Plutoniu: Diferență între versiuni
Conținut șters Conținut adăugat
categorizare |
Fără descriere a modificării |
||
| (Nu s-au afișat 5 versiuni intermediare efectuate de alți 5 utilizatori) | |||
Linia 125:
Identificarea chimică a elementului a avut loc la data de [[23 februarie]] [[1941]].<ref name=":7">{{Citat web|url=https://www.osti.gov/biblio/5808140|accessdate=13/11/2018|autor=G.T. Seaborg|titlu=Plutonium story, Actinides-1981 conference, Pacific Grove, CA, USA, 10 Sep 1981}}</ref> Imediat, grupul de cercetare a scris un articol care a fost trimis spre publicare la ''[[Physical Review]]'' (martie 1941),<ref name=":1" /> dar publicarea a fost amânată până după sfârșitul războiului din motive de securitate.<ref>G.T. Seaborg, E. Seaborg, ''[[Adventures in the Atomic Age: From Watts to Washington]]''. Farrar, Straus and Giroux, 2001</ref>
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 <sup>239</sup>Pu
<math>\mathrm{^{239}_{\ 94}Pu\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow\ ^{144}_{\ 56}Ba\ +\ ^{94}_{38}Sr\ +\ 2\ ^{1}_{0}n}</math>
Linia 133:
Astfel, la ''Cavendish Laboratory'' din Cambridge, Egon Bretscher și Norman Feather au demonstrat că un reactor nuclear cu uraniu sub neutroni lenți va produce o cantitate semnificativă de <sup>239</sup>Pu ca produs secundar de activare. Ei au calculat că <sup>239</sup>Pu este fisil, prezentând avantajul că – fiind diferit din punct de vedere chimic de uraniu – poate fi separat facil de acesta.<ref name=":13" />
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
== Caracteristici ==
Linia 147:
În condiții normale, plutoniul metalic este prezent în șase forme [[Alotropie|alotropice]]; o a șaptea (zeta, ζ) poate fi obținută la temperaturi înalte și într-un interval îngust de presiune.<ref>{{Citat web|url=https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-UR-83-5074|accessdate=13/11/2018|autor=R.D. Baker, S.S. Hecker, D.R. Harbur|titlu=Plutonium: a wartime nightmare but a metallurgist's dream, Los Alamos Science. Los Alamos National Laboratory, 148 (1983) 150-151}}</ref> Acesta face ca plutoniul să fie extrem de sensibil la schimbări de temperatură, presiune sau compoziție chimică, variații minore conducând la schimbări dramatice de volum (de până la 25%) sau [[structură cristalină]], fenomene care însoțesc [[Tranziție de fază|tranzițiile de fază]].<ref name=":62">{{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> Spre deosebire de majoritatea elementelor/materialelor, densitatea plutoniului crește prin topire cu 2,5%, iar metalul topit suferă o descreștere a densității odată cu creșterea temperaturii. În funcție de [[Alotropie|starea alotropică]] are densitatea cuprinsă între 16,00 și 19,86 g/cm<sup>3</sup>, fiind un [[Metale grele|metal greu]].<ref name=":62" />
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 <sup>239</sup>Pu conține aproximativ 12,5 × 10<sup>24</sup> atomi. Pentru un timp de înjumătățire de 24100 de ani, aproximativ 11,5 × 10<sup>12</sup> din atomii săi se descompun în fiecare secundă prin emiterea unei particule alfa de 5,157 MeV. Aceasta corespunde
Tot din cauza
[[Rezistivitate electrică|Rezistivitatea]] plutoniului la temperatura camerei este foarte ridicată pentru un metal și devine și mai ridicată la temperaturi mai scăzute, ceea fapt neobișnuit pentru metal.<ref name=":12" /> Această tendință continuă până la 100 K, sub care rezistivitatea scade rapid pentru probele proaspăt preparate. Rezistivitatea crește în timp la aproximativ 20 K cu o viteză dictată de compoziția izotopică a eșantionului analizat.<ref name=":12" />
Linia 157:
În condiții normale, plutoniul metalic este prezent în șase forme [[Alotropie|alotropice]]; o a șaptea (zeta, ζ) poate fi obținută la temperaturi înalte și într-un interval îngust de presiune.<ref>{{Citat web|url=https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LA-UR-83-5074|accessdate=13/11/2018|autor=R.D. Baker, S.S. Hecker, D.R. Harbur|titlu=Plutonium: a wartime nightmare but a metallurgist's dream, Los Alamos Science. Los Alamos National Laboratory, 148 (1983) 150-151}}</ref> Acesta face ca plutoniul să fie extrem de sensibil la schimbări de temperatură, presiune sau compoziție chimică, variații minore conducând la schimbări dramatice de volum (de până la 25%) sau [[structură cristalină]], fenomene care însoțesc [[Tranziție de fază|tranzițiile de fază]].<ref name=":6" /> Spre deosebire de majoritatea elementelor/materialelor, densitatea plutoniului crește prin topire cu 2,5%, iar metalul topit suferă o descreștere a densității odată cu creșterea temperaturii. În funcție de [[Alotropie|starea alotropică]] are densitatea cuprinsă între 16,00 și 19,86 g/cm<sup>3</sup>, fiind un [[Metale grele|metal greu]].<ref name=":6" /><gallery mode="packed" caption="Sistemele de cristalizare pentru plutoniul pur">
Fișier:Monoclinic.svg|[[Sistem cristalin monoclinic|Monoclinic]] (α)
Fișier:
Fișier:Orthorhombic-face-centered.svg|[[Sistem cristalin ortorombic|Ortorombic]] cu fețe centrate (γ)
Fișier:Cubic-face-centered.svg|[[Sistem cristalin cubic|Cubic]] cu fețe centrate (δ)
Linia 165:
=== Caracteristici chimice ===
==== Structura electronică ====
{{articol principal|Contracția actinidelor}}
{{articol principal|Contracția actinidelor}}Plutoniul este un element pentru care electronii 5''f'' sunt situați la limita de tranziție delocalizare–localizare; și din acest punct de vedere, este un element extrem de complex.<ref>{{Citat web|url=http://www.superconductors.org/PlutonSC.htm|accessdate=08/12/2018|autor=|titlu=Against all odds: a plutonium compound is the latest superconductor,}}</ref> Comportamentul anormal al plutoniului are la bază structura sa electronică; diferența energetică dintre substraturile 6''d'' și 5''f'' este extrem de mică. Dimensiunea substratului 5f abia este suficientă pentru a permite electronilor să formeze legaturi în interiorul rețelei cristaline, la limita dintre comportamentul localizat și cel delocalizat. Vecinătatea acestor nivele energetice conduce la configurații electronice multiple de energie joasă, cu energii aproape egale. Aceasta are drept rezultat competiția dintre configurațiile 5''f''<sup>n</sup>7''s''<sup>2</sup> și 5''f''<sup>n−1</sup>6''d''<sup>1</sup>7''s''<sup>2</sup>, cu consecințe în ceea ce privește complexitatea comportamentului chimic. Natura direcțională a orbitalilor 5''f'' este responsabilă de natura direcțională a [[Legătură covalentă|legăturii covalente]] în diverși [[Compus anorganic|compuși anorganici]] sau [[complex (chimie)|complecși coordinativi]] ai plutoniului.<ref name=":6" /><ref>{{Citat web|url=https://www.britannica.com/science/actinoid-element|accessdate=10/12/2018|autor=L. Morss, L.B. Asprey|titlu=Actinoid element - Chemical element group}}</ref>▼
▲
==== Plutoniul metalic și aliaje ====
Linia 174 ⟶ 178:
Plutoniul metalic poate fi preparat prin [[Reducere (chimie)|reducerea]] unor compuși ai plutoniului. Sunt cunoscute destule astfel de reacții, dar nu toate conduc la un produs suficient de pur. Dintre metodele pirochimice, cea mai utilizată este reducerea în topitură cu [[calciu]] metalic a PuF<sub>4</sub>, PuF<sub>3</sub>, PuCl<sub>3</sub>, PuO<sub>2</sub> sau a amestecului PuO<sub>2</sub>–PuF<sub>4</sub>, metalul rezultat neavând nevoie de purificare ulterioară. Pentru separarea plutoniului metalic din amestecuri metalice este utilizată reacția acestuia cu H<sub>2</sub>, care conduce la hidruri de tip PuH<sub>''x''</sub> (''x''= 1,9-3,0) care – prin reîncălzire în vid – trec din nou în Pu<sup>0</sup>.<ref name=":0" />
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
În ceea ce privește aliajele, acestea pot fi obținute prin adăugare unui sau mai multe metale la o topitură de plutoniu; cele mai comune sunt cele cu [[galiu]] și [[aluminiu]]. Multe alte diagrame de fază au fost studiate și sistematizate în 1980.<ref name=":8">{{Citat web|url=http://www.ans.org/store/item-250005/|accessdate=15/11/2018|autor=O.J. Wick|titlu=Plutonium Handbook, American Chemical Society, 1980, 966 pp.}}</ref> Exemple de astfel de aliaje sunt:
Linia 198 ⟶ 202:
<chem display="inline">PuO_{2}^{+} {+} Pu^{4+} {->} PuO_{2}^{2+} {+} Pu^{3+}</chem>
Culorile soluțiilor de plutoniu depind atât de starea de oxidare a acestuia, cât și de natura
=== Izotopi și proprietăți nucleare ===
Linia 208 ⟶ 212:
Izotopul <sup>238</sup>Pu este un emițător alfa (t<sub>1/2</sub>= 87,7 ani, produs de dezintegrare <sup>234</sup>U, E<sub>α</sub>=5,5 MeV).
Cel mai răspândit izotop este <sup>239</sup>Pu, care se dezintegrează alfa (t<sub>1/2</sub> de circa 24000 de ani, produs de dezintegrare <sup>235</sup>U, E<sub>α</sub>=5,2 MeV). <sup>239</sup>Pu este un [[izotop fisil]] (fisionabil sub neutroni termici), ceea ce face ca utilizarea acestuia să fie strict controlată,
Izotopul <sup>240</sup>Pu este un emițător alfa (t<sub>1/2</sub> de circa 6560 de ani, produs de dezintegrare <sup>236</sup>U, E<sub>α</sub>=5,3 MeV). Este un [[izotop fertil]], transformându-se – în urma activării sub neutroni rapizi – în <sup>241</sup>Pu.<ref name=":0" /><ref name=":3" />
Izotopul <sup>241</sup>Pu este un emițător beta (timp de înjumătățire de 14,4 ani, produs de dezintegrare <sup>241</sup>Am, E<sub>β</sub>=0,02 MeV). <sup>241</sup>Pu
<math>\mathrm{^{241}_{\ 94}Pu\ \xrightarrow[14,35 \ a]{\beta^-} \ ^{241}_{\ 95}Am\ \xrightarrow {(n,\gamma)} \ ^{242}_{\ 95}Am\ \xrightarrow[16,02 \ h]{\beta^-} \ ^{242}_{\ 96}Cm\ \left( \xrightarrow[162,8 \ d]{\alpha} \ ^{238}_{\ 94}Pu \right)}</math>
Linia 245 ⟶ 249:
{{articol principal|Proiectul Manhattan}}
[[Fișier:Fat Man West Point Museum.JPG|thumb|Învelișul unei bombe atomice cu plutoniu Mark III, având aceeași configurație și
În timpul celui de-[[Al Doilea Război Mondial]], guvernul SUA a implementat [[proiectul Manhattan]], cu rolul de a dezvolta [[Armă nucleară|arme nucleare]]. Locurile în care au fost implementate facilitățile de cercetare și de producție sunt [[Hanford]] ([[Washington (stat)|Washinton]]) și ceea ce sunt acum cunoscute ca fiind [[Oak Ridge National Laboratory]] ([[Tennessee]]), respectiv [[Laboratorul Național Los Alamos|Los Alamos National Laboratory]] ([[New Mexico]]).<ref name=":7" /><ref name=":2" />
<sup>239</sup>Pu a fost obținut în scopuri militare pentru prima oară prin bombardarea neutronică a <sup>238</sup>U 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
Ideal, plutoniul pentru aplicații militare ar trebui să fie monoizotopic, <sup>239</sup>Pu. Probele transferate la Los Alamos în aprilie 1944 au indicat însă faptul că acestea conțineau concentrații ridicate de <sup>240</sup>Pu (izotop care prezintă o probabilitate crescută de [[fisiune spontană]]) comparativ cu plutoniul produs în [[ciclotron]].<ref name=":9" /> Acest fapt conduce la prezența unei cantități însemnate de neutroni, crescând riscul de pre-detonare. Din acest motiv, proiectul prin care se dorea realizarea unei arme nucleară de tip proiectil (cu nume de cod „Thin Man” – ''Slăbuțul'') a fost abandonat.<ref name=":9">{{Citat carte|nume=|authors=L. Hoddeson, P.W. Henriksen, R.A. Meade, C. Westfall|an=1993|titlu=Critical assembly: a technical history of Los Alamos during the Oppenheimer years, 1943-1945|pagină=|editură=New York: Cambridge University Press}}</ref> Acesta a fost înlocuit cu proiectul de implozie „[[Fat Man]]” – ''Grăsanul'', mai complicat din punct de vedere tehnic.<ref name=":9" />
Linia 341 ⟶ 345:
[[Fișier:HD.17.051 (12661522154).jpg|thumb|right|[[Stimulator cardiac]] cu un conținut original de 150 mg <sup>238</sup>Pu]]
[[Fișier:Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator for Curiosity.jpg|thumb|right|
[[Fișier:Putting the Plutonium 238 fuel into the SNAP 27.jpg|thumb|right|Astronautul [[Alan Bean|Alan L. Bean]] ([[Apollo 12]])
Dintre cei peste 2900 de [[Radioizotop|radioizotopi]] cunoscuți în prezent, doar 22<ref name=":10">{{Citat web|url=http://www.world-nuclear.org/information-library/non-power-nuclear-applications/transport/nuclear-reactors-for-space.aspx|accessdate=17/11/2018|autor=|titlu=World Nuclear Association - Nuclear Reactors and Radioisotopes for Space}}</ref> prezintă un cumul de proprietăți nucleare care să-i recomande pentru utilizarea lor ca surse de putere ca generatoare termoelectrice radioizotopice (eng. „Radioisotope Thermoelectric Generators”, RTG) utilizate la [[Sondă spațială|sondele spațiale]] (în baza [[Efectul Seebeck|efectului Seebeck]]).<ref name=":3" /> <sup>238</sup>Pu este scump, relativ greu de obținut în prezent și ridică probleme de [[radioprotecție]] pentru operatori. Chiar și așa, acesta este considerat în continuare de către NASA ca fiind cel mai indicat pentru astfel de aplicații.<ref name=":3" />
Linia 356 ⟶ 360:
</chem>
Energia acestei reacții nucleare este de 5,7 MeV și se împarte între produșii de reacție. Prezența unei cantități oarecare de <sup>241</sup>Pu este binevenită, întrucât acesta se dezintegrează în <sup>241</sup>Am, la rândul său
== Precauții ==
Linia 379 ⟶ 383:
Aspectele de expunere externă sunt similare expunerii la oricare alt radioizotop ca sursă de radiații ionizante. Astfel, expunerea acută sau cronică poate produce probleme de sănătate, incluzând aici [[sindromul iradierii acute]], alterarea materialului genetic sau diverse forme de cancer radioindus.<ref name=":03"><cite class="citation news">[http://www.merckmanuals.com/professional/injuries-poisoning/radiation-exposure-and-contamination/radiation-exposure-and-contamination "Radiation Exposure and Contamination - Injuries; Poisoning - Merck Manuals Professional Edition"]. ''Merck Manuals Professional Edition''<span class="reference-accessdate">. Retrieved <span class="nowrap">2017-09-06</span></span>.</cite></ref> Dimpotrivă, dezintegrarea predominant alfa și timpii de înjumătățire ridicați fac ca izotopii plutoniului să fie mai puțin periculoși decât – de exemplu – cei cu uz medial.<ref name=":11" />
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
== Referințe ==
Linia 433 ⟶ 437:
{{Proiectul Manhattan}}
{{Control de autoritate}}
[[Categorie:Actinide]]
[[Categorie:Carcinogeni]]
| |||