พลูโทเนียม(III) คลอไรด์
 | |
| ชื่อ | |
|---|---|
| ชื่อ IUPAC พลูโทเนียม(III) คลอไรด์ | |
| ชื่ออื่นๆ พลูโทเนียมไตรคลอไรด์ | |
| ตัวระบุ | |
| |
โมเดล 3 มิติ ( JSmol ) |
|
| เคมสไปเดอร์ |
|
PubChem CID |
|
แดชบอร์ด CompTox ( EPA ) |
|
| |
| |
| คุณสมบัติ | |
| Cl Pu | |
| มวลโมลาร์ | 350.322 กรัม/โมล |
| รูปร่าง | สีเขียวทึบ |
| ความหนาแน่น | 5.71 กรัม/ซม³ของแข็ง[ 1 ] |
| จุดหลอมเหลว | 767 °C (1,413 °F; 1,040 K) [ 1 ] |
| จุดเดือด | 1,767 °C (3,213 °F; 2,040 K) [ 1 ] |
| สารประกอบที่เกี่ยวข้อง | |
แอนไอออนอื่นๆ | พลูโทเนียม(III) ฟลูออไรด์พลูโทเนียม(III) โบรไมด์พลูโทเนียม(III) ไอโอไดด์ |
ไอออนบวกอื่นๆ | ซามาเรียม(III) คลอไรด์ |
พลูโทเนียมคลอไรด์ที่เกี่ยวข้อง | พลูโทเนียม(IV) คลอไรด์ |
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa)  N ตรวจสอบ ( Y Nคืออะไร ?)  ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล | |
พลูโทเนียม(III) คลอไรด์หรือพลูโทเนียมไตรคลอไรด์เป็นสารประกอบทางเคมีที่มีสูตรเคมีPuCl₃ เป็น คลอไรด์ของแข็งที่เสถียรเพียงชนิดเดียวของพลูโทเนียมแม้ว่าจะมีพลูโทเนียมคลอไรด์อีกชนิดหนึ่ง คือเตตระคลอไรด์ซึ่งพบได้ในสถานะแก๊ส สามารถพบได้ทั้งในรูป ของแข็ง ปราศจากน้ำ (ไม่มีน้ำเป็นส่วนประกอบ) หรือในรูปของไฮเดรต( ของแข็งที่มีน้ำเป็น ) เช่น เฮกซาไฮเดรต · 6H₂Oใช้ในกระบวนการผลิตโลหะพลูโทเนียมและในเครื่องปฏิกรณ์แบบเกลือหลอมเหลว
พลูโทเนียม(III) คลอไรด์สามารถสังเคราะห์ได้จากปฏิกิริยาหลายชนิด ซึ่งหลายชนิดเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของสารประกอบพลูโทเนียมอื่นๆ เช่นพลูโทเนียม(III) ออกซาเลต Pu2 ( C2O4 3 , พลูโทเนียม(IV) ออกไซด์ ( PuO2 หรือพลูโทเนียมไฮไดรด์ PuHx )กับสารคลอริเนตไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl), เฮกซาคลอโรโพรพีน( C3Cl6), ฟอสจีน (COCl2), คาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CCl4 ) ก๊าซคลอรีน ( Cl2 โครงสร้างของทั้งพลูโทเนียม( III คลอไรด์น้ำ PuCl3 6H2O เป็นที่ทราบกันแล้ว
สังเคราะห์
มีการใช้วิธีการต่างๆ มากมายในการสังเคราะห์พลูโทเนียม(III) คลอไรด์ ซึ่งทั้งหมดเกี่ยวข้องกับการคลอริเนชันของพลูโทเนียมหรือสารประกอบพลูโทเนียมวิธีการเหล่านี้หลายวิธีใช้พลูโทเนียม(III) ออกซาเลตซึ่งสามารถเตรียมได้โดยการเติมกรดออกซาลิก อย่างระมัดระวัง ลงในสารละลายพลูโทเนียม(III) ที่เป็น กรดส่งผลให้ได้เดคาไฮเดรตPu (C O ) · 10H O [ 2 ] : 1092–1093
หลังจากสังเคราะห์แล้ว แนะนำให้ทำให้บริสุทธิ์โดยการระเหิดในหลอดควอตซ์ที่ปิดผนึก[ 2 ] : 1092–1093
การใช้ไฮโดรเจนคลอไรด์
สำหรับปฏิกิริยาขนาดกลาง (ระหว่าง 1 ถึง 10 กรัม) วิธีที่ดีที่สุดในการเตรียมพลูโทเนียม(III) คลอไรด์คือการทำปฏิกิริยาพลูโทเนียม(III) ออกซาเลตกับไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) ปฏิกิริยาดำเนินไปดังนี้: [ 2 ] : 1093
- ปู่ (C O ) · 10H O + 6 HCl → 2 PuCl + 3 CO + 3 CO + 13 H O
สำหรับการแปรรูปพลูโทเนียมปริมาณ 100 กรัมสามารถทำปฏิกิริยาพลูโทเนียมไฮไดรด์ กับไฮโดรเจนคลอไรด์ใน เครื่องปฏิกรณ์แบบฟลูอิไดซ์เบดที่อุณหภูมิ 450 °C เพื่อกำจัดออกซีคลอไรด์PuCl ที่ได้จะถูกหลอมที่อุณหภูมิ 800 °C และไล่ก๊าซด้วย HCl [ 2 ] : 1093
พลูโทเนียม(III) คลอไรด์ยังสามารถเกิดขึ้นได้จากสารละลายไฮโดรเจนคลอไรด์ ( กรดไฮโดรคลอริก ) ในน้ำ เมื่อระเหยสารละลาย HCl จะเกิดสารตกค้างของพลูโทเนียม(III) คลอไรด์ เฮกซาไฮเดร ตPuCl · 6H O เฮกซาไฮ เดรตนี้สามารถกำจัดน้ำออกได้ด้วยกระแส HCl เพื่อให้ได้ของแข็งที่ปราศจากน้ำ[ 2 ] : 1093
ไฮโดรเจนคลอไรด์ยังกัดกร่อนโลหะพลูโตเนียมด้วย: [ 3 ]
- 2 Pu + 6 HCl → 2 PuCl + 3 H
โดยใช้เฮกซาคลอโรโพรพีน
เนื่องจากความยากลำบากในการจัดการก๊าซอันตราย เฮกซา คลอ รพีน(C3Cl6 ) จึงสามารถใช้เป็นสารคลอริเนตแทนสารประกอบที่อันตรายกว่าได้ พลูโทเนียม(III) ออกซาเลต ( ( C2O4 3 ได้รับการรายงานว่าเป็นแหล่งพลูโทเนียมเริ่มต้นที่มีประสิทธิภาพ ในการผลิตพลูโทเนียม(III) คลอด์จะต้องความ Pu2 ( ) กับC3Cl6 : [
- ปู่ (C O ) · 10H O + 3 C Cl → 2 PuCl + 3 C Cl O + 3 CO + 3 CO + 10 H O
การใช้ก๊าซคลอรีน
พลูโทเนียม(III) คลอไรด์สามารถผลิตได้โดยการทำปฏิกิริยาระหว่างโลหะพลูโทเนียมกับก๊าซคลอรีนที่อุณหภูมิระหว่าง 300 °C ถึง 500 °C ตามด้วยการระเหิดที่ 600–800 °C [ 2 ] : 1093คลอรีนยังสามารถใช้ในการคลอริเนตพลูโทเนียม(IV) ออกไซด์ ( PuO ) สำหรับการคลอริเนตPuO นั้น คาร์บอนถูกใช้เป็นตัวรีดิวซ์ปฏิกิริยาดำเนินไปดังนี้: [ 5 ]
การใช้สารคลอรีนในรูปก๊าซชนิดอื่น
พลูโทเนียม(IV) ออกไซด์ยังสามารถคลอริเนตด้วยฟอสจีน COCl2 )หรือคาร์บอนเตตระคลอไรด์ทำให้ได้ตัวอย่าง PuCl3 ที่บริสุทธิ์สำหรับการวิเคราะห์นี้ใช้ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอะลาโมสวิธีหนึ่งสำหรับการผลิตPuCl3 อย่างต่อเนื่อง โดยใช้ฟอสจีนมีดังนี้: [ 2 ] : 1093
พลูโทเนียม(IV) ออกซาเลตไฮเดรต ( Pu(C O ) · 6H O ) ตกตะกอนจากสารละลายพลูโทเนียม(IV) ทำให้แห้ง และเผา (ให้ความร้อนจนสลายตัวโดยปราศจากออกซิเจน) เพื่อสร้างพลูโทเนียม(IV) ออกไซด์ ( PuO ) จาก นั้น PuO ที่ได้ จะถูกให้ความร้อนกับฟอสจีนในเตาเผาท่อที่อุณหภูมิ 500 °C วิธีนี้ผลิตพลูโทเนียมได้ในอัตรา 250 กรัม/ชั่วโมง[ 2 ] : 1093
การใช้แอมโมเนียมคลอไรด์
เพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์มีความบริสุทธิ์สูง พลูโทเนียม(III) คลอไรด์สามารถเตรียมได้โดยการทำปฏิกิริยาระหว่างโลหะพลูโทเนียมกับแอมโมเนียมคลอไรด์ที่อุณหภูมิสูง แอมโมเนียมคลอไรด์จะระเหิดกลายเป็นแอมโมเนียและไฮโดรเจนคลอไรด์ จากนั้นไฮโดรเจนคลอไรด์จะทำปฏิกิริยากับโลหะพลูโทเนียมเพื่อสร้างPuCl ปฏิกิริยาโดยรวมเป็นดังนี้: [ 6 ]
- 2 Pu + 6 NH Cl → 2 PuCl + 6 NH + 3 H
คุณสมบัติ
สีของพลูโทเนียม(III) คลอไรด์ขึ้นอยู่กับวิธีการผลิต พลูโทเนียม(III) คลอไรด์ที่ผลิตผ่านการกำจัดน้ำออกจากเฮกซาไฮเดรตจะมีสีน้ำเงินอมเทา ในขณะที่เมื่อเตรียมโดยวิธีปราศจากน้ำ วิธีใด วิธีหนึ่ง สารประกอบจะมีสีเขียวอมฟ้าถึงสีเขียวมรกต เมื่อควบแน่นจากเฟสแก๊ส จะปรากฏเป็นของแข็งสีเขียวมรกต[ 2 ] : 1093มันดูดความชื้นได้ ดีมาก และจะดูดซับน้ำได้ง่ายจากความชื้นในบรรยากาศ[ 5 ]ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของไฮเดรต หลายชนิด หรือสารประกอบที่มีน้ำเป็นส่วนประกอบ ได้แก่ โมโนไฮเดรต ( PuCl · H O ), ไดไฮเดรต ( PuCl · 2H O ) และเฮกซาไฮเดรต ( PuCl · 6H O ) ไฮเดรตชนิดใดที่เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับความดันย่อยของน้ำในบรรยากาศ[ 2 ] : 1100พลูโทเนียม(III) คลอไรด์ เฮกซาไฮเดรต มีจุดหลอมเหลวที่ 94 °C ซึ่งจะหลอมเหลวในน้ำผลึก ของตัวเอง ทำให้เกิดสารละลาย ในสภาวะสุญญากาศที่ 27 °C จะสลายตัวให้โมโนไฮเดรต และเมื่อให้ความร้อนระหว่าง 400 ถึง 520 °C จะให้พลูโทเนียมออกซีคลอไรด์ PuOCl [ 7 ] : 130, 140
พลูโทเนียม(III) คลอไรด์ เป็นของแข็งไบนารีคลอไรด์ที่เสถียรเพียงชนิดเดียวของพลูโทเนียม แต่คลอไรด์ชนิดอื่น ๆ เป็นที่รู้จักในสถานะแก๊ส เมื่อถูกความร้อนร่วมกับคลอรีนที่อุณหภูมิสูง พลูโทเนียม(III) คลอไรด์จะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างสารประกอบพลูโทเนียมเตตระคลอไรด์ ซึ่งทำให้ ความระเหยเพิ่มขึ้นเมื่อควบแน่น มันจะกลับไปเป็นPuCl 3 2 ] : 1092 , 1094
- 2 PuCl + Cl ⇌ 2 PuCl
สารประกอบนี้เป็นแอนติเฟอร์โรแมกเนติก ที่อุณหภูมิ ต่ำกว่าประมาณ 4.5 K [ 8 ]
โครงสร้าง
PuCl₃ ที่ปราศจากน้ำมีโครงสร้างเหมือนกับยูเรเนียม(III) คลอไรด์ ( UCl₃ ซึ่งมี โครงสร้าง แบบหกเหลี่ยม อะตอมของพลูโทเนียมแต่ละอะตอมถูกล้อมรอบด้วยอะตอมของคลอรีนเก้าอะตอม อะตอมของคลอรีน ในเก้าอะตอมนั้นก่อตัวเป็นปริซึมสามเหลี่ยมซึ่งมีความยาวพันธะ Pu-Cl เท่ากับ 2.886 Å แต่ละด้านสี่เหลี่ยมผืนผ้าทั้งสามของปริซึมสามเหลี่ยมถูกปิดด้วยอะตอมของคลอรีน ซึ่งมีระยะห่าง Pu-Cl เท่ากับ 2.919 Å ทำให้แต่ละอะตอมของพลูโทเนียมมีรูปทรงเรขาคณิตการประสานงานแบบปริซึมสามเหลี่ยมปิดสามด้าน ฐานสามเหลี่ยมของปริซึมเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างสายโซ่ที่ไม่มีที่สิ้นสุด โครงสร้างนี้มีความสัมพันธ์กับโครงสร้างของพลูโทเนียม(III) โบรไมด์ ( PuBr₃ และพลูโทเนียม(III) ไอโอได ( PuI₃ ) อย่างไรก็ตามอะตอมโบรมีนหรือไอโอดีน หนึ่งในสาม อะตอมที่จะปิดด้านหนึ่งของปริซึมรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าอยู่ห่างจากอะตอมพลูโทเนียมมากเกินไปจนไม่สามารถเกิดพันธะได้[ 2 ] : 1096–1097ต่างจากในPuBr ที่พันธะ Pu-Br ส่วนใหญ่เป็นพันธะโค วาเลนต์ พันธะ Pu-Cl ภายในPuCl ส่วนใหญ่เป็นพันธะไอออนิก[ 2 ] : 1100
พลูโทเนียม(III) คลอไรด์เฮกซาไฮเดรต PuCl 3 6H 2 มีโครงสร้างแบบGdCl · 6H O [หมายเหตุ 1 ]ซึ่งพบได้ในแลนทานัมคลอไรด์ทั้งหมด ยกเว้นแลนทานัมและซีเรียมในโครงสร้างนี้ อะตอมของพลูโทเนียมแต่ละอะตอมจะเชื่อมต่อกับลิแกนด์ น้ำ 6 โมเลกุล และลิแกนด์คลอไรด์ 2 โมเลกุลก่อตัวเป็นกลุ่มโมโนเมอร์PuCl (H O) + 6 กลุ่ม PuCl (H O) + 6เชื่อมต่อกันด้วยไอออนคลอไรด์ผ่านพันธะไฮโดรเจน[ 10 ]
พลูโทเนียม(III) คลอไรด์ไตรไฮเดรต( 3H2O )มีโครงสร้างเหมือนกับสารประกอบนีโอดีเมียมที่สอดคล้อง NdCl3 · 3H2O 5 ]
การใช้งาน
กระบวนการผลิตโลหะพลูโทเนียม
พลูโทเนียม(III) คลอไรด์เป็นสารตัวกลางที่สำคัญในการผลิตโลหะพลูโทเนียม โลหะพลูโทเนียมที่ผลิตจากการลดพลูโทเนียมเตตระฟลูออไรด์และพลูโทเนียม(IV) ออกไซด์อาจไม่บริสุทธิ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีอะเมริเซียมที่สร้างขึ้นจากการสลายตัวแบบเบตาของพลูโทเนียม-241เพื่อแยกสิ่งเจือปนอะเมริเซียมออกจากพลูโทเนียม โลหะพลูโทเนียมที่ไม่บริสุทธิ์จะถูกวางไว้ในส่วนผสมของแมกนีเซียมคลอไรด์โซเดียมคลอไรด์และโพแทสเซียมคลอไรด์ที่หลอมเหลว พลูโทเนียม(III) คลอไรด์จะถูกผลิตขึ้นเมื่อโลหะพลูโทเนียมถูกออกซิไดซ์โดยแมกนีเซียมคลอไรด์ แต่จะถูกลดกลับไปเป็นโลหะพลูโทเนียมโดยอะเมริเซียมในภายหลัง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นคือ: [ 2 ] : 869–870
- 2 Am + 3 MgCl → 2 AmCl + 3 Mg
- 2 Pu + 3 MgCl → 2 PuCl + 3 Mg
- Am + PuCl → AmCl + Pu
หลังจากที่อะเมริเซียมถูกออกซิไดซ์แล้ว ส่วนผสม ของอะเมริเซียม(III) คลอไรด์และเกลือหลอมเหลวสามารถแยกออกจากกันได้ เหลือเพียงปุ่มโลหะพลูโทเนียมไว้[ 2 ] : 870
เครื่องปฏิกรณ์แบบเกลือหลอมเหลว
พลูโทเนียม(III) คลอไรด์เป็นวัสดุนิวเคลียร์ทั่วไปที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์แบบเกลือหลอมเหลวซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้เกลือหลอมเหลวที่มีแอคติไนด์ละลายอยู่เป็นเชื้อเพลิง เช่น ส่วนผสมของโซเดียมคลอไรด์และพลูโทเนียม(III) คลอไรด์ เกลือหลอมเหลวที่มีคลอไรด์เช่น พลูโทเนียม(III) คลอไรด์ มักถูกนำมาใช้ เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวต่ำและสามารถละลายแอคติไนด์ที่มีความเข้มข้นสูงได้[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
การจัดการและการจัดเก็บ
เนื่องจากพลูโทเนียม(III) คลอไรด์ดูดซับความชื้น ได้สูง จึงต้องเก็บไว้ในบรรยากาศที่มีการควบคุมและลดความชื้น[ 5 ]