Plutonium (chemie-master.de - Website für den Chemieunterricht)

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Plutonium

[244] u
₉₄Pu

Actinoide
7. Periode

_______________

Elementart: Metall	Oxidationsstufe(n): +5, +6 (+3, +4, +7)
Schmelztemperatur: 639,4 °C (912,5 K)	Elektronegativität: 1,3
Siedetemperatur: 3230 °C (3503 K)	Atomradius: 151 pm
Dichte: 19,816 g/cm³	Erdkrustenhäufigkeit: 2×10^–19 %

Anordnung der Elektronen
1s	2s	2p	3s	3p	3d	4s	4p	4d	4f	5s	5p	5d	5f	..	6s	6p	6d	...	7s
2	2	6	2	6	10	2	6	10	14	2	6	10	6		2	6			2

Name

Benannt nach dem Planeten Pluto.

Entdeckung

1940 erfolgte die Synthese von ²³⁸Pu durch McMillan, Kennedy und Wahl mittels Beschuss von Uranoxid mit Deuterium-Kernen. ²³⁹Pu wurde erstmals 1941 von Kennedy, Seaborg, Segré und Wahl durch Bestrahlung von Uran mit Neutronen hergestellt.
Erste wägbare Mengen von Plutonium wurden unter der Leitung von Glenn T. Seaborg im August 1942 am Metallurgical Laboratory in Chicago ("Met Lab") erzeugt.

Eigenschaften

Sehr reaktionsfähiges, radioaktives Metall. Plutonium löst sich leicht in Salzsäure. Es ist unlöslich in Salpetersäure und konzentrierter Schwefelsäure.

		Plutoniumsalze

		Ammoniumhexanitratoplutonat	Plutoniumoxalat

		Plutoniumfluorid	Plutoniumiodat
		Fotos: Dr. A. Kronenberg, www.kernchemie.de







		Die Abbildung links zeigt 0,89 g hochreines Plutonium (99,99%). Diese als Standard für analytische Zwecke gedachte Plutoniumprobe wurde im Los Alamos National Laboratory in einer sauerstofffreien Umgebung hergestellt und unter Vakuum in einer Glasampulle versiegelt. Foto: Los Alamos National Laboratory, USA

Wenn man die von Plutonium ausgehende starke Radioaktivät außer Acht lässt, dann entspricht es in seiner Giftigkeit der von Schwermetallen wie etwa Barium oder Beryllium. Bei Aufnahme von Plutonium in den Körper (z.B. durch Einatmen von plutoniumhaltigem Staub) wird Plutonium in Lunge, Leber und Knochen abgelagert sowie an das Blutplasma gebunden. Dies kann in Folge der ausgesandten starken radioaktiven Strahlung auch schon bei geringen Mengen von aufgenommenem Plutonium zu Strahlenschäden (Lungenkrebs, Leukämie) führen.

Weiterführende Informationen:

www.kernenergie-wissen.de: Was ist Plutonium?

www.kernchemie.de: Plutonium – Element mit vielen Facetten

Vorkommen

In der Natur nur in geringsten Spuren (in Uranmineralen wie Pechblende oder Carnotit) vorhanden. Vor mehr als 2 Milliarden Jahren gab es, wie Untersuchungen an dem Uranvorkommen von Oklo (Gabun) zeigen, eine natürliche Kernreaktion, bei der mehr als 4 Tonnen Plutonium gebildet wurden (siehe:

Link). Durch den Atombombenabwurf auf Nagasaki (9. August 1945) und durch oberirdische Kernwaffentests wurden ca. 10 Tonnen Plutonium (²³⁹Pu, ²⁴⁰Pu) auf der Erde abgelagert.

»Trinity«-Test: Am 16. Juli 1945 um 5:29:45 Uhr Ortszeit wurde zu Testzwecken in der Wüste von New Mexico (USA) die allererste Atomexplosion gezündet. 9 Kilogramm Plutonium wurden im Innern der Bombe zu einer Kugel zusammengepresst, um die Kernspaltungsreaktion auszulösen. Die entstandene Plutoniumkugel war nur ungefähr so groß wie eine Apfelsine, aber die von dieser Kugel ausgehende Explosion hatte eine Sprengkraft, die der von 18600 Tonnen

TNT vergleichbar ist.

Verwendung

²³⁹Pu findet auf Grund seiner Spaltbarkeit Verwendung als Kernbrennstoff und in Kernwaffen. Für militärische Zwecke wurden bisher weit über 100 Tonnen Plutonium produziert.
²³⁸Pu wird als Energiequelle in thermoelektischen Radionuklidbatterien zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet. Solche Radionuklidbatterien (RTG, "radioisotope thermoelectric generators") werden in Weltraumsonden eingebaut, die sich sehr weit von der Sonne entfernen, so dass Solarenergie aus Sonnenlicht nicht in ausreichendem Umfang erzeugt werden kann. Die Jupitersonde "Galileo" und die Saturnsonde "Cassini" wurden mit derartigen Energiequellen ausgestattet.

Weiterführende Informationen:

www.kernenergie-wissen.de: Plutonium-Batterien

Isotope

Nur Radionuklide, keine stabilen Isotope. Das wichtige Isotop ²³⁹Pu entsteht durch Bestrahlung von ²³⁸U mit langsamen Neutronen. Halbwertszeit von ²³⁹Pu: 24.110 Jahre.
	Die Radionuklide ²⁴⁰Pu und ²⁴⁴Pu sind Bestandteile natürlicher Zerfallsreihen: ²⁴⁰Pu (HWZ 6.564 Jahre, Thorium-Zerfallsreihe) ²⁴⁴Pu (HWZ 82,6 × 10⁶ Jahre, Thorium-Zerfallsreihe)

Redox-Potenziale

Pu Pu³⁺ + 3 e^–	-2,03 Volt
Pu³⁺/Pu⁴⁺	+0,98 Volt
Pu³⁺/PuO₂²⁺	+1,02 Volt
Pu⁴⁺/PuO₂²⁺	+1,04 Volt
Pu⁴⁺/PuO₂⁺	+1,17 Volt


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