Перегляд вихідного коду сторінки Плутоній

{{Хімічний елемент|Плутоній (Pu)<!--Назва-->|94<!--Атомний номер-->|[[Файл:Plutonium ring.jpg|безрамки]]сріблясто-білий  <br />  радіоактивний метал<!-- Зовнішній вигляд-->|239,13<!--Атомна маса-->|151<!--Радіус атома-->|491,9(5,10)<!--Енергія іонізації-->|[Rn] 5f<sup>6</sup> 7s<sup>2</sup><!--Електронна конфігурація-->|n/a<!--Ковалентний радіус-->|(+4e) 93 (+3e) 108<!--Радіус іона-->|1,28<!--Електровід'ємність-->|Pu←Pu<sup>4+</sup> -1,25В <br />Pu←Pu<sup>3+</sup> -2,0В <br />Pu←Pu<sup>2+</sup> -1,2В <!--Електродний потенціал-->|6, 5, 4, 3<!--Степені окислення-->|19,84<!--Густина-->|32,77{{sfn | Кнунянц | 1992 | с=580}}<!-- Питома теплоємність-->|(6,7)<!--Теплопровідність-->|912<!--Температура плавлення-->|2,8<!--Теплота плавлення -->|3505<!--Температура кипіння-->|343,5<!--Теплота випаровування-->|n/a<!--Молярний об'єм-->|моноклінна<!--Структура решітки-->|n/a<!--Період решітки-->|n/a<!--Відношення c/a-->|n/a<!--Температура Дебая-->}}

'''Плутоній''' (Pu)&nbsp;— сріблясто-білий [[радіоактивність|радіоактивний]] [[метал]] групи [[актиноїди|актиноїдів]], теплий на дотик (через свою радіоактивність). У природі зустрічається в дуже малих кількостях в [[уранітова смолка|уранітовій смолці]] й інших [[руда]]х [[Уран (хімічний елемент)|урану]] та [[церій|церію]], у значній кількості одержують штучно. 
Близько 5 тонн плутонію викинуто в атмосферу в результаті ядерних випробувань.
[[File:Plutonium3.jpg|thumb|Плутоній, сріблястий, дуже важкий і твердий метал.]]
== Історія ==
Відкритий [[1940]] року [[Гленн Сіборг|Гленом Сиборгом]] (Glenn Seaborg), Едвіном Макміланом (Edwin McMillan), Кенеді (Kennedy) та Артуром Уолхом (Arthur Wahl) [[1940]] року у [[Берклі]] (США) під час бомбардування [[Уран (хімічний елемент)|уранової]] мішені [[дейтрон]]ами, прискореними у [[циклотрон]]і.

== Походження назви ==
Плутоній був названий на честь планети [[Плутон (планета)|Плутон]]<ref>Згідно з новою класифікацією небесних тіл, ухваленою [[19 серпня]] [[2006]] року на XXVI Асамблеї [[Міжнародний астрономічний союз|Міжнародного астрономічного союзу]], Плутон був перекваліфікований з [[планета|планети]] у [[карликова планета|карликову планету]]</ref>, оскільки попередній відкритий хімічний елемент отримав назву [[нептуній]].

== Отримання ==
Плутоній отримують у ядерних реакторах. 

Ізотоп <sup>238</sup>U, що складає основну масу природного урану, мало придатний до [[поділ ядра|поділу]]. Для ядерних реакторів уран дещо збагачують, але частка <sup>235</sup>U в ядерному паливі залишається невеликою (приблизно 5&nbsp;%). Основну частину у [[ТВЕЛ]]ах становить <sup>238</sup>U. Під час роботи ядерного реактора частина ядер <sup>238</sup>U захоплює нейтрони і перетворюється на <sup>239</sup>Pu, який надалі можна виділити.
:<math>\mathrm{^{238}_{\ 92}U\ +\ ^{1}_{0}n\ \longrightarrow \ ^{239}_{\ 92}U\ \xrightarrow[23,5 \ min]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 93}Np\ \xrightarrow[2,3565 \ d]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 94}Pu}</math>

Виділити плутоній серед продуктів ядерних реакцій досить складно, тому що плутоній (як і уран, торій, нептуній) належить до дуже схожих між собою за хімічними властивостями [[актиноїди|актиноїдів]]. Завдання ускладнюється тим, що серед продуктів розпаду містяться [[рідкісноземельні елементи]], хімічні властивості яких теж подібні до плутонію. 
Застосовують традиційні радіохімічні методи&nbsp;— [[осадження]], [[екстракція|екстракцію]], [[іонний обмін]] тощо.
Кінцевим продуктом цієї багатостадійної технології є оксид плутонію PuO<sub>2</sub> або фториди (PuF<sub>3</sub>, PuF<sub>4</sub>).

Видобувають плутоній методом металотермії (відновленням активними металами з оксидів та солей у вакуумі): 
:PuF<sub>4</sub> + 2Ba = 2BaF<sub>2</sub> + Pu

== Ізотопи ==
{| class="wikitable" border="1"
|+ ''Основні ізотопи плутонію''
!ізотоп
!період<br />напіврозпаду
!вид <br />розпаду
!продукт
|----
!Pu-238
|align=right|86 років
|α
|U-234
|----
!Pu-239 
|align=right|24&nbsp;360 років
|α
|U-235
|----
!Pu-240 
|align=right|6&nbsp;537 років
|α
|U-236
|----
!Pu-241 
|align=right|14,0 років
|β
|Am-241
|----
!Pu-242 
|align=right|370&nbsp;000 років
|α
|U-238
|----
!Pu-244 
|align=right|82&nbsp;000&nbsp;000 років
|α
|U-240
|----
|}
Штучно було отримано 21 [[ізотопи|ізотоп]] плутонію з масовими числами від 228 до 247, 1 з яких&nbsp;— [[Ізомерія атомних ядер|метастабільний]]. Всі ці ізотопи нестабільні і радіоактивні<ref>[https://education.jlab.org/itselemental/iso094.html Isotopes of the Element Plutonium] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170422000230/http://education.jlab.org/itselemental/iso094.html |date=22 квітня 2017 }}{{ref-en}}</ref>.

Найважливішим є [[ізотоп]] <sup>239</sup>Pu, здатний до [[поділ ядра|поділу ядра]] та [[ланцюгова реакція|ланцюгової ядерної реакції]]. Це єдиний ізотоп, придатний для використання у ядерній зброї. Має кращі, ніж [[Уран (хімічний елемент)|уран]]-235, показники поглинання та розсіювання нейтронів, кількості нейтронів на один поділ (близько 3 проти 2,3) та, відповідно, меншу [[критична маса|критичну масу]]. 

Його [[період напіврозпаду]] становить близько 24 тис. років. Інші ізотопи плутонію розглядають перш за все з погляду шкідливості для основного (збройового) застосування.

Ізотоп <sup>238</sup>Pu має потужну альфа-радіоактивність і, як наслідок, значне тепловиділення (567 Вт/кг). Це створює незручності для використання у ядерній зброї, але знаходить застосування у [[ядерна батарея|ядерних батареях]]. Майже всі космічні апарати, що відлетіли за орбіту [[Марс (планета)|Марса]], мають радіоізотопні реактори на <sup>238</sup>Pu.
У реакторному плутонії частка цього ізотопу дуже незначна.

Ізотоп <sup>240</sup>Pu є основним забруднювачем [[Збройовий плутоній|збройового плутонію]]. Має високу інтенсивність спонтанного розпаду, створює високий нейтронний фон, що суттєво ускладнює підрив ядерних зарядів. Вважають, що його частка у зброї не повинна перевищувати 7%.

<sup>241</sup>Pu має низький нейтронний фон і помірну теплову емісію. Його частка становить трохи менше 1% та на властивості збройового плутонію не впливає. Проте із періодом напіврозпаду 14 років перетворюється на америцій-241, який виділяє багато тепла, що може створювати проблему перегріву зарядів. 

<sup>242</sup>Pu має дуже малий перетин реакції захоплення нейтронів і накопичується у ядерних реакторах, хоч і в дуже невеликій кількості (менше 0,1%). На властивості збройового плутонію не впливає. Його застосовують здебільшого для подальших ядерних реакцій синтезу трансплутонієвих елементів: теплові нейтрони не викликають поділу ядра, тому будь-які кількості цього ізотопу можна опромінювати потужними потоками нейтронів.

Інші ізотопи плутонію зустрічаються надзвичайно рідко та не мають впливу на виготовлення ядерних зарядів.

Відомо, що плутоній можна виявити в природі, зокрема його знайшли в метеоритному пилу, що осів на морському дні. Найважчим із відомих людству природних хімічних елементів є ізотоп плутонію під назвою <sup>244</sup>Pu (плутоній-244)<ref>[https://newsyou.info/2023/05/yakij-naspravdi-najvazhchij-ximichnij-element-u-vsesviti-vse-ne-tak-prosto Який насправді найважчий хімічний елемент у Всесвіті: все не так просто. 23.05.2023, 23:45]</ref>. Однак, важчі ізотопи утворюються у дуже незначних кількостях, мають невеликий час життя (менше кількох днів або годин) і, шляхом бета-розпаду, перетворюються на відповідні ізотопи [[америцій|америцію]]. Серед них вирізняється саме <sup>244</sup>Pu&nbsp;— його період напіврозпаду становить близько 82&nbsp;млн років. Це найстабільніший ізотоп серед усіх трансуранових елементів.

== Застосування ==
На кінець [[1995]] року у світі було вироблено близько 1270 тонн плутонію, з них 257 тонн&nbsp;— для збройового використання, для якого придатний лише ізотоп <sup>239</sup>Pu. 
Можливим є застосування <sup>239</sup>Pu як [[ядерне паливо|палива]] у ядерних реакторах, але він програє урану за економічними показниками. Вартість переробки ядерного палива для видобутку плутонію набагато більша, ніж вартість низькозбагаченого (~5% <sup>235</sup>U) урану.
Програму енергетичного використання плутонію має лише Японія. 

=== Алотропні модифікації ===
У твердому вигляді плутоній має сім алотропних модифікацій (проте фази δ та δ1 іноді об'єднують і вважають однією фазою).
{| class="wikitable" border="1"
|+Щільність та температурні межі фаз
!Фаза
!Щільність
!Діапазон стабільності (°C)
|----
|α
|19,84
|стабільна нижче 122&nbsp;°C
|----
|β
|17,8
|122–206&nbsp;°C
|----
|γ
|17,2
|224–300
|----
|δ<br />δ1
|15,9
|319–476
|----
|ε
|17,0
|476–641&nbsp;°C (точка плавлення)
|----
|розплав
|16,65
|641&nbsp;°C — до кипіння
|----
|}
За кімнатної температури плутоній являє собою кристалічну структуру, що має назву ''α-фаза''. Атоми пов'язані [[ковалентний зв'язок|ковалентним зв'язком]] (замість [[Металічний зв'язок|металічного]]), тому фізичні властивості ближчі до мінералів аніж до металів.
Це твердий, крихкий матеріал, що ламається у визначених напрямках. Має найнижчу теплопровідність серед усіх металів, найнижчу електропровідність, за винятком [[манган]]у.
α-фаза не піддається обробці звичайними для металів технологіями.

При змінах температури у плутонії відбувається перебудова структури і він зазнає надзвичайно сильних змін. Деякі переходи між фазами супроводжуються просто разючими змінами об'єму. У двох із цих фаз (δ та δ1) плутоній має унікальну властивість — від'ємний температурний коефіцієнт розширення, тобто він стискується зі збільшенням температури.

У гамма і дельта фазах плутоній виявляє звичайні властивості металів, зокрема ковкість. Проте у дельта-фазі плутоній виявляє нестабільність. Під невеликим тиском він намагається осісти у щільнішу (на 25&nbsp;%) альфа-фазу. Цю властивість застосовують у імплозійних пристроях ядерної зброї.

У чистому плутонії під тиском понад 1 кілобар дельта-фаза взагалі не існує. Під тиском понад 30 кілобар існують тільки альфа- і бета-фази.

=== Металургія плутонію ===
Плутоній можна стабілізувати у дельта-фазі за звичайного тиску та кімнатної температури шляхом утворення [[сплав]]у із тривалентними металами, такими як [[галій]], [[алюміній]], [[церій]], [[індій]] у концентрації кілька молярних відсотків. Саме у такому вигляді плутоній застосовують у ядерній зброї.
{{Розширити розділ|дата=квітень 2010}}

=== Збройовий плутоній ===
{{Докладніше|Збройовий плутоній}}
Для виробництва [[ядерна зброя|ядерної зброї]] потрібно досягти чистоти потрібного ізотопу (<sup>235</sup>U або <sup>239</sup>Pu) більше 90%. Створення зарядів з урану вимагає багатьох стадій збагачення (тому, що частка <sup>235</sup>U у природному урані становить менше 1&nbsp;%), у той час як частка <sup>239</sup>Pu у реакторному плутонії зазвичай становить від 50&nbsp;% до 80&nbsp;% (тобто, майже у 100 разів більше). А в деяких режимах роботи реакторів можна отримати плутоній, що містить більше 90&nbsp;% <sup>239</sup>Pu — такий плутоній не потребує збагачення і може використовуватися для виготовлення ядерної зброї безпосередньо.

== Біологічна роль ==
Плутоній часто описується як "[[отрута|найтоксичніша]] відома речовина", хоча це не так. Він трохи менш токсичний ніж [[ботулотоксин]], і у 50 разів менш токсичний за [[радій]]<ref name="fas">[https://fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/pubs/00818013.pdf Plutonium and Health. How great is the risk?] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210118020351/https://fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/pubs/00818013.pdf |date=18 січня 2021 }}{{ref-en}}</ref>. Тим не менш, плутоній є надзвичайно небезпечним для людини — він у мільйони разів більш токсичний ніж такі "звичайні" небезпечні речовини як [[свинець]]. 

Токсичність плутонію зумовлена не так хімічними властивостями (хоча плутоній, токсичний як будь-який важкий метал), скільки його альфа-радіоактивністю. Альфа-частинки затримуються навіть незначними шарами матеріалів або тканин. Скажімо, кілька міліметрів шкіри повністю поглинуть їх потік, захищаючи внутрішні органи. Але альфа-частинки надзвичайно сильно пошкоджують тканини, з якими вони контактують. Отже, плутоній становить серйозну небезпеку, якщо потрапляє до організму. Він дуже погано всмоктується у шлунковому тракті, навіть якщо потрапляє туди у розчинному вигляді. Але поглинання пів грама плутонію може призвести до смерті протягом кількох тижнів внаслідок гострого опромінення шляхів травлення. 

Вдихання десятої частки грама пилу плутонію призводить до смерті внаслідок набряку [[легені]]в протягом десяти днів. Вдихання дози у 20&nbsp;мг призводить до смерті від [[фіброз]]у протягом місяця. Менші дози викликають [[канцероген]]ний ефект. Попадання до організму 1&nbsp;мкг плутонію збільшує імовірність [[Рак легені|раку]] легенів на 0,2&nbsp;%<ref>[https://www.radioactivity.eu.com/site/pages/Plutonium_Properties.htm Plutonium Properties] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20191229032826/http://www.radioactivity.eu.com/site/pages/Plutonium_Properties.htm |date=29 грудня 2019 }}{{ref-en}}</ref>. За оцінками, одноразове вдихання 80 мікрограмів збройового плутонію призводить до 100&nbsp;% ймовірності захворювання<ref>[https://www.ippnw.org/pdf/PlutoniumDGHealth.pdf Plutonium: deadly gold of nuclear age] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20200713123504/https://www.ippnw.org/pdf/PlutoniumDGHealth.pdf |date=13 липня 2020 }}{{ref-en}}</ref>.

В біологічних системах плутоній зазвичай знаходиться у ступені окислення +4 і виявляє подібність до [[залізо|заліза]]. Потрапляючи до крові, він найбільш імовірно концентруватиметься у тканинах, що містять залізо: [[Кістковий мозок|кістковому мозку]], [[печінка|печінці]], [[Селезінка|селезінці]]. Якщо навіть 1-2 мікрограми плутонію осядуть у кістковому мозку, [[імунітет]] суттєво погіршиться. Період виведення плутонію з кісткової тканини становить 80-100 років, тобто він залишатиметься там практично протягом всього життя.

Міжнародна комісія з радіологічного захисту встановила величину максимального щорічного поглинання плутонію на рівні 280 нанограм.

== Література ==
* {{книга
 |частина        = Мед—Пол
 |заголовок      = Химическая энциклопедия
 |посилання      = https://books.google.com/books?id=LRlMAAAACAAJ
 |відповідальний = [[Кнунянц, Іван Людвигович|І. Л. Кнунянц]]
 |місце          = {{М.}}
 |видавництво    = Большая Российская Энциклопедия
 |рік            = 1992
 |том            = 3
 |сторінок       = 639
 |isbn           = 5-85270-039-8
 |ref            = Кнунянц
}}

== Джерела ==
* Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет - Донецьк:"Вебер", 2008. – 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
* [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Pu/key.html Плутоній на Webelements] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080322052558/http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Pu/key.html |date=22 березня 2008 }} {{ref-en}}
* [http://n-t.ru/ri/ps/pb094.htm Популярна бібліотека хімічних елементів: Плутоній] {{Webarchive|url=https://www.webcitation.org/618eQvnqg?url=http://n-t.ru/ri/ps/pb094.htm |date=22 серпня 2011 }} {{ref-ru}}
* [http://nuclearweaponarchive.org/Nwfaq/Nfaq6.html Nuclear Weapons Frequently Asked Questions ''by Carey Sublette''] Version 2.18 {{ref-en}}
* [https://www.webcitation.org/618bbdfgB?url=http://nuclear-weapons.nm.ru/theory/plutonium.htm Ядерні матеріали. Плутоній.] {{ref-ru}}

== Примітки ==
{{reflist}}

{{Бібліоінформація}}
[[Категорія:Хімічні елементи]]
[[Категорія:Актиноїди]]
[[Категорія:Плутоній]]
[[Категорія:Радіоактивні елементи]]
[[Категорія:Рідкісні метали]]
[[Категорія:Синтетичні хімічні елементи]]