Úvod
Plutonium (Pu) je těžký, radioaktivní a vysoce toxický kovový prvek. Jeho protonové číslo je 94 a v periodické tabulce se řadí mezi aktinoidy. V čisté podobě má stříbřitě bílý vzhled, který však na vzduchu rychle oxiduje a pokrývá se matným, často nažloutlým povlakem. V přírodě se nachází jen v zanedbatelném množství, proto je téměř veškeré plutonium vyráběno uměle v jaderných reaktorech ozařováním uranu. Využívá se jako klíčová složka jaderných zbraní a jako palivo či zdroj energie v kosmických sondách.
Vlastnosti
Plutonium, značka Pu, je radioaktivní kovový prvek s protonovým číslem 94, patřící mezi aktinoidy. V čistém stavu má stříbřitě bílý vzhled, ale na vzduchu rychle oxiduje, přičemž postupně tmavne do šedé až olivově zelené barvy. Je pozoruhodné svou velmi komplexní fázovou strukturou, jelikož má šest alotropických modifikací při běžném tlaku, přičemž se jeho hustota významně mění. V alfa fázi je křehké jako litina, zatímco v delta fázi je tvárné a měkké. Díky intenzivnímu alfa rozpadu je na dotek citelně teplé a chemicky velmi reaktivní.
Vznik názvu
Pojmenování plutonia navazuje na své předchůdce v periodické tabulce – uran (podle planety Uran) a neptunium (podle Neptunu). V době objevu bylo Pluto považováno za další planetu Sluneční soustavy, a tak prvek získal jméno právě po ní. Planeta byla pojmenována po římském bohu podsvětí.
Objev
Objevení plutonia se datuje do konce roku 1940 na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Tým vědců, ve kterém byli Glenn T. Seaborg, Edwin McMillan, Joseph W. Kennedy a Arthur Wahl, bombardoval v cyklotronu terč z uranu-238 deuterony. Tímto procesem vznikl izotop neptunium-238, které se následně beta rozpadem přeměnilo na plutonium-238. Objev byl z důvodu strategického vojenského významu v rámci projektu Manhattan držen v přísné tajnosti. Pojmenování logicky navázalo na planetární sekvenci: uran (Uran), neptunium (Neptun) a konečně plutonium po tehdejší planetě Pluto.
Výskyt v přírodě
Plutonium se v zemské kůře přirozeně vyskytuje jen ve zcela nepatrných, prakticky zanedbatelných stopových množstvích. Lze ho nalézt v uranových rudách, kde vzniká velmi zřídka záchytem neutronů jádry uranu-238. Tento přírodní proces je však extrémně pomalý a naprosto neefektivní pro jakoukoliv komerční těžbu. Téměř veškeré dostupné plutonium je proto vyráběno uměle v jaderných reaktorech. Hlavní metodou je ozařování uranu-238 neutrony. Uran zachytí neutron, přemění se na neptunium a to se následně beta rozpadem změní na klíčový izotop plutonium-239, který se separuje.
Využití
Plutonium je klíčové pro lidstvo především ve dvou oblastech. Jeho štěpný izotop plutonium-239 představuje základní materiál pro výrobu moderních jaderných zbraní a zároveň slouží jako součást směsného oxido-uranového paliva MOX pro jaderné elektrárny. Naopak izotop plutonium-238, který není štěpný, je nenahraditelným zdrojem energie. Využívá se v radioizotopových termoelektrických generátorech, které napájí kosmické sondy jako Voyager či marsovská vozítka, kde jeho přirozený alfa rozpad generuje stabilní teplo. V přírodě se plutonium vyskytuje jen v extrémně stopových množstvích v uranových rudách jako produkt přirozených jaderných reakcí.
Sloučeniny
Člověkem vyrobené sloučeniny plutonia jsou zásadní pro jeho zpracování. Nejběžnější je mimořádně stabilní keramický oxid plutoničitý (PuO₂), který tvoří pelety v jaderném palivu MOX a je základem tepelných zdrojů pro vesmírné mise. Pro účely přepracování vyhořelého paliva se využívá těkavý a vysoce reaktivní fluorid plutoniový (PuF₆), který umožňuje separaci plutonia od ostatních prvků. V přírodě se jeho sloučeniny přirozeně nevyskytují, avšak v důsledku lidské kontaminace může v půdě a sedimentech tvořit komplexní sloučeniny s organickými látkami, například s huminovými kyselinami, což ovlivňuje jeho mobilitu.
Zajímavosti
Plutonium je kov s mimořádně složitým chováním. Za normálního tlaku existuje v šesti různých krystalových strukturách, takzvaných alotropech, což je více než u jakéhokoli jiného prvku. Přechody mezi těmito fázemi provázejí výrazné změny hustoty až o 25 %, což extrémně komplikuje jeho obrábění a slévání. Díky svému intenzivnímu alfa rozpadu se neustále samo zahřívá; kus o velikosti několika kilogramů je na dotek znatelně teplý. Jeho chemie ve vodných roztocích je unikátní tím, že v něm mohou současně existovat až čtyři různé oxidační stavy s odlišnými barvami.
