پلوتونیم

نپتونیم → پلوتونیم ← آمریسیم Sm ↑ Pu ↓ (Uqo) ۹۴Pu جدول تناوبی
ظاهر
silvery white, tarnishing to dark gray in air
ویژگی‌های کلی
نام، نماد، عدد	پلوتونیم، Pu، ۹۴
گروه، دوره، بلوک	[[عنصر گروه |]]، ۷، f
جرم اتمی استاندارد	{{{atomic mass}}} گرم بر مول
آرایش الکترونی	[Rn] 5f6 7s2
الکترون به لایه	۲, ۸, ۱۸, ۳۲, ۲۴, ۸, ۲
ویژگی‌های فیزیکی
حالت	جامد
چگالی (نزدیک به دمای اتاق)	۱۹٫۸۱۶ g·cm−۳
چگالی مایع در نقطه ذوب	۱۶٫۶۳ g·cm−۳
نقطه ذوب	۹۱۲٫۵ K،‎ ۶۳۹٫۴ °C،‎ ۱۱۸۲٫۹ °F
نقطه جوش	۳۵۰۵ K،‎ ۳۲۲۸ °C،‎ ۵۸۴۲ °F
گرمای هم‌جوشی	۲٫۸۲ کیلوژول بر مول
گرمای تبخیر	۳۳۳٫۵ کیلوژول بر مول
ظرفیت گرمایی	۳۵٫۵ کیلوژول بر مول
فشار بخار
فشار (پاسکال) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱k ۱۰k ۱۰۰k دما (کلوین)       ۲۵۱۱ ۲۹۲۶ ۳۴۹۹
ویژگی‌های اتمی
وضعیت اکسید شدن	۷, ۶, ۵, ۴, ۳, ۲, ۱ ((an amphoteric oxide))
الکترونگاتیوی	۱٫۲۸ (مقیاس پاولینگ)
انرژی‌های یونش	نخستین: {{{1st ionization energy}}} کیلوژول بر مول
شعاع اتمی	۱۵۹ pm
شعاع کووالانسی	۱۸۷±۱ pm
متفرقه
ساختار کریستالی	monoclinic
مغناطیس	paramagnetic
مقاومت ویژه الکتریکی	(0 °C) ۱٫۴۶۰Ω·m
رسانایی گرمایی	(300 K) 6.74 W·m−1·K−1
انبساط گرمایی	(25 °C) ۴۶٫۷ µm·m−1·K−1
سرعت صوت	۲۲۶۰ m/s
مدول یانگ	۹۶ GPa
مدول برشی	۴۳ GPa
نسبت پواسون	۰٫۲۱
عدد کاس	۷۴۴۰-۰۷-۵

پلوتونیوم یک عنصر شیمیایی رادیواکتیو و فلزی است که نماد آن Pu و عدد اتمی آن ۹۴ می‌باشد. وزن اتمی این عنصر ۲۴۴٫۰۶ بوده و چگالی آن ۱۹٫۸۰۰ kg/m۳ می‌باشد.

پلوتونیوم در سال ۱۹۴۰ توسط دکتر GlennT.Seaborg, Edwin McMillan, Kennedy و Wahl از طریق بمباران دوترونی اورانیوم در سیکلوترون (شتاب‌دهنده ذرات مدور) Berkeley Radiation Laboratory دانشگاه کالیفرنیا برکلی کشف شد. اما این کشف تا مدت‌ها سری باقی ماند. این عنصر با توجه به کشف سیاره پلوتو که درست بعد از نپتون کشف شد، پلوتونیوم نام گرفت. (پلوتون در منظومه شمسی بعد از نپتون قرار دارد).

ایزوتوپها

مهم‌ترین ایزوتوپ پلوتونیوم Pu۲۳۹ بوده که نیمه عمر آن ۲۴۲۰۰ سال می‌باشد؛ و به دلیل نیمه عمر کوتاه آن رد بسیار ناچیزی از پلوتونیم به صورت طبیعی در معادن یافت می‌شود. پلوتونیوم ۲۳۹، در رآکتورهای هسته‌ای از اورانیوم ۲۳۸، و در مقیاسهای بالا تولید می‌شود.

ایزوتوپ پلوتونیوم ۲۳۸ ساطع‌کننده اشعه آلفا می‌باشد که نیمه عمرش ۸۷ سال است. این خصوصیات آن را برای استفاده در تولید نیروی برق برای دستگاه‌هایی که می‌بایست بدون نگهداری مستقیم در مقیاسهای زمانی حدوداً برابر عمر انسان کار کنند، مناسب می‌کند؛ بنابراین در RTG هائی، مانند آنهایی که نیروی کاوشگرهای فضایی Galileo و Cassini را تأمین می‌کنند کاربرد دارد.

همچنین پلوتونیوم چهار ظرفیت یونی را در محلولهای آبی از خود نشاد می‌دهد: Pu+۳ (آبی کمرنگ) Pu+4 ,PuO+ و PuO+۲

ین PuO+ در محلولهای آبی پایدار نیست و تناسبی با Pu+۴ و PuO+۲ ندارد. Pu+۴ می‌تواند PuO+ را به PuO+۲ تبدیل کرده و خودش به PuO+۳ تبدیل شود و یک PuO+ و PuO+۳ آزاد کند. پلوتونیوم ترکیبات دوتایی PuO و PuO۲ را با اکسیژن شکل می‌دهد و با هیدرات‌های PuF3,PuF4,PuCl3,PuBr3,PuI۳ و کربن، نیتروژن و سیلیسیم در ترکیبات متغیر مداخله می‌کند. Puc, PuN, PuSi۲ و اکسی هالیدها نیز شناخته شده می‌باشند: PuOCL,PuObr,PuOI

پلوتونیم یک عنصر مصنوعی است

کاربردها

پلوتونیوم یکی از مواد مهم شکافت هسته‌ای در سلاح‌های هسته‌ای پیشرفته‌است. باید احتیاط لازم جهت جلوگیری از جمع شدن مقداری از پلوتونیوم که به جرم بحرانی نزدیک می‌شود به عمل آورد، چرا که این مقدار از پلوتونیوم خودبه خود واکنش‌های شکافت هسته‌ای تولید می‌کند. بدون توجه به محدود نشدن پلوتونیوم توسط فشار خارجی که برای یک سلاح هسته‌ای لازم است، پلوتونیوم می‌تواند خودش را گرم کرده و هر چیزی را که پیرامون آن را محدود می‌کند بشکند، جلوگیری شود. شکل ظاهری پلوتونیوم هم در این امر مؤثر است؛ بنابراین، باید از ایجاد اشکال فشرده مانند کره پرهیز کرد.

همچنین پلوتونیوم مخصوصاً نوع بسیار خالص آن، آتش زا بوده و به صورت شیمیایی با اکسیژن و آب واکنش می‌دهد که می‌تواند باعث انباشتگی هیدرید پلوتونیوم و یک ترکیب Pyrophoric شود، که ماده‌ای است که در دمای اتاق در هوا می‌سوزد. حجم پلوتونیوم به هنگام ترکیب شدن با اکسیژن بسیار افزایش میابد و می‌تواند ظرف خود را بشکند بنابراین احتیاط‌های لازم برای حمل پلوتونیوم در هر شکل آن باید انجام شود، عموماً یک اتمسفر خشک و خنثی نیاز می‌باشد. علاوه بر این‌ها، خطرات رادیو اکتیوی نیز وجود دارد. خاک اکسید منیزیم مؤثرترین ماده برای فرونشاندن آتش پلوتونیوم می‌باشد. آن ماده مشتعل را مانند یک کاهنده دما(Heat Sink) سرد می‌کند و در عین حال از رسیدن اکسیژن به آن جلوگیری می‌کند. آب نیز در این مورد مؤثر است. در سال ۱۹۶۲ در Rocky Flats Plant در نزدیکی Boulder, Colorado یک آتش‌سوزی بزرگ پلوتونیومی رخ داد.

پلوتونیوم همچنین در ساخت جنگ‌افزار هسته‌ای و ساخت زهرهای (نه الزاماً مهلک) کاربرد دارد. توده‌های انباشته شده پلوتونیوم توسط اتحاد جماهیر شوروی قدیم و ایالات متحده آمریکا به وجود می‌آمد. از پایان جنگ سرد تمرکز بر نگرانی از گسترش تکنولوژی هسته‌ای بوجود آمد. در سال ۲۰۰۲ دپارتمان انرژی ایالات متحده ۳۴ تن از مواد پلوتونیوم را که برای ساخت سلاح‌های هسته‌ای استفاده می‌شد را از دپارتمان دفاع ایالات متحده گرفت و از اوایل سال ۲۰۰۳ تصمیم گرفت برای خلاصی از این اورانیوم‌ها، به تبدیل چندین نیروگاه هسته‌ای در آمریکا، از سوخت اورانیوم غنی شده به سوخت MOX اقدام کند.

خطرات

گاهی اوقات از پلوتونیوم با عنوان سمی‌ترین ماده شناخته شده بر انسان نام برده می‌شود و این در حالی است که یک توافق کلی در میان کارشناسان مبنی بر نادرست بودن این مطلب وجود دارد. تا سال ۲۰۰۳ تنها یک مورد مرگ انسان به علت مجاورت و ارتباط با پلوتونیوم وجود داشته‌است. رادیومی که به صورت طبیعی به وجود می‌آید حدوداً ۲۰۰ برابر سمی تر از پلوتونیوم است و برخی از Toxinهای آلی مانند سم بوتولین میلیاردها برابر سمی تر از پلوتونیوم می‌باشند.

به هر حال، حوادث بحرانی نیز وجود داشته. حمل بی‌ملاحظه ۶٫۲ kg پلوتونیوم کروی در Los Alamos در ۲۱ آگست ۱۹۴۵، باعث انتشار دوز مرگبار تشعشع گردید. Harry Daghlian دوزی در حدود ۵۱۰ rem دریافت کرد، او ۴ هفته بعد درگذشت. مرگ دیگری در سال ۱۹۵۸ در واحد غنی‌سازی اورانیوم Los Alamos روی داد. پلوتونیوم در یک مخزن مخلوط کن جمع شده بود. یک بار جدید هم به آن منتقل شد و در نتیجه ۸ کیلوگرم پلوتونیوم در مرکز مخزن جمع شد. یک کارگر در معرض تشعشع قرار گرفت و در کمتر از دو روز در گذشت.

حالت‌های سمی پلوتونیوم از نظر شیمیایی و پرتوشناسی، باید از خطرات پلوتونیوم متمایز شود. بسیاری از جنبشهای ضد هسته‌ای و در ادامه جنبشهای سیاست سبز از پلوتونیوم به عنوان خطرناک‌ترین ماده شناخته شده برای بشریت یاد کرده و تنها دلیلشان نقش مهلک آن در تولید سلاح‌های هسته‌ای می‌باشد.

احتمالاً اخلاط این دو دیدگاه است که باعث گزافه گویی‌های احساسی در خصوص سمی بودن پلوتونیم می‌شود. در سال ۱۹۸۹ نوشته‌ای از Bernard L. Cohen این‌گونه بیان می‌کند که «خطرات پلوتونیوم خیلی آشکارتر و راحت تر از خطرات ناشی از مواد افزودنی به غذاها و همچنین حشره کشها فهمیده می‌شوند و در مقایسه تنها یک مرگ در هر ۳۰۰ سال می‌تواند کم مایه بودن این نظر را اثبات کند؛ و علی‌رغم حقایقی که ما در اینجا ذکر کردیم و حقایق شناخته شده بر جامعه علمی افسانه سمی بودن پلوتونیوم همچنان ادامه دارد.»http://www.environmental.usace.army.mil/info/technical/hp/hpfaq/THE_MYTH_OF_PLUTONIUM_TOXICITY.doc (html-ized)

بنابراین هیچ گونه شک و تریدی وجود ندارد که پلوتونیوم در صورت استفاده نادرست می‌تواند بسیار خطرناک باشد. پرتوی آلفا که پلوتونیوم از خود ساطع می‌کند نمی‌تواند به پوست نفوذ کند، اما می‌تواند به اندامهای داخلی در صورت تنفس یا خوردن پلوتونیوم آسیب برساند. ذرات بسیار کوچک پلوتونیم در صورت تنفس و رسیدن به ریه‌ها می‌توانت باعث به وجود آمدن سرطان ریه شود. مواد دیگر از جمله ricin، سم botulinum و سم tetanus در دوزهایی کمتر از یک میلی‌گرم، می‌توانند کشنده باشند، بنابراین پلوتونیوم از این نظر غیرعادی نیست. مقادیر قابل توجه بیشتر آن، در صورت بلع یا تنفس، می‌تواند باعث به وجود آمدن مسمومیت رادیویی حاد و مرگ شخص شود. در ژانویهٔ سال ۲۰۱۶میلادی یک تیم تحقیق بریتانیایی فاش ساخت که اکساندر لیتویننکو (مأمور سابق ک گ ب و مخالف سیاست‌های ولادیمیر پوتین) در سال ۲۰۰۶ بدستور ولادیمیر پوتین در لندن به قتل رسید و هیئت تحقیق وجود مقادیری پلوتونیم در قوری چای او را تأیید کردند. بسیاری از مردم مقدار قابل توجهی پلوتونیوم در بدن خود دارند.

ویژگی‌ها

این فلز ظاهری نقره‌ای رنگ دارد و هنگامی که اکسید می‌شود رنگش تا حدی به زرد تیره می‌گراید. اگر مقدار زیادی از پلوتونیوم در جایی جمع شود به قدری گرم می‌شوند که نمی‌توان آن را لمس کرد و دلیل آن نیز ساطع کردن انرژی آلفا می‌باشد. مقادیر بیشتر گرمای لازم را برای جوشاندن آب به وجود می‌آورد. این فلز به سرعت در اسید هیدرویدیک یا اسید پرکلریک غلیظ، حل می‌شود. این فلز شش حالت آلوتروپیک با ساختارهای بلورین گوناگون از خود نشان می‌دهد که چگالی آن‌ها از ۱۶٫۰۰ تا ۱۹٫۸۶ متغیر است.

منابع

سایت رشد: www.roshd.ir