PLUTONIUM

Propriétés chimiques

Le métal s'oxyde rapidement dans l'air humide en dioxyde PuO₂. À l'état divisé, il est pyrophorique. Il réagit à température modérée avec les halogènes pour former le composé trivalent correspondant. Le plutonium métallique se dissout rapidement dans l'acide chlorhydrique, lentement dans l'acide sulfurique. En revanche, l'acide nitrique à toutes concentrations ne l'attaque pas par suite d'une passivation du métal.

De nombreux alliages et composés intermétalliques existent. Les plus importants pour leurs applications incorporent : le béryllium (PuBe₁₃) utilisé dans les sources de neutrons, l'aluminium et le zirconium, dont les alliages avec le plutonium sont à la base d'éléments combustibles pour certains réacteurs nucléaires, le gallium et le scandium, qui permettent une stabilisation du plutonium en phase δ.

Dans les composés solides, le plutonium peut se trouver à des états de valence de 2 et 6 inclus. Citons les hydrures PuH₂ (instable) et PuH₃, le chlorure PuCl₃, les fluorures PuF₃, PuF₄, PuF₅ et PuF₆, le nitrure PuN, le carbure PuC. Certains de ces composés possèdent des propriétés remarquables mises à profit dans les applications industrielles. L'oxyde PuO₂, composé réfractaire obtenu par décomposition thermique des sels de plutonium tels l'oxalate ou le peroxyde, entre dans la composition d'oxydes mixtes UO₂, PuO₂ utilisés comme combustibles de réacteurs nucléaires, notamment les réacteurs surgénérateurs à neutrons rapides. Le carbure et le nitrure pourraient également avoir un usage similaire. Comme UF₆ et NpF₆, l'hexafluorure PuF₆ peut être obtenu par action du fluor ou d'un puissant agent fluorant sur le métal, l'oxyde ou le tétrafluorure. Cet hexafluorure peut être volatilisé à basse température (62,3 ⁰C) sous pression ordinaire. Cette propriété a permis d'envisager une méthode de traitement des combustibles irradiés par volatilisation des hexafluorures d'uranium et de plutonium. Ce dernier, assez peu stable, peut être aisément séparé par réduction en tétrafluorure PuF₄ non volatil.

En solution aqueuse, de nombreux états de valence du plutonium peuvent être observés. Ils correspondent, en milieu acide, aux ions simples Pu³⁺ (III) et Pu⁴⁺ (IV), et aux ions oxygénés PuO⁺₂ (V) et PuO₂²⁺ (VI). En milieu basique oxydant, on peut obtenir l'espèce heptavalente, très instable en milieu acide, dont la structure est encore incertaine. L'ion trivalent Pu³⁺ a des propriétés semblables aux ions correspondants des terres rares. Sous l'action d'oxydants tels que nitrite, bromate, bichromate, etc., on obtient rapidement la forme tétravalente Pu⁴⁺ dont la densité de charge est importante, ce qui lui confère une tendance marquée à l'hydrolyse et à la formation de composés complexes. L'extraction de certains de ceux-ci par les solvants organiques fournit une méthode de purification largement utilisée industriellement. L'ion pentavalent est peu stable : il se dismute en milieu acide pour donner l'ion tétravalent et l'ion hexavalent. Celui-ci a un comportement voisin de l'ion uranyle UO₂²⁺, mais son pouvoir oxydant lui confère une stabilité beaucoup moins grande. Il est réduit aux valences inférieures par de nombreuses espèces telles que le fer ferreux, l'iodure, l'uranium tétravalent, l'hydrazine et l'hydroxylamine.