L’hexafluorure de plutonium est un composé chimique de formule . Il s'agit d'un solide cristallisé rouge brunâtre, légèrement volatil, fortement corrosif et radioactif. Il reste stable à l'air sec, mais réagit violemment avec l'eau. Dans des conditions de pression normales, il fond à et s'évapore à . C'est le seul composé du plutonium facilement obtenu sous forme gazeuse. On le produit généralement en faisant réagir du tétrafluorure de plutonium avec du fluor .
Son point d'ébullition très bas le rend particulièrement intéressant pour les techniques de séparation isotopique par laser sur vapeur atomique visant à concentrer le produit par irradiation de l'uranium. Il est assez difficile à manipuler en raison de sa nature corrosive et de sa tendance à l'autoradiolyse.
Production
On prépare l'hexafluorure de plutonium par fluoration du tétrafluorure de plutonium sous l'effet de fluor pur : + ⟶ , M. J. Steindler, D. V. Steidl et R. K. Steunenberg, The Fluorination of Plutonium Tetrafluoride, Argonne National Laboratory Report ANL-5875, , ..
La réaction est endothermique. Le produit se forme relativement rapidement à des températures de . On peut obtenir des rendements élevés si l'hexafluorure de plutonium est rapidement condensé et ainsi retiré de l'équilibre. Cette réaction est semblable à celle convertissant le tétrafluorure d'uranium en hexafluorure d'uranium à et le tétrafluorure de neptunium en hexafluorure de neptunium à .
Il est également possible de le produire par fluoration de trifluorure de plutonium et de dioxyde de plutonium : 2 + 3 ⟶ ; + 3 ⟶ + .
Le trifluorure de plutonium , l'oxalate de plutonium et le dioxyde de plutonium donnent également de l'hexafluorure de plutonium lorsqu'ils sont placés dans un flux de fluorure d'hydrogène HF et d'oxygène aux environs de J. K. Dawson et A. E. Truswell, The Preparation of Plutonium Trifluoride and Tetrafluoride by the Use of Hydrogen Fluoride, Atomic Energy Research Establishment Report A.E.R.E. C/R-662, .. Le tétrafluorure de plutonium réagit quant à lui avec l'oxygène pour former du à C. J. Mandleberg , Atomic Energy Research Establishment Report A.E.R.E. C/R-157, 1952. : 3 + ⟶ 2 + .
La synthèse d'hexafluorure de plutonium est possible à température ambiante, voire en dessous, à l'aide de difluorure de krypton ou de difluorure de dioxygène , ainsi que par irradiation à la lumière ultraviolette.
Propriétés
L'hexafluorure de plutonium condensé à et scellé sous vide est une substance cristallisée incolore semblable à l'hexafluorure d'uranium , mais qui vire au brun-rouge à température ambiante. Il fond à et bout à à pression atmosphérique. Le point triple, auquel les trois états solide, liquide et gazeux coexistent à l'équilibre, se trouve à et : à une pression inférieure, l'hexafluorure de plutonium passe directement de l'état solide à l'état gazeux par sublimation. La volatilité du est semblable à celles de l' et du . L'entropie de formation du solide vaut tandis que celle du gazeux vaut . Le solide est paramagnétique, avec une susceptibilité magnétique molaire de à .
L'hexafluorure de plutonium est un composé covalent et non un sel (composé ionique). Il cristallise dans le système orthorhombique avec le groupe d'espace Pnma () et comme paramètres cristallins , , et . Sous forme gazeuse, il se présente avec des molécules octaédriques régulières et donc de symétrie O ayant une longueur de liaison uniforme de .
L'hexafluorure de plutonium est stable au contact de l'air sec mais réagit très violemment au contact de l'eau, et donc de traces d'humidité, en donnant du fluorure de plutonyle avec libération de fluorure d'hydrogène HF : + 2 ⟶ + 4 HF.
Il peut être conservé très longtemps à température ambiante dans des ampoules en verre de quartz ou en pyrex scellées si l'on s'est préalablement assuré d'en avoir éliminé toute trace d'humidité, que le verre lui-même est exempt de toute inclusion gazeuse et que toute trace de fluorure d'hydrogène a été supprimée. Il peut être entièrement réduit en par le monoxyde de carbone CO issu d'une flamme de méthane dans l'oxygène.
L'hexafluorure de plutonium se décompose en tétrafluorure de plutonium en libérant du fluor : ⟶ + .
La décomposition thermique en ne s'amorce pas à température ambiante mais survient très rapidement à . Il subit également une autoradiolyse, c'est-à-dire une décomposition sous l'effet de sa propre radioactivité, en donnant du et du ... Les particules α émises par radioactivité α tendent à cliver les liaisons dans le réseau cristallin et à décomposer en et des fluorures de plutonium inférieurs. Le taux d'autoradiolyse α du est de l'ordre de 1,5 % par jour à l'état solide, mais est sensiblement plus faible à l'état gazeux. L'hexafluorure de plutonium est également décomposé par les rayons .
Le et le sont tous deux photosensibles et se décomposent en et respectivement en et . Sa décomposition sous l'effet d'un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde () donne du pentafluorure de plutonium et du fluor selon un rendement décroissant jusqu'à . Une bande d'absorption à conduit également à une photolyse rapide dans cette zone N. J. Hawkins, H. C. Mattraw et W. W. Sabol, Infrared Spectrum and Thermodynamic Properties of , Knolls Atomic Power Laboratory Report KAPL-1007, ..
Applications
L'hexafluorure de plutonium intervient dans l'enrichissement du plutonium en isotope fissile Pu, dont la demi-vie est de , à partir d'uranium irradié. De plus, afin de produire du plutonium de qualité militaire, il est nécessaire d'éliminer les impuretés de Pu, dont la demi-vie est de , car ce dernier génère suffisamment de neutrons par fission spontanée pour déclencher des réactions en chaîne de fission nucléaire intempestives, et forme par de , émetteur de rayons . La séparation du plutonium de l'américium est réalisée par réaction avec le difluorure de dioxygène . Le stocké est fluoré à température ambiante afin d'obtenir du gazeux qui est séparé et réduit ultérieurement en : l' stocké avec le initial n'est pas converti en composé gazeux et enrichit donc en américium la fraction de plutonium solide qui n'a pas été préalablement fluorée.
L'hexafluorure de plutonium intervient également dans la séparation du plutonium et de l'uranium par les procédés de traitement du combustible nucléaire usé. À partir de sels fondus contenant de l'uranium et du plutonium, il est possible d'éliminer l'essentiel de l'uranium sous forme d' par fluoration car ce dernier est plus stable à haute température et seule une faible fraction de plutonium est perdue sous forme de National Research Council, Division on Earth and Life Studies, Commission on Geosciences, Environment and Resources et Molten Salt Panel of the Committee on Remediation of Buried and Tank Wastes, Evaluation of the U.S. Department of Energy's Alternatives for the Removal and Disposition of Molten Salt Reactor Experiment Fluoride Salts, 1997, . .
Sécurité
L'hexafluorure de plutonium agit principalement de trois façons sur le corps humain : c'est une substance très agressive qui attaque tous les tissus. Lors du contact du gaz avec des liquides organiques, il forme de l'acide fluorhydrique HF, ce qui provoque des brûlures sur la peau, les muqueuses et les voies respiratoires. L'exposition des humains au gaz agit d'abord sur les yeux et les voies respiratoires et provoque irritation, perte de la vision, toux, hypersialorrhée (production excessive de salive) et expectorations. Une exposition prolongée conduit à une pneumopathie et un œdème aigu du poumon et peut entraîner la mort. il est très toxique par inhalation et par ingestion. Il peut également s'accumuler dans le corps humain, ce qui affecte principalement le foie et les reins. il est très radioactif.
Notes et références
Plutonium Hexafluorure Fluorure de plutonium-6 Catégorie:Matériau nucléaire