钚(钚的化学性质)

钚（英语：2113Plutonium ），原子序数为94，元素符号是5261Pu，是一种具放射性的超铀4102元素。1653半衰期为24万5千年。它属于锕系金属，外表呈银白色，接触空气后容易锈蚀、氧化，在表面生成无光泽的二氧化钚。钚有六种同位素和四种氧化态，易和碳、卤素、氮、硅起化学反应。钚暴露在潮湿的空气中时会产生氧化物和氢化物，其体积最大可膨胀70%，屑状的钚能自燃。它也是一种放射性毒物，会于骨髓中富集。因此，操作、处理钚元素具有一定的危险性。

钚及其同位素因为其放射性而有一定危险性。钚产生的α射线并不会穿透人体的皮肤而进入人体，但钚可能被人体吸入或消化而进入人体从而对内脏造成不利影响。α射线会造成细胞的损伤、染色体的损伤，理论上可能导致癌症发病率的上升。但是这种影响并不会比其它能放出α射线的放射性物质危害更大。相比之下，钚的半衰期很长，使得单位时间里的辐射量相对要小，危害也就更小。在自然界广泛存在的氡的放射危害就要比钚大的多。钚容易在人体的肝脏和骨骼中聚集，但该过程非常缓慢。

在20世纪四十年代，美国就有26名工作人员因核武器研究，受到了钚的污染。但是在他们身上并没有出现严重的健康影响，更没有人因此而死亡。

同素异形体：在一般情况下，钚有六种同素异形体，并在高温、限定压力范围下有第七种（zeta， ζ）存在。 这些同素异形体的内能相近，但拥有截然不同的密度和晶体结构。因此钚对温度、压力以及化学性质的变化十分敏感，各同素异形体的体积并随相变而具有极大差异性。 密度因同素异形体而异，范围自16.00 g/cm^3到19.86 g/cm^3不等。

诸多同素异形体的存在，造成钚的状态易变钚，使钚元素的制造变得非常困难。例如，α型存在于室温的纯钚中。它和铸铁有许多相似加工后性质，但只要稍微提高温度，便会转成具有可塑性和可锻造性的β型。 造成钚复杂相图的背后因素迄今仍未被完整解惑。α型属于低对称性的单斜结构，因此促成它的易碎性、强度、压缩性及低传导性。

核分裂：钚是一种具放射性的锕系金属。它的5f电子是离域和定域之间的过渡界线；钚因此常被认为是最复杂的元素之一。 它的同位素钚-239是三个最重要的易裂变同位素之一（另外二者为铀-233和铀-235）；钚-241也具有高度易裂变性。所谓的具“易裂变性”（fissile），是指同位素的原子核受到慢中子撞击后，能够产生核分裂，并另释放出足以支持核连锁反应、进一步促使原子核分裂的中子。

环状金属钚重5.3公斤，直径约11厘米，足够制作一枚核弹。它的形状有助于维系临界安全。

同位素：钚有二十种放射性同位素。在自然界中只找到两种钚同位素，一种是从氟碳铈镧矿中找到的微量钚-244，已知钚的同位素中寿命最长的是钚-244，半衰期是8.26×10^7年，它具有足够长的半衰期钚，可能是地球上原始存在的。另一种是从含铀矿物中找到的钚-239，是铀238吸收自然界里的中子而形成的。其他钚同位素都是通过人工核反应合成的。

其中寿命最长的有钚-244（半衰期为8080万年）、钚-242（半衰期为373300年）及钚-239（半衰期为24110年）。其余的放射性同位素半衰期都低于7000年。钚也有八种亚稳态，但状态并不稳定、半衰期都不超过一秒。

钚的同位素的质量数范围从228到247不等。其中质量数低于钚-244（最稳定的同位素）的同位素，主要的衰变方式是自发裂变和α衰变，衰变产物通常生成铀（92个质子）和镎（93个质子）的同位素（忽略裂变过程产生之二子核的大范围）。质量数大于钚-244的同位素则以β衰变为主要衰变方式，衰变产物多为镅（95个质子）。钚-241是镎衰变系的母同位素，透过β粒子或电子放射衰变成镅-241。 同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量MeV 衰变产物 Pu-238 人造 87.74年 自发分裂 204.66 - α衰变 5.5 U-234 Pu-239 微量 24100年 自发分裂 207.06 - α衰变 5.157 U-235 Pu-240 人造 6500年 自发分裂 205.66 - α衰变 5.256 U-236 Pu-241 人造 14年 自发分裂 210.83 - β衰变 0.02078 Am-241 Pu-242 人造 373000年 自发分裂 209.47 Kr-92，Ba-141，2个中子 α衰变 4.984 U-238 Pu-244 微量 8.08×10^7年 α衰变 4.666 U-240 钚-238和钚-239是最普遍的人造同位素。 钚-239是使用铀（U）和中子（n），并以镎（Np-239）作为中间体，产生β衰变（β）。透过反应1合成。

铀-235裂变中的中子被铀-238原子核俘获、形成铀-239；β衰变将一个中子转变成质子，形成镎-239（半衰期为2.36日），另一次β衰变则形成钚-239。 合金管计划的学者曾在1940年推导出此反应式。

钚-238是以氘核（D，重氢的原子核）撞击铀-238。透过反应2合成。

在此反应过程中，一个氘核撞击铀-238，生成两个中子和镎-238；镎-238再发射负β粒子、产生自发衰变，形成钚-238。

衰变热与裂变性质：钚同位素会发生放射性衰变，释放出衰变热。不同的同位素，单位质量所释出的热量也有所差异。衰变热的单位通常以“瓦特/公斤”或“毫瓦特/公克”计。所有同位素在衰变时都会释放出微弱的伽马射线。

它最稳定的同位素是钚-244，半衰期约为八千万年，足够使钚以微量存在于自然环境中。

钚最重要的同位素是钚-239，半衰期为24100年，常被用制核子武器。钚-239和钚-241都易于裂变，即它们的原子核可以在慢速热中子撞击下产生核分裂，释放出能量、伽马射线（γ射线）以及中子辐射，从而形成核连锁反应，并应用在核武器与核反应炉上。

钚-238的半衰期为88年，并放出阿尔法粒子（α粒子）。它是放射性同位素热电机的热量来源，常用于驱动太空船。