Úvod
Plutónium (Pu) je ťažký, rádioaktívny a extrémne toxický kovový prvok. Jeho protónové číslo je 94 a v periodickej tabuľke patrí do skupiny aktinoidov. V čistej forme má strieborno-bielu farbu, no na vzduchu rýchlo oxiduje a pokrýva sa matným, žlto-sivým povlakom. V prírode sa nachádza len v nepatrných stopových množstvách v uránových rudách. Pre komerčné a vojenské účely sa vyrába umelo v jadrových reaktoroch ožarovaním uránu. Jeho hlavné využitie je v jadrových zbraniach a ako palivo v niektorých typoch jadrových reaktorov.
Vlastnosti
Plutónium (Pu) je rádioaktívny transuránový prvok zo skupiny aktinoidov s protónovým číslom 94. Tento ťažký, striebristo-biely kov na vzduchu rýchlo oxiduje a stráca svoj lesk, pričom vytvára matný povlak. Je známy svojou komplexnou fázovou štruktúrou, keďže má najmenej šesť alotropických modifikácií s rôznou hustotou a kryštalickou mriežkou. Vďaka intenzívnemu alfa rozpadu je na dotyk citeľne teplé. Chemicky je veľmi reaktívne, ľahko reaguje s kyslíkom, vodnou parou a kyselinami. Najdôležitejší izotop, plutónium-239, je kľúčovým štiepnym materiálom pre jadrové reaktory a zbrane.
Pôvod názvu
Pôvod názvu plutónia priamo nadväzuje na jeho susedov v periodickej tabuľke. Keďže prvok s číslom 92 bol pomenovaný urán (podľa planéty Urán) a prvok 93 neptúnium (podľa Neptúna), objavitelia logicky pokračovali v astronomickej postupnosti a pomenovali ho po vtedajšej planéte Pluto.
Objav
Objav plutónia sa datuje do roku 1940 a je pripisovaný tímu vedcov na Kalifornskej univerzite v Berkeley, vedenému Glennom T. Seaborgom. Prvok prvýkrát syntetizovali bombardovaním uránu-238 deuterónmi v cyklotróne, čím vznikol izotop plutónium-238. Vzhľadom na jeho potenciálne vojenské využitie v rámci projektu Manhattan bol objav dlho utajovaný a verejnosti ho oznámili až po skončení druhej svetovej vojny. Názov dostalo podľa vtedajšej planéty Pluto, čím pokračovalo v trende pomenovávania transuránov po planétach slnečnej sústavy, nadväzujúc na urán a neptúnium.
Výskyt v prírode
Plutónium sa v prírode vyskytuje iba vo veľmi stopových, takmer nemerateľných množstvách. Možno ho nájsť v uránových rudách, kde vzniká prirodzeným procesom záchytu neutrónov jadrami uránu-238 a následnými beta rozpadmi. Pre komerčné a vojenské účely sa však získava výhradne umelo. Vyrába sa v jadrových reaktoroch ožarovaním uránu-238 neutrónmi, ktorý nie je priamo štiepny, ale je takzvaný plodivý materiál. Tento proces vedie k vzniku izotopu plutónium-239. Následne sa plutónium chemicky oddeľuje od vyhoretého jadrového paliva počas procesu nazývaného prepracovanie.
Využitie
Plutónium, predovšetkým jeho izotop Pu-239, je kľúčovou zložkou moderných jadrových zbraní vďaka svojej schopnosti efektívne udržať štiepnu reťazovú reakciu. V energetike sa využíva v zmesnom oxidovom palive (MOX) pre jadrové reaktory, kde dopĺňa alebo nahrádza obohatený urán. Jeho iný izotop, Pu-238, je nenahraditeľným zdrojom energie pre vesmírne sondy a rovery určené na dlhodobé misie. Vďaka svojmu rádioaktívnemu rozpadu generuje stabilné teplo, ktoré sa v rádioizotopových termoelektrických generátoroch premieňa na elektrickú energiu. V prírode sa vyskytuje iba v stopových množstvách v uránových rudách, kde vzniká prirodzenými jadrovými procesmi, no nemá tam žiadne praktické využitie.
Zlúčeniny
Ľuďmi produkované zlúčeniny plutónia sú kľúčové v jadrovom priemysle. Najvýznamnejší je oxid plutoničitý (PuO₂), stabilná keramická látka žltohnedej farby, ktorá tvorí základ paliva MOX a energetických zdrojov pre vesmírne misie. Ďalšou dôležitou zlúčeninou je fluorid plutóniový (PuF₆), prchavá látka využívaná pri spracovaní a separácii izotopov. V procesoch prepracovania vyhoretého paliva sa tiež používajú dusičnany a chloridy plutónia. V prírode sa samostatné zlúčeniny netvoria, no pri kontaminácii životného prostredia plutónium ľahko oxiduje a viaže sa na častice pôdy alebo tvorí rozpustné komplexy s organickými látkami vo vode.
Zaujímavosti
Plutónium je metalurgicky mimoriadne komplexný prvok. Vyznačuje sa existenciou až šiestich alotropických modifikácií pri bežnom tlaku, čo je viac ako u ktoréhokoľvek iného prvku. Tieto prechody medzi fázami sú sprevádzané výraznými zmenami hustoty a objemu, čo extrémne komplikuje jeho obrábanie. Vďaka svojej intenzívnej rádioaktivite sa kovové plutónium samovoľne zahrieva; väčší kus je na dotyk teplý. Jeho ióny v roztokoch môžu nadobúdať širokú škálu farieb v závislosti od oxidačného stavu, od fialovej a modrej až po žltú, ružovú a oranžovú, čo je v chémii aktinoidov unikátne.
