Plutonium

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

Symbol	OZ	Kurzform	1s	2s	2p	3s	3p	3d	4s	4p	4d	4f	5s	5p	5d	5f	6s	6p	6d	6f	7s	7p
Pu	94	[Rn] 5f⁶ 7s²	2	2	6	2	6	10	2	6	10	14	2	6	10	6	2	6			2

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 eV

2. IE:

11,2 eV

3. IE:

4. IE:

5. IE:

6. IE:

Elektronenbindungsenergie

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

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
121791	23104	22266	18057

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p_1/2	3p_3/2	3d_3/2	3d_5/2
5933	5547	4563	3970	3775

NI	NII	NIII	NIV	NV	NVI	NVII
4s	4p_1/2	4p_3/2	4d_3/2	4d_5/2	4f_5/2	4f_7/2
1559	1380	1123	846	798	436	424

OI	OII	OIII	OIV	OV
5s	5p_1/2	5p_3/2	5d_3/2	5d_5/2
350	283	213	113	102

PI	PII	PIII
6s	6s_1/2	6p_3/2
46	29	16

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:ω_K: 0,971; ω_L1: 0,21; ω_L2: 0,473; ω_L3: 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:

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) PuO₅^3- (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)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-2,031	+III	Plutonium(III)-Kation	Pu³⁺	+ 3 e^-	⇔	Pu (s)	Plutonium	0
1,006	+ IV	Plutonium(IV)-Kation	Pu⁴⁺	+ e^-	⇔	Pu³⁺	Plutonium(III)-Kation	+ III
1,099	+ V	Plutonium(V)-Kation	Pu⁵⁺	+ 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

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.

Permalink: https://www.internetchemie.info/chemische-elemente/plutonium.php