Plutonium(IV)-oxid

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

kubisch

Raumgruppe

Fm \bar3 m

Gitterkonstanten

a = 540 pm

Koordinationszahlen

Pu[8], O[4]

Allgemeines
Name Plutonium(IV)-oxid
Andere Namen

Plutoniumdioxid

Verhältnisformel PuO2
CAS-Nummer 12059-95-9
Kurzbeschreibung

gelbbrauner kristalliner Feststoff[1]

Eigenschaften
Molare Masse 276,06 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

11,50 g·cm−3[1]

Schmelzpunkt

2400 °C[1]

Siedepunkt

2800 °C[1]

Löslichkeit

schwer löslich in Säuren[2]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [3]
keine Einstufung verfügbar
H- und P-Sätze H: siehe oben
P: siehe oben
Radioaktivität
Radioaktiv
 
Radioaktiv
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

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[Bearbeiten]

Plutoniumdioxid ist wenig reaktiv und wird von Wasser oder salzhaltigem Wasser fast nicht angegriffen. Es kann auch zu keramischem Material gesintert werden, das bei Schlageinwirkung in größere Bruchstücke zerbricht anstatt zu zerstäuben.

Plutoniumdioxid weist ein kubisches Kristallsystem auf, hat die Raumgruppe Fm3m, 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.[2]

Gewinnung und Darstellung[Bearbeiten]

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.[2]

\mathrm{Pu_2(C_2O_4) \cdot 10 H_2O + O_2 \longrightarrow 2 \ PuO_2 + 3 \ CO + 3 \ CO_2 + 10 \ H_2O}
\mathrm{Pu_2(C_2O_4) \cdot 6 H_2O \longrightarrow PuO_2 + 2 \ CO + 2 \ CO_2 + 6 \ H_2O}

Verwendung[Bearbeiten]

Gesintertes Plutoniumdioxid wird in Radionuklidbatterien[4][5] verwendet und als Material für Brennstäbe eingesetzt.

Sicherheitshinweise[Bearbeiten]

PuO2 glüht durch den Zerfall des enthaltenen Isotops 238Pu

Einstufungen nach der Gefahrstoffverordnung 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[Bearbeiten]

  1. a b c d Plutoniumdioxid bei www.webelements.com.
  2. a b c  Georg Brauer (Hrsg.): Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearb. Auflage. Band II, Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3, S. 1305.
  3. Diese Substanz wurde in Bezug auf ihre Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  4. Tilmann Althaus: „Cassini und die Nuklearenergie“, in: Sterne und Weltraum, 1998, 37 (3), S. 220–223.
  5. saturn.jpl.nasa.gov: Environmental Effects of Plutonium Dioxide (PDF; 30 kB).

Literatur[Bearbeiten]

  • 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).