Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Name, Symbol, Ordnungszahl | Plutonium, Pu, 94 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Serie | Actinide | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gruppe, Periode, Block | Ac, 7, f | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aussehen | silbriges Metall | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massenanteil an der Erdhülle | Spuren | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomar | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atommasse | 244,0642 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradius (berechnet) | 151 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalenter Radius | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
van der Waals-Radius | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronenkonfiguration | [Rn]5f67s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronen pro Energieniveau | 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. Ionisierungsenergie | 544,5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Physikalisch | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aggregatzustand (Magnetismus) | fest (-) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kristallstruktur | monoklin | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dichte (Mohshärte) | 19740 kg/m3 (-) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schmelzpunkt | 914 K (641 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Siedepunkt | 3600 K (3327 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molares Volumen | 12,32 · 10-4 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verdampfungswärme | 325 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schmelzwärme | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dampfdruck | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schallgeschwindigkeit | 2260 m/s bei 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spezifische Wärmekapazität | 130 J/(kg · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrische Leitfähigkeit | 6,7 · 105 1/(Ω m) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wärmeleitfähigkeit | 6,74 W/(m · K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Chemisch | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidationszustände | +3, +4, +5, +6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxide (Basizität) | (leicht amphoter) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Normalpotential | -2,031 V (Pu3+ + 3e- → Pu) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativität | 1,28 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. |
Plutonium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Pu und der Ordnungszahl 94. Im Periodensystem der Elemente gehört es zur Gruppe der Actinoide. Es wurde nach dem Planeten Pluto benannt, der auf den Planeten Neptun folgt, und dieser wiederum folgt auf den Planeten Uranus. (Plutonium folgt im Periodensystem auf Neptunium, und dieses wiederum auf Uran.)
Plutonium wurde am 23. Februar 1941 von den Amerikanern Glenn T. Seaborg, J. W. Kennedy, E. M. McMillan und A. C. Wahl entdeckt. Genauer gesagt, das Isotop Plutonium 238Pu, das sie durch den Beschuss von Uran 238U mit Deuterium aus einem Zyklotron herstellten. Sie benannten es nach dem äußersten Planeten Pluto, der wiederum nach dem gleichnamigen römischen Gott der Unterwelt benannt ist. So kam es, dass die 3 schwersten damals bekannten Elemente die Namen der drei äußersten Planeten erhielten. Die Entdeckung wurde während der Dauer des 2. Weltkrieges geheim gehalten. Die Atombombe, die die japanische Stadt Nagasaki zerstörte, enthielt Plutonium 239Pu als Spaltstoff.
Auch in der Zeit um 1941 hatte in Deutschland Fritz G. Houtermans die Existenz von Transuranen in einem Geheimbericht "Zur Frage der Auslösung von Kern-Kettenreaktionen" theoretisch vorausgesagt. Im Rahmen des US-amerikanischen Manhattan-Projekts wurde Plutonium erstmals in größerem Maßstab hergestellt. Joseph Hamilton führte Plutonium-Verteilungsstudien an Versuchspersonen durch, die heute umstritten sind.
Mit verfeinerter Spurenanalytik gelang es im Jahr 1971 geringste Spuren des langlebigsten Plutoniumisotops 244Pu in einigen Mineralien nachzuweisen.
Plutonium kommt in der Natur sehr selten vor - in Uranvorkommen kann es durch Absorption natürlich freigesetzter Neutronen aus Uran entstehen, allerdings nur in winzigen Mengen. Aus der Entstehungszeit des Sonnensystems befinden sich noch sehr geringe Mengen Plutonium 244Pu in sehr seltenen Uranerzen. Diese Mengen sind so gering, dass sie erst nach der künstlichen Erzeugung des Plutoniums in Kernreaktoren im Jahr 1971 entdeckt wurden. Plutonium muss dennoch auch als natürliches Element gelten. Größere Plutoniummengen entstanden auf natürlichem Weg in dem Naturreaktor Oklo. Durch Atombombenexplosionen wurden seit dem Zweiten Weltkrieg etwa 20 t freigesetzt. Alle Atomkraftwerke der Welt haben bis heute etwa 2000 t Plutonium (hauptsächlich 239Pu) erzeugt, das sich größtenteils noch mit den hochradioaktiven Spaltprodukten zusammen in den abgebrannten Brennstäben befindet.
Plutonium ist ein radioaktives, silbriges Metall, das an der Luft schnell eine dunkle Oxidschicht bildet. Chemisch vergleichbar ist das Element mit Blei. Mit erhitztem Wasser oder Säuren reagiert es unter Freisetzung von Wasserstoffgas.
Plutonium ist wie andere Schwermetalle giftig. Die für einen Menschen tödliche Dosis liegt wahrscheinlich im zweistelligen Milligrammbereich, laut [1] beträgt die LD-50-Dosis für Hunde 0,32 mg/kg Körpergewicht. Viel gefährlicher als die chemische Wirkung ist aber seine Radioaktivität, die Krebs verursachen kann. Zur Entstehung von Krebs reicht vermutlich eine Menge in der Größenordnung einiger Mikrogramm. Aus dieser Abschätzung wurde das weit verbreitete Missverständnis über die besondere Gefährlichkeit von Plutonium abgeleitet. Da die ausgesendete α-Strahlung durch die Haut abgeschirmt wird, ist Plutonium nur bei Inkorporation (beispielsweise Inhalation von Plutonium enthaltendem Staub) gesundheitsschädlich – dies aufgrund der unterschiedlichen Beschaffenheit einer Schleimschicht im Körper zur Haut wesentlich mehr als bei anderen ß- oder γ-Strahlern. Die chemische Giftigkeit von Plutonium wird jedoch von vielen anderen Stoffen übertroffen.
Kristallisationsphasen bei Atmosphärendruck
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Bemerkenswert ist hier, dass die Dichte von Plutonium ab einer gewissen Temperatur aufwärts wieder zunimmt (Dichteanomalie). Auch beim Schmelzen wird wie bei Wasser die Dichte größer.