Pluton jest radioaktywnym, srebrnym metalem, który może być używany do tworzenia lub niszczenia. Chociaż był on używany do niszczenia wkrótce po jego wyprodukowaniu, obecnie pierwiastek ten jest używany głównie do wytwarzania energii na całym świecie.
Pluton został po raz pierwszy wyprodukowany i wyizolowany w 1940 roku i został wykorzystany do produkcji bomby atomowej „Fat Man”, która została zrzucona na Nagasaki pod koniec II wojny światowej, zaledwie pięć lat po tym, jak została po raz pierwszy wyprodukowana, powiedziała Amanda Simson, adiunkt inżynierii chemicznej na Uniwersytecie w New Haven.
Tylko fakty
Tutaj są właściwości plutonu, według Los Alamos National Laboratory:
- Liczba atomowa: 94
- Symbol atomowy: Pu
- Masa atomowa: 244
- Kolejność topnienia: 1,184 F (640 C)
- Kolejność wrzenia: 5,842 F (3,228 C)
Odkrycie & historia
Pluton został odkryty w 1941 roku przez naukowców Josepha W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan i Arthur C. Wohl na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkley. Odkrycie nastąpiło po zbombardowaniu uranu-238 deuteronami, które zostały przyspieszone w urządzeniu cyklotronowym, co spowodowało powstanie neptunu-238 i dwóch swobodnych neutronów. Neptun-238 następnie rozpadł się do plutonu-238 poprzez rozpad beta.
Ten eksperyment nie został udostępniony reszcie społeczności naukowej aż do 1946 roku, po II wojnie światowej. Seaborg złożył artykuł o swoim odkryciu w czasopiśmie Physical Review w marcu 1941 roku, ale został on usunięty, gdy odkryto, że izotop plutonu, Pu-239, może być użyty do stworzenia bomby atomowej.
Już wkrótce Seaborg został wysłany do kierowania Laboratorium Produkcji Plutonu, znanego również jako Met Lab, na Uniwersytecie w Chicago, według Los Alamos National Laboratory. Celem tego laboratorium było stworzenie plutonu w ramach Projektu Manhattan. Projekt Manhattan był tajnym przedsięwzięciem podczas II wojny światowej, które pracowało wyłącznie nad stworzeniem bomby atomowej.
18 sierpnia 1942 roku odnieśli swój pierwszy duży sukces. Udało im się stworzyć śladową ilość plutonu, która była widoczna dla oka. Wynosiła ona zaledwie około 1 mikrograma. Na podstawie tej maleńkiej próbki naukowcy określili masę atomową plutonu.
W ramach Projektu Manhattan wyprodukowano w końcu wystarczającą ilość plutonu do przeprowadzenia „Testu Trójcy”. Podczas tego testu pierwsza na świecie bomba atomowa, czyli „Gadżet”, została eksplodowana w pobliżu Socorro w Nowym Meksyku 16 lipca 1945 roku przez dyrektora Laboratorium w Los Alamos Roberta Oppenheimera i generała armii Leslie Grovesa.
O tym teście Oppenheimer powiedział: „Wiedzieliśmy, że świat nie będzie taki sam. Kilka osób śmiało się, kilka płakało. Większość ludzi milczała. Przypomniałem sobie wers z hinduskiego pisma świętego, Bhagavad-Gita. Wisznu próbuje przekonać księcia, że powinien wykonać swój obowiązek i aby mu zaimponować, przybiera swoją wieloramienną postać i mówi: „Teraz staję się Śmiercią, niszczycielem światów”. Przypuszczam, że wszyscy tak myśleliśmy, w ten czy inny sposób”, według Royal Society of Chemistry.
Wybuch miał energię równoważną około 20 000 ton trotylu. Pierwsza użyta w czasie wojny bomba atomowa spadła na Hiroszimę, w Japonii, 6 sierpnia 1945 roku. Ta bomba atomowa, nazwana „Little Boy”, miała jednak rdzeń uranowy. Druga bomba, zrzucona na Nagasaki, w Japonii, 9 sierpnia 1945 roku, miała rdzeń plutonowy. The „Fat Man”, jak go nazywano, przyspieszył koniec II wojny światowej.
Właściwości plutonu
Świeżo przygotowany metal plutonu ma srebrzysty, jasny kolor, ale po utlenieniu w powietrzu nabiera matowego szarego, żółtego lub oliwkowozielonego nalotu. Metal szybko rozpuszcza się w stężonych kwasach mineralnych. Duży kawałek plutonu jest ciepły w dotyku ze względu na energię wydzielaną podczas rozpadu alfa; większe kawałki mogą wytwarzać wystarczająco dużo ciepła, aby zagotować wodę. W temperaturze pokojowej pluton w postaci alfa (najczęściej spotykana postać) jest twardy i kruchy jak żeliwo. Może być stopiony z innymi metalami, tworząc w temperaturze pokojowej stabilizowaną formę delta, która jest miękka i plastyczna. W przeciwieństwie do większości metali, pluton nie jest dobrym przewodnikiem ciepła lub elektryczności. Ma niską temperaturę topnienia i niezwykle wysoką temperaturę wrzenia.
Pluton może tworzyć stopy i związki pośrednie z większością innych metali, a także związki z wieloma innymi pierwiastkami. Niektóre stopy mają zdolności nadprzewodzące, a inne są używane do produkcji granulatu paliwa jądrowego. Jego związki są w różnych kolorach, w zależności od stanu utlenienia i jak złożone są różne ligandy. W roztworze wodnym istnieje pięć walencyjnych stanów jonowych.
Pluton, wraz z wszystkimi innymi pierwiastkami transuranowymi, stanowi zagrożenie radiologiczne i musi być traktowany z wykorzystaniem specjalistycznego sprzętu i środków ostrożności. Badania na zwierzętach wykazały, że kilka miligramów plutonu na kilogram tkanki jest śmiertelne.
Źródła
Pluton generalnie nie występuje w przyrodzie. Śladowe elementy plutonu znajdują się w naturalnie występujących rudach uranu. W tym przypadku powstaje on w sposób podobny do neptunu: poprzez napromieniowanie naturalnego uranu neutronami, po którym następuje rozpad beta.
Przede wszystkim jednak pluton jest produktem ubocznym przemysłu jądrowego. Każdego roku, około 20 ton plutonu jest produkowany, zgodnie z Los Alamos National Laboratory. Zużyte paliwo jądrowe może być również ponownie przetworzone w celu oddzielenia nadającego się do wykorzystania plutonu od innych elementów paliwa.
Próby broni atmosferycznej w latach 50. i 60. pozostawiły w atmosferze ziemskiej tony plutonu, który znajduje się tam do dziś, według Światowego Stowarzyszenia Jądrowego.
Zastosowania
W większości przypadków pluton nie jest wykorzystywany do wielu celów. W rzeczywistości, spośród pięciu powszechnie występujących izotopów, tylko dwa izotopy plutonu, pluton-238 i pluton-239, są w ogóle wykorzystywane do czegokolwiek.
Pluton-238 jest używany do wytwarzania energii elektrycznej dla sond kosmicznych przy użyciu radioizotopowych generatorów termoelektrycznych. Generatory te są włączane, gdy sondy nie mogą uzyskać wystarczającej ilości energii słonecznej, ponieważ przebyły zbyt dużą odległość od Słońca. Niektóre sondy wykorzystujące pluton-238 to Cassini i Galileo.
Po odpowiednim stężeniu pluton-239 ulega reakcji łańcuchowej rozszczepienia. Z tego powodu jest on wykorzystywany w broni jądrowej i niektórych reaktorach jądrowych.
W rzeczywistości, jednym z największych zastosowań plutonu jest energia. Według World Nuclear Association, ponad jedna trzecia energii produkowanej w większości elektrowni jądrowych pochodzi z plutonu. Pluton jest głównym paliwem w reaktorach na neutrony prędkie.
Kto wiedział?
Przez dziesięciolecia naukowcy zastanawiali się, dlaczego pluton nie zachowuje się jak inne metale w swojej grupie. Na przykład, pluton jest słabym przewodnikiem elektryczności i nie przywiera do magnesów. Teraz naukowcy odkryli, gdzie ukrywał się jego „brakujący magnetyzm” i ma to związek z dziwnym zachowaniem elektronów w zewnętrznej powłoce tego pierwiastka. W przeciwieństwie do innych metali, które mają ustaloną liczbę elektronów w zewnętrznej powłoce, w stanie podstawowym pluton może mieć cztery, pięć lub sześć elektronów.
Ta zmienna liczba elektronów w zewnętrznej powłoce wyjaśnia, dlaczego pluton nie jest magnetyczny: Aby atom mógł oddziaływać z magnesami, niesparowane elektrony w jego zewnętrznej powłoce muszą ustawić się w linii w polu magnetycznym.
Najstabilniejszy izotop plutonu, pluton-244, może przetrwać przez długi czas. Jego okres połowicznego zaniku wynosi około 82 milionów lat i rozpada się na uran-240 poprzez rozpad alfa, zgodnie z Jefferson Lab.
Pluton został nazwany na cześć planety Pluton. To dlatego, że pochodzi po uranu, który został nazwany na cześć planety Uran, i neptun, który został nazwany na cześć planety Neptun.
Pluton emituje neutrony, cząstki beta i promienie gamma.
.