Соединения плутония
Соединения плутония — это соединения, содержащие элемент плутоний (Pu). При комнатной температуре чистый плутоний имеет серебристый цвет, но при окислении тускнеет. [1] Элемент проявляет четыре распространенные степени ионного окисления в водном растворе и одну редкую: [2]
- Pu(III), как Pu 3+ (синяя лаванда)
- Pu(IV), как Pu 4+ (желто-коричневый)
- Pu(V), как PuO +
2 (светло-розовый) [примечание 1] - Pu(VI), как PuO 2+
2 (розово-оранжевый) - Pu(VII) и PuO 3−
5 (зеленый) – семивалентный ион встречается редко.
Цвет растворов плутония зависит как от степени окисления, так и от природы кислотного аниона . [4] Именно кислотный анион влияет на степень комплексообразования – то, как атомы соединяются с центральным атомом – видов плутония. Кроме того, формальная степень окисления плутония +2 известна в комплексе [K(2.2.2-криптанд)] [Pu II Cp″ 3 ], Cp″ = C 5 H 3 (SiMe 3 ) 2 . [5]
Степень окисления +8 возможна и в летучем четырехокиси PuO.
4 . [6] Хотя он легко разлагается по механизму восстановления, аналогичному FeO.
4 , ПуО
4 может быть стабилизирован в щелочных растворах и хлороформе . [7] [6]
Металлический плутоний получают путем реакции тетрафторида плутония с барием , кальцием или литием при 1200 °C. [8] Металлический плутоний подвергается воздействию кислот , кислорода и водяного пара, но не щелочей , легко растворяется в концентрированных соляной , иодистоводородной и хлорной кислотах . [9] Расплавленный металл необходимо хранить в вакууме или инертной атмосфере во избежание реакции с воздухом. [9] При температуре 135°C металл воспламеняется на воздухе и взрывается, если его поместить в четыреххлористый углерод . [10]
Плутоний — химически активный металл. Во влажном воздухе или влажном аргоне металл быстро окисляется, образуя смесь оксидов и гидридов . [11] Если металл достаточно долго подвергается воздействию ограниченного количества водяного пара, порошкообразное поверхностное покрытие из PuO 2 . образуется [11] Образуется также гидрид плутония , но избыток паров воды образует только PuO 2 . [9]
Плутоний демонстрирует огромную и обратимую скорость реакции с чистым водородом, образуя гидрид плутония . [12] Он также легко реагирует с кислородом, образуя PuO и PuO 2 , а также промежуточные оксиды; Оксид плутония занимает на 40% больше объема, чем металлический плутоний. Металл реагирует с галогенами , образуя соединения общей формулы PuX 3 , где X может быть F , Cl , Br или I, а PuF 4 также присутствует . Наблюдаются следующие оксигалогениды: PuOCl, PuOBr и PuOI. Он будет реагировать с углеродом с образованием PuC, с азотом с образованием PuN и с кремнием с образованием PuSi 2 . [2] [10]
Металлоорганическая форм химия плутониевых комплексов типична для актинидорганических ; Характерным примером плутониевого соединения является плутоноцен . [13] [14] Методы вычислительной химии указывают на усиленный ковалентный характер связи плутоний-лиганд. [12] [14]
Порошки плутония, его гидридов и некоторых оксидов типа Pu 2 O 3 являются пирофорными , что означает, что они могут самопроизвольно воспламеняться при температуре окружающей среды, поэтому с ними обращаются в инертной, сухой атмосфере азота или аргона. Объемный плутоний воспламеняется только при нагревании выше 400 °C. Pu 2 O 3 самопроизвольно нагревается и превращается в PuO 2 , который устойчив в сухом воздухе, но при нагревании реагирует с водяными парами. [15]
Тигли, используемые для содержания плутония, должны выдерживать его сильные восстановительные свойства. тугоплавкие металлы, такие как тантал и вольфрам, а также более стабильные оксиды, бориды , карбиды , нитриды и силициды Это могут выдержать . Плавление в электродуговой печи можно использовать для производства небольших слитков металла без использования тигля. [9]
Церий используется в качестве химического имитатора плутония для разработки технологий локализации, извлечения и других технологий. [16]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ ПуО +
Ион 2 нестабилен в растворе и диспропорционируется с Pu. 4+ и ПуО 2+
2 ; Пу 4+ затем окислит оставшийся PuO +
2 к ПуО 2+
2 , приводящийся в свою очередь к Pu 3+ . Таким образом, водные растворы PuO +
2 имеют тенденцию со временем к смеси Pu 3+ и ПуО 2+
2 . ДРУЗЬЯ +
2 нестабилен по той же причине. [3]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хейзерман, Дэвид Л. (1992). «Элемент 94: Плутоний» . Изучение химических элементов и их соединений . Нью-Йорк (Нью-Йорк): TAB Books. стр. 339 . ISBN 0-8306-3018-Х .
- ^ Jump up to: а б Лиде, Дэвид Р., изд. (2006). Справочник по химии и физике (87-е изд.). Бока-Ратон: CRC Press, Taylor & Francisco Group. стр. 4–27. ISBN 0-8493-0487-3 .
- ^ Крукс, Уильям Дж. (2002). «Обучающий модуль 10 по инженерной безопасности ядерной критичности - Безопасность критичности при операциях по обработке материалов, Часть 1» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 20 марта 2006 г. Проверено 15 февраля 2006 г.
- ^ Мэтлак, Джордж (2002). Учебник по плутонию: введение в химию плутония и его радиоактивность . Лос-Аламосская национальная лаборатория. ЛА-УР-02-6594.
- ^ Виндорф, Кори Дж.; Чен, Го П; Кросс, Джастин Н; Эванс, Уильям Дж.; Фурче, Филипп; Гонт, Эндрю Дж.; Янике, Майкл Т.; Козимор, Стош А.; Скотт, Брайан Л. (2017). «Идентификация формального состояния окисления +2 плутония: синтез и характеристика {Pu II [C 5 H 3 (SiMe 3 ) 2 ] 3 } − ". J. Am. Chem. Soc . 139 (11): 3970–3973. doi : 10.1021/jacs.7b00706 . PMID 28235179 .
- ^ Jump up to: а б Зайцевский, Андрей; Мосягин, Николай С.; Титов Анатолий Владимирович; Киселев, Юрий М. (21 июля 2013 г.). «Моделирование молекул высших оксидов плутония и америция теорией функционала релятивистской плотности». Журнал химической физики . 139 (3): 034307. Бибкод : 2013JChPh.139c4307Z . дои : 10.1063/1.4813284 . ПМИД 23883027 .
- ^ Киселев, Ю. М.; Никонов, М.В.; Долженко В.Д.; Ермилов А. Ю.; Тананаев И.Г.; Мясоедов, БФ (17 января 2014 г.). «О существовании и свойствах производных плутония(VIII)». Радиохимика Акта . 102 (3): 227–237. дои : 10.1515/ract-2014-2146 . S2CID 100915090 .
- ^ Иглсон, Мэри (1994). Краткая энциклопедия химии . Берлин: Вальтер де Грюйтер. п. 840. ИСБН 978-3-11-011451-5 .
- ^ Jump up to: а б с д Майнер, Уильям Н.; Шонфельд, Фред В. (1968). «Плутоний» . В Клиффорде А. Хэмпеле (ред.). Энциклопедия химических элементов . Нью-Йорк (Нью-Йорк): Reinhold Book Corporation. стр. 540–546 . LCCN 68029938 .
- ^ Jump up to: а б Эмсли, Джон (2001). "Плутоний". Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от А до Я. Оксфорд (Великобритания): Издательство Оксфордского университета. стр. 324–329. ISBN 0-19-850340-7 .
- ^ Jump up to: а б «Плутоний радиоактивный» . Беспроводная информационная система для экстренных служб (WISER) . Бетесда (MD): Национальная медицинская библиотека США, Национальные институты здравоохранения. Архивировано из оригинала 13 августа 2011 года . Проверено 23 ноября 2008 г. (текст, являющийся общественным достоянием)
- ^ Jump up to: а б Хеккер, Зигфрид С. (2000). «Плутоний и его сплавы: от атомов к микроструктуре» (PDF) . Лос-Аламосская наука . 26 : 290–335. Архивировано (PDF) из оригинала 24 февраля 2009 г. Проверено 15 февраля 2009 г.
- ^ Гринвуд, штат Нью-Йорк; Эрншоу, А. (1997). Химия элементов (2-е изд.). Оксфорд (Великобритания): Баттерворт-Хайнеманн. п. 1259. ИСБН 0-7506-3365-4 .
- ^ Jump up to: а б Апостолидис, Христос; Уолтер, Олаф; Фогт, Йохен; Либинг, Фил; Марон, Лоран; Эдельманн, Фрэнк Т. (2017). «Структурно охарактеризованный металлоорганический комплекс плутония (IV)» . Angewandte Chemie, международное издание . 56 (18): 5066–5070. дои : 10.1002/anie.201701858 . ISSN 1521-3773 . ПМК 5485009 . ПМИД 28371148 .
- ^ «Букварь по самопроизвольному нагреву и пирофорности – пирофорные металлы – плутоний» . Вашингтон (округ Колумбия): Министерство энергетики США, Управление ядерной безопасности, обеспечения качества и окружающей среды. 1994. Архивировано из оригинала 28 апреля 2007 года.
- ^ Крукс, В.Дж.; и др. (2002). «Низкотемпературная реакция ReillexTM HPQ и азотной кислоты» . Сольвентная экстракция и ионный обмен . 20 (4–5): 543–559. дои : 10.1081/SEI-120014371 . S2CID 95081082 . Архивировано из оригинала 14 июня 2011 года . Проверено 24 января 2010 г.