PLUTONIO
PLUTONIO
. Elemento chimico di numero atomico 94, di simbolo Pu, che fa parte degli elementi transuranici (v. transuranici, elementi, in questa App.) e del quale sono noti numerosi isotopi, tutti radioattivi, con massa compresa fra 232 e 246. Fra questi più importante è quello di massa 239 che si ottiene in base alle reazioni
Il p. non è presente in quantità apprezzabili in minerali; esso si forma solo nei reattori nucleari, dove i neutroni prodotti nella fissione di 235U sono catturati dall'238U dando origine alla reazione [1] sopra scritta (per ogni atomo di 235U che subisce fissione se ne forma uno di 239Pu).
È un elemento particolarmente importante per la grande quantità di energia che libera nella sua fissione; il suo decadimento radioattivo sviluppa calore con notevole regolarità, ciò che riesce particolarmente utile in piccoli generatori nucleari, spaziali o terrestri, o in altri dispositivi per usi pacifici (cuore artificiale, ecc.). Al p. si deve in gran parte la forza distruttiva delle armi nucleari.
Il p. si estrae dagli elementi di combustibile irradiato dei reattori a uranio; il sistema varia a seconda della concentrazione dell'elemento presente.
Prima di procedere al ricupero occorre sottoporre i prodotti di fissione fortemente radioattivi a un "raffreddamento" di alcuni mesi durante i quali alcuni prodotti di fissione (133Xe, 131I, e soprattutto 239Np) dànno origine a 239Pu (reazione [2]).
Per la separazione del p. inizialmente si è usato un metodo di coprecipitazione utilizzando fosfato di bismuto come trascinatore del p. presente in soluzione. Maggiore successo ha avuto il sistema di estrazione selettiva con solventi da soluzioni nitriche usando come solvente specialmente tributilfosfato (TBF, processo Purex) e operando una depurazione finale per passaggio delle soluzioni di p. su resine scambiatrici. Sono stati studiati processi pirometallurgici (distillazione, estrazione del metallo allo stato fuso, ecc.) che evitano la necessità di manipolare grandi volumi di soluzioni; essi però debbono essere realizzati ad alta temperatura.
Il p. metallico si ottiene per riduzione del fluoruro di p. con calcio metallico; il prodotto ha di solito una purezza del 99,8% circa; un aumento di purezza, anche fino al 99,99%, si ottiene per elettroraffinazione del metallo impuro.
Il p. puro è di colore bianco argenteo, fonde a 640 °C circa e bolle a 3327 °C; è un cattivo conduttore di elettricità e del calore; le sue proprietà variano notevolmente con la temperatura perché esso forma 6 modificazioni allotropiche (delle quali due subiscono contrazione anziché dilatazione col riscaldamento). Si scioglie rapidamente in molti acidi concentrati (cloridrico, fosforico, perclorico), nell'acido nitrico si passiva, però basta una piccola quantità di acido fluoridrico per togliere la pellicola protettiva che si forma e l'attacco procede rapidamente. Negli acidi diluiti la solubilizzazione è incompleta. Chimicamente il p. presenta valenza 3, 4, 5 e 6; le prime due sono quelle più frequenti per i composti, sia in soluzione sia allo stato solido; esse risultano anche più stabili dei corrispondenti stati di valenza per gli elementi uranio e nettunio.
Fra i suoi composti più importanti sono gli ossidi, i fluoruri, gli ossalati. Fra gli ossidi, quello di formula PuO2 è forse il principale; è molto stabile, fonde a temperatura di 2400 °C circa; rappresenta la forma più adatta di utilizzazione del p. come combustibile nucleare e s'impiega per la preparazione degli altri composti; si ottiene dal metallo oppure per calcinazione degli ossalati. Si conoscono gli ossalati del p. di qualsiasi valenza che si ottengono per precipitazione con acido ossalico del p. in soluzione nitrica. Il floruro PuF4 è importante perché intermedio nella preparazione di p. metallico; si prepara facilmente facendo reagire a caldo HF gassoso su PuO2.
Il p. forma leghe e composti intermetallici con la maggior parte dei metalli; i metalli ad alto punto di fusione (tungsteno, tantalio, molibdeno, cromo, vanadio, ecc.) sono solubili nel p. allo stato fuso, ma insolubili, o quasi, allo stato solido.