Plutoniu: Diferență între versiuni

Imediat apoi,<ref>{{Citat web|url=https://journals.aps.org/pr/pdf/10.1103/PhysRev.70.555|accessdate=|autor=J. W. Kennedy, G. T. Seaborg, E. Segrè, and A. C. Wahl|titlu=Properties of 94(239), Phys. Rev. 70 (1946) 555–556}}</ref> s-a descoperit că ²³⁹Pu fisionezăfisionează sub [[Neutron|neutroni]] lenți, stabilindu-se că ²³⁹Pu poate fi utilizat drept sursă de energie de origine nucleară.

Elementul a fost denumit Plutoniu în martie 1942,<ref name=":0" /> numele elementului provenind de la cel al planetoidului [[Pluto]], în analogie cu elementele precedente în sistemul periodic, [[Uraniu|uraniul]] și [[Neptuniu|neptuniul]]. Seaborg a propus inițalinițial numele ''Plutium''. Alte denumiri considerate pentru acest element au fost ''Ultimium'' și ''Extemium'', nume provenind din convingerea (greșită) că acesta ar fi ultimul element posibil a exista în sistemul periodic al elementelor.<ref>{{Citat web|url=https://www.pbs.org/wgbh/pages/frontline/shows/reaction/interviews/seaborg.html|accessdate=18/02/2018|autor=Public Broadcasting Service, 1999|titlu=Frontline interview with Seaborg}}</ref> Interesant este faptul că [[Simbol chimic|simbolul elementului]] (Pu) nu respectă normele în domeniu (conform normelor, acesta ar fi trebuit să fie Pl).<ref>Alegerea evidentă a simbolului ar fi fost Pl, dar Seaborg a sugerat Pu, așa cum un copil ar exclama: „''Pee-yoo!''” când miroase ceva rău. Seaborg a crezut că va fi dojenit pentru această sugestie, dar comitetul de numire a acceptat simbolul fără probleme.</ref>

Acest comportament complicat face ca prelucrarea plutoniului metalic să fie foarte dificilă, cu schimbări greu de controlat între fazele de temperatură joasă. Faza delta (''δ-phase'') există în metalul pur doar în intervalul 310–452 °C, dar poate fi stabilizată la temperatura camerei prin [[Aliaj|aliere]] cu mici cantități de [[galiu]], [[aluminiu]] sau [[ceriu]]. Aceasta conduce la îmbunătățirea proprietăților prelucrative pentru aplicații militare. Faza delta are un caracter metalic mai pronunțat, fiind aproximativ la fel de [[Rezistența materialelor|rezistentă]] și maleabilă precum aluminiul. Plutoniul este un [[Actinide|element actinid]] [[transuranian]], în stare metalică având culoarea alb-argintie (asemănătoare [[Nichel|nichelului]]). În prezența aerului umed se acoperă rapid cu un strat de oxohidroxid de culoare gri, uneori cu tentă verzuie.<ref name=":14" /><ref>''Actinide Research Quarterly''. Los Alamos (NM): [[Laboratorul Național Los Alamos|Los Alamos National Laboratory]] (semestrul al treilea, 2008), 09/02/2010: „În timp ce dioxidul de plutoniu este, în mod normal, de culoarea uleiului de măsline, probele pot avea diferite culori. Se consideră, în general, că aceasta (culoarea) este o caracteristică a purității chimice, a [[Stoechiometrie|stoichiometriei]], a dimensiunii particulelor și a metodei de preparare, deși culoarea care rezultă dintr-o metodă dată de preparare nu este întotdeauna reproductibilă.”</ref> La temperatura camerei plutoniul apare în forma sa α (alfa). Aceasta este forma structurală cea mai comună a elementului, este aproximativ la fel de dură și fragilă precum fonta atunci când nu este aliată cu alte metale. Spre deosebire de cele mai multe metale, plutoniul nu este un bun conducător de căldură sau electricitate. Are un punct de topire scăzut (640 °C) și un punct de fierbere neobișnuit de ridicat (3228 °C).<ref name=":14" />

Din cauza [[Dezintegrare alfa|dezintegrării alfa]], piesele metalice de plutoniu se încălzesc; evident, cu cât timpul de viață a izotopului este mai redus, cu atât efectul termic asociat este mai puternic. O masă de 5 kg de ²³⁹Pu conține aproximativ 12,5 × 10²⁴ atomi. Pentru un timp de înjumătățire de 24100 de ani, aproximativ 11,5 × 10¹² din atomii săi se descompun în fiecare secundă prin emiterea unei particule alfa de 5,157 MeV. Aceasta corespunde unueiunei puteri de 9,68 [[watt]]. Căldura produsă de decelerarea acestor particule alfa se simte la atingerea probei.<ref name=":16">Heiserman, David L. (1992). "Element 94: Plutonium". ''Exploring Chemical Elements and their Compounds''. New York (NY): TAB Books. pp. 337–340.</ref><ref name=":9" />

Tot din cauza autoiradieriautoiradierii, eșantioanele de plutoniu [[Solid amorf|amorfizează]] (parțial sau total) în timp,<ref name=":6">{{Citat web|url=https://fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/pubs/00818035.pdf|accessdate=13/11/2018|autor=S.S. Hecker|titlu=Plutonium and its alloys: from atoms to microstructure, Los Alamos Science, 26 (2000) 290-335}}</ref> într-un proces asemănător celui de [[metamictizare]] a [[Mineral|mineralelor]]. [[Structură cristalină|Structura cristalină]] poate fi recuperată în urma tratamentelor termice.<ref name=":6" />

Fișier:Monoclinic-baseBase-centered monoclinic.svg|[[Sistem cristalin monoclinic|Monoclinic]] cu baze centrate (β)

Plutoniul este un metal foarte [[Reactivitate chimică|reactiv]] în contact cu [[oxigen]]ul (este [[Piroforicitate|piroforic]] la 500°C)<ref name=":14" /> sau cu aerul umed. Din cauza autoiradierii, suferă un proces de „îmbătrânire” (similar cu [[Metamictizare|metamictizarea]] [[Mineral|mineralelor]]). Metalul se dizolvă ușor în [[acid clorhidric]] sau [[Acid percloric|percloric]]. Reacționează cu [[Bor (element)|borul]], [[carbon]]ul, [[halogen]]ii, [[azot]]ul, [[Fosfor|fosforul]], [[siliciu]]l, [[Oxigen|oxigenul]], [[Hidrogen|hidrogenul]] etc.<ref name=":0" /> Creuzetele utilizate la reducerea plutoniului trebuiesctrebuie contruiteconstruite din materiale care să reziste la caracterulcaracterului puternic reducător al acestuia. Metale [[Material refractar|refractare]] precum [[tantal]] sau [[wolfram]], precum și oxizii, borurile, carburile, nitrurile stabile ale acestora, îndeplinesc acesta calitate. De asemenea, reacția în arc electric poate fi utilizată drept metodă alternativă pentru producerea a mici cantitatățicantități de plutoniu metalic.<ref name=":0" />

Culorile soluțiilor de plutoniu depind atât de starea de oxidare a acestuia, cât și de natura aciduluianionului anionicacid.<ref>G. Matlack, (2002). ''A Plutonium Primer: An Introduction to Plutonium Chemistry and its Radioactivity''. Los Alamos National Laboratory. LA-UR-02-6594</ref> Acesta din urmă influențează gradul de complexare (adică modul în care atomii donori se leagă de atomul central) al speciei de plutoniu. În plus față de stările de oxidare amintite, starea de oxidare formală +2 este cunoscută pentru compusul de coordinație [K(2,2,2-cryptand)] [Pu^IICp″₃], Cp″ = C₅H₃(SiMe₃)₂.<ref>C.J. Windorff, G.P. Chen, J.N. Cross, W.J. Evans, F. Furche, A.J. Gaunt, M.T. Janicke, S.A: Kozimor, B.L. Scott, „Identification of the Formal +2 Oxidation State of Plutonium: Synthesis and Characterization of {Pu^II[C₅H₃(SiMe₃)₂]₃}−”. ''J. Am. Chem. Soc''. '''139''' (2017): 3970–3973</ref>

Cel mai răspândit izotop este ²³⁹Pu, care se dezintegrează alfa (t_1/2 de circa 24000 de ani, produs de dezintegrare ²³⁵U, E_α=5,2 MeV). ²³⁹Pu este un [[izotop fisil]] (fisionabil sub neutroni termici), ceea ce face ca utilizarea acestuia să fie strict controlată, dimdin motive de [[proliferare nucleară]].<ref name=":3" />

Izotopul ²⁴¹Pu este un emițător beta (timp de înjumătățire de 14,4 ani, produs de dezintegrare ²⁴¹Am, E_β=0,02 MeV). ²⁴¹Pu este un este un [[izotop fisil]], contribuind la randamentul total de fisiune. Totuși, transmutația sa relativ rapidă în ²⁴¹Am, face ca prezența sa să fie nedorită în plutoniul militar sau pentru uz sub formă de combustibil nuclear de tip MOX.<ref name=":3" />

[[Fișier:Fat Man West Point Museum.JPG|thumb|Învelișul unei bombe atomice cu plutoniu Mark III, având aceeași configurație și aceleșiaceleași dimensiuni ca și [[Fat Man]]]]

²³⁹Pu a fost obținut în scopuri militare pentru prima oară prin bombardarea neutronică a ²³⁸U în reactorul [[Moderator de neutroni|moderat]] cu [[grafit]] „X-10” (Oak Ridge), care a intrat în regim critic pe 4 noiembrie 1943 și a produs pentru prima oară plutoniu la începutul anului următor. În noiembrie 1943, o primă probă de câteva micrograremicrograme de plutoniu metalic a fost produsă prin reducerea trifluorurii de plutoniu.<ref name=":12">W.N. Miner, F.W. Schonfeld, ''Plutonium''. In C.A. Hampel. ''The Encyclopedia of the Chemical Elements''. New York (NY): Reinhold Book Corporation (1968) 540–546</ref> Astfel, plutoniul a devenit primul [[element sintetic]] vizibil cu ochiul liber.<ref name=":12" />

[[Fișier:Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator for Curiosity.jpg|thumb|right|GeneratoarGenerator termoelectric radioizotopic pentru misiuni multiple utilizat pentru [[Mars Science Laboratory|roverul Curiosity]]]]

[[Fișier:Putting the Plutonium 238 fuel into the SNAP 27.jpg|thumb|right|Astronautul [[Alan Bean|Alan L. Bean]] ([[Apollo 12]]) tranferândtransferând combustibilul de ²³⁸Pu de pe [[Modulul lunar Apollo|modulul lunar]]]]

Energia acestei reacții nucleare este de 5,7 MeV și se împarte între produșii de reacție. Prezența unei cantități oarecare de ²⁴¹Pu este binevenită, întrucât acesta se dezintegrează în ²⁴¹Am, la rândul său emetoremitor alfa. astfel, fluxul[[flux]]ul de neutroni va crește în prima parte a vieții sursei.<ref name=":19" />

Doar 0,04% din plutoniul ingerat este absorbit de către organismul uman. Odată încorporat însă, este excretat foarte greu, cu un timp biologic de înjumătățire de circa 200 de ani; compușii plutoniului se acumulează în [[Măduvă osoasă|măduva osoasă]]; de asemenaasemenea, acesta este colectat și concentrat în [[ficat]]. Astfel de cazuri de contaminare internă au fost detectate și relaționate cu incidența cancerului pulmonar semnalat în cazul lucrătorilor expuși profesional.<ref name=":11">{{Citat web|url=https://journals.lww.com/epidem/Fulltext/2017/09000/Risk_of_Lung_Cancer_Mortality_in_Nuclear_Workers.7.aspx|accessdate=17/11/2018|autor=J. Grellier, W. Atkinson, P. Bérard, D. Bingham, A. Birchall, E. Blanchardon, R. Bull, I. Guseva Canu, C. Challeton-de Vathaire, R. Cockerill, M.T. Do, H. Engels, J. Figuerola, A. Foster, L. Holmstock, C. Hurtgen, D. Laurier, M. Puncher, A.E. Riddell, E. Samson, I. Thierry-Chef, M. Tirmarche, M. Vrijheid, E. Cardis,|titlu=Risk of lung cancer mortality in nuclear workers from internal exposure to alpha particle-emitting radionuclides, Epidemiology 28 (2017) 675-684}}</ref> Pentru limitarea expunerii externe și a reducerii riscului încorporării, manipularea plutoniului se face fără contact direct.