Trifluorure de plutonium

Le fluorure de plutonium(III) ou trifluorure de plutonium est le composé chimique constitué de plutonium et de fluor de formule PuF₃. Il se présente sous la forme d'un solide violet cristallisé dans le système trigonal selon le groupe d'espace P3c1 (n^o 165)[1]. Sa structure cristalline est celle du LaF₃[5].

Identification
Trifluorure de plutonium

__ Pu³⁺ __ F⁻ Structure cristalline du fluorure de plutonium(III)
Nom UICPA	trifluoroplutonium
Synonymes	fluorure de plutonium(III)
N^o CAS	13842-83-6
PubChem	139624
SMILES	F[Pu](F)F PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/3FH.Pu/h31H;/q;;;+3/p-3 Std. InChIKey :* DBYIUAMLRDFZJJ-UHFFFAOYSA-K
Apparence	solide cristallisé violet[1]
Propriétés chimiques
Formule	F₃PuPuF₃
Masse molaire[2]	301 g/mol F 18,94 %, Pu 81,08 %,
Propriétés physiques
T° fusion	1 396 °C[1]
T° ébullition	1 957 °C[1]
Solubilité	pratiquement insoluble dans l'eau[3]
Masse volumique	9,33 g/cm³[4]
Cristallographie
Système cristallin	trigonal[1]
Classe cristalline ou groupe d’espace	P3c1 (n^o 165) [1] trigonal Hermann-Mauguin : $P\ {\bar {3}}\ 2/c\ 1\,$ Hermann-Mauguin court : $P{\bar {3}}c1\,$ Schoenflies : $D_{3d}^{4}\,$
Paramètres de maille	a = 709,3 pm, c = 725,4 pm[1]
Précautions
Composé radioactif

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Synthèse

Le trifluorure de plutonium, très peu soluble, est produit par métathèse en solution aqueuse dans des conditions acides entre le nitrate de plutonium(III) Pu(NO₃)₃ et un sel de fluorure qui le précipite[6] :

Pu³⁺_(aq) + 3 F⁻_(aq) ⟶ PuF_{3 (s)}↓.

Le fluorure de plutonium(III) peut être également obtenu via l'oxalate de plutonium(IV) Pu(C₂O₄)₂ ou le dioxyde de plutonium PuO₂ avec de l'hydrogène H₂ et du fluorure d'hydrogène (HF) ou l'oxalate de plutonium(III) Pu₂(C₂O₄)₃ avec simplement du fluorure d'hydrogène[3] :

2 Pu(C₂O₄)₂ + H₂ + 6 HF ⟶ 2 PuF₃ + 2 CO + 2 CO₂ + 4 H₂O ;

2 PuO₂ + H₂ + 6 HF ⟶ 2 PuF₃ + 4 H₂O.

Pu₂(C₂O₄)₃ + 6 HF ⟶ 2 PuF₃ + 3 CO + 3 CO₂.

Utilisation

Une méthode de précipitation du fluorure de plutonium(III) a été étudiée comme alternative à la méthode au peroxyde de plutonium pour le traitement du combustible nucléaire usé[7]. Une étude de 1957 du Laboratoire national de Los Alamos signale une récupération moins efficace qu'avec la méthode traditionnelle[8] tandis qu'une étude plus récente soutenue par l'OSTI (en) conclut qu'il s'agit d'une des méthodes les plus efficaces[9]^,[10].

Le trifluorure de plutonium peut être utilisé dans la fabrication de l'alliage plutonium-gallium au lieu du plutonium pur, plus difficile à manipuler.

Notes et références

Manuel Gmelin de chimie minérale, Système n^o 71, Transuraniens, partie C, p. 101–104.
Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
(de) Georg Brauer, en collaboration avec Marianne Baudler, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, 3^e éd. révisée, vol. 2, Ferdinand Enke, Stuttgart, 1978, p. 1299. (ISBN 3-432-87813-3)
(en) David R. Lide, « Properties of the Elements and Inorganic Compounds », CRC Handbook of Chemistry and Physics, 90^e éd., CRC Press/Taylor and Francis, 2010, p. 4-81. (ISBN 978-1482287943)
(en) A. F. Wells, Structural Inorganic Chemistry, 5^e éd., Oxford Science Publications, 1984. (ISBN 0-19-855370-6)
(en) G. A. Burney et F. W. Tober, « Precipitation of Plutonium Trifluoride », Industrial & Engineering Chemistry, Process Design and Development, vol. 4, n^o 1,‎ janvier 1965, p. 28-32 (DOI 10.1021/i260013a009, lire en ligne)
(en) C. K. Gupta et T. K. Mukherjee, Hydrometallurgy in Extraction Processes, vol. 2, CRC Press, 1990 (ISBN 978-0-8493-6805-9, OCLC 21197603), p. 206-208.
(en) R. S. Winchester, Aqueous Decontamination of Plutonium from Fission Product Elements, Los Alamos, Nouveau-Mexique, Laboratoire national de Los Alamos, coll. « CIC-14 Report collection », septembre 1958 (lire en ligne), p. 9-10.
(en) L. L. Martella, M. T. Saba et G. K. Campbell, « Laboratory-scale evaluations of alternative plutonium precipitation methods », Rockwell International,‎ 8 février 1984 (DOI 10.2172/5318991, lire en ligne)
(en) K. F. Grebenkin, Yu. N. Zuev, L. N. Lokhtin, N. A. Novoselov, A. V. Panov, V. A. Simonenko, V. G. Subbotin, V. M. Berezkin, E. N. Zvonarev, O. I. Kozlov, V. I. Lobanov, V. P. Mashirev, V. V. Shatalov, A. D. Maksimov et D. Yu. Chuvilin, « Synthesis of plutonium trifluoride from weapons plutonium as a potential fuel for power reactors », Atomic Energy, vol. 83, n^o 2,‎ 1997, p. 614-621 (DOI 10.1007/BF02413891, lire en ligne)

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[Gmelin-1] Manuel Gmelin de chimie minérale, Système n^o 71, Transuraniens, partie C, p. 101–104.

[2] Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.

[3-432-87813-3-3] (de) Georg Brauer, en collaboration avec Marianne Baudler, Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie, 3^e éd. révisée, vol. 2, Ferdinand Enke, Stuttgart, 1978, p. 1299. (ISBN 3-432-87813-3)

[978-1482287943-4] (en) David R. Lide, « Properties of the Elements and Inorganic Compounds », CRC Handbook of Chemistry and Physics, 90^e éd., CRC Press/Taylor and Francis, 2010, p. 4-81. (ISBN 978-1482287943)

[0-19-855370-6-5] (en) A. F. Wells, Structural Inorganic Chemistry, 5^e éd., Oxford Science Publications, 1984. (ISBN 0-19-855370-6)

[10.1021/i260013a009-6] (en) G. A. Burney et F. W. Tober, « Precipitation of Plutonium Trifluoride », Industrial & Engineering Chemistry, Process Design and Development, vol. 4, n^o 1,‎ janvier 1965, p. 28-32 (DOI 10.1021/i260013a009, lire en ligne)

[978-0-8493-6805-9-7] (en) C. K. Gupta et T. K. Mukherjee, Hydrometallurgy in Extraction Processes, vol. 2, CRC Press, 1990 (ISBN 978-0-8493-6805-9, OCLC 21197603), p. 206-208.

[8] (en) R. S. Winchester, Aqueous Decontamination of Plutonium from Fission Product Elements, Los Alamos, Nouveau-Mexique, Laboratoire national de Los Alamos, coll. « CIC-14 Report collection », septembre 1958 (lire en ligne), p. 9-10.

[10.2172/5318991-9] (en) L. L. Martella, M. T. Saba et G. K. Campbell, « Laboratory-scale evaluations of alternative plutonium precipitation methods », Rockwell International,‎ 8 février 1984 (DOI 10.2172/5318991, lire en ligne)

[10.1007/BF02413891-10] (en) K. F. Grebenkin, Yu. N. Zuev, L. N. Lokhtin, N. A. Novoselov, A. V. Panov, V. A. Simonenko, V. G. Subbotin, V. M. Berezkin, E. N. Zvonarev, O. I. Kozlov, V. I. Lobanov, V. P. Mashirev, V. V. Shatalov, A. D. Maksimov et D. Yu. Chuvilin, « Synthesis of plutonium trifluoride from weapons plutonium as a potential fuel for power reactors », Atomic Energy, vol. 83, n^o 2,‎ 1997, p. 614-621 (DOI 10.1007/BF02413891, lire en ligne)