Plutoni

element químic amb nombre atòmic 94

El plutoni és l'element químic de símbol Pu i nombre atòmic 94. Es tracta d'un metall actinoide de color gris argentat que perd el llustre en contacte amb l'aire i forma una capa mat en oxidar-se. És tòxic i radioactiu. En manipular-lo sense la protecció adequada pot produir mutacions cel·lulars que poden desembocar en càncer o altres malalties. Rep el seu nom del planeta Plutó, que en aquella època es considerava un planeta, car en la taula periòdica està classificat just després de l'urani (que rep el nom d'Urà) i del neptuni (de Neptú). El plutoni existeix de forma natural però només en petitíssimes quantitats. Gairebé sempre és creat de forma artificial mitjançant el bombardeig de 238U amb neutrons.

Plutoni
94Pu
neptuniplutoniamerici
Sm

Pu

(Uqh)
Aspecte
Blanc argentat, agafa un to gris fosc en contacte amb l'aire



Línies espectrals del plutoni
Propietats generals
Nom, símbol, nombre Plutoni, Pu, 94
Categoria d'elements Actínids
Grup, període, bloc n/d7, f
Pes atòmic estàndard (244)
Configuració electrònica [Rn] 5f6 7s2
2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
Configuració electrònica de Plutoni
Propietats físiques
Fase Sòlid
Densitat
(prop de la t. a.)
19,816 g·cm−3
Densitat del
líquid en el p. f.
16,63 g·cm−3
Punt de fusió 912,5 K, 639,4 °C
Punt d'ebullició 3.505 K, 3.228 °C
Entalpia de fusió 2,82 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització 333,5 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar 35,5 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
a T (K) 1.756 1.953 2.198 2.511 2.926 3.499
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1
(òxid amfòter)
Electronegativitat 1,28 (escala de Pauling)
Energia d'ionització 1a: 584,7 kJ·mol−1
Radi atòmic 159 pm
Radi covalent 187±1 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina Monoclínic
Ordenació magnètica Paramagnètic[1]
Resistivitat elèctrica (0 °C) 1,460 µΩ·m
Conductivitat tèrmica 6,74 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica (25 °C) 46,7 µm·m−1·K−1
Velocitat del so 2.260 m·s−1
Mòdul d'elasticitat 96 GPa
Mòdul de cisallament 43 GPa
Coeficient de Poisson 0,21
Nombre CAS 7440-07-5
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del plutoni
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD
238Pu traça 87,74 a FE 204,66[2]
α 5,5 234U
239Pu 100% 2,41 × 104 a FE 207,06
α 5,157 235U
240Pu traça 6,5 × 103 a FE 205,66
α 5,256 236U
241Pu sin 14 a β 0,02078 241Am
FE 210,83
242Pu traça 3,73 × 105 a SF 209,47
α 4,984 238U
244Pu traça 8,08 × 107 a α 4,666 240U
FE

L’element presenta normalment sis al·lòtrops i quatre estats d’oxidació. Reacciona amb carboni, halògens, nitrogen, silici i hidrogen. Quan s’exposa a l’aire humit, forma òxids i hidrurs que poden expandir la mostra fins a un 70% en volum, que al seu torn s’escampa com una pols pirofòrica. És radioactiu i es pot acumular en ossos, cosa que fa perillosa la seva manipulació.

El plutoni és l’element amb el major nombre atòmic que es produeix a la natura. Es produeixen traces en dipòsits naturals d’urani-238 quan l’urani-238 capta els neutrons emesos per la desintegració d’altres àtoms d’urani-238.

Tant el plutoni-239 com el plutoni-241 són fissibles, és a dir, que poden suportar una reacció en cadena nuclear, donant lloc a aplicacions en armes nuclears i reactors nuclears. El plutoni-240 presenta una elevada taxa de fissió espontània, augmentant el flux de neutrons de qualsevol mostra que el contingui. La presència de plutoni-240 limita la utilitat de les mostres de plutoni per a les armes o la seva qualitat com a combustible del reactor, i el percentatge de plutoni-240 determina el seu grau (grau d’armes, combustible o reactor). El plutoni-238 té una vida mitjana de 87,7 anys i emet partícules alfa. És una font de calor dels generadors termoelèctrics de radioisòtops, que s’utilitzen per alimentar algunes naus espacials. Els isòtops de plutoni són costosos i incòmodes de separar, de manera que els isòtops particulars es fabriquen normalment en reactors especialitzats.

HistòriaModifica

La seva existència va ser predita el 1940 i va ser produït per primera vegada el 1941 per Glenn T. Seaborg, Edwin McMillan, J.W. Kennedy i A.C. Wahl utilitzant el ciclotró del Laboratori nacional de Lawrence Berkeley (EUA),[3][4][5] però el descobriment va ser mantingut en secret fins al final de la Segona Guerra Mundial, el 1945.

La producció de plutoni en quantitats útils per primera vegada va ser una part important del Projecte Manhattan durant la Segona Guerra Mundial que va desenvolupar les primeres bombes atòmiques. Les bombes Fat Man utilitzades a la prova nuclear de Trinity al juliol de 1945 i al bombardeig de Nagasaki el 9 d'agost de 1945 tenien nuclis de plutoni.[6]

Després de la guerra, es van dur a terme experiments de radiació humana que estudiaven el plutoni sense el consentiment informat i es van produir diversos accidents de gravetat, alguns letals. L'eliminació de residus de plutoni de les centrals nuclears i les armes nuclears desmantellades construïdes durant la Guerra Freda és un problema de proliferació nuclear i mediambiental. Altres fonts de plutoni al medi ambient són conseqüències de nombroses proves nuclears sobre el terreny, ara prohibides.

Hesperi (símbol Es) fou el nom assignat a l'element de nombre atòmic 94, ara conegut com a plutoni. Prengué aquest nom de l'italià Esperio arran del nom en grec d'una regió d'Itàlia, Hesperia, "la terra de l'oest". El mateix equip atribuí el nom ausoni a l'element 93, provinent d'Ausònia, una manera poètica de referir-se a Itàlia. Per comparació l'urani té nombre atòmic 92.

El descobriment d'aquest element, ara desacreditada, fou feta per Enrico Fermi i un equip de científics de la Universitat de Roma La Sapienza el 1934.[7] Després del descobriment de la fissió nuclear el 1938, hom va comprovar que el descobriment de Fermi era en realitat un compost de bari, criptó i altres elements. El veritable element fou descobert alguns anys després, i hom li atribuí el nom de plutoni.

Les autoritats feixistes volien que un dels elements tingués el nom littorio, pels lictores romans que carregaven els fasces, un símbol apropiat pel Feixisme.

Propietats físiques i químiquesModifica

A temperatura ambient és sòlid. El seu punt de fusió és 640 °C. El seu pes atòmic és 244,06 uma i la seva densitat 19 816 kg/m³. Té vint-i-un radioisòtops coneguts dels quals el més important, que no el més estable, és el 239Pu, amb una període de semidesintegració de 24.110 anys.

ToxicologiaModifica

És químicament tòxic i també és radiotòxic, especialment per inhalació.[8]

És extraordinàriament tòxic; d’una banda, emet partícules, i de l’altra, l’element s’absorbeix específicament a la medul·la òssia.[9] La seva màxima concentració permissible en l’atmosfera és de 3x10   g/m3 i la seva dosi màxima és, per a l’home, de 6x10   g.[9]

AplicacionsModifica

El plutoni s'utilitza per a fabricar armes nuclears i, en forma de diòxid de plutoni, per a fer combustible nuclear MOX, per a algunes centrals nuclears de producció d'energia elèctrica.

Vegeu tambéModifica

BibliografiaModifica

  • Sime, Ruth Lewin Physics in Perspective, 2, 1, 01-01-2000, pàg. 48. DOI: 10.1007/s000160050036. (anglès)
  • Sklar, Morty. Nuke-Rebuke: Writers & Artists Against Nuclear Energy & Weapons. The Spirit That Moves Us Press, 1984.  (anglès)

ReferènciesModifica

  1. Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Arxivat 2012-01-12 a Wayback Machine., a Lide, D. R. CRC Handbook of Chemistry and Physics (en anglès). 86a edició. CRC Press, 2005. ISBN 0-8493-0486-5. 
  2. Magurno, B.A.; Pearlstein, S. (eds.) Workshop on nuclear data evaluation methods and procedures, Upton, Nova York, EUA, 22 setembre 1980, vol. II (1981), pp. 835 ff (en anglès)
  3. Seaborg, Glenn T. «An Early History of LBNL: Elements 93 and 94». Advanced Computing for Science Department, Lawrence Berkeley National Laboratory.
  4. Glenn T. Seaborg. «The plutonium story». Lawrence Berkeley Laboratory, University of California.
  5. E. Segrè, A Mind Always in Motion, University of California Press, 1993, pp 162-169
  6. Sklar, 1984, p. 22–29.
  7. Holden, Norman E. «A Short History of Nuclear Data and Its Evaluation». 51st Meeting of the USDOE Cross Section Evaluation Working Group. Upton (NY): National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory, 2001.
  8. Perfil toxicològic del plutoni Departament de Salut dels Estats Units, novembre de 2010 (anglès)
  9. 9,0 9,1 «Plutoni». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.

Enllaços externsModifica