楊石先(1896～1985)

[拼音]：bu

[外文]：plutonium

一種人工放射性元素，化學符號Pu，原子序數94，屬錒系元素，為銀白色金屬。半衰期最長的同位素是鈽244。仿照鈾、錼的命名，鈽以冥王星(Pluto)命名。

發現

鈽是繼93號元素錼之後發現的第二個超鈾元素。1940年末，G.T.西博格、E.M.麥克米倫、J.W.肯尼迪和A.C.沃爾在美國用60英寸迴旋加速器加速的16兆電子伏氘核轟擊鈾時發現了鈽238。其核反應為：

(1)

第二年，肯尼迪、西博格、E.G.塞格雷和沃爾又發現了鈽的最重要的同位素鈽239。

鈽的全部同位素都是通過人工核反應發現的。後來人們在自然界中找到了兩種鈽同位素。一種是從氟碳鈰鑭礦中找到的微量鈽 244，具有足夠長的半衰期，因此，它可能是地球上原始就存在的；另一種是從含鈾礦物中找到的鈽239，它沒有鈽244那樣長的半衰期，是鈾中的鈾238吸收自然界中的中子而形成的。形成過程為：

(2)

性質

核性質

已發現質量數232～246的全部鈽同位素，其主要核性質見表1。

物理和化學性質

金屬鈽的熔點為 640℃，沸點3234℃。從室溫到熔點之間有六種同素異形體（表2 ），這是冶金學上很獨特的現象。

金屬鈽在空氣中的氧化速率與溼度有關，在乾燥的空氣中由於氧化膜的保護作用，氧化十分緩慢；但在水汽存在下，由於它能破壞氧化膜，使氧化趨於嚴重。金屬鈽在空氣中有自燃的危險。

金屬鈽易溶於鹽酸、氫溴酸、氫碘酸、氨基磺酸、磷酸、較濃的過氯酸和濃的三氯乙酸。由於鈍化作用，金屬鈽不溶於硝酸和濃硫酸。

鈽原子的電子構型為(Rn)5f66d07s2，在水溶液中有＋3～＋7五種氧化態，存在的形式為Pu3+、Pu4+、PuO娚、PuO卂、PuO幯，其中以四價態最穩定。七價態只在鹼溶液中存在，五價態在pH為2～6間穩定。不同氧化態的離子有不同的顏色特徵:Pu3+藍紫色，Pu4+黃棕色，PuO娚微紅色，PuO卂粉紅色。各種氧化態的鈽形成絡合物時，其穩定性有如下的次序:Pu(Ⅳ)＞Pu(Ⅲ)＞Pu(Ⅵ)＞Pu(Ⅴ)。各種氧化態鈽所形成的氫氧化物的溶度積為:Pu(OH)4約10-56，PuO2(OH)2約10-23，Pu(OH)3約10-20，PuO2(OH)約10-10。

與鈾、錼相似，處於中間氧化態的鈽在一定條件下也發生歧化反應。鈽(Ⅳ)在稀酸中按下式發生歧化反應：

3Pu4+＋2H2O

2Pu3+＋PuO卂＋4H+

鈽(Ⅴ)在中等以上濃度的酸中按以下反應式發生歧化反應：

3PuO娚＋4H+

Pu4+＋2PuO卂＋2H2O

PuO娚＋Pu4+

PuO卂＋Pu3+

由於歧化平衡中各氧化態鈽的氧化還原電位十分接近，因此，在一定酸度條件下，平衡中各氧化態鈽都可以相當的濃度共存於同一溶液中。這種現象是鈾、錼所沒有的。

製取

鈽的大規模生產是通過反應堆中的核反應來實現的。在反應堆中鈾238按反應式(2)生成鈽 239，鈽239留於反應堆中則可以進一步吸收中子，形成更重的鈽同位素（如鈽240、鈽241、鈽242等）。這樣形成的鈽是多種鈽同位素的混合物，而且在反應堆中停留時間越長，則重同位素的含量越高。

從反應堆輻照鈾燃料中分離鈽是核燃料後處理的任務之一。歷史上第一次工廠規模分離鈽所用的化學過程為磷酸鉍沉澱流程（見核燃料水法後處理），但現在世界上已普遍採用以磷酸三丁酯為萃取劑的普雷克斯流程。

鈽238的生產是通過在反應堆中輻照錼237實現的，其形成過程為：

(3)

鈽238的分離純化也用化學方法，通常採用離子交換法或溶劑萃取法。

應用

鈽239是易裂變核素，像鈾235一樣能用作核燃料，也用於製造核武器。更有意義的是鈽用作快中子增殖反應堆的燃料，在這種反應堆中鈽由於裂變反應(產生核能)而被消耗，但是與鈽同時被放置於反應堆中的鈾238吸收中子而形成了新的鈽，而且新形成的鈽比消耗掉的鈽還要多。這樣人們可以充分地（從理論上講是全部地）將天然鈾中的鈾 238（佔天然鈾的99.275％）轉變為鈽而加以利用。

鈽的另一個較重要的同位素是鈽238，它可用於製作同位素電池，用作宇宙飛船、人造衛星、航標燈、極地氣象站等的能源。