Основы радиохимии и радиоэкологии (стр. 44 из 63)

,

Нептуний - пятый член ряда актиноидов. Строение электронной оболочки атома нептуния отвечает схеме 5s² 5p⁶5d¹⁰ 5f⁴ 6s²6p⁶ 6d¹7s². При образовании химических соединений в реакциях принимают участие электроны 7s-,6d- и 5f- уровней. Нептуний химически активен и сходен с ураном со степенями окисления от +3 до +7 (III-VII).

Нептуний серебристо-белый металл, ковкий, температура плавления 640 ⁰С, легко растворяется в соляной кислоте. Чистый метал получают восстановлением NpF₃ парами бария или лития при температуре около 1200 °C.

По своим химическим свойствам нептуний относится, как и уран к шестой группе. В своих соединениях нептуний проявляет степени окисления +3, + 4, +5, + 6, +7. В водных растворах нептуний может иметь такие же степени окисления.

Химия водных растворов нептуния исследована в основном с использованием миллиграммовых количеств из-за высокой массовой активности.

Разные ионы нептуния по-разному окрашивают растворы: Np³⁺ - в голубой или пурпурный цвет, Np⁴⁺ - в желто-зеленый, NpO₂⁺- в голубовато-зеленый, NpO₂⁺² - в розовый или красный.

При отделении нептуния от продуктов деления из топливной смеси используется многообразие степеней окисления, проявляемых ураном, плутонием и нептунием. В зависимости от валентного состояния эти элементы ведут себя по- разному при соосаждении, комплексообразовании, экстракции растворителями и катионном и анионном обмене. Следовательно, при выделении любого из этих элементов возможно широкое применение разнообразных химических способов.

- прекрасный стартовый материал для пролучения - ценного топлива ядерных космических батарей и других деликатных устройств вроде стимулятора сердечной деятельности или искусственного сердца. Нептуний-237 материал способный к цепному ядерному делению. По опубликованным оценкам критическая масса Np²³⁷ - 90 кг (диапазон оценок 75-105 кг). Высокое значение критической массы (почти удвоенное по отношению к обогащенному урану-235) и высокая стоимость производства делают его непривлекательным для оружейного использования. Он обладает очень низким уровнем спонтанного деления, менее 0.05 делений/с-кг. Высокое значение критической массы (почти удвоенное по отношению к обогащенному урану-235) и высокая стоимость производства делают его непривлекательным для оружейного использования. Определенное количество Np-237 обычно образуется из захвата нейтронов U-235. Типичный энергетический реактор способен дать около 0.4 кг Np-237 на тонну горючего. Ядерные реакторы на быстрых нейтронах могут произвести значительно большее количество.

10.9.3 ПЛУТОНИЙ (₉₄PU)

Плутоний был впервые химически выделен в 1940 г. в лаборатории Г. Сиборга как продукт, образовавшийся в результате облучения урана дейтронами:

Примечательно, что только после искусственного получения плутоний был обнаружен в природе: в ничтожно малых количествах ²³⁹Pu обычно содержится в урановых рудах как продукт радиоактивного превращения урана.

Это первый элемент, созданный в значительных количествах синтетическим путем, т. е. в результате ядерных превращений других элементов.

В настоящее время известно 16 изотопов плутония с массовыми числами 232-246. Все они получены искусственным путем. Изотопы с массовыми числами менее 239 образуются при облучении урана на циклотроне или при распаде ядер более тяжелых элементов.

( .....

Строение электронной оболочки атома плутония отвечает схеме 5f⁶ 6s²6p⁶ 7s².

По внешнему виду металлический плутоний сходен с ураном, и так же как уран обладает полиморфизмом. Температура плавления плутония 639⁰ С, температура кипения равна 378⁰ С.

Плутоний, также как уран и нептуний, активный металл, при нагревании на воздухе окисляется легче, чем уран, а мелкоизмельченный - пирофорен, при 300⁰С самовозгорается.По своим химическим свойствам плутоний относится, как и уран к шестой группе.

В своих соединениях он проявляет степени окисления +3, + 4, +5, + 6, +7.

В водных растворах плутоний может иметь такие же степени окисления. Химия водных растворов плутония исследована в основном с использованием миллиграммовых масс из-за высокой массовой активности. Четырехвалентный плутоний очень склонен к образованию комплексных соединений с различными кислотами. Например, соляная и хлорная кислоты дают комплексные ионы PuCl

и PuCl

Практическое использование плутония определяется его ядерно-физическими характеристиками. Изотопы плутония

способны к делению под действием нейтронов медленных нейтронов и используются в качестве ядерного топлива. служит источником получения ядерного топлива - . Изотопные источники на основе использовались в космических летательных аппаратах для термостатирования замкнутых объектов с электронной аппаратурой, для жизнеобеспечения космических орбитальных станций и снабжения их электроэнергией.

Изотопы

, испускающие γ – кванты с малой энергией используют в качестве источников возбуждения в рентгенофлюоресцентном анализе.

используется для создания стимуляторов сердечной деятельности.

Работа с плутонием существенно затруднена его необычайной токсичностью, делающей плутоний одним из наиболее опасных ядов. ПДК для ²³⁹Pu в открытых водоемах и воздухе рабочих помещений составляет соответственно 81,4 и 3,3·10⁻⁵Бк/л.

Большинство изотопов плутония обладают высокой величиной плотности ионизации и малой длиной пробега частиц, поэтому его токсичность обусловлена не столько его химическими свойствами (вероятно, в этом отношении плутоний токсичен не более, чем другие тяжелые металлы), сколько ионизирующим действием на окружающие ткани организма. Плутоний относится к группе элементов с особо высокой радиотоксичностью. В организме плутоний производит большие необратимые изменения в скелете, печени, селезенке, почках, вызывает рак легких. Максимально допустимое содержание плутония в организме не должно превышать десятых долей микрограмма.

10.9.4 АМЕРИЦИЙ(₉₅AM )

95 Am243Америций

[Rn]7s25f7

Америцийвпервыесинтезирован и идентифицирован в 1944 г. Г. Сиборгом с сотрудниками при облучении

медленными нейтронами в результате реакции последовательного захвата двух нейтронов ядрами плутония:

Возможны и другие методы получения америция. Америций - металл серебристо-белого цвета, тягучий и ковкий. Больше всего он похож на металлы редкоземельного семейства. Америций медленно тускнеет в сухом воздухе при комнатной температуре. Имеет две аллотропные формы. Температура плавления - 1175 °С.

В своих соединениях америций проявляет степени окисления +2,+3, +4, +5, +6.

Трехвалентный америций наиболее распространен в водных растворах и его состояние очень сходно с остальными актиноидными и лантаноидными элементами.

Четырехвалентный америций известен только в твердом состоянии. Америций реагирует с кислородом образуя диоксид AmO₂ и с водородом образуя гидрид AmH₄.

У пятивалентного америция обнаружено одно очень интересное химическое свойство - способность к диспропорционированию. Это значит, что для химического взаимодействия в кислых растворах ему не нужны партнеры-реагенты. Окислительно-восстановительная реакция идет между ионами пятивалентного америция: один из них присоединяет два электрона, облагая данью двух соседей. В системе появляется ион америция (III) и два иона америция (VI). Причиной этого необычного явления считают аномальную разницу окислительно-восстановительных потенциалов пар Am (III) - Am (VI) и Am (III) - Am (V).

Наиболее распространенными методами получения америция в металлическом состоянии является восстановление фторида щелочью или щелочноземельными металлами или электролизом расплавов его солей.