三氯化钚

三氯化钚是一种化合物，化学式为PuCl3。它是钚的唯一稳定固态氯化物，但四氯化钚气体是已知的。它有无水物和水合物形式，如六水合物PuCl3*6H2O。它用于钚金属的处理和熔盐堆中。

三氯化钚可以通过各种反应合成，当中有很多涉及其他钚化合物的，比如草酸钚(III)（Pu2(C2O4)3）、二氧化钚（PuO2）和氢化钚。这些反应也使用氯化氢（HCl）、六氯丙烯（C3Cl6）、光气（COCl2）、四氯化碳（CCl4）、氯气（Cl2）等的氯化剂。三氯化钚的无水物和六水合物的结构是已知的。

## 合成

三氯化钚有几种合成方式。这些方法都涉及钚或钚化合物的氯化，当中有很多使用草酸钚(III)。将草酸小心加入钚(III)的酸性溶液，即可生成十水合草酸钚(III)（Pu2(C2O4)3*10H2O）。

有研究人员建议合成三氯化钚后，在密封石英管中通过升华提纯它。

### 使用氯化氢

如果反应规模中等（1到10克），制成三氯化钚的最佳方法是让草酸钚(III)与氯化氢（HCl）反应，如下：

Pu2(C2O4)3*10H2O + 6 HCl -> 2 PuCl3 + 3 CO2 + 3 CO + 13 H2O

如果有100克的钚，可以让氢化钚与氯化氢在450 °C的流化床反应器中反应，然后将所生成的PuCl3在800 °C下熔化，再引入HCl，以去除氯氧化物。

三氯化钚亦可由氯化氢的水溶液（盐酸）制成。HCl溶液蒸发后，会形成六水合三氯化钚（PuCl3*6H2O）的残留物。在HCl的气流中使其失水，便可生成无水物固体。

氯化氢也能腐蚀钚金属：

2 Pu + 6 HCl -> 2 PuCl3 + 3 H2

### 使用六氯丙烯

由于有毒气体难以处理，六氯丙烯可代替更危险的化合物，用作氯化剂。有报告称用草酸钚(III)（Pu2(C2O4)3）生成钚的产量较高。将Pu2(C2O4)3和C3Cl6共热，即可制成三氯化钚：

Pu2(C2O4)3*10H2O + 3 C3Cl6 -> 2 PuCl3 + 3 C3Cl4O + 3 CO2 + 3 CO + 10 H2O

### 使用氯气

让钚金属和氯气在300—500 °C之间下反应，再让生成物在600—800 °C下升华，便可制备三氯化钚。以碳为还原剂，用氯将二氧化钚（PuO2）氯化，亦可生成三氯化钚：

2 PuO2 + 3 C + 3 Cl2 -> 2 PuCl3 + 2 CO + CO2

### 使用其他氯化剂气体

二氧化钚也可用光气（COCl2）或四氯化碳氯化，生成分析纯的PuCl3样本。洛斯阿拉莫斯国家实验室采用此方法。一个用光气不断生产PuCl3的方法如下：

让六水合草酸钚(IV)在钚(IV)溶液中沉淀后，将其弄干、煅烧，生成二氧化钚（PuO2），然后在500 °C的管式炉中将PuO2和光气共热，每小时可生成250克的三氯化钚。

### 使用氯化铵

让钚金属和氯化铵在高温下反应，可确保所得的三氯化钚质量高。氯化铵会升华，生成氨和氯化氢，然后氯化氢与钚金属反应，生成PuCl3。总反应式如下：

2 Pu + 6 NH4Cl -> 2 PuCl3 + 6 NH3 + 3 H2

## 性质

三氯化钚的颜色取决于生产方式。三氯化钚由六水合物失水而成时呈石蓝色，若生产过程不涉及水则呈蓝绿色或翠绿色。由气态凝结而成的三氯化钚呈翠绿色固体。它极易潮解，容易吸收空气中的水分，从而生成几种水合物，包括一水合物（PuCl3*H2O）、二水合物（PuCl3*2H2O）和六水合物（PuCl3*6H2O）。三氯化钚生成哪个水合物，取决于空气中水的分压。

六水合三氯化钚的熔点为94 °C，熔化时会同时释出结晶水，形成溶液。在27 °C的真空中，六水合物会分解成一水合物，且加热到400—520 °C后，会生成氯氧化钚（PuOCl）。

三氯化钚是钚的唯一稳定固态二元氯化物，但钚也有其他气态氯化物。将三氯化钚和氯共热至高温后，它们会生成挥发性较高的四氯化钚。PuCl4凝结后会变回PuCl3。

2 PuCl3 + Cl2 2 PuCl4

三氯化钚在约4.5 K以下时具反铁磁性。

### 结构

PuCl3无水物的结构为六方晶系，与三氯化铀（UCl3）相同。每个钚原子被九个氯原子包围，当中有六个氯原子形成三角棱柱形分子构型，其中Pu-Cl键长为2.886 Å。每个长方形面上还有一个氯原子形成侧锥，其Pu-Cl键长为2.919 Å。因此，钚原子的配合物结构为三冠三角棱柱分子构型。三角柱的三角形底互相连接，构成无限链。这个结构与三溴化钚（PuBr3）和三碘化钚（PuI3）类似，但三角柱的长方形面上的溴或碘原子离钚原子太远，无法成键。PuBr3中的Pu-Br键主要为共价键，但PuCl3中的Pu-Cl键主要为离子键。

PuCl3的晶体结构。蓝色是钚，绿色是氯。

六水合三氯化钚的结构与GdCl3*6H2O类似。除了三氯化镧和三氯化铈以外，镧系元素的氯化物都具这种结构。结构中每个钚原子与六个水配体和两个氯离子配体键合，形成PuCl2(H2O)6+单体。单体以氯离子之间的氢键互相连接。

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三水合三氯化钚（PuCl3*3H2O）的结构与三氯化钕（NdCl3*3H2O）相同。

## 用途

### 处理钚金属

三氯化钚是钚金属生产中的重要中间体。钚由四氟化钚和二氧化钚的还原反应生产时，可掺杂杂质，例如钚-241可经过Β衰变，生成镅。将带杂质的钚金属放入氯化镁、氯化钠和氯化钾的熔盐混合物，可以去除镅的杂质。钚金属会被氯化镁氧化，生成三氯化钚，而它又被镅还原，形成钚金属。反应为：

2 Am + 3 MgCl2 -> 2 AmCl3 + 3 Mg

2 Pu + 3 MgCl2 -> 2 PuCl3 + 3 Mg

Am + PuCl3 -> AmCl3 + Pu

镅被氧化后，三氯化镅和熔盐混合物可以分离出来，留下一小块钚金属。

### 熔盐堆

三氯化钚是熔盐堆常用的核材料。熔盐堆即是以溶有锕系元素的熔盐（比如氯化钠和三氯化钚的混合物）为燃料的反应堆。因为氯化物熔点低，而且锕系元素在其的溶解度较高，所以熔盐堆经常用含有它们（如三氯化钚）的熔盐。

## 处理和贮存

由于三氯化钚极易潮解，它必须贮存于受控的干燥环境。

## 基本资料

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- IUPACName：Plutonium(III) chloride
- IUPACNameZh：氯化钚(III)
- 其他名称：Plutonium trichloride
- ChemSpiderID：14483818
- InChI：1S/3ClH.Pu/h3*1H;/q;+3/p-3
- InChIKey：CYMMZQWRMUVJRR-DFZHHIFOAR
- StdInChI：1S/3ClH.Pu/h3*1H;/q;+3/p-3
- StdInChIKey：CYMMZQWRMUVJRR-UHFFFAOYSA-K
- InChIKey1：CYMMZQWRMUVJRR-UHFFFAOYSA-K
- CASNo：13569-62-5
- PubChem：19902959
- 3D模型（JSmol）：Pu+3.Cl-.Cl-.Cl-
- Pu：1
- 氯化物（Cl−）：3
- MolarMass：350.322 g/mol
- 外貌：绿色固体
- 密度：5.71 g/cm3（固体）
- MeltingPtC：767
- BoilingPtC：1767
- OtherAnions：三氟化钚、三溴化钚、三碘化钚
- OtherCations：氯化钐
- OtherFunction：四氯化钚
- OtherFunction_label：plutonium chlorides