臨洮縣

[拼音]:buhuahewu

[外文]:plutonium compounds

鈽是一種活潑金屬,能與許多元素形成多種化合物,如鹵化物、氧化物、氫化物、氫氧化物、過氧化物、氮化物、碳化物、硫化物、矽化物、硝酸鹽、草酸鹽等。由於鈽作為核燃料和核武器的裝料受到重視,對其化合物的研究也比較廣泛和深入。在核燃料迴圈中起重要作用的有鈽的鹵化物、氧化物、碳化物、氮化物和草酸鹽等。

鹵化物

三氟化鈽為藍紫色固體,熔點為1425±3℃;在沒有鋁或鋯離子存在時,很難溶於酸中。三氟化鈽可由鈽(Ⅳ)的硝酸鹽、氧化物、氫氧化物等化合物與無水氟化氫在550~600℃反應制得,也可在含鈽(Ⅲ)的水溶液中加入氟離子沉澱而製得。三氟化鈽是還原法制金屬鈽的原料。四氟化鈽為淡棕色(PuF4·2.5H2O為粉紅色),熔點為1037℃,沸點約1277℃;微溶於水,只能溶於含有硼酸、鋁(Ⅲ)或鐵(Ⅲ)的溶液中。四氟化鈽可由鈽(Ⅳ)的氧化物、硝酸鹽、草酸鹽等化合物在有氧氣存在的條件下與無水氟化氫進行高溫反應而製得。四氟化鈽也是還原法制金屬鈽的原料。六氟化鈽在-180℃時是白色固體,液態和氣態呈棕色到紅棕色,熔點為 51.59℃,沸點為62.16℃;六氟化鈽在熱力學上是不穩定的,它是一個很強的氧化劑;能與四氟化鈾、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳等反應生成四氟化鈽,與潮溼空氣或水發生非常激烈的反應;六氟化鈽由於α輻解而不斷生成四氟化鈽。六氟化鈽可由二氧化鈽或四氟化鈽在500~700℃高溫下與氟氣反應制得。鈽(Ⅵ)的其他氟化物有PuO2F2、M2PuO2F4·H2O和MPuO2F3·H2O(M為NH4、Na、K等)。

三氯化鈽是藍至綠色的固體,熔點為750℃,沸點為1767℃;易吸潮,易溶於酸和水。三氯化鈽可由多種方法制備,通常由二氧化鈽與光氣在高溫下反應而製得,在製備中,大多數其他元素生成揮發性的氯化物,而三氯化鈽不揮發,因而鈽的純度較高。三氯化鈽也是製備金屬鈽的一種化合物。四氯化鈽是不穩定化合物,容易分解,不易製得。鈽(Ⅳ)的其他氯化物有 M2PuCl6(M為Cs、Rb、K、Na等)。

其他已經制得的化合物還有:三溴化鈽,熔點約為681℃;三碘化鈽,熔點約777℃。

氧化物

二氧化鈽是綠棕色到黃棕色的固體,在氦氣中的熔點為2280±30℃,蒸氣壓很低;它的化學惰性很大,在鹽酸和硝酸中溶解極慢且不完全,在沸騰的氫溴酸中溶解較快,用硫酸氫鈉等熔劑在熔融條件下可溶解二氧化鈽;高溫下二氧化鈽可與氟化氫反應生成三氟化物,有氧氣存在時生成四氟化物;高溫下與氟作用生成六氟化鈽,與鋅鎂合金反應還原生成金屬鈽。由於二氧化鈽具有高熔點、輻照穩定、同金屬互容以及容易製備等特性,是核燃料的一種適用的組成形式。二氧化鈽可由金屬鈽或其化合物(磷酸鹽除外)在空氣中灼燒製得,也可由含氧化合物在真空或惰性氣氛中加熱到1000℃而製得。β三氧化二鈽的熔點為2085±25℃;可由二氧化鈽與碳在氦中加熱到 1625℃製得。α三氧化二鈽可由在真空中加熱二氧化鈽到 1650~1800℃ 而製得。α′三氧化二鈽由二氧化鈽熔化時損失氧而製得,其熔點為2360±20℃。

碳化物

已知有二碳化三鈽、碳化鈽、三碳化二鈽和二碳化鈽。室溫下碳化鈽在空氣中穩定,但在 400℃時則劇烈燃燒;不與冷水作用,但與熱水反應生成三價氫氧化物、氫和甲烷的混合物,以及少量的其他碳氫化合物;碳化鈽與冷硝酸作用很慢。三碳化二鈽的化學性質與碳化鈽略有不同,三碳化二鈽在高溫下的氧化作用及在酸和沸水中的水解作用都比碳化鈽弱。鈽的碳化物可由金屬鈽、二氧化鈽或氫化鈽在高溫下與石墨反應而製得。反應條件不同,可以製得不同組分的鈽的碳化物。鈽的碳化物由於具有較高的導熱性、低的蒸氣壓和較大的鈽密度,可以做核反應堆的燃料。

氮化物

已知鈽的唯一氮化物為氮化鈽。氮化鈽在氬氣氛中熔點為2450±50℃;遇冷水緩慢水解並生成二氧化鈽,氮化鈽易溶於無機酸中;與氮化鈾能形成一系列固溶體。氮化鈽具備核燃料的某些特性,如熔點高、鈽密度高和好的導熱性,但它的主要缺點是在高溫下揮發性較高和易分解。氮化鈽可由氫化鈽與氮在高於 230℃時反應而製得。

草酸鹽

鈽(Ⅲ)的草酸鹽Pu2(C2O4)3·10H2O和鈽(Ⅳ)的Pu(C2O4)2·6H2O都是難溶性化合物, 隨著加熱,它們逐漸失去其結晶水,隨後分解,最終產物為二氧化鈽。鈽的草酸鹽可由鈽的相應氧化態的鹽的稀酸溶液與草酸或草酸鈉沉澱而製得。(見彩圖)

參考書目

J.M.克利夫蘭著,《鈽化學》,翻譯組譯:《鈽化學》科學出版社,北京,1974。 (J.M.Cleveland, The Chemistry of Plutonium,Gordon & Breach, New York,1970.)

C.克勒爾著,《超鈾元素化學》翻譯組譯:《超鈾元素化學》,原子能出版社,北京,1977。(C.Keller,TheChemistry of the Transuranium Elements, Verlag Chemie, Weinheim, 1971.)