Выбрасы радиоактивных веществ в атмосферу Газообразные выбросы АЭС Нормирование выбросов радиоактивных газов в атмосферу АЭС с реактором ВВЭР АЭС с быстрыми реакторами Химические свойства радиоактивных элементов
Рентгеновское излучение Ускорители элементарных частиц и ионов Реактор БИГР Атомные батареи в космосе Лекции по радиобиологии Загрязнение окружающей среды в результате ядерных взрывов

Химические свойства радиоактивных элементов

Плутоний - очень тяжелый серебристый металл, блестящий подобно никелю, когда только что очищен. Это крайне электроотрицательный, химически активный элемент, гораздо в большей степени, чем уран. Он быстро тускнеет, образую радужную пленку (подобно радужной масляной пленки), вначале светло-желтую, со временем переходящую в темно-пурпурную. Если окисление довольно велико, на его поверхности появляется оливково-зеленый порошок оксида (PuO2).

Плутоний охотно окисляется, и быстро коррозирует даже в присутствии незначительной влажности. Странно, но он покрывается ржавчиной в атмосфере инертного газа с парами воды гораздо быстрее, чем на сухом воздухе или в чистом кислороде. Причина этого - прямое действие кислорода формирует на поверхности плутония слой оксида, мешающий дальнейшему окислению. Воздействие же влаги производит рыхлую смесь из оксида и гидрида. Для предотвращения оксидирования и коррозии требуется сушильная печь.

Плотность плутония 19,84 (альфа-фазе), т.пл. 640оС, т.кип. 3235оС. Теплота испарения металлического плутония 80,46 ккал/моль. Давление пара плутония значительно выше давления пара урана (при 1540оС в 300 раз). Плутоний может быть отогнан от расплавленного урана. Известны шесть аллотропных модификаций металлического плутония. При температурах меньше 120оС стабильна a-модификация с орторомбической структурой и плотностью 19,816. Металлический плутоний может быть получен восстановлением PuF4 барием при 1550оС, а также термическим разложением галогенидов плутония в вакууме. Известно большое число сплавов и интерметаллических соединений плутония с Al, Be, Co, Fe, Mg, Ni, Ag. Соединение PuBe13 является источником нейтронов с интенсивностью 6,7*107 нейтр/секкг.

Плутоний имеет множество специфических свойств. Он обладает самой низкой теплопроводностью изо всех металлов, самой низкой электропроводностью, за исключением марганца. В своей жидкой фазе это самый вязкий металл. При изменении температуры плутоний подвергается самым сильным и неестественным изменениям плотности. Плутоний обладает шестью различными фазами (кристаллическими структурами) в твердой форме (Табл.4), больше
чем любой другой элемент. Некоторые переходы между фазами сопровождаются разительными изменениями объема. В двух из этих фаз - дельта и дельта прим - плутоний обладает уникальным свойством сжиматься при повышении температуры, а в остальных - имеет чрезвычайно большой температурный коэффициент расширения. При расплавлении плутоний сжимается, позволяя нерасплавленному плутонию плавать. В своей максимально плотной форме, альфа фазе, плутоний шестой по плотности элемент (тяжелее его только осмий, иридий, платина, рений и нептуний). В альфа фазе чистый плутоний хрупок, но существуют его гибкие сплавы.

Табл.4. Плотности и температурный диапазон фаз плутония:

Диапазон существования (°C) стабильна ниже 122 122 - 206 224 - 300 319 - 476 476 - 641 (точка плавления) 641 - до точки кипения

Плутоний имеет четыре валентности, III-VI. Плутониевые соли легко гидролизируются при контакте с нейтральными или щелочными растворами, создавая нерастворимую гидроокись плутония. Концентрированные растворы плутония нестабильны, вследствие радиолитического разложения, ведущего к выпадению осадка. Вследствие своей радиоактивности, плутоний теплый на ощупь. Большой кусок плутония в термоизолированной оболочке разогревается до температуры, превышающей температуру кипения воды.

Как уже упоминалось, плутоний - активный метал, при нагревании на воздухе легко окисляется, мелкоизмельченный - пироморфен, при 300оС самовозгорается. Взаимодействует с галогенами и галогеноводородами, образуя галогениды, с водородом - гидриды, с углеродом - карбид, с азотом реагирует при 250оС с образованием нитрида, при действии аммиака также образует нитриды. Восстанавливает СО2 до С0 или С, при этом образуется карбид. Взаимодействует с газообразными соединениями серы. Плутоний легко растворяется в соляной, 85%-ной фосфорной, иодистоводородной, хлорной и концентрированной хлоруксусной кислотах. Разбавленная серная кислота растворяет плутоний медленно, а концентрированная серная и азотная кислота его пассивируют и не реагируют с ним. Щелочи на металлический плутоний не действуют.

 

Из окислов плутония известны PuО, Pu2O3 и PuO2.

При выделении и очистке плутония широко используются различия в химическом поведении его отдельных окислительных состояний, а так же то, что плутоний легче, чем уран и нептуний восстанавливается до 4-валентного и труднее окисляется до 6-валентного состояния Поглощение 500 мг плутония как мелкораздробленного или растворенного материала может привести к смерти от острого облучения пищеварительной системы за несколько дней или недель Большое количество экспериментальных данных получено за прошедшие годы по поведению Pu в природе. Так, например, выяснено, что во многих случаях он очень плохо (с коэффициентами 10-5 — 10-8) переходит из почвы в растения.

Америций, Am, (атомный номер 95), атомный вес 243. Назван о слова «Америка» (по месту открытия). Радиоактивен, наиболее устойчив изотоп 243Am (Т=7370 лет).

У пятивалентного америция обнаружено одно очень интересное химическое свойство — способность к диспропорционированию

Кюрий, Сm, (атомный номер 96), атомный вес 247, третий синтезированный трансурановый элемент. Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 247Cm (Т=1,58*107 лет). Очевидно, потребителей 242Cm следует искать там, где особенно ценятся малый вес и компактность источника энергии.

Берклий, Bk, 97 элемент периодической системы, атомный вес 247. Получен в 1949 г. учеными Калифорнийского университета в г.Беркли (США) С. Томпсоном, Г. Сиборгом, А. Гиорсо при бомбардировке мишени из америция-241 ускоренными на 60-дюймовом циклотроне а-частицами Калифорний, Cf, атомный номер 98, атомный вес 251. Название по месту открытия (штат Калифорния, США). Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 251Cf (T = 900 лет). Т.пл. 900оС. Источник нейтронов в активационном анализе, медицине. Получить весовые количества калифорния в ядерных реакциях с заряженными частицами - задача практически невыполнимая: слишком мал выход этого элемента при слиянии двух атомных ядер

Эйнштейний - Einsteinium (Es), 99-ый элемент периодической системы. Научные исследования, проведенные в конце 1952 г., свидетельствовали о наличии этого элемента в продуктах распада термоядерного взрыва, осуществленного в Тихом океане в ноябре1952 г. под именем "Операции Майк" Менделевий -Mendelevium (Md), 101 изотоп периодической системы. Для получения первых 17, атомов этого элемента, на которых изучены его некоторые химические и физические свойства, потребовалось мобилизовать весь арсенал физики и химии того времени Лоуренсий, Lr, элемент № 103, массовое число 260 - последний актиноид. Радиоактивен, самый долгоживущий изотоп этого элемента 260Lr имеет период полураспада 3 + 0,5 минуты. Резерфордий, Rutherfordium, Rf, 104 элемент IV группы периодической таблицы. Получен искусственно. Известны только радиоактивные изотопы


Космические ядерные аварии