Il plutonio è un metallo argento radioattivo che può essere usato per creare o distruggere. Mentre veniva usato per la distruzione subito dopo la sua realizzazione, oggi l'elemento viene utilizzato principalmente per creare energia in tutto il mondo.
Il plutonio fu prodotto e isolato per la prima volta nel 1940 e fu usato per fabbricare la bomba atomica "Fat Man" che fu lanciata su Nagasaki alla fine della seconda guerra mondiale, appena cinque anni dopo la sua prima produzione, ha dichiarato Amanda Simson, assistente professore di ingegneria chimica presso l'Università di New Haven.
Solo i fatti
Ecco le proprietà del plutonio, secondo il laboratorio nazionale Los Alamos:
- Numero atomico: 94
- Simbolo atomico: Pu
- Peso atomico: 244
- Punto di fusione: 1.184 F (640 C)
- Punto di ebollizione: 5.842 F (3.228 C)
Scoperta e storia
Il plutonio fu scoperto nel 1941 dagli scienziati Joseph W. Kennedy, Glenn T. Seaborg, Edward M. McMillan e Arthur C. Wohl presso l'Università della California, Berkley. La scoperta è avvenuta quando il team ha bombardato l'uranio-238 con deuteroni che erano stati accelerati in un dispositivo ciclotronico, che ha creato il nettunio-238 e due neutroni liberi. Il nettunio-238 decadde quindi in plutonio-238 attraverso il decadimento beta.
Questo esperimento non fu condiviso con il resto della comunità scientifica fino al 1946, dopo la seconda guerra mondiale. Seaborg presentò un articolo sulla loro scoperta alla rivista Physical Review nel marzo del 1941, ma fu rimosso quando fu scoperto che un isotopo di plutonio, Pu-239, poteva essere usato per creare una bomba atomica.
Presto Seaborg fu mandato a dirigere il Plutonium Production Lab, noto anche come Met Lab, all'Università di Chicago, secondo il Los Alamos National Laboratory. Lo scopo del laboratorio era quello di creare plutonio come parte del Progetto Manhattan. Il Progetto Manhattan era un'impresa segreta durante la seconda guerra mondiale che lavorava esclusivamente per sviluppare una bomba atomica.
Il 18 agosto 1942 ottennero il loro primo grande successo. Sono stati in grado di creare una traccia di plutonio visibile all'occhio. Equivaleva solo a circa 1 microgrammo. Dal piccolo campione, lo scienziato ha determinato il peso atomico del plutonio.
Il Progetto Manhattan alla fine produsse abbastanza plutonio per il "Trinity Test". Durante il test, la prima bomba atomica al mondo, o "The Gadget", è esplosa vicino a Socorro, nel New Mexico, il 16 luglio 1945, dal direttore del laboratorio di Los Alamos Robert Oppenheimer e dal generale dell'esercito Leslie Groves.
Del test, Oppenheimer ha dichiarato: "Sapevamo che il mondo non sarebbe stato lo stesso. Alcune persone hanno riso, alcune persone hanno pianto. La maggior parte delle persone è rimasta in silenzio. Mi sono ricordato della battuta delle scritture indù, la Bhagavad-Gita. Vishnu sta provando persuadere il Principe che dovrebbe fare il proprio dovere e impressionarlo assume la sua forma multi-armata e dice: "Ora sono diventato Morte, il distruttore dei mondi". Suppongo che lo abbiamo pensato tutti, in un modo o nell'altro ", secondo la Royal Society of Chemistry.
L'esplosione ha avuto l'equivalente energetico di circa 20.000 tonnellate di TNT. La prima bomba atomica da guerra fu lanciata su Hiroshima, in Giappone, il 6 agosto 1945. Quella bomba atomica, soprannominata "Little Boy", aveva un nucleo di uranio. La seconda bomba, lanciata a Nagasaki, in Giappone, il 9 agosto 1945, aveva un nucleo di plutonio. "Fat Man", come veniva chiamato, affrettò la fine della seconda guerra mondiale.
Proprietà del plutonio
Il metallo plutonio appena preparato ha un colore argenteo brillante ma assume un aspetto grigio opaco, giallo o verde oliva quando ossidato nell'aria. Il metallo si dissolve rapidamente in acidi minerali concentrati. Un grande pezzo di plutonio è caldo al tatto a causa dell'energia emessa dal decadimento alfa; pezzi più grandi possono produrre abbastanza calore per far bollire l'acqua. A temperatura ambiente il plutonio a forma di alfa (la forma più comune) è duro e fragile come la ghisa. Può essere legato con altri metalli per formare la forma delta stabilizzata a temperatura ambiente, che è morbida e duttile. A differenza della maggior parte dei metalli, il plutonio non è un buon conduttore di calore o elettricità. Ha un basso punto di fusione e un punto di ebollizione insolitamente alto.
Il plutonio può formare leghe e composti intermedi con la maggior parte degli altri metalli e composti con una varietà di altri elementi. Alcune leghe hanno capacità superconduttive e altre sono utilizzate per produrre pellet di combustibile nucleare. I suoi composti sono disponibili in una varietà di colori, a seconda dello stato di ossidazione e della complessità dei vari ligandi. In soluzione acquosa ci sono cinque stati ionici di mantovana.
Il plutonio, insieme a tutti gli altri elementi transuranici, costituisce un pericolo radiologico e deve essere maneggiato con attrezzature e precauzioni specializzate. Studi sugli animali hanno scoperto che alcuni milligrammi di plutonio per chilogrammo di tessuto sono letali.
Fonti
Il plutonio generalmente non si trova in natura. Gli oligoelementi del plutonio si trovano nei minerali di uranio presenti in natura. Qui, si forma in modo simile al nettunio: mediante irradiazione di uranio naturale con neutroni seguito da decadimento beta.
Principalmente, tuttavia, il plutonio è un sottoprodotto del settore dell'energia nucleare. Ogni anno vengono prodotte circa 20 tonnellate di plutonio, secondo il laboratorio nazionale Los Alamos. Il combustibile nucleare esaurito può anche essere rielaborato per separare il plutonio utilizzabile da altri elementi del combustibile.
I test sulle armi atmosferiche negli anni '50 e '60 lasciarono tonnellate di plutonio nell'atmosfera terrestre che è ancora lì oggi, secondo la World Nuclear Association.
Usi
Per la maggior parte, il plutonio non è usato per molto. Infatti, dei cinque isotopi comuni, solo due degli isotopi del plutonio, il plutonio-238 e il plutonio-239, sono usati per qualsiasi cosa.
Il plutonio-238 viene utilizzato per produrre elettricità per sonde spaziali utilizzando generatori termoelettrici di radioisotopi. Questi generatori si accendono quando le sonde non riescono a ottenere abbastanza energia solare perché hanno viaggiato troppo lontano dal sole. Alcune sonde che usano il plutonio-238 sono Cassini e Galileo.
Se sufficientemente concentrato, il plutonio-239 subisce una reazione a catena di fissione. Per questo motivo, viene utilizzato nelle armi nucleari e in alcuni reattori nucleari.
In effetti, uno dei più grandi usi del plutonio è l'energia. Secondo la World Nuclear Association, oltre un terzo dell'energia prodotta nella maggior parte delle centrali nucleari proviene dal plutonio. Il plutonio è il combustibile principale nei reattori a neutroni veloci.
Chi lo sapeva?
Per decenni, gli scienziati si sono chiesti perché il plutonio non si è comportato come altri metalli nel suo gruppo. Ad esempio, il plutonio è un cattivo conduttore di elettricità e non si attacca ai magneti. Ora i ricercatori hanno capito dove si nascondeva il suo "magnetismo mancante" e ha a che fare con il comportamento stravagante degli elettroni nel guscio esterno dell'elemento. A differenza di altri metalli, che hanno un determinato numero di elettroni nei loro gusci esterni, quando in uno stato fondamentale, il plutonio può avere lì quattro, cinque o sei elettroni.
Questo numero fluttuante di elettroni a guscio esterno spiega perché il plutonio non è magnetico: affinché un atomo interagisca con i magneti, gli elettroni spaiati nel suo guscio esterno devono allinearsi in un campo magnetico.
L'isotopo più stabile del plutonio, il plutonio-244, può durare a lungo. Ha un'emivita di circa 82 milioni di anni e decade in uranio-240 attraverso il decadimento alfa, secondo il Jefferson Lab.
Plutonio prende il nome dal pianeta Plutone. Questo perché venne dopo l'Uranio, che prese il nome dal pianeta Urano, e il nettunio, che prese il nome dal pianeta Nettuno.
Il plutonio emette neutroni, particelle beta e raggi gamma.
