Plutonium
radioaktives chemisches Element / aus Wikipedia, der freien encyclopedia
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Plutonium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Pu und der Ordnungszahl 94, der höchsten Ordnungszahl aller natürlich vorkommenden Elemente. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Actinoide (7. Periode, f-Block) und zählt zu den Transuranen. Benannt wurde es nach dem Zwergplaneten Pluto.
Eigenschaften | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Allgemein | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Name, Symbol, Ordnungszahl | Plutonium, Pu, 94 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elementkategorie | Actinoide | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gruppe, Periode, Block | Ac, 7, f | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aussehen | silbriges Metall | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS-Nummer | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
EG-Nummer | 231-117-7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ECHA-InfoCard | 100.028.288 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massenanteil an der Erdhülle | 2 · 10−16 ppm[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomar[2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atommasse | 244,0642 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradius | 151 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalenter Radius | 187 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronenkonfiguration | [Rn] 5f6 7s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. Ionisierungsenergie | 6.02576(25) eV[3] ≈ 581.4 kJ/mol[4] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2. Ionisierungsenergie | 11.5(4) eV[3] ≈ 1110 kJ/mol[4] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3. Ionisierungsenergie | 21.1(4) eV[3] ≈ 2040 kJ/mol[4] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4. Ionisierungsenergie | 35.0(4) eV[3] ≈ 3380 kJ/mol[4] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5. Ionisierungsenergie | 49.0(1,9) eV[3] ≈ 4730 kJ/mol[4] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Physikalisch[5] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aggregatzustand | fest | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Modifikationen | 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kristallstruktur | monoklin | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dichte | 19,816 g·cm−3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Magnetismus | paramagnetisch (χm = 6,2 · 10−4)[6] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schmelzpunkt | 912,5 K (639,4 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Siedepunkt | 3509 K (3230 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molares Volumen | 12,29 · 10−6 m3·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verdampfungsenthalpie | 325 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schmelzenthalpie | 11,48[7] kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Schallgeschwindigkeit | 2260 m·s−1 bei 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spezifische Wärmekapazität | 130 J·kg−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrische Leitfähigkeit | 0,68 · 106 S·m−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Wärmeleitfähigkeit | 6,74[7] W·m−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Chemisch[8] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidationszustände | +3, +4, +5, +6, (+7) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Normalpotential | −2,031 V (Pu3+ + 3 e− → Pu) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativität | 1,28 (Pauling-Skala) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Weitere Isotope siehe Liste der Isotope | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gefahren- und Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radioaktiv | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. |
Plutonium ist ein giftiges und radioaktives Schwermetall. Es wird in kleinsten Spuren in sehr alten Gesteinen gefunden. Größer ist die Menge, die künstlich in Kernkraftwerken erzeugt wird.
Als eines der wenigen spaltbaren Elemente spielt es eine wichtige Rolle für den Bau von Kernwaffen. So war es das Spaltmaterial der Atombombe, die am 9. August 1945 auf Nagasaki abgeworfen wurde (Fat Man). Beim Betrieb von Kernreaktoren entsteht Plutonium aus dem Uran im Kernbrennstoff.
Plutonium wurde von den US-Amerikanern Glenn T. Seaborg, J. W. Kennedy, E. M. McMillan, Michael Cefola und Arthur Wahl entdeckt. Am 14. Dezember 1940 stellten sie das Isotop 238Pu durch Beschuss von Uran 238U mit Deuteronen in einem Zyklotron her. Dazu wurden zunächst Proben des Isotops 238U in Form des Oxids U3O8 in dünner Schicht auf einer Kupferplatte aufgetragen. Bei der Kernreaktion mit Deuteronen werden je zwei Neutronen emittiert; das zunächst entstehende Neptunium zerfällt zu 238Pu. Den eindeutigen Nachweis für das Element 94 erbrachte Arthur Wahl am 23./24. Februar 1941.[10][11]
- ;\quad _{\ 93}^{238}Np\ {\xrightarrow[{2,117\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{238}Pu} }
Das zweite Isotop wurde durch Beschuss mit schnellen Neutronen erzeugt:
- Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.
Sie benannten es im März 1942 nach dem damals als äußersten Planeten geltenden Pluto, der wiederum nach dem gleichnamigen Gott der Unterwelt benannt ist: „[…] benannt nach dem jenseits des Neptuns folgenden Planeten Pluto, angesichts der infernalischen Wirkung der Pu-Bombe erscheint die Ableitung des Namens von Pluto, dem Gott der Unterwelt gerechtfertigter!“[12] So wurden die drei schwersten damals bekannten Elemente Uran, Neptunium und Plutonium nach den Planeten Uranus, Neptun und Pluto benannt[13].
Die erste wägbare Menge von etwa 4 µg wurde im August/September 1942 von Burris B. Cunningham, M. Cefola und Louis B. Werner isoliert.[14]
Die Entdeckung wurde während des Zweiten Weltkrieges geheim gehalten. Im Rahmen des US-amerikanischen Manhattan-Projekts wurde Plutonium erstmals in größerem Maßstab hergestellt. Die Atombombe, mit der durch den Trinity-Test die erste Kernwaffenexplosion der Menschheit herbeigeführt wurde, sowie Fat Man, die Bombe, mit der die japanische Stadt Nagasaki zerstört wurde, enthielten Plutonium 239Pu als Spaltstoff. Joseph Hamilton führte an Versuchspersonen Plutonium-Verteilungsstudien durch, die aufgrund der extremen Giftwirkung des Plutoniums heute umstritten sind.
In Deutschland hatte bereits vor der Entdeckung des Plutoniums Carl Friedrich von Weizsäcker darauf hingewiesen, dass in Kernreaktoren ein neues spaltbares Element 239Eka Re (Eka-Rhenium) entstehen müsse.[15] Auch Friedrich Georg Houtermans sagte 1942 die Existenz von Transuranen in einem Geheimbericht theoretisch voraus. Im Rahmen des deutschen Uranprojekts wurden jedoch bis Kriegsende nach heutigem Kenntnisstand keine signifikanten Mengen an Plutonium hergestellt.[16]
Natürliches Vorkommen
Plutonium ist das letzte, allerdings extrem seltene, bisher bekannte natürlich vorkommende Element des Periodensystems. Mit einem Gehalt von 2 · 10−19 Gew.-%[7][17] ist es eines der seltensten Elemente der Erdkruste. In Uranvorkommen kann es in winzigen Mengen durch Absorption natürlich freigesetzter Neutronen aus Uran entstehen. Auf 140 Milliarden Uranatome soll ein Plutoniumatom kommen. Der US-amerikanische Chemiker D. F. Peppard extrahierte im Jahr 1951 Mikrogrammmengen 239Pu aus einem kongolesischen Pechblendekonzentrat. Für jedes Mikrogramm waren 100 Tonnen Pechblende notwendig.[18]
Von den Naturreaktoren von Oklo in Gabun sowie von einer benachbarten Uranlagerstätte ist bekannt, dass dort vor etwa 1,5 bis 2 Milliarden Jahren über mehrere Jahrtausende Kernspaltung als Kettenreaktion in natürlichem Umfeld auftrat. Durch die Anlagerung von Spaltungsneutronen an 238U entstanden dort etwa 2 bis 4 Tonnen 239Pu. In einigen Teilen der Oklo-Lagerstätte trug auch die direkte Spaltung von 239Pu nennenswert zur Gesamtkernspaltung bei. Etwa ein Drittel des insgesamt gespaltenen 235U soll aus dem Alphazerfall von 239Pu gestammt haben. Etwaige Reste des erzeugten Plutoniums sind mittlerweile komplett zerfallen.
Mit verfeinerter Spurenanalytik gelang es, im Mineral Bastnäsit, das nach dem Fundort Bastnäs in Schweden benannt wurde, geringste Spuren des langlebigsten Plutoniumisotops 244Pu nachzuweisen. Dieses Plutonium stammt aus der Entstehungszeit des Sonnensystems, ist also ein primordiales Nuklid. Die gefundenen Mengen sind so gering, dass sie erst im Jahr 1971, also lange nach der künstlichen Erzeugung von Plutonium in Kernreaktoren, entdeckt wurden.[19][20]
Es wird berichtet, dass 244Pu in geringster Menge aus Sedimenten am Meeresboden isoliert wurde, die aus Sternenstaub kommen sollen. Hierfür werden als Urheber Verschmelzungen von Neutronensternen vermutet.[21]
Künstliches Vorkommen
Plutonium entsteht in Kernwaffen und in Kernreaktoren durch Transmutation von Uran. Mittlerweile (2016) haben die Nuklearmächte und andere Staaten, die Kernkraftwerke betreiben, ein Gesamtinventar von hunderten Tonnen auf diese Weise künstlich erzeugten Plutoniums, darunter Russland 180 Tonnen und USA 90 Tonnen separierten Plutoniums.[22]
Freisetzung durch anthropogene Ursachen
Anthropogen wurde Plutonium zwischen 1945 und 1980 durch oberirdische Kernwaffentests in einer Menge von drei bis fünf Tonnen[20] freigesetzt, die in Spuren weltweit nachweisbar sind. Weitere Mengen wurden durch verschiedene unbeabsichtigte Ereignisse und Unfälle freigesetzt.
- Freisetzungen bei Kernwaffenunfällen und bei Unfällen in Kernwaffen-Laboratorien
- Fehlgeschlagene Weltraummissionen und Wiedereintritt von Satelliten mit Radionuklidbatterien, wie durch Transit 5BN-3, Kosmos 954 und Apollo 13
- Brand des Reaktors der Plutoniumfabrik von Sellafield (damals Windscale) im Jahre 1957
- Unfälle mit Atom-U-Booten[23]
- im Abwasser von Kernforschungsanlagen[24] und von Aufarbeitungsanlagen[25][26]
- Mitunter erfolgte in der Vergangenheit legale und illegale Verklappung radioaktiver Abfälle in die Ozeane[27]
- Der Großteil des bei der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl entwichenen Plutoniums blieb in einem Umkreis von 100 Kilometer um den Reaktor.[28] Auch 1957 beim Kyschtym-Unfall in der russischen Majakanlage entwichen erhebliche Mengen an Plutonium, die hauptsächlich lokal und regional abgelagert wurden.
Plutonium entsteht unvermeidlich in den mit 238U-reichen Isotopengemischen betriebenen Kernkraftwerken. Dabei wird ein Teil des eingesetzten 238U durch Einfang eines Neutrons und nachfolgenden Betazerfall in 239Pu umgewandelt.
- (HWZ: 24110 a)
- Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.
Ein weiteres Neutron führt in den meisten Fällen zur Kernspaltung, zum Teil entsteht jedoch das Isotop 240Pu (HWZ: 6560 a). Da dieses Isotop nur schlecht spaltbar ist, führt weiterer Neutroneneinfang zur Entstehung von 241Pu (HWZ: 14 a), das wiederum gut spaltbar ist. Allerdings werden nicht alle Atome gespalten, so dass bei einigen davon der Brutprozess zu 242Pu (HWZ: 373000 a) und noch schwereren Isotopen fortgesetzt werden kann. Weil jedoch das spaltbare 243Pu eine sehr kurze Halbwertszeit hat (5 h), ist ein weiterer Neutroneneinfang, der meistens zur Spaltung oder – in selteneren Fällen – zur Erzeugung von Plutonium 244Pu führt, unwahrscheinlich. Der Plutonium-Brutprozess ist daher praktisch beim 243Pu zu Ende und führt über den Betazerfall von 243Pu zum Americium-Isotop 243Am (HWZ: 7370 a).
Da jede Stufe dieser aufeinander aufbauenden Kernreaktionen eine gewisse Zeit braucht, ändern sich im Laufe der Zeit die relativen Mengen der Isotope im Reaktorkern. Die Raten, mit denen die Kernreaktionen ablaufen, hängen von der Geschwindigkeitsverteilung der Neutronen ab. Weil ein großer Teil der leicht spaltbaren Isotope jedoch gespalten wird und sich nicht in andere Isotope umwandelt, nimmt die mögliche Ausbeute (Effizienz) des Brutprozesses mit der Erzeugung jedes weiteren leicht spaltbaren Isotops ab.
Das leichtere Isotop 238Pu wird bei Bedarf gezielt hergestellt. Es entsteht durch Einfang mehrerer Neutronen aus dem Uran-Isotop 235U. Dabei entsteht zuerst ein 236U-Kern in einem angeregten Zustand, der eine Halbwertszeit von 120 Nanosekunden hat und sich mit hoher Wahrscheinlichkeit spaltet. Angeregte 236U-Kerne können jedoch auch durch Emission von Gamma-Strahlung in den langlebigen Grundzustand übergehen. Durch weiteren Neutroneneinfang und β-Zerfall entsteht Neptunium 237Np. Nach einer gewissen Bestrahlungszeit wird das Neptunium, das fast ausschließlich aus 237Np besteht, aus den Brennstäben extrahiert. Das Neptunium wird nun in Form von reinen Neptunium-Brennstäben wieder in einen Reaktor eingefügt und mit Neutronen bestrahlt. Es wandelt sich dabei durch Neutroneneinfang in 238Np um, das unter Aussendung von Betastrahlung zu 238Pu zerfällt.
- Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.
Die so behandelten Brennstäbe enthalten auch schwerere Plutoniumisotope. Außerdem werden einige der Neptunium-Atome auch von Neutronen über 6,27 MeV Energie getroffen, wodurch in geringer Menge auch 236Pu entsteht. Dieses zerfällt über die Thorium-Reihe, in der der starke Gammastrahler Thallium 208Tl vorkommt.
Wird 239Pu durch schnelle, also nicht abgebremste Neutronen gespalten, ist die durchschnittliche Zahl neu freigesetzter Neutronen pro gespaltenem Atomkern besonders hoch. In einem solchen Reaktor kann daher theoretisch mehr 238U in neues 239Pu umgewandelt werden, als gleichzeitig durch Spaltung verbraucht wird. Er wird deshalb als Brutreaktor oder „schneller Brüter“ bezeichnet. In der Praxis wurde aber bisher eine maximale Konversionsrate von 0,7 verwirklicht, das Funktionieren einer Brutreaktoren-Wirtschaft somit bisher nicht im Großen demonstriert.
Das Plutonium befindet sich nach der Herstellung zusammen mit den Spaltprodukten und unverbrauchtem Rest-Kernbrennstoff in den abgebrannten Brennelementen. Durch den PUREX-Prozess können in Wiederaufarbeitungsanlagen das entstandene Plutonium und das ebenfalls erwünschte Uran aus ihnen herausgelöst werden. Dazu wird das Material zunächst in Salpetersäure gelöst und das Plutonium und Uran mit Tri-n-butyl-phosphat extrahiert. Die Spaltprodukte und anderen Bestandteile bleiben dabei zurück. Im Jahr werden etwa 20 Tonnen Plutonium, überwiegend in Form des Isotops 239Pu, produziert.[29]
Die Weitergabe von spaltbarem Material (wie 239Pu und 241Pu) sowie von Materialien, die zu ihrer Herstellung geeignet sind, an Staaten, die keine Kernwaffen besitzen, unterliegt laut Absatz III des Atomwaffensperrvertrages der Kontrolle der Internationale Atomenergie-Organisation (IAEO).[30] In Deutschland regelt das Atomgesetz den Umgang mit spaltbarem Material. Es bestimmt, wer unter welchen Bedingungen Plutonium in Deutschland befördern und besitzen darf.[31]
Physikalische Eigenschaften
Plutonium ist bei Normalbedingungen ein silberglänzendes Schwermetall mit hoher Dichte (19,86 g/cm3[32]). Wie von allen Actinoiden existieren auch von Plutonium ausschließlich radioaktive Isotope. Es ist selbsterwärmend, pro 1 kg Plutonium entstehen etwa 2 Watt Wärmeleistung (bezogen auf 239Pu).[33] Plutonium ist im Vergleich mit anderen Metallen ein schlechter Leiter für Wärme und elektrischen Strom. Das Metall kristallisiert abhängig von der Temperatur in insgesamt sechs allotropen Modifikationen. Diese unterscheiden sich zum Teil deutlich in ihren Dichten. Die bei Raumtemperatur stabile Modifikation α-Pu ist monoklin. In Plutonium besteht bei höheren Temperaturen der seltene Fall einer Dichteanomalie, die Dichte nimmt bei der Phasenumwandlung zur δ’- und ε-Modifikation wieder zu. Auch beim Schmelzen wird, wie bei Wasser, die Dichte größer.[34] Flüssiges Plutonium besitzt die höchste Viskosität aller Elemente im flüssigen Zustand.[35] Trotz einer für Metalle anormal hohen magnetischen Suszeptibilität und der Tendenz zur Ordnung bei tiefen Temperaturen zeigt Plutonium keine Ordnung über größere Bereiche und muss deshalb als paramagnetisch bezeichnet werden.[34] Für die Messung stört allerdings das ständige Erwärmen durch den Zerfall des Plutoniums 239Pu. Dadurch sind keine Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt erreichbar.
Bezeichnung der Phase |
Stabil im Temperaturbereich |
Dichte (Temperatur) | Kristallsystem | Bravais-Gitter | Raumgruppe |
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α-Pu[36] | 0 K – 395 K | 19,77 g/cm3 (293 K) | monoklin | primitiv | P21/m (Nr. 11)Vorlage:Raumgruppe/11 |
β-Pu[37] | 395 K – 479 K | 17,7 g/cm3 (395 K) | monoklin | raumzentriert | I2/m (Nr. 12, Stellung 3)Vorlage:Raumgruppe/12.3 |
γ-Pu[38] | 479 K – 592 K | 17,14 g/cm3 (479 K) | orthorhombisch | flächenzentriert | Fddd (Nr. 70)Vorlage:Raumgruppe/70 |
δ-Pu[39] | 592 K – 730 K | 15,9 g/cm3 (592 K) | monoklin | basiszentriert | Cm (Nr. 8)Vorlage:Raumgruppe/8 |
δ’-Pu[40] | 730 K – 749 K | 16,0 g/cm3 (730 K) | tetragonal | raumzentriert | I4/mmm (Nr. 139)Vorlage:Raumgruppe/139 |
ε-Pu[41] | 749 K – 914 K | 16,5 g/cm3 (749 K) | kubisch | raumzentriert | Im3m (Nr. 229)Vorlage:Raumgruppe/229 |
flüssig[42] | 914 K – 3503 K | 16,63 g/cm3 (914 K) | — | — | — |
Weiterhin ist eine Hochdruckmodifikation bekannt, die aus α-Pu bei einem Druck oberhalb von 40 GPa gewonnen wurde und in der Raumgruppe P63 (Raumgruppen-Nr. 173)Vorlage:Raumgruppe/173 kristallisiert.[43]
Chemische Eigenschaften
Plutonium ist ein unedles und sehr reaktives Metall. An der Luft reagiert es schnell mit Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit. Dabei wird das Metall zunächst matt und überzieht sich mit einer dunkel blauschwarzen Oxidhaut, beim längeren Stehen an der Luft bildet sich eine dickere, graugrüne, pulverig abreibende Oxidschicht.[44] Das Metall reagiert beim Erhitzen mit den meisten Nichtmetallen und Wasser. Bei Raumtemperatur wird es dagegen von Wasser und alkalischen Lösungen nicht angegriffen. In konzentrierter Salpetersäure ist es wegen Passivierung nicht löslich.[33] Löslich ist Plutonium in Salzsäure und fluoridhaltiger Salpetersäure. Die Fluoridionen unterdrücken hierbei die ansonsten einsetzende Passivierung des Metalls. Die chemischen Eigenschaften des Plutoniums ähneln denen anderer Actinoiden. Ähnlich wie bei vielen anderen dieser Elemente bestimmt bei Plutonium die starke Radioaktivität die chemischen Eigenschaften mit, da durch die entstehende Wärme Bindungen aufgebrochen werden können. Auch die freiwerdende Strahlung kann zum Bruch von Bindungen führen.
Plutonium besitzt eine Reihe von Verbindungen, in denen es in den Oxidationsstufen +3 bis +7 vorliegen kann. Damit bildet Plutonium zusammen mit Neptunium die höchste Oxidationsstufe aller Actinoiden. Die stabilste Stufe ist +4. In wässriger Lösung haben die Plutoniumionen charakteristische Farben, so ist das Pu3+-Ion violett, Pu4+ braun, PuVO2+ purpurfarben, PuVIO22+ orange und PuVIIO23+ grün.[45]
Biologische Aspekte
Eine biologische Funktion des Plutoniums ist nicht bekannt. Weitere Forschungen und Untersuchungen konzentrierten sich auf mikrobielle Wechselwirkungen mit Plutonium, um auf diesem Wege kontaminierte Deponien und Umgebungen zu sanieren.[46] Enterobakterien der Gattung Citrobacter können durch die Phosphataseaktivität in ihrer Zellwand Pu(IV) aus wässriger Lösung ausfällen und als Lanthan-Phosphat-Komplex binden.[47]