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Plutonium

Informationen zur Chemie und Physik des Plutoniums.



Plutonium Chemie

Plutonium - chemisches Zeichen Pu, Ordnungszahl 94 - ist ein radioaktives, silberweißes, in sechs allotropen Modifikationen auftretendes, unedles, in der Natur nur in äußerst geringen Mengen vorkommendes chemisches Element aus der Gruppe der Actinoiden.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Plutonium

Bezeichnung:Plutonium Symbol:Pu Ordnungszahl:94 Atommasse:244,064205302 u Periodensystem-Stellung:Actinoide, 7. Periode, f-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Actinoide, Transurane, Metalle. Entdeckung:1940 (Glenn T. Seaborg, Arthur Wahl, Joseph W. Kennedy, Edwin McMillan). Bedeutung des Namens:Pluto (Planetoid). Historische Bezeichnungen:Esperium (abgelehnter Vorschlag). Irdisches Vorkommen:In der Natur sehr seltenes, überwiegend künstlich hergestelltes, radioaktives chemisches Element in Uranlagerstätten. Englischer Name:Plutonium CAS-Nummer:7440-07-5 InChI-Key:OYEHPCDNVJXUIW-UHFFFAOYSA-N

 

Das Plutonium-Atom

Das Pu-Atom - und damit das chemische Element Plutonium - ist eindeutig durch die 94 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Plutonium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Plutonium-Isotope bzw. Pu-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d6f7s7p
Pu94[Rn] 5f6 7s2 226261026101426106262

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Plutonium-Atom zu trennen.

1. IE: 6,0260 eV2. IE: 11,2 eV3. IE: eV4. IE: eV5. IE: eV6. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Plutonium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
121791231042226618057

 

MIMIIMIIIMIVMV
3s3p1/23p3/23d3/23d5/2
59335547456339703775

 

NINIINIIINIVNVNVINVII
4s4p1/24p3/24d3/24d5/24f5/24f7/2
155913801123846798436424

 

OIOIIOIIIOIVOV
5s5p1/25p3/25d3/25d5/2
350283213113102

 

PIPIIPIII
6s6s1/26p3/2
462916

 

Weitere Daten

Atomradius:175 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:187(1) pm (nach Cordero et al.)
172 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
135 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:12,29 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,971; ωL1: 0,21; ωL2: 0,473; ωL3: 0,463 Coster-Kronig-Übergänge:F12: 0,03; F13: 0,68; F23: 0,23

 

Spektrallinien des Plutoniums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Plutoniums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Plutonium-Spektrallinien

 

 

Chemie des Plutoniums

Reines Plutonium ist unedel und reaktiv und hat bei Raumtemperatur eine silbrige Farbe, die es jedoch schnell durch Oxidation verliert. Das Element zeigt vier ionische Oxidationsstufen in wässriger Lösung und eine seltene, die folgende Färbungen aufweisen:

- Pu(III) mit Pu3+ (lavendelfarben),
- Pu(IV) mit Pu4+ (gelbbraun),
- Pu(V) mit PuO2+ (hellrosa),
- Pu (VI) PuO22+ (rosa, orange),
- Pu (VII) PuO53- (selten, grün).

Die Farben, die Plutoniumlösungen zeigen, hängen sowohl vom Oxidationszustand als auch von der Art des Säureanions, das den Komplexierungsgrad der Plutoniumspezies - nämlich wie die Atome an ein Zentralatom gebunden sind - beeinflusst.

 

Chemische Daten

Elektronegativität:1,28 nach PaulingElektronaffinität:-0,5 eV bzw. -48,33 kJ mol-1Oxidationsstufen:+ 4 + 2, + 3, + 5, + 6, + 7

 

Standardpotentiale

Normalpotential des Plutoniums:

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-2,031+IIIPlutonium(III)-KationPu3++ 3 e-Pu (s)Plutonium0
1,006+ IVPlutonium(IV)-KationPu4++ e-Pu3+Plutonium(III)-Kation+ III
1,099+ VPlutonium(V)-KationPu5++ e-Pu4+Plutonium(IV)-Kation+ IV

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Plutoniums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Plutonium-Metalls auf.

Schmelzpunkt:639,4 °C Schmelzenthalpie (molar):2,82 kJ mol-1 Siedepunkt:3228 °C Verdampfungsenthalpie:343,5 kJ mol-1 Wärmekapazität:35,5 J mol-1 K-1 (molar) Debye-Temperatur:206 K Thermische Leitfähigkeit:6,74 W m-1 K-1 Wärmeausdehnung:46,7 μm m-1 K-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:6,8 × 105 A V-1 m-1 Elektrischer Widerstand:1460 μΩ m bei 0 °C Dichte:19,816 g cm-3
16,63 g cm-3 (flüssig, am Schmelzpunkt)
Elastizitätsmodul:87,5 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):54 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,019 GPa-1 300 K Poisson-Zahl:0,21 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:monoklin Magnetismus:paramagnetisch Schallgeschwindigkeit:2260 m s-1 bei 20 °C Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol-1 (Feststoff, Kristall)
565,3 kJ mol-1 (gasförmig)
Gibbs Freie Enthalpie:520,5 kJ mol-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:41,6 J mol-1 K-1 (Feststoff, Kristall)
192,4 J mol-1 K-1 (gasförmig)

 

 

Externe Informationsangebote



Spezielle Teilinformationen

Redoxverhalten
Untersuchung des Redoxverhaltens von Plutonium mit Huminsäure. Universität Mainz - Format: PDF

Wechselwirkung von Pu(VI) mit Huminsäure
Wissenschaftlicher Artikel. Universität Mainz - Format: PDF



Gruppenelemente - Informationen

Actinoide
Vorlesungsskript. Uni Freiburg



Synthese, Herstellung, Produktion

Brutprozess des Plutonium-239 Isotops
Unterrichtsmaterialien. ZUM



Analyse und Bestimmung

Abtrennung und Ultraspurenanalyse von Plutonium
... mittels RIMS aus Uran des Haigerloch-Reaktors. Universität Mainz - Format: PDF

Abtrennung von Plutonium
Entwicklung eines Trennungsgangs zur Abtrennung von Plutonium aus einer festen Uranmatrix und nachfolgender Ultraspurenanalyse mittels RIMS. Universität Mainz - Format: PDF

Plutonium-Speziesanalytik
... mit Kapillarelektrophorese-ICP-MS. Universität Mainz - Format: PDF

Spurenanalyse von Plutonium
... und Uran sowie Speziationsuntersuchungen an Plutonium mit massenspektrometrischen und kapillarelektrophoretischen Methoden. Dissertation, 2005. Universität Mainz

Ultra-Spurenanalyse
Entwicklung einer kompakten Apparatur zur Ultra-Spurenanalyse von Plutonium mit cw-Diodenlasern und einem Quadrupol-Massenspektrometer. Universität Mainz - Format: PDF

Ultra-Spurenanalyse, Weiterentwicklung
Weiterentwicklung einer kompakten Apparatur zur Ultraspurenanalyse von Plutonium mit cw-Diodenlasern und einem Quadrupol-Massenspektrometer. Universität Mainz - Format: PDF



Toxikologie, Medizin, Physiologie

Radiologische Bewertung des Plutoniums
Empfehlung der Strahlenschutzkommission

Zur Toxizität inhalierter heißer Partikel, insbesondere von Plutonium
Empfehlung der Strahlenschutzkommission



Dissertationen

Plutoniumfingerabdrücke
… und Brennstoffzyklusstudien für thermische Reaktorkonzepte. Dissertation, 2004. RWTH Aachen



Newsarchiv


Supernova-Explosion
Pu-244 als Zeitmarker explosiver Elemententstehung

Interstellarer Staub gibt Aufschluss zur Entstehung chemischer Elemente: Isotopenforschung der Universität Wien liefert wichtigen Beitrag für internationale Forschungskooperation.

[Bildquelle, Copyright: J. Hester and A. Loll, Arizona State University]




 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 05.04.2020.



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