Plutonij

Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigacija, traži
Ambox warning blue construction.svg Trenutno se vrše izmjene na stranici.
Molimo ostale korisnike da ne uređuju sadržaj stranice dok je prikazano ovo obavještenje kako bi se izbjegao konflikt s izmjenama. Ako imate komentare i pitanja u vezi sa stranicom, koristite stranicu za razgovor.
Napomena: Ovaj šablon možete ukloniti ako nije bilo izmjena u posljednja 3 dana.
Posljednju izmjenu napravio je korisnik C3r4 (razgovor · doprinosi), 25. 12. 2016. u 17:18.
Plutonij,  94Pu
Plutonium ring.jpg
Plutonij u periodnom sistemu
Hemijski element, Simbol, Atomski broj Plutonij, Pu, 94
Serija Aktinoidi
Grupa, Perioda, Blok Ac, 7, f
Izgled srebrenasti metal
Zastupljenost 2 · 10−20[1] %
Atomske osobine
Atomska masa 244,0642 u
Atomski radijus (izračunat) 151 (-) pm
Kovalentni radijus 187 pm
Van der Waalsov radijus - pm
Elektronska konfiguracija [Rn] 5f67s2
Broj elektrona u energetskom nivou 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
1. energija ionizacije 584,7 kJ/mol
Fizikalne osobine
Agregatno stanje čvrsto
Kristalna struktura monoklinska
Gustoća 19816 kg/m3
Magnetizam paramagnetičan ( = 6,2 · 10−4)[2]
Tačka topljenja 912,5 K (639,4 °C)
Tačka ključanja 3509 K (3230 °C)
Molarni volumen 12,29 · 10-6 m3/mol
Toplota isparavanja 325 kJ/mol
Toplota topljenja 11,48[1] kJ/mol
Brzina zvuka 2260 m/s pri 293,15 K
Specifična toplota 130 J/(kg · K)
Specifična električna provodljivost 6,8 · 105 S/m pri 293 K
Toplotna provodljivost 6,74[1] W/(m · K)
Hemijske osobine
Oksidacioni broj 3, 4, 5, 6, (7)
Elektrodni potencijal −2,031 V (Pu3+ + 3e → Pu)
Elektronegativnost 1,28 (Pauling-skala)
Izotopi
Izo RP t1/2 RA ER (MeV) PR
238Pu

sin

87,7 god α 5,593 234U
SR (1,9 · 10−7 %)
239Pu

sin

24.110 god α 5,245 235U
SR (3 · 10−10 %)
240Pu

sin

6.564 god α 5,256 236U
SR (5,7 · 10−6 %)
241Pu

sin

14,35 god β− 0,021 241Am
α (0,0025 %) 5,14 237U
SR (2 · 10−14 %)
242Pu

sin

375.000 god α 4,984 238U
SR (0,00055%)
243Pu

sin

4,956 h β− 0,579 243Am
244Pu

100 %

8 · 107 god α (99,88 %) 4,666 240U
SR (0,12 %)
Sigurnosno obavještenje

Oznake upozorenja

Oznaka upozorenja nepoznata[3]
Obavještenja o riziku i sigurnosti R: /
S: /
Ostala upozorenja
Radioaktivnost
Radioaktivni element

Radioaktivni element
Ukoliko je moguće i u upotrebi, koriste se SI osnovne jedinice.
Ako nije drugačije označeno, svi podaci su podaci dobiveni mjerenjima u normalnim uslovima.

Plutonij je hemijski element sa simbolom Pu i atomskim brojem 94. U periodnom sistemu on se nalazi u grupi aktinoida (7. perioda, f-blok) i ubraja se u tranuranijske elemente. Plutonij je vrlo otrovni, radioaktivni teški metal. Dobio je ime po patuljastoj planeti Plutonu. Prema svom rednom broju, on je najteži element koji se nalazi u prirodi. Međutim, u prirodi se nalazi samo u tragovima unutar veoma starih stijena. Veće količine ovog elementa dobijaju se vještački, pretežno u atomskim centralama i reaktorima. Kao jedan od malobrojnih hemijskih elemenata podložnih fisiji, igra veoma važnu ulogu za proizvodnju atomskog oružja. Naprimjer, osnovni reaktivni materijal u atomskoj bombi bačenoj 9. augusta 1945. na Nagasaki bio je plutonij. Ovaj element nastaje tokom rada nuklearnih reaktora iz uranijskih šipki nuklearnog goriva.

Historija[uredi | uredi izvor]

Ploča plutonija na bloku od kalcij-hlorida.
Plutonij

Plutonij su otkrili američki naučnici Glenn T. Seaborg, J. W. Kennedy, E. M. McMillan, Michael Cefola i Arthur Wahl. Oni su 14. decembra 1940. izveli eksperiment u ciklotronu, bombardirajući metu od uranija 238U atomima deuterija dobivši tako izotop 238Pu. Pri tom eksperimentu, najprije je napravljen uzorak 238U u obliku oksida U3O8 u tankom sloju na ploči od bakra. U ovoj reakciji emitirana su dva neutrona. U kratkom međuvremenu, nastao je neptunij kao međuproizvod a koji se odmah raspao na 238Pu. Nedvosmisleni dokaz o dobijanju elementa 94 dao je Arthur Wahl 23/24. februara 1941. godine.[4][5]

Drugi izotop plutonija dobijen je bombardovanjem brzim neutronima:

Navedena vremena su vremena poluraspada.

Novootkrivenom elementu dali su ime u martu 1942. po, u to vrijeme, najudaljenjenijoj otkrivenoj planeti Plutonu, a koji je opet dobio ime po istoimenom božanstvu iz rimske mitologije: ...nazvan po planeti koja slijedi nakon Neptuna, a u aspektu užasavajućeg djelovanja plutonijske atomske bombe daleko više mu odgovara izvođenje iz imena Plutona, božanstva podzemlja.[6] Prema tome, tri dotad najteža poznata elementa, uranij, neptunij i plutonij dobili su imena prema istoimenim planetama: Uranu, Neptunu i Plutonu. Prva mjerljiva količina plutonija od oko 4 µg dobijena je u augustu/septembru 1942. kada ga je izolirala grupa naučnika Burris B. Cunningham, Michael Cefola i Louis B. Werner.[7] Otkriće je držano u tajnosti tokom Drugog svjetskog rata. Sa prvom proizvodnjom plutonija u većem obimu otpočelo se u okvirima američkog projekta "Manhattan". Prva eksplozija atomske bombe kojoj je svjedočilo čovječanstvo bio je test "Trinity", čija je osnova bio plutonij 239Pu, kao i za bombu Debeljko (eng. Fat Man) koja je u augustu 1945. razorila japanski grad Nagasaki. Joseph Hamilton je izvodio testove na dobrovoljcima, davajući im plutonij, a zbog ogromne otrovnosti ovog elementa danas su takvi testovi zabranjeni.

Čak i prije otkrića plutonija, u Njemačkoj je Carl Friedrich von Weizsäcker nagovijestio da je u nuklearnim reaktorima moguć nastanak novog elementa eka-renija (tj. 239Eka Re).[8] Osim njega, Friedrich Georg Houtermans je također 1942. predvidio postojanje teoretsko postojanje nekog transuranijskog elementa u svom tajnom izvještaju. Međutim u okvirima nacističkog uranijskog projekta, prema današnjim saznanjima, do kraja Drugog svjetskog rata nije došlo do sinteze plutonija.[9]

Rasprostranjenost[uredi | uredi izvor]

Prirodni izvori[uredi | uredi izvor]

Plutonij je posljednji, doduše izuzetno rijetki, element u periodnom sistemu za koji je poznato da se može pronaći u prirodi. Sa udjelom od 2 · 10−19% (po težini)[1][10] on je jedan od najrjeđih elemenata u Zemljinoj kori. U nalazištima uranija može nastati plutonij u vrlo malim količinama apsorpcijom prirodno otpuštenih neutrona iz uranija. Procjenjuje se da na 140 milijardi atoma uranija može nastati jedan atom plutonija. Američki hemičar D. F. Peppard je 1951. iz koncentrata uranijeve rude izdvojio jedan mikrogram izotopa 239Pu. Za tako dobijeni mikrogram plutonija bilo je neophodno 100 tona rude.[11]

Najduže živući izotop plutonija, 244Pu, datiran u vrijeme nastanka Sunčevog sistema, pronađen je u mineralu bastnesitu, koji je dobio ime po mjestu pronalaska, rudniku Bastnäs u Švedskoj. Uz pomoć vrlo precizne analitike, uspjelo se dokazati prisustvo ovog izotopa u tragovima. Međutim, ove količine su tako neznatne da su pronađene tek 1971. godine, odnosno mnogo godina nakon vještačkog dobijanja plutonija u nuklearnim reaktorima.[12][13]

U prirodnom nuklearnom reaktoru Oklo u Gabonu kao i u susjednom nalazištu uranijske rude, poznato je da se tamo tokom nekoliko milenija odvijala nuklearna fisija kao lančana reakcija ali u prirodnom okruženju. U Oklou za oko 1,5 do 2 milijarde godina do danas nastalo je od 2 do 4 tone 239Pu putem sakupljanja fisibilnih neutrona na, tada vrlo česti, izotop uranija 238U. U pojedinim dijelovima nalazišta Oklo, dolazilo je i do direktne fisije 239Pu, što je značajno utjecalo na cjelokupni proces nuklearne fisije. Oko jedne trećine ukupno raspadnutog uranija 235U ima izvor u alfa-raspadu plutonija 239Pu. Ostatak nastalog plutonija se u međuvremenu potpuno raspao.

Vještački izvori[uredi | uredi izvor]

Plutonij nastaje pri eksplozijama nuklearnih bombi kao i u atomskim reaktorima putem transmutacije uranija. Međutim, tako vještački dobijeni plutonij posjeduju nuklearne sile i neke od visokorazvijenih država koje imaju izgrađene nuklearne elektrane, a procjenjuje se da te države imaju nekoliko stotina tona plutonija, između ostalih Rusija oko 180 tona a SAD oko 90 tona.[14]

Između 1945. i 1980. nadzemnim nuklearnim testovima ispušteno je u okolinu od tri do pet tona antropogenog plutonija,[13] čiji tragovi se i danas mogu pronaći u mnogim dijelovima svijeta. Osim toga, određene količine plutonija su emitirane kroz brojne nuklearne nesreće kao i u drugim nenamjernim događajima, kojima je uzrok čovjek:

  • ispuštanje pri nesrećama u vezi nuklearnog oružja i nesrećeama u laboratorijama koji se bave nuklearnim programima.
  • neuspjele svemirske misije te povratak na Zemlju brojnih satelita sa radioaktivnim električnim baterijama, poput misija Transit 5BN-3, Kosmos 954 i Apollo 13
  • požar reaktora u tvornici za preradu plutonija Sellafield 1957. godine.
  • desetine nesreća povezanih sa podmornicama na atomski pogon[15]
  • u prošlosti radioaktivni otpad se često, legalno i nelegalno, odlagao u okeane[16]
  • najveći dio plutonija emitiranog pri katastrofi u Černobilu raspršen je u krugu od 100 km od reaktora.[17] Pri nesreći u Kyštymu 1957. u ruskom postrojenju "Majak" ispuštena je značajna količina plutonija, koja je kontaminirala lokalno i regionalno područje.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ a b c d Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3, str. 469–476.
  2. ^ David R. Lide (ur.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90.izd. (internet verzija: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Magnetic Susceptibility of the Elements and Inorganic Compounds, str. 4-145
  3. ^ EU ovaj element još uvijek nije stavila na spisak opasnih elemenata, međutim trenutno nije moguće pronaći pouzdani izvor ili literaturu o opasnim svojstvima ove supstance. Radioaktivnost ne spada u opasna svojstva koja se ovdje navode.
  4. ^ G. T. Seaborg, E. McMillan, J. W. Kennedy, A. C. Wahl: Radioactive Element 94 from Deuterons on Uranium. u: Physical Review. 69 (7–8), 1946, str. 366–367; doi:10.1103/PhysRev.69.367
  5. ^ J. W. Kennedy, G. T. Seaborg, E. Segrè, A. C. Wahl: Properties of Element 94. u: Physical Review. 70 (7–8), 1946, str. ;555–556; doi:10.1103/PhysRev.70.555
  6. ^ Holleman 2007, str. 1948.
  7. ^ B. B. Cunningham, L. B. Werner: The First Isolation Of Plutonium. u: Journal of the American Chemical Society. 71 (5), 1949, str. 1521–1528; doi:10.1021/ja01173a001
  8. ^ "Carl Friedrich von Weizsäcker: Eine Möglichkeit der Energiegewinnung aus Uran 238, 17. Juli 1940". Geheimdokumente zum deutschen Atomprogramm 1938–1945. Deutsches Museum. Pristupljeno 13. 12. 2016. 
  9. ^ Markus Becker (19. 3. 2009). "Nuklear-Forensik: "Heisenberg-Würfel" verrät Details über Hitlers Atomprogramm". Spiegel Online. Pristupljeno 13. 12. 2016. 
  10. ^ Holleman 2007, str. 1949.
  11. ^ D. F. Peppard, M. H. Studier, M. V. Gergel, G. W. Mason, J. C. Sullivan, J. F. Mech: Isolation of Microgram Quantities of Naturally-occurring Plutonium and Examination of its Isotopic Composition. u: J. Am. Chem. Soc. 73 (6), 1951, str. 2529–2531; doi:10.1021/ja01150a034
  12. ^ D. C. Hoffman, F. O. Lawrence, J. L. Mewherter, F. M. Rourke: Detection of Plutonium-244 in Nature. u: Nature. 234, 1971, str. 132–134; doi:10.1038/234132a0
  13. ^ a b kernenergie-wissen.de: "Was ist Plutonium?". 
  14. ^ Pavel Podvig: Can the US-Russia plutonium disposition agreement be saved? Bulletin of the Atomic Scientists, 28. april 2016.
  15. ^ Jürgen Schönstein, Hinrich Bäsemann: Plutonium in den Tiefen der Weltmeere; pristupljeno 2. maja 2012.
  16. ^ Lasse Ringius: Radioactive waste disposal at sea – public ideas, transnational policy entrepreneurs, and environmental regimes. MIT Press, Cambridge 2001, ISBN 0-262-18202-5, str. 23, pristupljeno 2. maja 2012.
  17. ^ Presseerklärung der IAEO zu Tschernobyl (1995) str. 9, (PDF).


Literatura[uredi | uredi izvor]

  • A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg (2007). Lehrbuch der Anorganischen Chemie. Berlin: de Gruyter. ISBN 978-3-11-017770-1.