三氯化鈽

三氯化鈽是一種化合物，化學式為PuCl3。它是鈽的唯一穩定固態氯化物，但四氯化鈽氣體是已知的。它有無水物和水合物形式，如六水合物PuCl3*6H2O。它用於鈽金屬的處理和熔鹽堆中。

三氯化鈽可以通過各種反應合成，當中有很多涉及其他鈽化合物的，比如草酸鈽(III)（Pu2(C2O4)3）、二氧化鈽（PuO2）和氫化鈽。這些反應也使用氯化氫（HCl）、六氯丙烯（C3Cl6）、光氣（COCl2）、四氯化碳（CCl4）、氯氣（Cl2）等的氯化劑。三氯化鈽的無水物和六水合物的結構是已知的。

## 合成

三氯化鈽有幾種合成方式。這些方法都涉及鈽或鈽化合物的氯化，當中有很多使用草酸鈽(III)。將草酸小心加入鈽(III)的酸性溶液，即可生成十水合草酸鈽(III)（Pu2(C2O4)3*10H2O）。

有研究人員建議合成三氯化鈽後，在密封石英管中通過升華提純它。

### 使用氯化氫

如果反應規模中等（1到10克），製成三氯化鈽的最佳方法是讓草酸鈽(III)與氯化氫（HCl）反應，如下：

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

如果有100克的鈽，可以讓氫化鈽與氯化氫在450 °C的流化床反應器中反應，然後將所生成的PuCl3在800 °C下熔化，再引入HCl，以去除氯氧化物。

三氯化鈽亦可由氯化氫的水溶液（鹽酸）製成。HCl溶液蒸發後，會形成六水合三氯化鈽（PuCl3*6H2O）的殘留物。在HCl的氣流中使其失水，便可生成無水物固體。

氯化氫也能腐蝕鈽金屬：

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

### 使用六氯丙烯

由於有毒氣體難以處理，六氯丙烯可代替更危險的化合物，用作氯化劑。有報告稱用草酸鈽(III)（Pu2(C2O4)3）生成鈽的產量較高。將Pu2(C2O4)3和C3Cl6共熱，即可製成三氯化鈽：

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

### 使用氯氣

讓鈽金屬和氯氣在300—500 °C之間下反應，再讓生成物在600—800 °C下升華，便可製備三氯化鈽。以碳為還原劑，用氯將二氧化鈽（PuO2）氯化，亦可生成三氯化鈽：

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

### 使用其他氯化劑氣體

二氧化鈽也可用光氣（COCl2）或四氯化碳氯化，生成分析純的PuCl3樣本。洛斯阿拉莫斯國家實驗室採用此方法。一個用光氣不斷生產PuCl3的方法如下：

讓六水合草酸鈽(IV)在鈽(IV)溶液中沉澱後，將其弄乾、煅燒，生成二氧化鈽（PuO2），然後在500 °C的管式爐中將PuO2和光氣共熱，每小時可生成250克的三氯化鈽。

### 使用氯化銨

讓鈽金屬和氯化銨在高溫下反應，可確保所得的三氯化鈽質量高。氯化銨會升華，生成氨和氯化氫，然後氯化氫與鈽金屬反應，生成PuCl3。總反應式如下：

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

## 性質

三氯化鈽的顏色取決於生產方式。三氯化鈽由六水合物失水而成時呈石藍色，若生產過程不涉及水則呈藍綠色或翠綠色。由氣態凝結而成的三氯化鈽呈翠綠色固體。它極易潮解，容易吸收空氣中的水分，從而生成幾種水合物，包括一水合物（PuCl3*H2O）、二水合物（PuCl3*2H2O）和六水合物（PuCl3*6H2O）。三氯化鈽生成哪個水合物，取決於空氣中水的分壓。

六水合三氯化鈽的熔點為94 °C，熔化時會同時釋出結晶水，形成溶液。在27 °C的真空中，六水合物會分解成一水合物，且加熱到400—520 °C後，會生成氯氧化鈽（PuOCl）。

三氯化鈽是鈽的唯一穩定固態二元氯化物，但鈽也有其他氣態氯化物。將三氯化鈽和氯共熱至高溫後，它們會生成揮發性較高的四氯化鈽。PuCl4凝結後會變回PuCl3。

2 PuCl3 + Cl2 2 PuCl4

三氯化鈽在約4.5 K以下時具反鐵磁性。

### 結構

PuCl3無水物的結構為六方晶系，與三氯化鈾（UCl3）相同。每個鈽原子被九個氯原子包圍，當中有六個氯原子形成三角稜柱形分子構型，其中Pu-Cl鍵長為2.886 Å。每個長方形面上還有一個氯原子形成側錐，其Pu-Cl鍵長為2.919 Å。因此，鈽原子的配合物結構為三冠三角稜柱分子構型。三角柱的三角形底互相連接，構成無限鏈。這個結構與三溴化鈽（PuBr3）和三碘化鈽（PuI3）類似，但三角柱的長方形面上的溴或碘原子離鈽原子太遠，無法成鍵。PuBr3中的Pu-Br鍵主要為共價鍵，但PuCl3中的Pu-Cl鍵主要為離子鍵。

PuCl3的晶體結構。藍色是鈽，綠色是氯。

六水合三氯化鈽的結構與GdCl3*6H2O類似。除了三氯化鑭和三氯化鈰以外，鑭系元素的氯化物都具這種結構。結構中每個鈽原子與六個水配體和兩個氯離子配體鍵合，形成PuCl2(H2O)6+單體。單體以氯離子之間的氫鍵互相連接。

三水合三氯化鈽（PuCl3*3H2O）的結構與三氯化釹（NdCl3*3H2O）相同。

## 用途

### 處理鈽金屬

三氯化鈽是鈽金屬生產中的重要中間體。鈽由四氟化鈽和二氧化鈽的還原反應生產時，可摻雜雜質，例如鈽-241可經過Β衰變，生成鋂。將帶雜質的鈽金屬放入氯化鎂、氯化鈉和氯化鉀的熔鹽混合物，可以去除鋂的雜質。鈽金屬會被氯化鎂氧化，生成三氯化鈽，而它又被鋂還原，形成鈽金屬。反應為：

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

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

Am + PuCl3 -> AmCl3 + Pu

鋂被氧化後，三氯化鋂和熔鹽混合物可以分離出來，留下一小塊鈽金屬。

### 熔鹽堆

三氯化鈽是熔鹽堆常用的核材料。熔鹽堆即是以溶有錒系元素的熔鹽（比如氯化鈉和三氯化鈽的混合物）為燃料的反應堆。因為氯化物熔點低，而且錒系元素在其的溶解度較高，所以熔鹽堆經常用含有它們（如三氯化鈽）的熔鹽。

## 處理和貯存

由於三氯化鈽極易潮解，它必須貯存於受控的乾燥環境。

## 基本資料

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- IUPACName：Plutonium(III) chloride
- IUPACNameZh：氯化鈽(III)
- 其他名稱：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：綠色固體
- 密度：5.71 g/cm3（固體）
- MeltingPtC：767
- BoilingPtC：1767
- OtherAnions：三氟化鈽、三溴化鈽、三碘化鈽
- OtherCations：氯化釤
- OtherFunction：四氯化鈽
- OtherFunction_label：plutonium chlorides