PLUTONIUM

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Propriétés physiques

Structure électronique

Situé dans la classification périodique des éléments entre le neptunium et l'américium, le plutonium appartient à la série des actinides. Sa structure électronique est complexe. Le nombre d'électrons de valence (ou électrons de conduction) varie avec la température et la pression. Pour l'atome libre, les couches K, L, M, N sont pleines. Dans la couche O, les niveaux s, p, d sont totalement occupés. La bande 5f n'est que partiellement remplie (six électrons), le niveau 5g est totalement vide. Dans la couche P, seuls les niveaux 6s et 6p sont complètement occupés. La couche Q ne contient que deux électrons au niveau 7s. La valence n'est donc que de deux pour l'atome libre.

À l'état métallique ou sous forme de composés, des transitions électroniques 5 → 6d, dont les niveaux d'énergie sont très voisins, permettent d'augmenter la valence.

Allotropie

À l'état solide, le plutonium existe sous six phases solides différentes :

a) Jusqu'à 110 0C, sa structure cristalline (phase α) est monoclinique (a = 0,618 3 nm ; b = 0,482 2 nm ; c = 1,096 3 nm ; β = 1010). Il se présente sous la forme d'agrégats de microcristaux aux contours très déchiquetés. Il est alors très dur.

b) À 110 0C, se produit la transition α → β, qui s'accompagne d'une augmentation de volume considérable (9,2 p. 100). La phase β est également monoclinique (a = 0,928 4 nm ; b = 1,046 3 nm ; c = 0,785 9 nm ; β = 92,130) ; en revanche, elle est superplastique (c'est-à-dire qu'elle peut subir sans rupture des taux d'allongement supérieurs à 100 p. 100).

c) La phase γ apparaît à  210 0C. Elle est orthorhombique à faces centrées (a = 0,315 9 nm ;  b = 0,576 8 nm ;  c = 1,016 2 nm).

d) À 312 0C, un nouveau changement de phase se produit (γ → δ). La phase δ est cubique à faces centrées (a = 0,463 7 nm). Son coefficient de dilatation est négatif. Ce fait exceptionnel peut s'interpréter par une promotion d'électrons de valence de la bande 5f à la bande 6d. Celle-ci, activée thermiquement, permet une réduc [...]

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Écrit par :

  • : chef honoraire de la section de métallurgie du plutonium et des actinides au Commissariat à l'énergie atomique
  • : ingénieur de l'École supérieure de physique et chimie industrielle de la Ville de Paris, assistant de directeur au Commissariat à l'énergie atomique, directeur de laboratoire au Centre de recherche de l'École centrale des arts et manufactures

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Pour citer l’article

Daniel CALAIS, André CHESNÉ, « PLUTONIUM », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 juillet 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/plutonium/