Plutonium(IV)-oxid

Kristallstruktur
Struktur von Plutonium(IV)-oxid
_ Pu4+ 0 _ O2−
Kristallsystem

kubisch

Raumgruppe

Fm3m (Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225

Gitterparameter

a = 540 pm

Koordinationszahlen

Pu[8], O[4]

Allgemeines
NamePlutonium(IV)-oxid
Andere Namen

Plutoniumdioxid

VerhältnisformelPuO2
Kurzbeschreibung

gelbbraune kubische Kristalle[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer12059-95-9
EG-Nummer235-037-3
ECHA-InfoCard100.031.840
PubChem9795444
ChemSpider10617028
WikidataQ413258
Eigenschaften
Molare Masse276,06 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

11,5 g·cm−3[1]

Schmelzpunkt

2400 °C[1]

Siedepunkt

2800 °C[2]

Löslichkeit

schwer löslich in Säuren[3]

Gefahren- und Sicherheitshinweise
Radioaktiv
Radioaktiv
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung
keine Einstufung verfügbar[4]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Plutonium(IV)-oxid, meistens als Plutoniumdioxid bezeichnet, ist das chemisch stabilste Oxid des Plutoniums. Es ist ein kristalliner gelb-brauner Feststoff mit hoher Schmelztemperatur.

Eigenschaften

Plutoniumdioxid ist wenig reaktiv und wird von Wasser oder salzhaltigem Wasser fast nicht angegriffen. Es kann auch zu keramischem Material gesintert werden.

Plutoniumdioxid weist ein kubisches Kristallsystem auf, hat die Raumgruppe Fm3m (Nr. 225)Vorlage:Raumgruppe/225, die Elementarzellen haben als Gitterparameter a = 540 pm, der Strukturtyp ist der CaF2-Typ (Fluorit) und die Koordinationszahlen sind Pu[8], O[4].

Plutoniumdioxid ist ein olivgrünes bis graugrünes Pulver. Einkristalle, die sich zum Beispiel aus der Schmelze oder aus der Zersetzung von Plutonium(IV)-sulfat gewinnen lassen, liegen als schwarze glänzende Kristalle vor. Mikrokugeln, die sich durch Einschmelzen von Plutoniumdioxid-Pulver in einer Plasmaflamme darstellen lassen, sind rotbraun bis bernsteingelb.[3]

Darstellung

Plutoniumdioxid entsteht spontan durch die Oxidation von Plutoniummetall in einer oxidierenden Atmosphäre bei Normaltemperatur und -druck.

Bei der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstäben wird es gewonnen, indem Plutonium(IV)-oxalat Hexahydrat oder Decahydrat bei Temperaturen ab 1000 °C kalziniert wird. Auch beim Erhitzen von Plutonium(IV)-nitrat und Plutoniumperoxid entsteht es.[3]

Verwendung

Gesintertes Plutoniumdioxid wird in Radionuklidbatterien[5][6] verwendet und als Material für Brennstäbe eingesetzt.

Sicherheitshinweise

PuO2 glüht durch den Zerfall des enthaltenen Isotops 238Pu

Einstufungen nach der CLP-Verordnung liegen nicht vor, obwohl die chemische Giftigkeit von Plutonium bekannt ist. Wichtig sind die auf der Radioaktivität beruhenden Gefahren. Plutoniumdioxid ist je nach Art der verwendeten Plutoniumisotope unterschiedlich radioaktiv und durch die beim radioaktiven Zerfall entstehende Wärme bei kurzlebigen Alphastrahlern auch heiß.

Einzelnachweise

  1. a b c David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-81.
  2. Plutoniumdioxid bei www.webelements.com.
  3. a b c Georg Brauer (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler u. a.: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band II, Ferdinand Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3, S. 1305.
  4. Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung. In Bezug auf weitere Gefahren wurde dieser Stoff entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  5. Tilmann Althaus: „Cassini und die Nuklearenergie“, in: Sterne und Weltraum, 1998, 37 (3), S. 220–223.
  6. saturn.jpl.nasa.gov: Environmental Effects of Plutonium Dioxide (Memento vom 29. September 2006 im Internet Archive) (PDF; 30 kB).

Literatur

  • David L. Clark, Siegfried S. Hecker, Gordon D. Jarvinen, Mary P. Neu: Plutonium, in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, S. 813–1264 (doi:10.1007/1-4020-3598-5_7).

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Warnzeichen W003: Warnung vor radioaktiven Stoffen oder ionisierender Strahlung
CaF2 polyhedra.png
Crystal structure of CaF2 with coordination polyhedra
Plutonium pellet.jpg
Plutonium-238 pellet under its own light. Pu-238, with a half-life of 87.7 years, is being used in space applications requiring a power source with a long service life. Pu-238 has a relatively high heat production rate which makes it useful as a power source. As a power and heat source, Pu-238 has also been used to power instruments left on the Moon by Apollo astronauts, navigation and weather satellites, and interplanetary probes. The interplanetary probe Pioneer-10, powered by a Pu-238 source, recently left the solar system. Image ID: 2006407