プルトニウム
大部分のプルトニウムは、人工的に生成されたものであるが、天然においては、ごく微量のプルトニウムが、ウラン鉱石中に存在する。これは、U が中性子捕獲により U になり、その後2回のβ崩壊により Pu に変化するためである。この過程は原子炉におけるプルトニウムの生成と同じ反応である。その後は Pu → U → Th → Pa と崩壊していき、最終的にはPbになる。この発見は1952年のことで、結果、ウランに代わって地球上に天然に存在する最も原子番号の大きな元素となった(その前年にはネプツニウムが天然において発見された)。
Pu 239 ⟶ U 235 ⟶ Th 231 ⟶ Pa 231 ⟶ Pb 207 {\displaystyle {\ce {^{239}Pu -> ^{235}U -> ^{231}Th -> ^{231}Pa -> ^{207}Pb}}}
ウラン鉱石中にわずかに含まれていることが知られる以前は、完全な人工元素と考えられていた。超ウラン元素で、放射性元素である。プルトニウム239、プルトニウム241その他いくつかの同位体が存在している。半減期はプルトニウム239の場合約2万4000年(α崩壊による)。比重は19.8で、金属プルトニウムは、ニッケルに似た銀白色の光沢を持つ大変重い金属である(結晶構造は単斜晶)。融点は639.5 °C、沸点は3230 °C(沸点は若干異なる実験値あり)。硝酸や濃硫酸には酸化被膜ができ、溶けない。塩酸や希硫酸などには溶ける。原子価は+3〜+6価(+4価が最も安定)。金属プルトニウムは、特に粉末状態において自然発火することがある。塊の状態でも、湿気を含む大気中では自然発火することがあり、火災の原因となる。プルトニウムとその化合物の化学的な毒性は、他の一般的な重金属と同程度である。またプルトニウムは放射性崩壊によってα線を放出するため、ヒトを含む動物の体内、特に肺に蓄積されると強い発癌性を示すとされている。
プルトニウムは酸素と容易に反応し、PuO, PuO2 となる。いったん高温で焼き締めた PuO2 は硝酸にも難溶となるが、フッ化水素酸を加えると溶ける。また、その中間の酸化物も生成する。また、ハロゲンとも反応し、PuX3 の形の化合物を作る。PuF4 および PuF6 も見られる。PuOCl, PuOBr および PuOI のようなハロゲン化酸化物も確認されている。
炭素と反応して PuC、窒素と反応して PuN、またケイ素と反応して PuSi2 を形成する。プルトニウムは他のアクチノイド元素と同様、酸化プルトニウム(IV) PuO2 を形成するが、自然環境中では炭酸など酸素を含むイオン(OH, NO2, NO3, SO4)と電荷のある錯体を作る。 こうしてできた錯体は土との親和性が低く、容易に移動する:
PuO 2 ( CO 3 ) 2 − {\displaystyle {\ce {PuO2(CO3)^2-}}}
PuO 2 ( CO 3 ) 2 4 − {\displaystyle {\ce {PuO2(CO3)2^4-}}}
PuO 2 ( CO 3 ) 3 6 − {\displaystyle {\ce {PuO2(CO3)3^6-}}}
強い硝酸酸性溶液を中和して作った PuO2 は、錯体にならない PuO2 重合体を生成しやすい。プルトニウムはまた価数が+3〜+6価の間で変化しやすい。ある溶液のなかでこれら全ての価数で平衡して存在することも珍しくない。