveis nucleares. Para obter plutônio em grandes quantidades, são utilizadas duas tecnologias:

• irradiação de urânio
• irradiação de elementos transurânicos obtidos a partir de combustível irradiado

Ambos os métodos envolvem a separação de plutônio e urânio como resultado de uma reação química.

Para obter plutônio-238 puro, é usada a irradiação de nêutrons de neptúnio-237. O mesmo isótopo está envolvido na criação do plutônio-239 para uso militar; em particular, é um produto de decaimento intermediário. 1 milhão de dólares é o preço de 1 kg de plutónio-238.

O isótopo de plutônio 238 Pu foi obtido artificialmente pela primeira vez em 23 de fevereiro de 1941 por um grupo de cientistas americanos liderados por G. Seaborg, irradiando núcleos de urânio com deutérios. Só então o plutônio foi descoberto na natureza: o 239 Pu é geralmente encontrado em quantidades insignificantes nos minérios de urânio como produto da transformação radioativa do urânio. O plutônio é o primeiro elemento artificial obtido em quantidades disponíveis para pesagem (1942) e o primeiro cuja produção teve início em escala industrial.
O nome do elemento dá continuidade ao tema astronômico: tem o nome de Plutão, o segundo planeta depois de Urano.

Estar na natureza, recebendo:

Nos minérios de urânio, como resultado da captura de nêutrons (por exemplo, nêutrons da radiação cósmica) pelos núcleos de urânio, forma-se neptúnio (239 Np), o produto b- cuja decomposição é o plutônio-239 natural. No entanto, o plutónio é formado em quantidades tão microscópicas (0,4-15 partes de Pu por 10 12 partes de U) que a sua extracção a partir de minérios de urânio está fora de questão.
O plutônio é produzido em reatores nucleares. Em poderosos fluxos de nêutrons, ocorre a mesma reação que nos minérios de urânio, mas a taxa de formação e acúmulo de plutônio no reator é muito maior - um bilhão de bilhões de vezes. Para a reação de conversão do urânio-238 de lastro em plutônio-239 de grau energético, são criadas condições ideais (dentro dos aceitáveis).
O plutônio-244 também se acumulou em um reator nuclear. Isótopo do elemento nº 95 - amerício, 243 Am, tendo capturado um nêutron, transformou-se em amerício-244; o amerício-244 foi transformado em cúrio, mas em um em cada 10 mil casos ocorreu uma transição para o plutônio-244. Uma preparação de plutônio-244 pesando apenas alguns milionésimos de grama foi isolada de uma mistura de amerício e cúrio. Mas foram suficientes para determinar a meia-vida deste interessante isótopo - 75 milhões de anos. Mais tarde foi refinado e acabou sendo igual a 82,8 milhões de anos. Em 1971, vestígios deste isótopo foram encontrados no mineral de terras raras bastnäsita. 244 Pu é o isótopo de elementos transurânicos de vida mais longa.

Propriedades físicas:

Metal branco prateado, possui 6 modificações alotrópicas. Ponto de fusão 637°C, ponto de ebulição - 3235°C. Densidade: 19,82 g/cm3.

Propriedades quimicas:

O plutônio é capaz de reagir com o oxigênio para formar óxido (IV), que, como todos os primeiros sete actinídeos, tem um caráter básico fraco.
Pu + O 2 = PuO 2
Reage com ácidos sulfúrico, clorídrico e perclórico diluídos.
Pu + 2HCl(p) = PuCl2 + H2; Pu + 2H 2 SO 4 = Pu(SO 4) 2 + 2H 2
Não reage com ácidos nítrico e sulfúrico concentrado. A valência do plutônio varia de três a sete. Quimicamente, os compostos mais estáveis ​​(e, portanto, os mais comuns e mais estudados) são o plutônio tetravalente. A separação de actinídeos com propriedades químicas semelhantes - urânio, neptúnio e plutônio - pode ser baseada na diferença nas propriedades de seus compostos tetra e hexavalentes.

As conexões mais importantes:

Óxido de plutônio (IV), PuO 2 , tem um caráter básico fraco.
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Aplicativo:

O plutônio foi amplamente utilizado na produção de armas nucleares (o chamado “plutônio para armas”). O primeiro dispositivo nuclear baseado em plutônio foi detonado em 16 de julho de 1945 no local de testes de Alamogordo (codinome de teste Trinity).
É usado (experimentalmente) como combustível nuclear para reatores nucleares para fins civis e de pesquisa.
O plutônio-242 é importante como “matéria-prima” para a acumulação relativamente rápida de elementos transurânicos superiores em reatores nucleares. Se o plutônio-239 for irradiado em um reator convencional, serão necessários cerca de 20 anos para acumular quantidades de microgramas de, por exemplo, Califórnia-251 a partir de gramas de plutônio. O plutônio-242 não é físsil por nêutrons térmicos e, mesmo em grandes quantidades, pode ser irradiado em intensos fluxos de nêutrons. Portanto, nos reatores, todos os elementos, do califórnio ao einstênio, são “feitos” desse isótopo e acumulados em quantidades pesadas.

Kovalenko O.A.
HF Universidade Estadual de Tyumen

Fontes:
"Produtos químicos nocivos: Substâncias radioativas" Diretório L. 1990 p. 197
Rabinovich V.A., Khavin Z.Ya. "Um breve livro de referência química" L.: Chemistry, 1977 p.90, 306-307.
EM. Beckmann. Plutônio. (livro didático, 2009)