Plutonium

Plutonium (Pu), radioaktives chemisches Element der Actinoidenreihe des Periodensystems, Ordnungszahl 94. Es ist das wichtigste Transuranelement, weil es als Brennstoff in bestimmten Arten von Kernreaktoren und als Bestandteil von Kernwaffen verwendet wird. Plutonium ist ein silbriges Metall, das an der Luft einen gelben Schimmer annimmt.

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118 Namen und Symbole des Periodensystems Quiz

Das Periodensystem setzt sich aus 118 Elementen zusammen. Wie gut kennst du ihre Symbole? In diesem Quiz werden Ihnen alle 118 chemischen Symbole gezeigt, und Sie müssen den Namen des chemischen Elements wählen, für das jedes Symbol steht.

Das Element wurde erstmals (1941) als das Isotop Plutonium-238 von den amerikanischen Chemikern Glenn T. Seaborg, Joseph W. Kennedy und Arthur C. Wahl, die es durch Deuteronenbeschuss von Uran-238 im 152-cm-Zyklotron in Berkeley, Kalifornien, herstellten. Das Element wurde nach dem damaligen Planeten Pluto benannt. Spuren von Plutonium wurden später in Uranerzen gefunden, wo es nicht urzeitlich ist, sondern auf natürliche Weise durch Neutronenbestrahlung entsteht.

Alle Plutoniumisotope sind radioaktiv. Das wichtigste ist Plutonium-239, weil es spaltbar ist, eine relativ lange Halbwertszeit hat (24.110 Jahre) und in Brüterreaktoren durch Neutronenbestrahlung von reichlich vorhandenem, aber nicht spaltbarem Uran-238 leicht in großen Mengen hergestellt werden kann. Die kritische Masse (die Menge, die spontan explodiert, wenn sie zusammengebracht wird) muss beim Umgang mit Mengen von mehr als 300 Gramm (2/3 lb) berücksichtigt werden. Die kritische Masse von Plutonium-239 beträgt nur etwa ein Drittel derjenigen von Uran-235.

Plutonium und alle Elemente mit höherer Ordnungszahl sind wegen ihrer hohen Alphastrahlung und ihrer spezifischen Absorption im Knochenmark radiologische Gifte. Die Höchstmenge an Plutonium-239, die ein Erwachsener auf unbestimmte Zeit ohne nennenswerte Schädigung aufnehmen kann, beträgt 0,008 Mikrocurie (entspricht 0,13 Mikrogramm). Die langlebigeren Isotope Plutonium-242 und Plutonium-244 sind für die chemische und metallurgische Forschung wertvoll. Plutonium-238 ist ein Alpha-emittierendes Isotop, das eine vernachlässigbare Menge an Gammastrahlen aussendet; es kann so hergestellt werden, dass seine radioaktive Zerfallswärme zum Betrieb von thermoelektrischen und thermionischen Geräten genutzt wird, die klein, leicht und langlebig sind (die Halbwertszeit von Plutonium-238 beträgt 87,7 Jahre). Die aus dem Alphazerfall von Plutonium-238 gewonnene Energie (ca. 0,5 Watt pro Gramm) wurde für die Stromversorgung von Raumfahrzeugen (Radioisotopen-Thermogeneratoren) und für die Wärmeversorgung von Batterien in Raumfahrzeugen, z. B. im Curiosity-Rover, verwendet.

Plutonium weist sechs Formen auf, die sich in Kristallstruktur und Dichte unterscheiden (Allotrope); die Alpha-Form existiert bei Raumtemperatur. Es hat den höchsten elektrischen Widerstand aller metallischen Elemente (145 Mikrohm-Zentimeter). Es ist chemisch reaktiv, löst sich in Säuren und kann in vier Oxidationsstufen als Ionen mit charakteristischer Farbe in wässriger Lösung vorliegen: Pu3+, blau-lavendel; Pu4+, gelb-braun; PuO2+, rosa; PuO22+, gelb oder rosa-orange; und Pu7+, grün. Es wurden sehr viele Plutoniumverbindungen hergestellt, oft ausgehend vom Dioxid (PuO2), der ersten Verbindung eines synthetischen Elements, die in reiner Form und in wägbaren Mengen abgetrennt werden konnte (1942).