Carbure de plutonium

Modèle:Infobox Chimie Un carbure de plutonium est un composé de carbone et de plutonium. À l'instar du carbure d'uranium, le système plutonium-carbone présente plusieurs phasesModèle:, : Modèle:Formule chimique, Modèle:Formule chimique, Modèle:Formule chimique et Modèle:Formule chimique.

Propriétés physiques

La phase Modèle:Formule chimique, incomplètement caractérisée, se décompose à une température de Modèle:Tmp en plutonium ε + Modèle:Formule chimique.

Le monocarbure de plutonium est un composé non stœchiométrique qui présente un déficit en carbone. Sa formule chimique est notée Modèle:Formule chimique, où δ vaut de 0 à 0,17 et représente l'écart à la stœchiométrie. Il se présente sous la forme d'un solide cristallisé gris à l'éclat métallique, insoluble dans l'eau mais réagissant avec l'eau chaude, dont la masse volumique est de l'ordre de Modèle:Unité/2. Il fond à Modèle:Unité/2 en formant un mélange liquide + Modèle:Formule chimique solide. Il cristallise dans le système cubique à faces centrées, avec un paramètre cristallin variant de Modèle:Unité/2 à Modèle:Unité/2 selon la teneur en carbone ; ce paramètre croît lentement avec le temps en raison de l'altération du réseau cristallin sous l'effet des radiations.

Le sesquicarbure de plutonium Modèle:Formule chimique cristallise dans le système cubique centré. Il a une masse volumique de Modèle:Unité/2 et fond à Modèle:Unité/2 en formant un mélange liquide + Modèle:Formule chimique solide.

L'acétylure de plutonium Modèle:Formule chimique existe au-dessus de Modèle:Tmp et présente une structure cristalline quadratique. La transition de la phase Modèle:Formule chimique vers la phase Modèle:Formule chimique lors du refroidissement est si rapide qu'il est difficile de tremper le Modèle:Formule chimique. Celui-ci fond à Modèle:Unité/2 en formant un mélange liquide + carbone solide.

Propriétés chimiques

Le monocarbure de plutonium s'oxyde lentement lorsqu'il est chauffé à des températures de Modèle:Tmp, et devient pyrophorique vers Modèle:Tmp. Il réagit également en présence d'eau chaude et se dissout dans les acides dilués en libérant de l'hydroxyde de plutonium Modèle:Formule chimique, de l'hydrogène Modèle:Formule chimique et des hydrocarbures Modèle:Formule chimique.

Production

Le monocarbure de plutonium peut être produit en faisant fondre sous vide un mélange stœchiométrique de poudres de plutonium et de graphite dans un four à arc électrique, par réduction du dioxyde de plutonium Modèle:Formule chimique par le carbone à une température de Modèle:Tmp, par frittage de mélanges de poudres de carbone et de plutonium métallique ou d'hydrure de plutonium jusqu'à Modèle:Tmp, ou encore en faisant réagir des hydrocarbures avec du plutonium à des températures allant de Modèle:Tmp.

Pu + C → PuC, Modèle:Tmp et plus ;

[[Dioxyde de plutonium|Modèle:Formule chimique]] + C → PuC + 2 CO, de Modèle:Tmp ;

2 [[Dihydrure de plutonium|Modèle:Formule chimique]] + C → 2 PuC + 2 [[Dihydrogène|Modèle:Formule chimique]], jusqu'à Modèle:Tmp.

Chacune de ces méthodes présente ses avantages et ses inconvénients. La méthode du four à arc électrique produit un carbure de plutonium dense et relativement dépourvu d'impuretés d'oxygène et d'azote, mais il est difficile d'en contrôler la composition, et le produit obtenu est peu homogène à moins d'un recuit important. La réduction du dioxyde est plus économique mais il est alors difficile d'obtenir une phase Modèle:Formule chimique unique dépourvue d'oxygène. La production de carbure de plutonium par frittage nécessite une atmosphère inerte, car l'hydrure de plutonium est pyrophorique, mais permet d'obtenir du Modèle:Formule chimique monophase à teneur contrôlée en carbone ; on observe cependant dans ce cas un taux d'oxygène dans le réseau allant jusqu'à 0,1 %, et ce même sous atmosphère inerte.

Applications

Le carbure de plutonium peut être utilisé comme combustible nucléaire dans des réacteurs nucléaires mélangé au carbure d'uranium. Ce mélange est appelé carbure d'uranium-plutonium UPuC.