Plütonyum

Plütonyum, 1940 yılında Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, J. W. Kennedy ve A. C. Wahlby tarafından 152 cm'lik siklotron (atom hızlandırıcısı) içerisindeki uranyumun döteryum ile bombardımanı sonucunda elde edilmiştir.

Plütonyum (Pu)
H Periyodik tablo He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba   Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra   Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og     La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Temel özellikleri
Atom numarası	94
Element serisi	Aktinitler
Grup, periyot, blok	n/a, 7, f
Görünüş	gümüşî
Kütle numarası	239 g/mol
Elektron dizilimi	[Rn] 5f6 7s2
Enerji seviyesi başına Elektronlar	2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
CAS kayıt numarası	{{{CAS_kayıt_numarası}}}
Fiziksel Özellikleri
Maddenin hâli	katı
Yoğunluk	19,816 g/cm³
Sıvı hâldeki yoğunluğu	16,63 g/cm³
Ergime noktası	912,5   °K 639,4 °C
Kaynama noktası	3505 °K 3228 °C
Ergime ısısı	2,82 kJ/mol
Buharlaşma ısısı	333,5 kJ/mol
Isı kapasitesi	35,5 J/(mol·K)
Atom özellikleri
Kristal yapısı	Monoklinik (Tekeğrilikli)
Yükseltgenme seviyeleri	6, 5, 4, 3
Elektronegatifliği	1,28 Pauling ölçeği
İyonlaşma enerjisi	1st: 584,7 kJ/mol
Atom yarıçapı	175 pm
Atom yarıçapı (hes.)	pm
Kovalent yarıçapı	pm
Van der Waals yarıçapı	pm
Diğer özellikleri
Elektrik direnci	(0 °C) 1,460 nΩ·m (20°C'de)
Isıl iletkenlik	(300 K) 6,74 W/(m·K)
Isıl genleşme	46,7 µm/(m·K) (25°C'de)
Ses hızı	(20 °C) 2260 m/s ('de)
Mohs sertliği
Vickers sertliği	MPa
Brinell sertliği	MPa

Bütün izotopları radyoaktif ve toksiktir. Yapay olarak elde edilen plütonyum, Dünya'da bilinen en toksik elementtir. ²³⁸U çekirdeğinin nötron yakalaması ile ²³⁹U elde edilir. ²³⁹U beta bozunması ile nükleer reaktör içerisinde ²³⁹Pu (²³⁹Np ile birlikte) elde edilir.

Transuranyum serisi elementlerinin ikincisi, sun'i olarak yapılabilen radyoaktif bir element. Sembolü Pu, atom ağırlığı 244 ve atom numarası 94'tür. Plutonyum-238 izotopu; uranyum-235 izotopunun nötron bombardımanı ile, 1940 yılında, Kaliforniya Üniversitesinde Glenn T. Seaborg ve çalışma arkadaşları tarafından elde edildi. Bu tarihten sonra plutonyum, nükleer reaktör ve silahlarda kullanılmaya başlanmıştır

Plütonyum

Plutonyum gümüş görünümünde metal olup, 639,85 °C'de erir ve 3230 °C'de kaynar. Özgül ağırlığı 19,8 g/cm 3 tür. Plutonyum aktinitler serisine dahil olup, diğer aktinitler gibi toprakta nadir bulunur. Plutonyum; gümüş, alüminyum, berilyum, kobalt, demir, mangan ve nikelle alaşım meydana getirebilir. Birçok plutonyum bileşikleri yapılmıştır.

İzotopları

Los Alamos'ta rafine edilen ve imalat için Rocky Flats'e gönderilen halkaların tipik bir örneği olan, elektro-rafine edilmiş plütonyumdan yapılmış silah sınıfı bir halka. Yüzüğün saflığı %99,96 olup, ağırlığı 5,3 kg ve çapı yaklaşık 11 cm'dir. Bir bomba çekirdeğine yetecek kadar plütonyum var.

Plutonyuma uranyum cevherleri içerisinde eser miktarda rastlanır. Bu bakımdan reaktör ve laboratuvarlarda kullanılabilmesi için sun'i olarak üretilmesi gerekir. Kütle numaraları 232'den 246'ya kadar değişen en az 15 izotopu yapılabilmektedir. Bunların içinde en önemlisi Pu-239 izotopudur. Nükleer reaktörlerde tabii uranyum-238 izotopu nötron bombardımanına tabi tutulursa uranyum-239 elde edilir. Bu izotopun iki defa ß ışıması yapması sonucu plutonyum-239 elde edilir. Pu-239 izotopunun yarılanma süresi 24.360 senedir ve alfa ışını yayarak uranyum 235 izotopu haline dönüşür. Diğer mühim izotoplarından Pu-238 yarılanma süresi 86,4 sene, Pu-244 ise 76 milyon sene olup, Alfa ışıması yaparak yarılanırlar.

Kullanılışı

Pu-239'un fisyon (bölünme) özelliğine sahip olması ve nükleer reaktörlerde yan ürün olarak elde edilebilmesi, bunun atom ve hidrojen bombaları için nükleer patlayıcı olarak kullanılmasına imkân sağlamaktadır. 1945 senesindeNagazaki'de patlatılan atom bombası Pu-239 izotopundan yapılmıştı.

Hafif su soğutmalı nükleer reaktörlerde senede 225 Kg Pu-239 yan ürün olarak elde edilir. Bu yan ürün normal olarak tekrar işleme sokularak plutonyum oksit ve uranyum oksit ihtiva eden yakıt çubukları olarak reaktörlerde kullanılabilir. Pu-239'un sıvı-metal soğutmalı nükleer reaktörlerde kullanılması programlanmaktadır. Pu-238'in alfa ışını yayarken çıkardığı ısı, Apollo uzay araçlarında elektrik üretimi maksadı ile kullanılmıştır. Pu-238 sun'i kalp yapım çalışmalarında da kullanılmaktadır. Pu-242 ve Pu-244'ün tıp ve metalurjide kullanma sahaları vardır.

Elde edilişi

Plutonyumu, reaktördeki radyasyon veren diğer maddelerden ayırmak ve saflaştırmak için çeşitli kimyasal işlemlere başvurulur. Uranyum ve plutonyum ihtiva eden reaktörden plutonyumu ayırmak için karışım, nitrik asit içinde çözülür. Burada plutonyum 6+ oksidasyon basamağına kadar yükseltgenir. Sonra hekzon (metil n-butil keton) ile karışımdan çekilip alınır. Bu işlemi alüminyum nitrat çözeltisiyle muamele takip eder. Alüminyum nitrat çözeltisi plutonyumu (3+) oksidasyon kademesine indirir. Saf plutonyum elde edilmesi için oksitleme işlemi birkaç defa tekrarlanır.

Etkileri

Plutonyum çok zehirlidir. Deri üzerindeki bir yaraya mikrogram miktarı temas ederse kansere sebep olur. Plutonyum zerrecikleri havada kolayca askıda kalabildiği için, teneffüs yolu ile ciğerlere alınabilir. Plutonyum ciğer kanserine sebep olur. Vücut içerisine girer girmez, kemik maddesine hücum ederek kemik kanserine de sebebiyet verebilir.

Nükleer santral reaktörlerinin artıkları bol miktarda plutonyum ihtiva ettiği için çok iyi muhafaza edilmelidir. Nükleer bomba denemeleriyle çevreye plutonyum artıkları yayılmış durumdadır. Her patlayacak atom bombası insanlığın felaketine ortam hazırlamaktadır.