Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Л*
Самооблучение
Ito=.
296
Los Alamos Science Number 26 2000
Плутоний и его сплавы
12. Гранецентрированная кубическая и тетрагональная фазы имеют отрицательные коэффициенты термического расширения, то есть при нагревании они сжимаются.
13. Свойства плутония при низких температурах характеризуются многочисленными аномалиями, например, увеличением электрического сопротивления при понижении температуры до 100 К.
14. Фазы плутония характеризуются резким изменением механических свойств -от совершенно хрупкого поведения до очень пластичного.
15. Гцк фаза плутония отличается наибольшей направленностью (анизотропией) упругих свойств среди гцк металлов.
16. Плутоний подвергается самооблучению вследствие радиоактивного распада ядер, что приводит к повреждениям решетки и образованию продуктов трансмутации, включающих другие актиноиды и гелий.
17. Плутоний имеет большое сродство к кислороду и водороду.
18. Плутоний имеет очень высокую скорость обратимой реакции с чистым водородом.
19. При повышенных температурах плутоний в некоторых средах является пирофорным.
20. В растворе плутоний может находиться в пяти различных валентных состояниях, четыре из которых имеют очень близкие потенциалы восстановления.
Анизотропная микродеформация 5-плутония
& ¦¦ * -~.к ^ Av ^ у.
Хрупкое разрушение
Продукт коррозии плутония
Пластическое разрушение
Диаграмма давление-температура и диаграмма состояния Np-Pu-Am
Смягчение решетки
Поликристаллическая структура 5-фазного сплава плутония
?
Пирофорность
Полусфера из литого сплава 5-плутония
Фазовые переходы в условиях гидростатических напряжений
Расплавленный металлический плутоний
Number 26 2000 Los Alamos Science
297
Плутоний и его сплавы
H He
Li Be в С N О F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
К Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba / Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr / Ra // 7
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
№ ' К, 1X3 CD Th90 6d2 7s2 Pa91 5f2 6d 7s2 U92 5f3 6d 7s2 Np93 5f4 6d 7c2 ^95 5f7 7s2 Cm96 5f7 6d 7s2 Bk97 5f9 7s2 Cf98 5f10 7s2 Es99 5f11 7s2 Tl to I ГО о O Md101 5f13 7s2 No102 5f14 7s2 Lr103 5f14 6d 7s2
( S Pu94 5f6 7s2
Рис. 3. Актиноиды и конфигурация их внешних электронов
Актиноиды - это 14 элементов (от тория до лоуренсия), которые в периодической таблице следуют за актинием. За редким исключением в зону внешнего (валентного) электрона каждого последующего элемента добавляется еще один 5f электрон. В начале ряда энергия 6d электронов ниже, чем энергия 5f электронов. Конфигурации основного состояния первых четырех актиноидов содержат 6d электрон в валентной зоне. (Торий, имеющий два 6d электрона, выпадает из ряда.) Энергия 5f электронов уменьшается с увеличением атомного номера, однако, начиная с плутония, все актиноиды в валентной зоне имеют только 5f электроны (за исключением кюрия и лоуренсия)
В ряду актиноидов 5f электроны появляются в валентных зонах элементов. На рис. 3 представлена конфигурация валентных зон актиноидов (сверх заполненных оболочек инертного газа радона (Z = 86)), так как только валентные электроны образуют химические связи в молекулах. Это обстоятельство освобождает нас от необходимости строго учитывать все остальные электроны и, разумеется, служит основой для систематических корреляций химических свойств, указанных в периодической таблице. В металлах те валентные электроны, которые перекрываются с электронами из соседних зон, становятся электронами проводимости и образуют химические связи, обеспечивая целостность твердого тела. Связь между электронами проводимости и ионным остовом атома в целом или частично определяет такие свойства, как кристаллическая структура, упругость, фазовая стабильность и температура плавления. Оказывается, что крайне высокую чувствительность и изменчивость свойств металлического плутония можно объяснить уникаль-
ным поведением валентных 5f электронов плутония.
Хочу пояснить, каким образом следующие три черты электронной структуры выделяют плутоний из ряда остальных металлов периодической таблицы: (1) пространственное распределение 5f электронов как раз достаточно для образования связей, (2) многочисленные низкоэнергетические электронные конфигурации характеризуются примерно одинаковыми энергиями, (3) поведение 5f электронов находится на грани между образованием связи и локализацией.
Пространственное распределение Sf электронов достаточно для образования связей. Атомные орбитали на рис. 4 являются основой для понимания процесса образования связей в молекулах и металлах. Изолированные атомы плутония содержат восемь валентных электронов с конфигурацией 7S2Sf6. Различие в энергии 6d и 5f орбиталей очень незначительно, и это приводит к “конкуренции” между конфигурациями 5Р782 и 5fn_17s26d1 в об-
разовании молекулярных связей, которая объясняет ряд сложных химических свойств актиноидов, о чем говорится в статье “Сложность химического поведения плутония” на с. 366. Строго направленный характер f электронных орбита-лей (с угловым моментом, равным трем) способствует формированию в некоторых молекулах и молекулярных системах актиноидов сильно направленных ковалентных связей.
