Plutónium je rádioaktívny strieborný kov, ktorý sa dá použiť na vytvorenie alebo zničenie. Aj keď bol použitý na zničenie krátko po jeho vyrobení, dnes sa tento prvok používa hlavne na vytváranie energie na celom svete.
Plutónium sa prvýkrát vyrábalo a izolovalo v roku 1940 a používalo sa na výrobu atómovej bomby "Fat Man", ktorá bola vyhodená na Nagasaki na konci druhej svetovej vojny, len päť rokov po jej prvom vyrobení, uviedla Amanda Simson, pomocná profesorka chemické inžinierstvo na University of New Haven.
Len fakty
Tu sú vlastnosti plutónia podľa Národného laboratória Los Alamos:
- Atómové číslo: 94
- Atómový symbol: Pu
- Atómová hmotnosť: 244
- Teplota topenia: 1 184 ° F (640 ° C)
- Teplota varu: 5,842 ° F (3 228 ° C)
Objav a história
Plutónium objavili v roku 1941 vedci Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan a Arthur C. Wohl na kalifornskej univerzite v Berkley. Tento objav nastal, keď tím bombardoval urán-238 deuterónmi, ktoré boli urýchlené v cyklotrónovom zariadení, ktoré vytvorilo neptunium-238 a dva voľné neutróny. Neptunium-238 sa potom rozpadlo na plutónium-238 prostredníctvom beta rozpadu.
Tento experiment nebol zdieľaný so zvyškom vedeckej komunity až do roku 1946, po druhej svetovej vojne. Seaborg predložil dokument o svojom objave časopisu Physical Review v marci 1941, ale noviny boli odstránené, keď sa zistilo, že na vytvorenie atómovej bomby sa môže použiť izotop plutónia Pu-239.
Podľa Národného laboratória v Los Alamos bol Seaborg čoskoro poslaný na vedúceho Plutóniového výrobného laboratória, známeho tiež ako Laboratórium Met, na University of Chicago. Účelom laboratória bolo vytvoriť plutónium ako súčasť projektu Manhattan. Projekt Manhattan bol počas druhej svetovej vojny tajným podnikom, ktorý pracoval výlučne na vývoji atómovej bomby.
18. augusta 1942 mali prvý veľký úspech. Dokázali vytvoriť stopové množstvo plutónia, ktoré bolo viditeľné pre oko. To sa rovnalo iba asi 1 mikrogramu. Z malej vzorky vedec určil atómovú hmotnosť plutónia.
Projekt Manhattan nakoniec vytvoril dostatok plutónia na „test trojice“. Počas testu vybuchla prvá atómová bomba na svete alebo „Gadget“ neďaleko Socorra v Novom Mexiku 16. júla 1945 riaditeľ laboratória Los Alamos Robert Oppenheimer a generál armády Leslie Groves.
Oppenheimer testu povedal: „Vedeli sme, že svet nebude rovnaký. Niekoľko ľudí sa smialo, niekoľko ľudí plakalo. Väčšina ľudí mlčala. Spomenul som si na linku z hinduistického písma, Bhagavad-Gítu. Višnu sa snaží presvedčiť princa, že by mal splniť svoju povinnosť a zapôsobiť na neho, nadobúda jeho mnohorakú formu a hovorí: „Teraz sa stávam smrťou, ničiteľom svetov.“ Myslím, že sme si všetci mysleli, že tak či onak, “podľa Kráľovskej chemickej spoločnosti.
Výbuch mal energetický ekvivalent približne 20 000 ton TNT. Prvá atómová bomba používaná na vojnu padla 6. augusta 1945 na Hirošimu v Japonsku. Táto atómová bomba s názvom „Malý chlapec“ mala jadro uránu. Druhá bomba, ktorá spadla na Nagasaki, Japonsko, 9. augusta 1945, mala jadro plutónia. "Tlustý muž", ako sa nazýva, urýchlil koniec druhej svetovej vojny.
Vlastnosti plutónia
Čerstvo pripravený kov plutónia má strieborne žiarivú farbu, ale po oxidácii na vzduchu získava matne šedú, žltú alebo olivovo zelenú farbu. Kov sa rýchlo rozpustí v koncentrovaných minerálnych kyselinách. Veľká časť plutónia sa na dotyk cíti teplá kvôli energii uvoľňovanej rozkladom alfa; väčšie kusy môžu produkovať dostatok tepla na varenie vody. Pri izbovej teplote je alfa-forma plutónia (najbežnejšia forma) rovnako tvrdá a krehká ako liatina. Môže sa legovať s inými kovmi, aby sa vytvorila delta forma stabilizovaná pri izbovej teplote, ktorá je mäkká a ťažná. Na rozdiel od väčšiny kovov nie je plutónium dobrým vodičom tepla alebo elektriny. Má nízku teplotu topenia a nezvyčajne vysokú teplotu varu.
Plutónium môže tvoriť zliatiny a medziprodukty s väčšinou ostatných kovov a zlúčeniny s celým radom ďalších prvkov. Niektoré zliatiny majú supravodivé schopnosti a iné sa používajú na výrobu peliet jadrového paliva. Jeho zlúčeniny sa dodávajú v rôznych farbách v závislosti od oxidačného stavu a zložitosti rôznych ligandov. Vo vodnom roztoku je päť iónových stavov.
Plutónium, spolu so všetkými ostatnými transuránovými prvkami, predstavuje rádiologické riziko a musí sa s ním zaobchádzať pomocou špecializovaného zariadenia a bezpečnostných opatrení. Štúdie na zvieratách zistili, že niekoľko miligramov plutónia na kilogram tkaniva je smrteľných.
Zdroje
Plutónium sa v prírode zvyčajne nenachádza. Stopové prvky plutónia sa nachádzajú v prirodzene sa vyskytujúcich uránových rudách. Tu sa vytvára podobným spôsobom ako neptunium: ožiarením prírodného uránu neutrónmi, po ktorom nasleduje beta rozpad.
Plutónium je však predovšetkým vedľajším produktom jadrovej energetiky. Podľa Národného laboratória v Los Alamos sa každý rok vyprodukuje okolo 20 ton plutónia. Vyhoreté jadrové palivo sa môže tiež prepracovať na oddelenie použiteľného plutónia od ostatných prvkov v palive.
Podľa Svetovej asociácie pre jadrové zbrane testovania atmosférických zbraní v 50. a 60. rokoch minulého storočia zanechali v zemskej atmosfére tony plutónia.
Použitie
Zvyčajne sa plutónium na príliš veľa nepoužíva. V skutočnosti sa z piatich bežných izotopov používajú iba dva izotopy plutónia, plutónium 238 a plutónium 239.
Plutónium 238 sa používa na výrobu elektriny pre vesmírne sondy pomocou termoelektrických generátorov rádioizotopu. Tieto generátory sú zapnuté, keď sondy nemôžu získať dostatok slnečnej energie, pretože prešli príliš ďaleko od Slnka. Niektoré sondy, ktoré používajú plutónium 238, sú Cassini a Galileo.
Keď je dostatočne koncentrovaný, plutónium 239 sa podrobí štiepnej reťazovej reakcii. Z tohto dôvodu sa používa v jadrových zbraniach a niektorých jadrových reaktoroch.
V skutočnosti je jedným z najväčších spôsobov využitia plutónia energia. Podľa Svetovej atómovej asociácie pochádza viac ako tretina energie vyrobenej vo väčšine jadrových elektrární z plutónia. Plutónium je hlavné palivo v rýchlych neutrónových reaktoroch.
Kto vedel?
Po celé desaťročia sa vedci pýtali, prečo plutónium nekonalo ako iné kovy vo svojej skupine. Napríklad plutónium je zlým vodičom elektriny a nelepí sa na magnety. Vedci teraz zistili, kde sa jeho „chýbajúci magnetizmus“ skrýva, a to má do činenia so šialeným správaním elektrónov vo vonkajšom plášti prvku. Na rozdiel od iných kovov, ktoré majú vo vonkajších škrupinách nastavený počet elektrónov, môže mať plutónium v základnom stave štyri, päť alebo šesť elektrónov.
Tento kolísavý počet elektrónov s vonkajším plášťom vysvetľuje, prečo plutónium nie je magnetické: Aby mohol atóm interagovať s magnetmi, musia sa nepárové elektróny vo svojom vonkajšom plášti vyrovnať v magnetickom poli.
Najstabilnejší izotop plutónia, plutónium 244, môže trvať dlho. Podľa Jeffersonovho laboratória má polčas rozpadu asi 82 miliónov rokov a rozkladá sa na urán-240 prostredníctvom alfa rozpadu.
Plutónium bolo pomenované po planéte Pluto. Je to tak preto, že prišlo po uráne, ktoré bolo pomenované po planéte Urán, a neptuniu, ktoré bolo pomenované po planéte Neptún.
Plutónium emituje neutróny, beta častice a gama lúče.
