Στοιχεία πλουτωνίου (Pu ή ατομικός αριθμός 94)

Πιθανότατα γνωρίζετε κάποια στοιχεία για το πλουτώνιο, όπως είναι ένα ραδιενεργό στοιχείο που χρησιμοποιείται σε πυρηνικές συσκευές και για την τροφοδοσία διαστημικών σκαφών. Ακολουθεί μια συλλογή από ενδιαφέροντα στοιχεία για το πλουτώνιο που ίσως δεν γνωρίζετε, συμπεριλαμβανομένων των ιδιοτήτων, των χρήσεων και των πηγών του.

Ενδιαφέροντα στοιχεία για το πλουτώνιο

1. Το πλουτώνιο είναι ένα ραδιενεργό στοιχείο με ατομικό αριθμό 94. Αυτό το καθιστά το φυσικό στοιχείο με τον υψηλότερο ατομικό αριθμό. (Τεχνικά, το αμερίκιο, το κούριο, το βερκέλιο και το καλιφόρνιο εμφανίζονται ως προϊόντα αποσύνθεσης στα μεταλλεύματα ουρανίου, αλλά όχι σε σημαντικές ποσότητες.)
2. Όλα τα ισότοπα πλουτωνίου είναι ραδιενεργά. Το πιο σταθερό ισότοπο είναι το Pu-239, με χρόνο ημιζωής 24.360 χρόνια.
3. Το σύμβολο στοιχείου για το πλουτώνιο είναι το Pu αντί για το Pl, επειδή οι ανακαλυπτές του στοιχείου θεώρησαν ότι ήταν αστείο να πουν "Pee-You". (Οι φυσικοί έχουν αίσθηση του χιούμορ.)
4. Το στοιχείο πήρε το όνομά του από τον νάνο πλανήτη Πλούτωνα. Η ονομασία ακολουθεί την τάση που ορίζεται από τα προηγούμενα στοιχεία, με το ουράνιο να ονομάζεται Ουρανός και το Ποσειδώνιο να ονομάζεται Ποσειδώνας.
5. Αν και το πλουτώνιο υπάρχει στη φύση, ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά ως συνθετικό στοιχείο που παράγεται από τους Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, J.W. Kennedy και A.C. Wahl στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ το 1940-1941. Η ομάδα του Seaborg έφτιαξε πλουτώνιο βομβαρδίζοντας το ουράνιο-238 με δευτερόνια σε ένα κυκλότρον. Ωστόσο, οι επιστήμονες αναγνώρισαν αμέσως τις δυνατότητες του στοιχείου για την κατασκευή πυρηνικών όπλων, επομένως η ανακάλυψή του παρέμεινε μυστική μέχρι και μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο.
6. Το πλουτώνιο ανήκει στην ομάδα ακτινιδών των στοιχείων του περιοδικού πίνακα. Όπως και τα άλλα στοιχεία της ομάδας, το πλουτώνιο είναι ένα ασημί, ραδιενεργό μέταλλο που οξειδώνεται γρήγορα στον αέρα, έτσι ώστε να φαίνεται αμαυρωμένο.
7. Το πλουτώνιο λάμπει στο σκοτάδι, αλλά όχι επειδή είναι ραδιενεργό. Το στοιχείο είναι πυροφορικό, που σημαίνει ότι καίγεται ουσιαστικά στον αέρα. Ένα κομμάτι πλουτωνίου στον αέρα λάμπει κοκκινωπό πορτοκαλί, σαν χόβολη. Σε αντίθεση με τα περισσότερα μέταλλα, το πλουτώνιο αποτελεί κίνδυνο πυρκαγιάς.
8. Το πλουτώνιο είναι επίσης ζεστό στην αφή. Εν μέρει η θερμότητα προέρχεται από την πυροφορικότητα του στοιχείου. Όμως, το πλουτώνιο είναι ζεστό ακόμη και απουσία οξυγόνου λόγω της ραδιενέργειας του. Είναι η διάσπαση άλφα που παράγει τη θερμότητα, απελευθερώνοντας περίπου 9,68 watt ισχύος από ένα δείγμα 5 κιλών.
9. Η υψηλή ραδιενέργεια οδηγεί σε αυτο-ακτινοβόληση, η οποία κουράζει το μέταλλο, αλλάζει την κρυσταλλική του δομή με την πάροδο του χρόνου και ανόπτει το μέταλλο. Βασικά, ένα κομμάτι πλουτωνίου εμφανίζει διαρκώς μεταβαλλόμενες ιδιότητες.
10. Είναι επικίνδυνο να δουλεύεις με πλουτώνιο επειδή είναι ραδιενεργό και μπορεί να υποστεί αυθόρμητη σχάση ανά πάσα στιγμή. Επιπλέον, το πλουτώνιο είναι ένα τοξικό βαρύ μέταλλο. Το πλουτώνιο συσσωρεύεται στο μυελό των οστών, όπου απελευθερώνει ακτινοβολία άλφα, βήτα και γάμμα. Κανείς δεν είναι γνωστό ότι πέθανε από οξεία δηλητηρίαση από ακτινοβολία πλουτωνίου, αλλά οι γενετικές μεταλλάξεις προκαλούν εύκολα καρκίνο. Ωστόσο, μερικοί άνθρωποι έχουν εισπνεύσει πλουτώνιο και δεν ανέπτυξαν καρκίνο του πνεύμονα. Το εισπνεόμενο πλουτώνιο φέρεται να έχει μεταλλικό άρωμα.
11. Το πλουτώνιο είναι υπεύθυνο για ορισμένα κρίσιμα ατυχήματα. Χρειάζεται το ένα τρίτο λιγότερο πλουτώνιο από το ουράνιο-235 για την κρίσιμη μάζα. Παρόλο που τα άτομα του πλουτωνίου απέχουν περισσότερο μεταξύ τους όταν διαλύεται στο νερό, είναι πιο πιθανό να γίνει κρίσιμο από το στερεό μέταλλο, επειδή το υδρογόνο στο νερό λειτουργεί ως μεσολαβητής.
12. Τα περισσότερα μέταλλα είναι καλοί θερμικοί και ηλεκτρικοί αγωγοί, αλλά το πλουτώνιο δεν μεταφέρει τη θερμότητα και τον ηλεκτρισμό. Έχει επίσης χαμηλό σημείο τήξης για ένα μέταλλο.
13. Το πλουτώνιο είναι ασυνήθιστο καθώς η πυκνότητά του αυξάνεται καθώς λιώνει. Μερικές ενώσεις εμφανίζουν αυτήν την ιδιότητα, όπως το νερό και το κερί παραφίνης, αλλά τα στοιχεία τείνουν να έχουν την υψηλότερη πυκνότητα ως στερεά. Κοντά στο σημείο τήξης του, το πλουτώνιο έχει υψηλότερο ιξώδες και επιφανειακή τάση από τα περισσότερα μέταλλα.
14. Το πλουτώνιο παίρνει διάφορες μορφές ή αλλοτρόπα. Τα αλλότροπα έχουν διαφορετικές ιδιότητες το ένα από το άλλο. Για παράδειγμα, το άλφα αλλοτρόπιο είναι σκληρό και εύθραυστο, ενώ το δέλτα είναι μαλακό και όλκιμο. Το πλουτώνιο αλλάζει αυθόρμητα μορφή ανάλογα με τις συνθήκες, καθιστώντας το ένα μέταλλο δύσκολο στην εργασία.
15. Το πλουτώνιο έχει πολλές χρήσεις, κυρίως σε σχέση με τη ραδιενέργεια και την παραγωγή θερμότητας. Η πυρηνική δοκιμή Trinity και η συσκευή Fat Man που έπεσαν στο Ναγκασάκι χρησιμοποίησαν πλουτώνιο. Αλλά, έχει και ειρηνικές εφαρμογές. Πλούσιο σε πλουτώνιο χρησιμοποιημένο καύσιμο αντιδραστήρων χρησιμεύει ως καύσιμο μικτού οξειδίου (MOX) στους αντιδραστήρες, ανακυκλώνοντας υλικό που διαφορετικά θα ήταν πυρηνικά απόβλητα. Το πλουτώνιο είναι πηγή ενέργειας και θερμότητας για διαστημόπλοια. Οι αποστολές Cassini, Voyager, Galileo και New Horizons καθώς και τα ρόβερ του Άρη Curiosity και Perseverance χρησιμοποιούν γεννήτριες πλουτωνίου και θερμαντικές μονάδες. Οι πηγές ενέργειας και θερμότητας πλουτωνίου μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν στην εξερεύνηση βαθέων υδάτων. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν πλουτώνιο για να φτιάξουν βαρύτερα στοιχεία. Για παράδειγμα, η ανακάλυψη του φλεροβίου περιελάμβανε πλουτώνιο.
16. Όπως και άλλες ακτινίδες, το πλουτώνιο έχει αρκετές καταστάσεις οξείδωσης. Αυτές οι καταστάσεις οξείδωσης είναι πολύχρωμες σε υδατικά διαλύματα. Το Pu(III) είναι λεβάντας ή βιολετί, το Pu(IV) είναι χρυσοκαφέ, το Pu(V) είναι ανοιχτό ροζ, το Pu(VI) είναι πορτοκαλοροζ και το Pu(VII) είναι πράσινο. Τα άτομα πλουτωνίου αλλάζουν αυθόρμητα καταστάσεις οξείδωσης, επομένως ένα διάλυμα μπορεί να αλλάξει χρώμα.
17. Το φυσικό πλουτώνιο εμφανίζεται στα μεταλλεύματα ουρανίου. Σχηματίζεται από φυσική ακτινοβολία νετρονίων του ουρανίου, μετατρέποντας το στοιχείο σε πλουτώνιο. Ωστόσο, το στοιχείο είναι σχετικά σπάνιο στον φλοιό της Γης. Η κύρια πηγή πλουτωνίου είναι η σύνθεση αντιδραστήρα από ουράνιο-238.

Βασικά στοιχεία για το πλουτώνιο

• Όνομα: Πλουτώνιο
• Σύμβολο στοιχείου: Pu
• Ατομικός αριθμός: 94
• Ατομική μάζα: 244 (για το πιο σταθερό ισότοπο)
• Διαμόρφωση ηλεκτρονίου: [Rn] 5f 7s
• Ομάδα στοιχείων: Ακτινίδη
• Εμφάνιση: Συμπαγές μέταλλο σε ασημί χρώμα
• Πυκνότητα (g/cm): 19.84
• Σημείο τήξης: 912,5 K​(639,4 °C, ​1182,9 °F)
• Σημείο βρασμού: 3505 K​(3228 °C, ​5842 °F
• Ατομική ακτίνα (μ.μ.): 151
• Ιονική ακτίνα: 93 (+4e) 108 (+3e)
• Θερμότητα σύντηξης (kJ/mol): 2.8
• Θερμότητα εξάτμισης (kJ/mol): 343,5
• Ηλεκτραρνητικότητα Pauling: 1,28
• Ενέργεια Πρώτου Ιονισμού (kJ/mol): 491,9
• Καταστάσεις οξείδωσης: +2, +3, +4 , +5, +6, +7, +8
• Κρυσταλλική δομή: Μονοκλινική

Αναφορές

• Emsley, John (2011). Τα δομικά στοιχεία της φύσης:Οδηγός Α-Ζ για τα στοιχεία . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960563-7.
• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Χημεία των Στοιχείων (2η έκδ.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
• Hammond, C. R. (2004). Τα στοιχεία , στο Εγχειρίδιο Χημείας και Φυσικής (81η έκδ.). πρέσα CRC. ISBN 978-0-8493-0485-9.
• Seaborg, Glenn T. The Plutonium Story . Lawrence Berkeley Laboratory, Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. LBL-13492, DE82 004551.
• Wast, Robert (1984). CRC, Εγχειρίδιο Χημείας και Φυσικής . Boca Raton, Florida:Chemical Rubber Company Publishing. ISBN 0-8493-0464-4.