logo

logo

logo

logo

logo

البلوتونيوم

بلوتونيوم

Plutonium -

البلوتونيوم

جمال العبد الله

مصادره في الطبيعة والصناعة

خواصه الكيميائية

استعمالاته

 

البلوتونيوم Plutonium عنصر مشع، من سلسلة الأكتينيدات (زمرة الأكتينيوم) actinides في الجدول الدوري، رمزه ، وعدده الذري 94، نُسب اسمه إلى كوكب بلوتو Pluto، وقد اكتُشف عام 1940 من قبل الكيميائي الأمريكي زيبورغ Glenn T. Seaborg وزملائه في جامعة كاليفورنيا الأمريكية، وأُنتِج البلوتونيوم 238 بقذف ذرات اليورانيوم 238 بالديوترونات في مسرِّع بيركلي Berkeley&https://arab-ency.com.sy/tech/details/802/5#39;s accelerator في كاليفورنيا (المعادلتان 1 و2)

يتفكك النبتونيوم 238 (عمر النصف half-life: 2.11 يوم) بإصدار أشعة معطياً البلوتونيوم 238 (المعادلة 2):

ويتفكك نظير البلوتونيوم 238 إلى اليورانيوم 234 مُصدراً جسيمات ألفا (المعادلة 3):

الخصائص الفيزيائية والإشعاعية للبلوتونيوم

يلخص الجدول (1) أهم خصائص البلوتونيوم الفيزيائية:

الجدول (1) بعض خصائص البلوتونيوم الفيزيائية.

 

التشكيل الإلكتروني:

الكتلة الذرية النسبية: 244

طاقة التأين الأول: 584.7 كيلو جول /مول

الحالة الفيزيائية (25°س): صلب

وزن واحدة الحجوم (25°س): 19.86 غ/سم3

درجة الانصهار: 639.4 °س

نصف القطر الذري: 159 بيكومتر

درجة الغليان: 3230 °س

نصف قطر الإيون : 100 بيكومتر

البلوتونيوم معدن ثقيل، ليّن نسبياً، لونه فضي مائل إلى الرمادي عند تعرضه للهواء تتشكل طبقة من الأكسيد على سطحه، وخلافاً لمعظم المعادن فإن البلوتونيوم ناقل رديء للحرارة وللتيار الكهربائي.

يعرف للبلوتونيوم خمسة عشر نظيراً isotopes تقع أعدادها الكتلية بين 232 و264، وجميعها مشعَّة. يبيِّن الجدول (2) الخصائص الإشعاعية لأهم نظائر البلوتونيوم، وأكثرها استخداماً النظيران
و القابلان للانشطار والبلوتونيوم 233 ذو أقصر عمر نصف (20 دقيقة). وأكثر نظائره استقراراً (عمر نصفه82 مليون سنة تقريباً)، وهو موجود في الطبيعة، يُصدر جسيمات متحولاً إلى يورانيوم 240. وقد استعمل البلوتونيوم 239 في القنبلة التي ألقيت على ناغازاكي في اليابان عام 1945.

الجدول (2) الخصائص الإشعاعية لأهم نظائر البلوتونيوم.

نوع التفكك وطاقته (ميغا إلكترون فولط)

عمر النصف

النظير المشع

87.74 سنة

سنة

سنة

14.35 سنة

3.733× 105 سنة

مصادره في الطبيعة والصناعة

البلوتونيوم أهم عنصر من عناصر ما بعد اليورانيوم transuranium elements، وجميع نظائره مشعة. نتج البلوتونيوم طبيعياً نتيجة التفاعلات النووية الأولية التي شكلت البنية الأولية لسطح الأرض، لكن بسبب قصر نصف عمر نظائره فإنه لا يوجد حالياً إلا بتركيز منخفض جداً من النظير 242 في بعض الأتربة النادرة على شكل آثار قليلة جداً من مرتبة غرام بلوتونيوم في غرام واحد من العينة.

وجد النظير 239 بكميات أكبر في بعض التراكيب الجيولوجيّة التي يتركز فيها اليورانيوم طبيعياً نتيجة بعض العمليات الجيولوجيّة منذ نحو 2 مليار سنة، كما هي الحال في موقع المفاعل النووي الطبيعي أوكلو Oklo في جمهورية الغابون في إفريقيا. وفي المقابل فإنَّه يجري إنتاج البلوتونيوم بكميات كبيرة في قلب المفاعلات النووية حيث يتحول جزء من اليورانيوم 238 غير القابل للانشطار المكوِّن للوقود النووي إلى البلوتونيوم 239 نتيجة لتفاعلات الأسر النيوتروني. و ينشطر في الحال بقذفه بنترونات سواء كانت بطيئة أم سريعة.

على الرغم من وجود كميات من البلوتونيوم من مصادر طبيعيّة في البيئة فإن المصدر الرئيسي للبلوتونيوم يأتي من مصادر صنعيّة، من أهمها:

أ- تجارب الأسلحة النووية بين عامي 1945 و1975 حيث استُخدِم البلوتونيوم في أول انفجار نووي (ذري) في العالم باستخدام حشوة من البلوتونيوم.

ب- النفايات الناتجة من المحطات النووية (توليد الطاقة الكهربائية).

ج- الحوادث النووية، مثل حادثة تشرنوبل Chernobyl في أوكرانيا بتاريخ 26 نيسان/ أبريل 1986.

يُحصل على البلوتونيوم بشكل محلول نترات البلوتونيوم في حمض الآزوت، ثم يُرسّب إما على شكل بوساطة الماء الأكسجيني وإمّا على شكل أُكسالات (حماضات) البلوتونيوم (IV) بإضافة حمض الحماض (حمض الأكساليك) إلى المحلول. وبتسخين البيروكسيد أو الحماضات يتكون ثنائي الأكسيد الذي يمكن استعماله وقوداً في المفاعلات النووية.

للحصول على المعدن الصرف يسخَّن البيروكسيد أو الأُكسالات أو ثنائي الأكسيد مع مزيج من الأكسجين وفلوريد الهدروجين فيتكوَّن رباعي فلوريد البلوتونيوم. يرجَع (يختزَل) رباعي الفلوريد بزيادة من الكلسيوم بوجود اليود، ويستعمل اليود لتكوين يوديد الكلسيوم في خَبَث slag فلوريد الكلسيوم حتى يخفض درجة انصهاره.

خواصه الكيميائية

البلوتونيوم نشيط كيميائياً، وله عدة درجات أكسدة 3 و4 و5 و6، ودراسة الخواص الكيميائية للعنصر الذي له نشاط إشعاعي شديد صعبة نظراً للتحولات الكيميائية الكبيرة التي تحدث في العينة المدروسة. فماء المحلول الذي يحوي مركب العنصر المدروس يتفكك بفعل النشاط الإشعاعي إلى و، ويتأكسد البلوتونيوم بالهواء بسرعة ويصبح مخضراً أو مصفراً بحسب سماكة طبقة الأكسيد السطحية، كما يتفاعل مع الكبريت والسيلينيوم والسليكون.

مركباته بدرجة الأكسدة غير مستقرة ولها خواص مؤكسدة. الأكسيد غير معروف، والماءات لم تعزل وتتمتع بصفات مذبذبة amphoteric. توافق خاصيتها الحمضية أملاح البلوتونات، وتوافق خاصيتها الأساسية أملاح البلوتونيل ، ويمكن الحصول على هذه الأملاح بأكسدة الأملاح الموافقة لدرجات الأكسدة الدنيا.

يُحصل على أكسيد البلوتونيوم بدرجة الأكسدة بحرق أملاحه عند درجات حرارة تقع بين 250˚ و1000˚س، فهو أكسيد ثابت ذو لون بني مصفر. وتتكون الماءات بشكل راسب أخضر هلامي بإضافة مزيد من هدروكسيد الأمونيوم إلى محلول ملح البلوتونيوم ، وتتفاعل الماءات مع الحموض لتعطي أملاح الإيون وتوافق هذا الإيون معقدات كثيرة مثل المعقدات النتراتية . وتتفكك أملاح البلوتونيوم في المحاليل الحمضية، ففي حمض كلور الماء يجري التفاعل (4):

ويزداد انزياح التوازن نحو اليمين بارتفاع درجة الحرارة أو انخفاض تركيز الحمض، ويمكن الانتقال من درجة أكسدة إلى أخرى بحسب التفاعلات (5):

                               الساخن

إيوناته ملونة في المحاليل، فالبلوتونيوم ذو لون أزرق ـ أرجواني شاحب، والرباعي أصفر ـ بني،
و زهري، و زهري ـ نارنجي.

استعمالاته

يعتمد استعمال البلوتونيوم على الخصائص المميزة لكل نظير، فالبلوتونيوم 239 استعمل مادةً انشطارية في إنتاج الطاقة، حيث يمكن إنتاج عشرة ملايين كيلوواط ساعي من الكهرباء باستخدام كيلو غرام واحد من هذا النظير. ويُستعمل البلوتونيوم 238 مصدراً للطاقة في مجال الأقمار الصناعية، وفي بعض أجهزة البحث العلمي على سطح القمر، كما يستعمل في مجال تطوير المولدات الكهرحرارية.

مراجع للاستزادة:

- D. L. Clark et al., The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, 2011.

- N. N. Greenwood & Earnshaw, Chemistry of the Elements, Butterworth-Heinemann Ltd.,1997.

- Pradyot Patnaik, Dean’s Analytical Chemistry Handbook, McGraw-Hill, 2004.

 


التصنيف : الكيمياء والفيزياء
النوع : الكيمياء والفيزياء
المجلد: المجلد الخامس
رقم الصفحة ضمن المجلد : 0
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 1036
الكل : 43823971
اليوم : 107366