Плутоній - властивості хімічних елементів
Плутоній (лат. Plutonium), Pu, штучно отриманий радіоактивний хімічний елемент, атомний номер 94; відноситься до актиноїдів. Відкрито в 1940-41 роках американськими вченими Г. Сиборгом, Е. Макмилланом, Дж. Кеннеді і А. Валем, які мали ізотоп 238 Рu в результаті опромінення урану ядрами важкого водню - дейтонами. Названий на честь планети Плутон, як і попередники плутонію в таблиці Менделєєва - уран і нептуній, назви яких також походять від планет Урана і Нептуна. Відомі ізотопи плутонію з масовими числами від 232 до 246. Сліди ізотопів 247 Рu і 255 Рu виявлені в пилу, зібраної після вибухів термоядерних бомб. Самим довготривалим ізотопом Плутоній є α-радіоактивний 244 Рu (період напіврозпаду T½ близько 7,5 × 10 7 років). Величини T½ всіх ізотопів плутонію багато менше віку Землі, і тому весь первинний Плутоній (що існував на нашій планеті при її формуванні) повністю розпався. Однак незначні кількості 239 Рu постійно утворюються при β-розпаді 239 Np, який, в свою чергу, виникає при ядерної реакції урану з нейтронами (наприклад, нейтронами космічного випромінювання). Тому сліди плутонію виявлені в уранових рудах.
Плутоній - блискучий білий метал, при температурах від кімнатної до 640 ° С (tпл) існує в шести аллотропних модифікаціях. Алотропні перетворення плутонію супроводжуються стрибкоподібними змінами щільності. Унікальна особливість металевого плутонію полягає в тому, що при нагріванні від 310 до 480 ° С він не розширюється, як інші метали, а стискується. Конфігурація трьох зовнішніх електронних оболонок атома Pu 5s 2 5p 6 5d 10 5f 6 6s 2 6p 2 7s 2. Хімічні властивості плутонію багато в чому схожі з властивостями його попередників в періодичній системі - ураном і нептунієм. Плутоній утворює сполуки зі ступенями окислення від +2 до +7. Відомі оксиди РuО, Рu2 О3. РuО2 і фаза змінного складу Рu2 О3 - Pu4 O7. У з'єднаннях з галогенами Плутоній зазвичай проявляє ступінь окислення +3, але відомі також галогеніди PuF4. PuF6 і РuСl4. У розчинах Плутоній існує в формах Pu 3+. Pu 4+. РuО2 (плутоноіл-іон), PuO 2+ (Плутон - іон) і PuOs 3. що відповідають ступеням окислення від +3 до +7. Зазначені іони (крім РuО 3 5) можуть перебувати в розчині одночасно в рівновазі. Іони Плутония всіх ступенів окислення схильні до гідролізу і комплексоутворення.
З усіх ізотопів плутонію найбільш важливий α-радіоактивний 239 Рu (T½ = 2,4 × 10 4 років). Ядра 239 Pu здатні до ланцюгової реакції поділу під дією нейтронів, тому 239 Рu можна використовувати як джерело атомної енергії (енергія, що звільняється при розщепленні 1 г 239 Рu, еквівалентна теплоті, що виділяється при згорянні 4000 кг вугілля). В СРСР перші досліди з отримання 239 Pu були розпочаті в 1943-44 роках під керівництвом академіків І. В. Курчатова і В. Г. Хлопіна. Вперше Плутоній в СРСР був виділений з опроміненого нейтронами урану в 1945 році. У гранично стислі терміни були виконані великі дослідження властивостей плутонію, і в 1949 в СРСР почав працювати перший завод по радиохимическому виділенню плутонію.
Промислове виробництво 239 Pu засноване на взаємодії ядер 238 U з нейтронами в ядерних реакторах. Подальше відділення Рu від U, Np і високорадіоактивних продуктів поділу здійснюють радіохімічними методами (співосадження, екстракцією, іонним обміном та інших). Металевий Плутоній зазвичай отримують відновленням PuF3. PuF4 або PuСO2 парами барію, кальцію або літію. Як матеріал, що ділиться, 238 Pu використовують в атомних реакторах і в атомних і термоядерних бомбах. Ізотоп 238 Рu застосовують для виготовлення атомних електричних батарей, термін служби яких досягає 5 років і більше. Такі батарейки можуть застосовуватися, наприклад, в генераторах струму, що стимулюють роботу серця.
Плутоній в організмі. Плутоній концентрується морськими організмами: його коефіцієнт накопичення (тобто відношення концентрацій в організмі і в зовнішньому середовищі) для водоростей становить 1000-9000, для планктону (змішаного) - близько 2300, для молюсків - до 380, для морських зірок - близько 1000, для м'язів, кісток, печінки і шлунка риб - 5, 570, 200 і 1060 відповідно. Наземні рослини засвоюють Плутоній головним чином через кореневу систему і накопичують його до 0,01% від своєї маси. В організмі людини Плутоній затримується переважно в скелеті і печінки, звідки майже не виводиться (особливо з кісток). Найбільш токсичний 239 Pu викликає порушення кровотворення, остеосаркоми, рак легенів. З 70-х років 20 століття частка плутонію в радіоактивне забруднення біосфери зростає (так, опромінення морських безхребетних за рахунок плутонію стає більше, ніж за рахунок 90 Sr і 137 Cs).