Plutoniu

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94
Pu
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Tabla completaTabla enantada
Pu,94.jpg
Blanco plateado
Información xeneral
Nome, símbolu, númberu Plutoniu, Pu, 94
Serie química Actínidos
Grupu, periodu, bloque 5, 7, f
Configuración electrónica [Rn] 5f6 7s2
Electrones per nivel 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
Propiedaes atómiques
Radiu mediu 135 pm
Electronegatividá 1,28 (Pauling)
Radiu atómicu (calc) 159 pm (Radiu de Bohr)
Radiu covalente 187±1 pm
Estáu(aos) d'oxidación 6, 5, 4, 3 (óxidu anfotérico)
Propiedaes físiques
Estáu ordinariu Sólidu
Densidá 19816 kg/m3
Puntu de fusión 912,5 K (639 °C)
Puntu d'ebullición 3505 K (3232 °C)
Entalpía de vaporización 333,5 kJ/mol
Entalpía de fusión 2,82 kJ/mol
Presión de vapor 10,00 Pa a 2.926 K
Varios
Estructura cristalina Monoclínica
N° CAS 7440-07-5
Conductividá térmica 6,74 W/(m·K)
Módulu elásticu 96 GPa
Módulu de cizalladura 43 GPa
Coeficiente de Poisson 0,21
Velocidá del soníu 2,260 m/s a 293,15 K (20 °C)
Isótopos más estables
Artículu principal: Isótopos del plutoniu
iso AN Periodu MD Ed PD
MeV
238Pu 87,74 años 204,66[1]
5,5

234O
239Pu 2,41 × 104 años 207,06
5,157

235O
240Pu 6,35 × 103 años 205,66
5,256

236O
241Pu 14 años 0,02078
210,83
241Am
242Pu 3,73 × 105 años 209,47
4,984

238O
244Pu 8,08 × 107 años 4,666
240O
Valores nel SI y condiciones normales de presión y temperatura, sacante que se diga lo contrario.
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El plutoniu ye un elementu transuránico radiactivu col símbolu químicu Pu y el númberu atómicu 94. Ye un metal actínido con apariencia gris plateada que s'escurez cuando ye espuestu al aire, formando una capa opaca cuando se aferruña. El elementu de normal esibe seis estados alotrópicos y cuatro d'oxidación. Reacciona col carbonu, los halóxenos, nitróxenu y siliciu. Cuando s'espón al aire húmedo forma óxidos y hidruros qu'espanden hasta un 70% el so volume, que de la mesma, esprender en forma de polvu que puede engafar de forma bonal. Tamién ye un elementu radiactivu y puede atropase nos güesos. Estes propiedaes faen que manipoliar plutoniu sía peligrosu.

El plutoniu ye'l elementu primordial más pesáu en virtú a la so isótopu más estable, el plutoniu-244, con una semi vida averada de 80 millones d'años ye tiempu abondu por que el elementu alcuéntrase en pequeñes cantidaes na naturaleza.[2] El plutoniu ye principalmente un subproductu de la fisión nuclear nos reactores, onde dalgunos de los neutrones lliberaos pol procesu de fisión converten núcleos d'uraniu-238 en plutoniu.[3]

Unu de los isótopos del plutoniu utilizaos ye'l plutoniu-239, que tien una semi vida de 24.100 años. El plutoniu-239, xuntu col plutoniu-241 son elementos fisibles, esto quier dicir qu'el núcleu de los sos átomos puede estremase cuando ye bombardeado con neutrones térmicos, lliberando enerxía, radiación gamma y más neutrones. Esos neutrones pueden caltener una reacción nuclear en cadena, dando llugar a aplicaciones en armes y reactores nucleares.

El plutoniu-238 tien una semi vida de 88 años y emite partícules alfa. Ye una fonte de calor nos xeneradores termoeléctricos de radioisótopos, que son utilizaos p'apurrir enerxía a delles sondes espaciales. El plutoniu-240 tien una tasa elevada de fisión bonal, aumentando'l fluxu de neutrones de cualquier amuesa na que s'atope. La presencia de plutoniu-240 llinda l'usu d'amueses p'armes o combustible nuclear y determina el so grau. Los isótopos del plutoniu son caros y difíciles de dixebrar, por esto suelen fabricase en reactores especializaos.

El plutoniu foi sintetizáu per primer vegada en 1940 por un equipu empobináu por Glenn T. Seaborg y Edwin McMillan nel llaboratoriu de la Universidá de California, Berkeley bombardeando uraniu-238 con deuteriu. Darréu atopáronse traces de plutoniu na naturaleza. La producción de plutoniu en cantidaes útiles per primer vegada foi una parte importante del Proyectu Manhattan mientres la Segunda Guerra Mundial, que desenvolvió les primeres bombes atómiques. La primera prueba nuclear ("Trinity", en xunetu de 1945), y la segunda bomba atómica usada pa destruyir una ciudá ("Fat Man" en Nagasaki, Xapón n'agostu de 1945) teníen núcleos de plutoniu-239. Mientres y dempués de la guerra, realizáronse esperimentos con humanos ensin consentimientu informáu qu'estudiaben la radiación del plutoniu y tuvieron llugar varios accidentes críticos, dalgunos d'ellos letales. La eliminación de los borrafes de plutoniu de les centrales nucleares y el esmantelamientu de les armes nucleares construyíes mientres la Guerra Fría son esmoliciones sobre la proliferación nuclear y el mediu ambiente. Otres fontes de plutoniu nel mediu ambiente son consecuencia de les numberoses pruebes nucleares na superficie (agora prohibíes).

Hestoria[editar | editar la fonte]

Descubrimientu[editar | editar la fonte]

Glenn T. Seaborg y el so equipu fueron los primeres en producir plutoniu.

Enrico Fermi y un equipu de científicos de la Universidá de Roma informaron qu'afayaren l'elementu 94 en 1934.[4] Fermi llamo al nuevu elementu hesperio y mentar nel so discursu del Nobel en 1938.[5] L'amuesa yera en realidá un amiestu de bariu, kriptón y otros elementos, pero esto nun se conocía nesi momentu porque la fisión nuclear inda nun s'había descubiertu.[6]

El plutoniu (específicamente, plutoniu-238) foi producíu y aislláu per primer vegada'l 14 d'avientu de 1940 y foi identificáu químicamente el 23 de febreru de 1941 pol Dr. Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, J. W. Kennedy y A. C. Wahl bombardeando uraniu con deuteriu nel ciclotrón de 150 cm de diámetru de la Universidá de California, Berkeley.[7][8] Nel esperimentu de 1940, producióse neptuniu-238 nel bombardéu pero se desintegró por emisión beta con una semi vida curtia d'unos dos díes, qu'indicaba la formación del elementu 94.[9]

Un documentu científicu que documentaba el descubrimientu foi preparáu pol equipu y unviáu a la revista Physical Review en marzu de 1941.[9] El documentu foi retiráu enantes de la publicación por cuenta de qu'afayaron qu'un isótopu d'esti nuevu elementu (plutoniu-239) podría esperimentar la fisión nuclear de forma que podría ser útil pa la bomba atómica. La publicación foi retrasada hasta un añu dempués del fin de la Segunda Guerra Mundial por cuenta de les esmoliciones sobre la seguridá.[10]

Edwin McMillan nomara apocayá'l primer elementu transuránico debíu al planeta Neptuno y suxurió que l'elementu 94, siendo'l siguiente elementu de la serie, fora nomáu como'l que nesi momentu yera'l siguiente planeta, Plutón.[11][nota 1] Seaborg orixinalmente consideró'l nome "plutio", pero dempués pensó que nun sonaba tan bien como "plutoniu".[12] Él escoyó les lletres "Pu" como una chancia, que foi aprobada ensin previu avisu na tabla periódica.[nota 2] Otros nomes alternativos consideraos por Seaborg y otros fueron "ultimio" o "extremio" por cuenta de la creencia errónea de qu'atoparen l'últimu elementu posible na tabla periódica.[13]

Primeres investigaciones[editar | editar la fonte]

Dempués d'unos pocos meses d'estudiu inicial atopóse que la química básica del plutoniu yera paecida a la del uraniu.[9] Les primeres investigaciones siguieron nel Llaboratoriu Metalúrxicu de la Universidá de Chicago. El 18 d'agostu de 1942, una cantidá bien pequeña foi aisllada y midida per primer vegada. Fueron producíos unos 50 mg de plutoniu-239 xuntu con uraniu y productos de la fisión y solo aisllóse 1 mg aprosimao.[14] Esti procedimientu dexó a los químicos determinar la masa atómico del nuevu elementu.[15][nota 3]

En payares de 1943 dalgunos trifluoruros de plutoniu fueron amenorgaos pa crear la primer amuesa de plutoniu metálicu: unos pocos microgramos de perlles metáliques.[14] Producióse abondu plutoniu por que fuera el primer elementu sintéticu visible a güeyu.[16]

Les propiedaes nucleares del plutoniu-239 tamién fueron estudiaes; el investigadores atoparon que, cuando un átomu ye cutíu por un neutrón, ruémpese (fisión), lliberando más neutrones y enerxía. Esos neutrones pueden cutir otros átomos de plutoniu-239 y asina sucesivamente nuna rápida reacción nuclear en cadena. Esto puede aniciar una esplosión abondo grande como pa destruyir una ciudá si concéntrase abondu plutoniu-239 p'algamar la masa crítico.[9]

Producción nel Proyectu Manhattan[editar | editar la fonte]

Mientres la Segunda Guerra Mundial, el Gobiernu federal de los Estaos Xuníos creó'l Proyectu Manhattan, que foi l'encargáu de desenvolver la bomba atómica. Los trés principales sitios d'investigación y producción del proyectu fueron: la instalación de producción de plutoniu no qu'agora ye Hanford Site, les instalaciones de arriquecimientu d'uraniu en Oak Ridge, Tennessee y el llaboratoriu d'investigación y diseñu d'armes, agora conocíu como Llaboratoriu Nacional de Los Álamos[17]

El reactor B de Hanford en construcción. El primer reactor productor de plutoniu.

El primer reactor de producción que producía plutoniu-239 foi'l reactor de Grafitu X-10. Empezó a funcionar en 1943 y foi construyíu nuna instalación en Oak Ridge que dempués se convirtió nel Llaboratoriu Nacional Oak Ridge.[9][nota 4]

El 5 d'abril de 1944, Emilio Segrè, en Los Alamos, recibió la primer amuesa de plutoniu producíu por reactor de Oak Ridge.[18]

Bombes atómiques Trinity y Fat Man[editar | editar la fonte]

La primer prueba d'una bomba atómica, denominada Trinity y españada el 16 de xunetu de 1945 cerca de Alamogordo, Nuevu Mexico, contenía plutoniu como'l so material de fisión.[14] Nel diseñu de la implosión del dispositivu usóse lentes esplosivos convencionales pa estruyir una esfera de plutoniu nuna masa supercrítica, que yera bombardeado simultáneamente con neutrones dende'l «Urchin»,[nota 5] un iniciador fechu de poloniu y beriliu.[9] En xunto, estos aseguraron una reacción en cadena y una esplosión. L'arma na so totalidá pesaba más de 4 tonelaes, a pesar de que namái fueren utilizaos 6,2 kilogramos de plutoniu nel so núcleu.[19] Aprosimao'l 20% del plutoniu utilizáu na arma Trinity someter a fisión, lo que resultó nuna esplosión con una enerxía equivalente a aprosimao 20 000 tonelaes de TNT.[20]

Un diseñu idénticu foi utilizáu na bomba atómica «Fat Man», llanzada sobre Nagasaki, Xapón, el 9 d'agostu de 1945, matando a 70 000 persones y mancando a otres 100 000.[9] La bomba «Little Boy» llanzada sobre Hiróxima tres díes enantes, usó uraniu-235 y non plutoniu. Foi fecha pública la esistencia del plutoniu solamente depués del anunciu de les primeres bombes atómiques.

Usu y borrafes na Guerra Fría[editar | editar la fonte]

Mientres la guerra fría fueron construyíes grandes reserves de plutoniu p'armes nucleares, tantu pola Unión Soviética como per Estaos Xuníos. Los reactores estaunidenses de Hanford y Savannah River Site en Carolina del Sur producíen 103 tonelaes,[21] y envalorábase que se producíen 170 tonelaes de plutoniu de grau militar na Unión Soviética.[22] Cada añu entá son producíes alredor de 20 tonelaes del elementu como un subproductu de la industria d'enerxía nuclear.[23] Aprosimao 1000 tonelaes de plutoniu pueden tar almacenaes xuntu con más de 200 tonelaes de plutoniu estrayíu dende armes nucleares.[9] El Institutu Internacional d'Estudios pa la Paz d'Estocolmo envaloraba que les reserves mundiales de plutoniu en 2007 yeren de 500 tonelaes, estremaes en partes iguales ente reserves civiles y armamentísticas.[24]

Esperimentación médica[editar | editar la fonte]

Mientres y dempués del final de la Segunda Guerra Mundial, los científicos que trabayaben nel Proyectu Manhattan y n'otros proyectos d'investigación d'armes nucleares, llevaron a cabo estudio de los efectos del plutoniu n'animales de llaboratoriu y en seres humanos.[25] Los estudios n'animales revelaron qu'unos pocos miligramos de plutoniu per kilogramu de texíu representen una dosis letal.[26]

Nel casu de los seres humanos, dichos esperimentos implicaben inyectar soluciones que conteníen (polo xeneral) cinco microgramos de plutoniu en pacientes hospitalarios que se creía que sufríen d'una enfermedá terminal, o que tuvieren una esperanza de vida menor a diez años yá sía por cuenta de la avanzada edá o pola condición d'una enfermedá crónica.[25] Esta cantidá foi amenorgada a un microgramu en xunetu de 1945 dempués de que nos estudios n'animales constatárase que la forma na que'l plutoniu distribuyir nos güesos yera más peligrosa que la del radiu.[26] Munchos d'estos esperimentos dieron como resultancia fuertes mutaciones. La mayoría de los suxetos de prueba —d'alcuerdu a lo dicho por Eileen Welsome— yeren probes, impotentes y enfermos.[27]

Característiques[editar | editar la fonte]

Propiedaes físiques[editar | editar la fonte]

El plutoniu tien pesu molecular de 244 correspondiente al isótopu más estable. El so puntu de fusión ye de 640 °C, el so puntu de ebullición ye de 3228 °C. La so densidá ye de 19.84 g/ml (a 20 °C). El primer potencial d'ionización ye de 5.8 eV y la so electronegatividad na escala de Pauling ye de 1.30.

Alótropos[editar | editar la fonte]

Fisión nuclear[editar | editar la fonte]

Isótopos y síntesis[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Isótopos de plutoniu

Calor de desintegración y propiedaes de la fisión[editar | editar la fonte]

Compuestos y química[editar | editar la fonte]

Estructura electrónica[editar | editar la fonte]

La estructura electrónica del plutoniu ye [Rn]5f 6 6d10 7s2 presentando los númberos d'oxidación de +3, +4, +5, y +6.

Aleaciones[editar | editar la fonte]

Esistencia[editar | editar la fonte]

Aplicaciones[editar | editar la fonte]

Esplosivos[editar | editar la fonte]

La bomba atómica llanzada en Nagasaki, Xapón en 1945 tenía un núcleu de plutoniu.

L'isótopu plutoniu-239 ye un componente clave nes armes nucleares por cuenta del so fácil fisión y el so disponibilidad. Encapsulando el pozu de plutoniu de la bomba nun pisón (una capa opcional de material trupo) mengua la cantidá de plutoniu necesaria p'algamar la masa crítico que reflexa los neutrones qu'escapen de nuevu nel núcleu de plutoniu. Esto amenorga la cantidá de plutoniu necesaria p'algamar la criticidad de 16 kg a 10 kg, que ye una esfera con un diámetru d'unos 10 cm (4 in).[28] Esta masa crítico ye aprosimao un terciu de la del uraniu-235.[11]

La bombes de plutoniu tipu "Fat Man" producíes mientres el Proyectu Manhattan usaben esplosivos pa estruyir el plutoniu y llograr densidaes significativamente más altes de lo normal, combináu con una fonte central de neutrones pa empecipiar la reacción y aumentar la so eficiencia. D'esta forma solo precisábense 6,2 kg de plutoniu pa un rendimientu equivalente a una esplosión de 20 quilotones de TNT (Ver tamién diseñu d'armes nucleares) Hipotéticamente, tan solo son necesarios 4 kg de plutoniu, seique menos, pa faer una bomba atómica usando diseños de ensamblado bien sofisticaos.[29]

Combustible nuclear d'amiestu d'óxidos[editar | editar la fonte]

Enerxía y fonte de calor[editar | editar la fonte]

Precuros[editar | editar la fonte]

Tosicidá[editar | editar la fonte]

Los isótopos y compuestos del plutoniu son radiactivos y atrópense na migollu óseu. La contaminación por óxidu de plutoniu producióse tres incidentes radiactivos y desastres nucleares, incluyendo accidentes nucleares militares onde armes nucleares amburaron.[30] Estudios de los efectos d'estes pequeñes fugues, según l'estensivu envelenamientu por radiación y posteriores muertes dempués de los bombardeos atómicos sobre Hiróxima y Nagasaki, apurrieron información considerable con al respective de los peligros, síntomes y pronósticos del envelenamientu por radiación, que nel casu d'el xaponeses sobrevivientes (Hibakusha), demostróse que nun taben rellacionaos en gran midida cola esposición directa al plutoniu.[31]

Mientres la escayencia del plutoniu, son lliberaos trés tipos de radiación, alfa, beta y gamma. La radiación alfa solo puede percorrer curties distancies y nun puede viaxar al traviés de la capa esterior muerta de la piel humano. La radiación beta puede enfusar la piel humano pero nun puede travesar el cuerpu. La radiación gamma puede dir al traviés de too el cuerpu.[32] Los trés tipos de radiación son ionizantes. Una esposición aguda o de llarga duración trai serios problemes de salú, incluyendo síndrome de irradiación aguda, dañu xenéticu, cáncer y hasta la muerte. El dañu aumenta cola cantidá d'esposición.

Potencial críticu[editar | editar la fonte]

Ye necesariu evitar que'l plutoniu s'atropu en cantidaes cercanes a la so masa crítico, por cuenta de que la masa crítico del plutoniu ye d'un terciu de la del uraniu-235. La masa crítico del plutoniu emite cantidaes letales de neutrones y rayo gamma. El plutoniu n'estáu líquidu presenta una mayor probabilidá de formar una masa crítico que n'estáu sólidu por cuenta de la moderación que produz el hidróxenu na agua.

Inflamabilidad[editar | editar la fonte]

El plutoniu metálicu engáfase fácilmente, especialmente si'l material ta estremáu en partes fines. Nun ambiente húmedo, el plutoniu forma hidruros piroforicos na so superficie que pueden amburase a temperatura ambiente. El plutoniu espande hasta un 70% el so volume cuando s'aferruña y puede romper el contenedor.[33] La radioactividá del material en combustión ye un peligru adicional. El sable de óxidu de magnesiu ye probablemente'l material más efectivo pa escastar un fueu de plutoniu. Esta esfrez el material combustible, actuando como un disipador, y tamién bloquia l'osíxenu. Pa manipoliar o almacenar el plutoniu en cualquier forma ye necesariu tomar precuros especiales; xeneralmente ríquese una atmósfera seca de gas inerte.[33][nota 6]

Notes[editar | editar la fonte]

  1. Esta nun yera la primer vegada que daquién suxuría qu'un elementu fuera llamáu "plutoniu". Una década dempués de qu'el Bariu fuera descubiertu, un profesor de la Universidá de Cambridge suxurió que fuera renombráu como "plutoniu" una y bones l'elementu nun yera pesáu (como suxuría'l raigañu d'orixe griegu "barys", pola que foi nomáu). El pensó que, una y bones el Bariu foi producíu pola técnica relativamente nueva de la Electrólisis, el so nome tendría de tar rellacionáu col fueu. Polo tanto suxurió que fuera nomáu "plutoniu", pol dios Romanu del inframundo, Plutón.(Heiserman, 1992)
  2. Tal como lo espresa un artículu, refiriéndose a información que Seaborg dió nuna charra: "La opción obvia pal símbolu fuera Pl, pero de manera chistosa, Seaborg suxurió Pu, como les palabres qu'un neñu esclamaría, 'Pee-Yoo' al sentir un golor feo. Seaborg pensó que recibiría grandes crítiques por esa suxerencia, pero'l comité de nomes aceptó'l símbolu ensin dicir una palabra."
    «Reflections on the Legacy of a Legend: Glenn T. Seaborg, 1912–1999». Los Alamos Science 26. http://www.fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/pubs/00818011.pdf. Consultáu el 15 de febreru de 2009. 
  3. El salon 405 del Laboratoriu George Herbert Jones, onde s'aislló per primer vegada plutoniu, foi nomáu como sitiu d'interés históricu nacional en mayu de 1967.
  4. Mientres el Proyectu Manhattan, de cutiu fíxose referencia al plutoniu a cencielles como "49": el númberu 4 yera por cuenta del últimu díxitu en 94 (númberu atómicu del plutoniu), y el 9 yera pol últimu díxitu en plutoniu-239, l'isótopu fisionable del plutoniu y aptu p'armes usáu nes bombes nucleares.
    Hammel. «The taming of "49"  – Big Science in little time. Recollections of Edward F. Hammel, pp. 2–9. In: Cooper N.G. Ed. (2000). Challenges in Plutonium Science». Los Alamos Science 26. http://www.fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/pubs/00818010.pdf. Consultáu el 15 de febreru de 2009. 
    Hecker. «Plutonium: an historical overview. In: Challenges in Plutonium Science». Los Alamos Science 26. http://www.fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/pubs/number26.htm. Consultáu el 15 de febreru de 2009. 
  5. Urchin foi'l nome clave pal iniciador internu de neutrones, un dispositivu xenerador de neutrones que disparaba la detonación nuclear de les primeres bombes atómiques de plutoniu, como la del proyectu Trinity (The Gadget) y Fat Man, una vegada que la masa crítico fuera montada pola fuerza d'esplosivos convencionales.
  6. Hubo una gran quema empecipiada pola mor del plutoniu na planta nuclear Rocky Flats cerca de Boulder (Coloráu) en 1969. «The Lessons of Nuclear Secrecy at Rocky Flats». ISIS Issue Brief. Institute for Science and International Security (ISIS). Archiváu dende l'orixinal, el 8 de xunetu de 2008. Consultáu'l 7 d'avientu de 2008.

Referencies[editar | editar la fonte]

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Bibliografía[editar | editar la fonte]

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Ver tamién[editar | editar la fonte]

Enllaces esternos[editar | editar la fonte]

plutonium]». Alsos Dixital Library for Nuclear Issues. Consultáu'l 15 de febreru de 2009.




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