Hexafluorure de plutonium

Modèle:Infobox Chimie L’hexafluorure de plutonium est un composé chimique de formule Modèle:Fchim. 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 Modèle:Tmp et s'évapore à Modèle:Tmp. C'est le seul composé du plutonium facilement obtenu sous forme gazeuse. On le produit généralement en faisant réagir du tétrafluorure de plutonium Modèle:Fchim avec du fluor Modèle:Fchim.

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 Modèle:Nobr 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 Modèle:Formule chimique sous l'effet de fluor Modèle:Fchim purModèle:, :

[[Tétrafluorure de plutonium|Modèle:Formule chimique]] + [[Difluor|Modèle:Formule chimique]] ⟶ Modèle:Formule chimique, Modèle:NobrModèle:,.

La réaction est endothermique. Le produit se forme relativement rapidement à des températures de Modèle:Tmp. 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 Modèle:Fchim en hexafluorure d'uranium Modèle:Fchim à Modèle:Tmp et le tétrafluorure de neptunium Modèle:Fchim en hexafluorure de neptunium Modèle:Fchim à Modèle:Tmp.

Il est également possible de le produire par fluoration de trifluorure de plutonium Modèle:Formule chimique et de dioxyde de plutonium Modèle:Formule chimique :

2 [[Trifluorure de plutonium|Modèle:Formule chimique]] + 3 [[Difluor|Modèle:Formule chimique]] ⟶ Modèle:Formule chimique ;

[[Dioxyde de plutonium|Modèle:Formule chimique]] + 3 [[Difluor|Modèle:Formule chimique]] ⟶ Modèle:Formule chimique + [[Dioxygène|Modèle:Formule chimique]].

Le trifluorure de plutonium Modèle:Fchim, l'oxalate de plutonium Modèle:Fchim et le dioxyde de plutonium Modèle:Fchim donnent également de l'hexafluorure de plutonium Modèle:Fchim lorsqu'ils sont placés dans un flux de fluorure d'hydrogène HF et d'oxygène Modèle:Fchim aux environs de Modèle:Tmp. Le tétrafluorure de plutonium Modèle:Fchim réagit quant à lui avec l'oxygène pour former du Modèle:Fchim à Modèle:Tmp :

3 [[Tétrafluorure de plutonium|Modèle:Fchim]] + [[Dioxygène|Modèle:Fchim]] ⟶ 2 Modèle:Fchim + [[Dioxyde de plutonium|Modèle:Fchim]].

La synthèse d'hexafluorure de plutonium est possible à température ambiante, voire en dessous, à l'aide de difluorure de krypton Modèle:Fchim ou de difluorure de dioxygène Modèle:FchimModèle:,, ainsi que par irradiation à la lumière ultraviolette.

Propriétés

L'hexafluorure de plutonium condensé à Modèle:Tmp et scellé sous vide est une substance cristallisée incolore semblable à l'hexafluorure d'uranium Modèle:Fchim, mais qui vire au brun-rouge à température ambiante. Il fond à Modèle:Tmp et bout à Modèle:Tmp à pression atmosphérique. Le point triple, auquel les trois états solide, liquide et gazeux coexistent à l'équilibre, se trouve à Modèle:Tmp et Modèle:Unité : à une pression inférieure, l'hexafluorure de plutonium passe directement de l'état solide à l'état gazeux par sublimation. La volatilité du Modèle:Fchim est semblable à celles de l'[[Hexafluorure d'uranium|Modèle:Fchim]] et du [[Hexafluorure de neptunium|Modèle:Fchim]]. L'entropie de formation Modèle:Nobr du Modèle:Fchim solide vaut Modèle:Unité tandis que celle du Modèle:Fchim gazeux vaut Modèle:Unité. Le Modèle:Fchim solide est paramagnétique, avec une susceptibilité magnétique molaire Modèle:Nobr de Modèle:Unité à Modèle:Tmp.

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 (Modèle:N°) et comme paramètres cristallins Modèle:Nobr, Modèle:Nobr, Modèle:Nobr et Modèle:Nobr. Sous forme gazeuse, il se présente avec des molécules octaédriques régulières et donc de symétrie OModèle:Ind ayant une longueur de liaison Modèle:Nobr uniforme de Modèle:Unité/2.

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 Modèle:Fchim avec libération de fluorure d'hydrogène HFModèle:, :

Modèle:Fchim + 2 [[Eau|Modèle:Fchim]] ⟶ Modèle:Fchim + 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 [[dioxyde de plutonium|Modèle:Fchim]] 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 Modèle:Fchim en libérant du fluor Modèle:Fchim :

Modèle:Fchim ⟶ [[Tétrafluorure de plutonium|Modèle:Fchim]] + [[Difluor|Modèle:Fchim]].

La décomposition thermique en Modèle:FchimModèle:,Modèle:,Modèle:, ne s'amorce pas à température ambiante mais survient très rapidement à Modèle:Tmp. Il subit également une autoradiolyse, c'est-à-dire une décomposition sous l'effet de sa propre radioactivité, en donnant du [[Tétrafluorure de plutonium|Modèle:Fchim]] et du [[Difluor|Modèle:Fchim]]Modèle:,Modèle:,. Les particules α émises par radioactivité α tendent à cliver les liaisons dans le réseau cristallin et à décomposer Modèle:Fchim en [[Difluor|Modèle:Fchim]] et des fluorures de plutonium inférieurs. Le taux d'autoradiolyse α du Modèle:Nobr est de l'ordre de 1,5 % par jour à l'état solide, mais est sensiblement plus faible à l'état gazeuxModèle:,. L'hexafluorure de plutonium est également décomposé par les [[Rayon gamma|rayons Modèle:Math]].

Le Modèle:Fchim et le [[Hexafluorure de neptunium|Modèle:Fchim]] sont tous deux photosensibles et se décomposent en [[Difluor|Modèle:Fchim]] et respectivement en [[Tétrafluorure de plutonium|Modèle:Fchim]] et [[Tétrafluorure de neptunium|Modèle:Fchim]]. Sa décomposition sous l'effet d'un rayonnement électromagnétique de longueur d'onde Modèle:Unité/2 (Modèle:Lien) donne du pentafluorure de plutonium Modèle:Fchim et du fluor selon un rendement décroissant jusqu'à Modèle:Unité/2. Une bande d'absorption à Modèle:Unité/2 conduit également à une photolyse rapide dans cette zone.

Applications

L'hexafluorure de plutonium intervient dans l'enrichissement du plutonium en isotope fissile [[Plutonium 239|Modèle:ExpPu]], dont la demi-vie est de Modèle:Unité, à partir d'uranium irradié. De plus, afin de produire du plutonium de qualité militaire, il est nécessaire d'éliminer les impuretés de [[Plutonium 241|Modèle:ExpPu]], dont la demi-vie est de Modèle:Unité, car ce dernier génère suffisamment de neutrons par fission spontanée pour déclencher des réactions en chaîne de fission nucléaire intempestives, et forme par Modèle:Nobr de Modèle:Nobr, émetteur de [[Rayon gamma|rayons Modèle:Math]]. La séparation du plutonium de l'américium est réalisée par réaction avec le difluorure de dioxygène Modèle:Fchim. Le [[Tétrafluorure de plutonium|Modèle:Fchim]] stocké est fluoré à température ambiante afin d'obtenir du Modèle:Fchim gazeux qui est séparé et réduit ultérieurement en Modèle:Fchim : l'[[Fluorure d'américium(IV)|Modèle:Fchim]] stocké avec le Modèle:Fchim 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 uséModèle:,Modèle:,Modèle:,. 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'[[hexafluorure d'uranium|Modèle:Fchim]] par fluoration car ce dernier est plus stable à haute température et seule une faible fraction de plutonium est perdue sous forme de Modèle:Fchim.

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.