鈈(英語:Plutonium,中國大陸譯鈈,台灣譯鈽),是一種化學元素,其化學符號為Pu,原子序數為94。屬於錒系元素,是第二個超鈾元素,具有放射性。鈈是一種高密度的銀白色金屬,化學性質十分活潑,接觸空氣後容易腐蝕、氧化,在表面生成無光澤的二氧化鈈。暴露在潮濕的空氣中時會產生氧化物和氫化物,其體積最大可膨脹70%。鈈也易和碳、鹵素、氮、矽等非金屬元素起化學反應。屑狀的鈈能自燃。鈈有六種同素異形體和四種氧化態。鈈是一種放射性毒物,且進入人體後會於骨髓中富集。因此操作、處理鈈元素具有一定的危險性。
Quick Facts 外觀, 概況 ...
鈈 94Pu
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外觀 |
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銀白色,在空氣中的失去光澤為深灰色
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概況 |
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名稱·符號·序數 | 鈈(Plutonium)·Pu·94 |
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元素類別 | 錒系金屬 |
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族·週期·區 | 不適用·7·f |
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標準原子質量 | [244] |
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電子排布 | [Rn] 5f6 7s2 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
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歷史 |
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發現 | 格倫·西奧多·西博格、Arthur Wahl、Joseph W. Kennedy、埃德溫·麥克米倫(1940年) |
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物理性質 |
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物態 | 固態 |
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密度 | (接近室溫) 19.816 g·cm−3 |
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熔點時液體密度 | 16.63 g·cm−3 |
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熔點 | 912.5 K,639.4 °C,1182.9 °F |
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沸點 | 3505 K,3228 °C,5842 °F |
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熔化熱 | 2.82 kJ·mol−1 |
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汽化熱 | 333.5 kJ·mol−1 |
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比熱容 | 35.5 J·mol−1·K−1 |
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蒸氣壓
壓/Pa
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1
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10
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100
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1 k
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10 k
|
100 k
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溫/K
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1756
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1953
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2198
|
2511
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2926
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3499
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原子性質 |
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氧化態 | 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 (兩性氧化物) |
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電負性 | 1.28(鮑林標度) |
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電離能 | 第一:584.7 kJ·mol−1 |
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原子半徑 | 159 pm |
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共價半徑 | 187±1 pm |
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鈈的原子譜線 |
雜項 |
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晶體結構 | 單斜 |
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磁序 | 順磁性[1] |
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電阻率 | (0 °C)1.460 µ Ω·m |
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熱導率 | 6.74 W·m−1·K−1 |
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膨脹系數 | (25 °C)46.7 µm·m−1·K−1 |
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聲速 | 2260 m·s−1 |
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楊氏模量 | 96 GPa |
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剪切模量 | 43 GPa |
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泊松比 | 0.21 |
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CAS編號 | 7440-07-5 |
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同位素 |
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主條目:鈈的同位素
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Close
1940年,格倫·西奧多·西博格和埃德溫·麥克米倫首度在柏克萊加州大學實驗室,以氘撞擊鈾-238合成出鈈元素,是繼鎿之後第二個被合成出的超鈾元素。[2][3]麥克米倫將這個新元素取名Pluto(意為冥王星),西博格便開玩笑提議定其元素符號為Pu(音類似英語中表嫌惡時的口語「pew」)。科學家隨後在鈾礦中發現了微量的鈈,是礦石中的鈾-238經過中子俘獲緊接着發生兩次β衰變而成的:(238U → 239U → 239Np → 239Pu),因此鈈是少數存在於自然界中的超鈾元素,也是天然存在於自然界中原子序最大的元素。
鈈沒有穩定同位素,最長壽的同位素是鈈-244,半衰期約為八千萬年。而工業及軍事上最重要的鈈同位素是鈈-239,半衰期為2.41萬年,常被用來製造核武器。[4] 鈈-239和鈈-241都易於裂變,即它們的原子核可以在慢速熱中子撞擊下產生核分裂,釋出能量、伽馬射線以及中子輻射,從而形成核連鎖反應,並應用在核武器與核反應堆上。而鈈-240自發裂變的比率很高,容易造成中子通量激增,因而影響了鈈作為核武及核燃料的適用性。另外,鈈-238的半衰期為88年,衰變時會放出α粒子和大量熱能,它是放射性同位素熱電機的熱量來源,常用於驅動太空船。製造鈈的特定同位素時幾乎都是以特殊反應合成,分離鈈同位素的過程成本極高又耗時費力,因此有些材料只有特定國家在生產。
第二次世界大戰期間,曼哈頓計劃首度將製造微量鈈元素列為主要任務之一,曼哈頓計劃後來成功研製出第一個原子彈。1945年7月的第一次核試驗「三一試驗」,以及第二次、投於長崎市的「胖子原子彈」,都使用了鈈製作內核部分。[5]關於鈈元素的人體輻射實驗研究並在未經受試者同意之下進行,二次大戰期間及戰後都有數次核試驗相關意外,其中有的甚至造成傷亡。核能發電廠核廢料的清除,以及冷戰期間所打造的核武建設在核武裁減後的費用,都延伸出日後核武器擴散以及環境等問題。非陸上核試驗也會釋出殘餘的原子塵,現已依《部分禁止核試驗條約》明令禁止。