Struttura
Non è un diagramma di punti su anelli, ma un campionamento Monte Carlo della densità di probabilità effettiva |ψ|² per ogni sottolivello occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il viola indicano segni opposti della funzione d'onda, rendendo possibile il legame.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca plutonio tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati da ~ sono predetti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Radius 155 pm — that is 0.155 nm, so about 3226 million of them side by side would span a millimetre.
Intervallo termico
Plutonio is liquid over a 2592 K window, from 913 K to 3505 K.
La storia
The element that made the atomic age possible and powers spacecraft beyond the Sun's reach.
Glenn T. Seaborg, Edwin McMillan, Joseph W. Kennedy e Arthur Wahl presso l'Università della California, Berkeley, scoprirono il plutonio alla fine del 1940 e all'inizio del 1941. Questa scoperta avrebbe letteralmente cambiato il corso della storia mondiale e posto fine alla Seconda guerra mondiale.
Bombardamento con deuteroni: Il 14 dicembre 1940, il gruppo bombardò l'uranio-238 con deuteroni (nuclei di idrogeno pesante) nel ciclotrone da 60 pollici di Berkeley. Crearono il nettunio-238, che successivamente decadde in un elemento sconosciuto con numero atomico 94.
Isolamento chimico: All'inizio del 1941, il brillante lavoro di chimica di Seaborg permise di isolare e identificare con successo l'elemento 94. Scoprirono che era fissile come l'uranio-235, ma poteva essere separato chimicamente dall'uranio molto più facilmente: un vantaggio cruciale per la produzione di armi.
Segretezza bellica: La scoperta fu immediatamente classificata come segretissima. Il Progetto Manhattan comprese che il plutonio offriva una via potenzialmente più semplice alle armi nucleari rispetto all'arricchimento dell'uranio-235, portando alla costruzione di enormi reattori di produzione a Hanford, nello Stato di Washington.
Test Trinity: Il primo test al mondo di un'arma nucleare, il 16 luglio 1945 in Nuovo Messico, utilizzò un ordigno a implosione al plutonio. Tre settimane dopo, una bomba al plutonio simile fu sganciata su Nagasaki, in Giappone, ponendo fine alla Seconda guerra mondiale.
Tema planetario: Seguendo il modello del nettunio (Nettuno), gli scopritori chiamarono l'elemento 94 "plutonio", dal nome del pianeta nano Plutone. Il nome sembrava particolarmente appropriato vista l'associazione di Plutone con gli inferi, riflettendo il potenziale distruttivo del plutonio.
Risultato scientifico: Glenn Seaborg vinse il Premio Nobel per la chimica nel 1951 per la scoperta del plutonio e di altri elementi transuranici. Il suo lavoro stabilì la serie degli attinoidi e rivoluzionò la nostra comprensione della chimica degli elementi pesanti.
Inizio dell'era atomica: La scoperta del plutonio segnò il vero inizio dell'era atomica. Rese possibili sia le armi nucleari sia l'energia nucleare, modificando radicalmente le relazioni internazionali, la strategia militare e la produzione energetica per tutte le generazioni future.
Applicazioni
Combustibile per reattori nucleari: Il plutonio-239 è uno dei materiali fissili più importanti per la produzione di energia nucleare. Il combustibile a ossidi misti (MOX) contenente plutonio offre un modo sostenibile per riciclare le scorie nucleari producendo al contempo elettricità pulita per milioni di abitazioni in tutto il mondo.
Reattori veloci autofertilizzanti: I progetti avanzati di reattori utilizzano il plutonio sia come combustibile sia come materiale fertile, fornendo potenzialmente secoli di energia nucleare pulita mentre consumano le scorie nucleari esistenti. Paesi come Russia, Cina e India gestiscono reattori veloci alimentati a plutonio con risultati positivi.
Generatori termoelettrici a radioisotopi (RTG): Il plutonio-238 alimenta alcune delle più grandi imprese spaziali dell'umanità, tra cui le sonde Voyager (ora nello spazio interstellare), i rover marziani Curiosity e Perseverance e la missione New Horizons verso Plutone. Questi RTG forniscono energia affidabile per decenni nel difficile ambiente dello spazio.
Missioni nello spazio profondo: Il lungo tempo di dimezzamento e l'elevata densità energetica del plutonio lo rendono insostituibile per le missioni oltre Marte, dove i pannelli solari diventano inefficaci. Le future missioni verso i pianeti esterni e lo spazio interstellare dipendono dalle fonti di energia al plutonio.
Pacemaker cardiaci: Il plutonio-238 alimentava i primi pacemaker cardiaci, fornendo energia affidabile ai pazienti per oltre 20 anni. Sebbene le tecnologie più recenti delle batterie li abbiano in gran parte sostituiti, alcuni impianti medici di lunga durata utilizzano ancora fonti di energia al plutonio.
Ricerca medica: Quantità controllate di isotopi del plutonio vengono utilizzate nella ricerca medica avanzata per comprendere gli effetti delle radiazioni e sviluppare nuovi trattamenti contro il cancro, sebbene ciò richieda i più rigorosi protocolli di sicurezza.
Ricerca fondamentale: Le proprietà nucleari uniche del plutonio lo rendono essenziale per lo studio della fissione nucleare, delle reazioni di fusione e del comportamento dei nuclei pesanti. Questa ricerca approfondisce la nostra comprensione della nucleosintesi stellare e delle origini degli elementi pesanti nell'universo.
Fonti di neutroni: Le fonti di neutroni plutonio-berillio vengono utilizzate nei reattori di ricerca, nell'analisi per attivazione neutronica e nella registrazione dei pozzi nell'industria petrolifera per localizzare le risorse sotterranee.
Riciclaggio del combustibile nucleare: Nei paesi con programmi nucleari avanzati, come Francia e Giappone, il plutonio estratto dal combustibile nucleare esausto viene riciclato in nuovo combustibile MOX (a ossidi misti), riducendo le scorie nucleari e prolungando le risorse di uranio.
Standard dei laboratori di ricerca: Minuscole quantità di isotopi del plutonio fungono da standard di riferimento nei laboratori nucleari per calibrare le apparecchiature di rilevamento e studiare la chimica degli attinoidi.
Missioni NASA: Il plutonio-238 è l'unica fonte di energia pratica per le missioni nello spazio profondo. Le scorte limitate della NASA alimentano missioni fondamentali come i rover marziani e gli esploratori dei pianeti esterni, rendendolo più prezioso dell'oro per l'esplorazione spaziale.
Chimica nucleare: Le strutture di ricerca utilizzano il plutonio per studiare la chimica degli elementi transuranici, i processi di decadimento nucleare e le proprietà fondamentali dei nuclei pesanti.
Analisi per attivazione neutronica: Le fonti di neutroni plutonio-berillio aiutano ad analizzare la composizione dei materiali in geologia, archeologia e scienza dei materiali.
Nota fondamentale: Tutte le applicazioni del plutonio sono rigorosamente regolamentate dalle autorità nucleari internazionali. Non esistono usi per i consumatori a causa della sua estrema radioattività e del suo potenziale bellico.
Da dove proviene
0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements
Formazione naturale in tracce: Sebbene il plutonio sia essenzialmente sintetico, quantità incredibilmente esigue (misurate in parti per trilione) sono state rilevate in depositi di minerali di uranio come quelli del Gabon, in Africa. Queste tracce si formano attraverso reazioni nucleari naturali estremamente rare, quando l'uranio cattura neutroni dai raggi cosmici o dalla fissione spontanea.
Trasmutazione dell'uranio: Praticamente tutto il plutonio viene prodotto artificialmente nei reattori nucleari, quando l'uranio-238 assorbe neutroni e subisce un decadimento beta. Questo processo avviene naturalmente in qualsiasi reattore alimentato a uranio, rendendo il plutonio un sottoprodotto della produzione di energia nucleare.
Produzione controllata: I reattori di produzione specializzati possono essere ottimizzati per massimizzare la produzione di plutonio controllando attentamente il flusso neutronico e il tempo di esposizione del combustibile. La qualità e la composizione isotopica del plutonio dipendono fortemente da questi parametri di produzione.
Scorte mondiali: Nel mondo esistono circa 500 tonnellate metriche di plutonio, principalmente come sottoprodotto della produzione di energia nucleare. Questo rappresenta uno dei materiali più attentamente monitorati e protetti sulla Terra.
Qualità militare e da reattore: La qualità del plutonio varia significativamente: il plutonio per uso militare (>93% Pu-239) richiede tecniche di produzione speciali, mentre il plutonio di grado reattore contiene più isotopi ed è meno adatto alle armi, ma eccellente per la produzione di energia.
Produzione di combustibile MOX: Paesi come la Francia ritrattano il combustibile nucleare esausto per estrarre il plutonio e riciclarlo in nuovo combustibile, creando un ciclo chiuso del combustibile nucleare che riduce le scorie e prolungando le risorse di uranio.
Manipolazione
Plutonio è radioattivo. It has no stable isotope — every nucleus decays. La manipolazione richiede schermatura e autorizzazioni appropriate.
Radioattività letale: Il plutonio è una delle sostanze più tossiche conosciute dall'umanità. Una particella microscopica di plutonio-239 inalata nei polmoni può causare un tumore polmonare decenni dopo. Anche quantità dell'ordine dei nanogrammi comportano gravi rischi per la salute.
Radiazioni alfa: Il plutonio emette particelle alfa che non possono penetrare nella pelle, ma causano danni devastanti se la polvere di plutonio viene inalata o ingerita. Le particelle alfa distruggono il DNA cellulare e provocano cancro, mutazioni genetiche e malattia da radiazioni.
Esposizione a lungo termine: Il plutonio-239 ha un tempo di dimezzamento di 24.100 anni, il che significa che rimane pericoloso per centinaia di migliaia di anni. Una volta entrato nell'organismo, si concentra nelle ossa e negli organi, causando un'esposizione alle radiazioni per tutta la vita.
Sicurezza nucleare: Tutto il plutonio è soggetto ai più rigorosi protocolli internazionali di sicurezza a causa del suo potenziale bellico. Il trasporto, lo stoccaggio e la manipolazione richiedono più livelli di autorizzazione e sicurezza armata.
Sistemi di contenimento: Il lavoro con il plutonio richiede glove box specializzate, contenimento a pressione negativa, monitoraggio continuo dell'aria e squadre di intervento d'emergenza. Anche le quantità destinate alla ricerca richiedono misure di sicurezza straordinarie.
Protocollo di contaminazione: Qualsiasi sospetta esposizione al plutonio richiede immediata assistenza medica da parte di specialisti formati in medicina delle radiazioni. Le procedure di decontaminazione sono complesse e richiedono tempi rapidi.
Sicurezza pubblica: L'esposizione dei civili al plutonio viene prevenuta attraverso molteplici barriere normative, trattati internazionali e misure di sicurezza fisica che lo rendono uno dei materiali più rigorosamente controllati sulla Terra.
Risposte rapide
Plutonio (symbol Pu) is element 94 on the periodic table, a attinoide in period 7. The element that made the atomic age possible and powers spacecraft beyond the Sun's reach. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
[Rn] 5f⁶ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2 electrons respectively.Plutonio melts at 913 K (639.9 °C) and boils at 3505 K (3231.9 °C).
Plutonio has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 244, is the mass number of its longest-lived known isotope.
Plutonio has a density of 19.85 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of plutonio is about 19.9× heavier.
Plutonio has a Pauling electronegativity of 1.28. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Plutonio was discovered in 1940 by Seaborg, McMillan, Kennedy & Wahl. It is named after pluto, next out from Neptune.
Plutonio does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.
Yes. Plutonio has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.