鈈是一種活潑金屬,能與許多元素形成多種化合物,如鹵化物、氧化物、氫化物、氫氧化物、過氧化物、氮化物、碳化物、硫化物、矽化物、硝酸鹽、草酸鹽等。由於鈈作為核燃料和核武器的裝料受到重視,對其化合物的研究也比較廣泛和深入。在核燃料迴圈中起重要作用的有鈈的鹵化物、氧化物、碳化物、氮化物和草酸鹽等。

  鹵化物 三氟化鈈為藍紫色固體,熔點為1425±3℃;在沒有鋁或鋯離子存在時,很難溶於酸中中。三氟化钚可由钚(Ⅳ)的硝酸鹽、氧化物、氫氧化物等化合物與無水氟化氫在550~600℃反應制得,也可在含钚(Ⅲ)的水溶液中加入氟離子沉淀而制得。三氟化钚是還原法制金屬钚的原料。四氟化钚為淡棕色(PuF4·2.5H2O為粉紅色),熔點為1037℃,沸點約1277℃;微溶於水,隻能溶於含有硼酸、鋁(Ⅲ)或鐵(Ⅲ)的溶液中。四氟化钚可由钚(Ⅳ)的氧化物、硝酸鹽、草酸鹽等化合物在有氧氣存在的條件下與無水氟化氫進行高溫反應而制得。四氟化钚也是還原法制金屬钚的原料。六氟化钚在-180℃時是白色固體,液態和氣態呈棕色到紅棕色,熔點為51.59℃,沸點為62.16℃;六氟化钚在熱力學上是不穩定的,它是一個很強的氧化劑;能與四氟化鈾、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳等反應生成四氟化钚,與潮濕空氣或水發生非常激烈的反應;六氟化钚由於α輻解而不斷生成四氟化钚。六氟化钚可由二氧化钚或四氟化钚在500~700℃高溫下與氟氣反應制得。钚(Ⅵ)的其他氟化物有PuO2F2M2PuO2F4·H2O和MPuO2F3·H2O(M為NH4、Na、K等)。

  三氯化钚是藍至綠色的固體,熔點為750℃,沸點為1767℃;易吸潮,易溶於酸和水。三氯化钚可由多種方法制備,通常由二氧化钚與光氣在高溫下反應而制得,在制備中,大多數其他元素生成揮發性的氯化物,而三氯化钚不揮發,因而钚的純度較高。三氯化钚也是制備金屬钚的一種化合物。四氯化钚是不穩定化合物,容易分解,不易制得。钚(Ⅳ)的其他氯化物有 M2PuCl6(M為Cs、Rb、K、Na等)。

  其他已經制得的化合物還有:三溴化钚,熔點約為681℃;三碘化钚,熔點約777℃。

  氧化物 二氧化钚是綠棕色到黃棕色的固體,在氦氣中的熔點為2280±30℃,蒸氣壓很低;它的化學惰性很大,在鹽酸和硝酸中溶解極慢且不完全,在沸騰的氫溴酸中溶解較快,用硫酸氫鈉等熔劑在熔融條件下可溶解二氧化钚;高溫下二氧化钚可與氟化氫反應生成三氟化物,有氧氣存在時生成四氟化物;高溫下與氟作用生成六氟化钚,與鋅鎂合金反應還原生成金屬钚。由於二氧化钚具有高熔點、輻照穩定、同金屬互容以及容易制備等特性,是核燃料的一種適用的組成形式。二氧化钚可由金屬钚或其化合物(磷酸鹽除外)在空氣中灼燒制得,也可由含氧化合物在真空或惰性氣氛中加熱到1000℃而制得。β三氧化二钚的熔點為2085±25℃;可由二氧化钚與碳在氦中加熱到1625℃制得。α三氧化二钚可由在真空中加熱二氧化钚到1650~1800℃ 而制得。α′三氧化二钚由二氧化钚熔化時損失氧而制得,其熔點為2360±20℃。

  碳化物 已知有二碳化三钚、碳化钚、三碳化二钚和二碳化钚。室溫下碳化钚在空氣中穩定,但在400℃時則劇烈燃燒;不與冷水作用,但與熱水反應生成三價氫氧化物、氫和甲烷的混合物,以及少量的其他碳氫化合物;碳化钚與冷硝酸作用很慢。三碳化二钚的化學性質與碳化钚略有不同,三碳化二钚在高溫下的氧化作用及在酸和沸水中的水解作用都比碳化钚弱。钚的碳化物可由金屬钚、二氧化钚或氫化钚在高溫下與石墨反應而制得。反應條件不同,可以制得不同組分的钚的碳化物。钚的碳化物由於具有較高的導熱性、低的蒸氣壓和較大的钚密度,可以做核反應堆的燃料。

  氮化物 已知钚的唯一氮化物為氮化钚。氮化钚在氬氣氛中熔點為2450±50℃;遇冷水緩慢水解並生成二氧化钚,氮化钚易溶於無機酸中;與氮化鈾能形成一系列固溶體。氮化钚具備核燃料的某些特性,如熔點高、钚密度高和好的導熱性,但它的主要缺點是在高溫下揮發性較高和易分解。氮化钚可由氫化钚與氮在高於230℃時反應而制得。

  草酸鹽 钚(Ⅲ)的草酸鹽Pu2(C2O4)3·10H2O和钚(Ⅳ)的Pu(C2O4)2·6H2O都是難溶性化合物,隨著加熱,它們逐漸失去其結晶水,隨後分解,最終產物為二氧化钚。钚的草酸鹽可由钚的相應氧化態的鹽的稀酸溶液與草酸或草酸鈉沉淀而制得。(見彩圖)

草酸钚(Ⅲ)結晶(放大600倍)

  

參考書目

 J.M.克利夫蘭著,《钚化學》,翻譯組譯:《钚化學》科學出版社,北京,1974。(J.M.Cleveland,TheChemistry of Plutonium,Gordon &Breach,New York,1970.)

 C.克勒爾著,《超鈾元素化學》翻譯組譯:《超鈾元素化學》,原子能出版社,北京,1977。(C.Keller,TheChemistry of the Transuranium Elements,Verlag Chemie,Weinheim,1971.)