钚(英语:Plutonium,中国大陆译钚,香港译钚,台湾译钸),是一种化学元素,其化学符号为Pu,原子序数为94。属于锕系元素,是第二个超铀元素,具有放射性。钚是一种高密度的银白色金属,化学性质十分活泼,接触空气后容易腐蚀、氧化,在表面生成无光泽的二氧化钚。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%。钚也易和碳、卤素、氮、硅等非金属元素起化学反应。屑状的钚能自燃。钚有六种同素异形体和四种氧化态。钚是一种放射性毒物,且进入人体后会于骨髓中富集。因此操作、处理钚元素具有一定的危险性。
Quick Facts 外观, 概况 ...
钚 94Pu
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外观 |
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银白色,在空气中的失去光泽为深灰色
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概况 |
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名称·符号·序数 | 钚(Plutonium)·Pu·94 |
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元素类别 | 锕系金属 |
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族·周期·区 | 不适用·7·f |
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标准原子质量 | [244] |
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电子排布 | [Rn] 5f6 7s2 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
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历史 |
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发现 | 格伦·西奥多·西博格、Arthur Wahl、Joseph W. Kennedy、埃德温·麦克米伦(1940年) |
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物理性质 |
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物态 | 固态 |
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密度 | (接近室温) 19.816 g·cm−3 |
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熔点时液体密度 | 16.63 g·cm−3 |
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熔点 | 912.5 K,639.4 °C,1182.9 °F |
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沸点 | 3505 K,3228 °C,5842 °F |
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熔化热 | 2.82 kJ·mol−1 |
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汽化热 | 333.5 kJ·mol−1 |
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比热容 | 35.5 J·mol−1·K−1 |
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蒸气压
压/Pa
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1
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10
|
100
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1 k
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10 k
|
100 k
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温/K
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1756
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1953
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2198
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2511
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2926
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3499
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原子性质 |
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氧化态 | 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 (两性氧化物) |
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电负性 | 1.28(鲍林标度) |
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电离能 | 第一:584.7 kJ·mol−1 |
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原子半径 | 159 pm |
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共价半径 | 187±1 pm |
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钚的原子谱线 |
杂项 |
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晶体结构 | 单斜 |
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磁序 | 顺磁性[1] |
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电阻率 | (0 °C)1.460 µ Ω·m |
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热导率 | 6.74 W·m−1·K−1 |
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膨胀系数 | (25 °C)46.7 µm·m−1·K−1 |
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声速 | 2260 m·s−1 |
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杨氏模量 | 96 GPa |
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剪切模量 | 43 GPa |
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泊松比 | 0.21 |
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CAS号 | 7440-07-5 |
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同位素 |
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主条目:钚的同位素
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Close
1940年,格伦·西奥多·西博格和埃德温·麦克米伦首度在柏克莱加州大学实验室,以氘撞击铀-238合成出钚元素,是继镎之后第二个被合成出的超铀元素。[2][3]麦克米伦将这个新元素取名Pluto(意为冥王星),西博格便开玩笑提议定其元素符号为Pu(音类似英语中表嫌恶时的口语“pew”)。科学家随后在铀矿中发现了微量的钚,是矿石中的铀-238经过中子俘获紧接着发生两次β衰变而成的:(238U → 239U → 239Np → 239Pu),因此钚是少数存在于自然界中的超铀元素,也是天然存在于自然界中原子序最大的元素。
钚没有稳定同位素,最长寿的同位素是钚-244,半衰期约为八千万年。而工业及军事上最重要的钚同位素是钚-239,半衰期为2.41万年,常被用来制造核武器。[4] 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,释出能量、伽马射线以及中子辐射,从而形成核链反应,并应用在核武器与核反应堆上。另外,钚-238的半衰期为88年、并放出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;而钚-240自发裂变的比率很高,容易造成中子通量激增,因而影响了钚作为核武及反应器燃料的适用性。制造钚的特定同位素时几乎都是以特殊反应合成,分离钚同位素的过程成本极高又耗时费力,因此有些材料只有特定国家在生产。
第二次世界大战期间,曼哈顿计划首度将制造微量钚元素列为主要任务之一,曼哈顿计划后来成功研制出第一个原子弹。1945年7月的第一次核试验“三一试验”,以及第二次、投于长崎市的“胖子原子弹”,都使用了钚制作内核部分。[5]关于钚元素的人体辐射实验研究并在未经受试者同意之下进行,二次大战期间及战后都有数次核试验相关意外,其中有的甚至造成伤亡。核能发电厂核废料的清除,以及冷战期间所打造的核武建设在核武裁减后的费用,都延伸出日后核武扩散以及环境等问题。非陆上核试验也会释出残余的原子尘,现已依《部分禁止核试验条约》明令禁止。