В ряду условий окружающей среды плутоний может встречаться в степенях окисления - +3, +4, +5 и +6. При окислительных условиях обычными формами являются Pu(IV), Pu(V), и Pu(VI), при восстановительных же – будут существовать Pu(III) и Pu(IV). Растворенный плутоний образует очень стабильные смешанные гидроксил-карбонатные комплексы – поэтому, его адсорбция и подвижность в высокой степени зависит от этих комплексных форм. В условиях низких значений рН и высоких концентраций растворенного органического углерода, по-видимому, комплексы плутоний-органический лиганд могут контролировать сорбцию и подвижность плутония.
Если плутоний присутствует в отдельной твердой фазе (в виде аморфного или частично кристаллического PuO2*H2O) или в виде твердого раствора, верхний предел его концентрации будет от 10-12 до 10-9 М.
Типичная концентрация плутония в грунтовых водах 10-15 М, что указывает на то, что адсорбция может служить основным механизмом, регулирующим подвижность этого металла.
На геологических материалах плутоний может сорбироваться с различным сродством – от очень высокого, до слабого (Kd варьирует от 11 до 300 000 мл/г). Плутоний в высоких степенях окисления сорбируется на поверхности оксида железа, при этом может восстанавливаться до плутония(4) железом(2), присутствующем в массе оксида железа.
Существуют два фактора, влияющих на судьбу сорбированного плутония при рН, характерных для окружающей среды, - концентрации растворенного карбоната и гидроксил-иона. Оба этих лиганда образуют очень прочные смешанные лигандные комплексы с плутонием, что приводит к его десорбции и увеличении подвижности в окружающей среде.
Плутоний происходит в процессе расщепления уранового топлива и используется в качестве ядерного оружия. Попадает в окружающую среду либо в процессах аварийных выбросов, либо из загрязненных в процессе обработки топлива или производством и взрывов ядерного оружия территорий.
Имеет плутоний 15 изотопов, однако только 4 из них имеют интерес, из-за их распространения и продолжительного времени полураспада: 238Pu [t½ = 86 л], 239Pu (t½ = 24,400 л), 240Pu (t½ = 6,580 л), 241Pu (t½ = 13.2 л).
В ряду условий окружающей среды плутоний может встречаться в степенях окисления - +3, +4, +5 и +6 (Allard и Rydberg, 1983). Окислительные состояния плутония зависят от рН, присутствия комплексообразователей и восстановителей, радиолиза и температуры (Choppin, 1983). Наблюдения указывают, что при очень низких концентрациях плутония и окислительных условиях реакция диспропорционирования1 не существенна (Cleveland, 1979). В восстановительных условиях форма Pu(III) будет доминирующей до рН 9,5, после которой доминантной формой становится Pu(IV). Однако, в окислительных условиях рН, больших 4, плутоний может существовать в состояниях +4, +5 и +6 (Keeney-Kennicutt и Morse, 1985). Многие исследователи полагают, что в окислительных условиях доминантной формой является +5 состояние (Aston, 1980; Bondietti и Trabalka, 1980; Nelson и Orlandini, 1979; Rai et al., 1980b).
Растворенный плутоний образует комплексы с различными неорганическими (гидроксил, карбонат, нитрат, сульфат, фосфат, хлорид, бромид, фторид), природными (ацетат, цитрат, формиат, фульват, гумат, лактат, оксалат, тартрат) и синтетическими (ЭДТА, 8-гидроксихинолин) органическими лигандами (Cleveland, 1979).
Плутоний(4) гидролизуется значительно активней других состояний плутония (Baes и Mesmer, 1976). Порядок гидролизуемости редокс сотояний плутония следующий (Choppin, 1983):
Pu(IV) > Pu(III) > Pu(VI) > Pu(V)
Гидролизованные формы плутония имеют до 4 координированных гидроксилов. Тенденция плутония в различных степенях окисления формировать комплексы зависит от ионного потнциала, определенного, как отношение (z/r), где z – формальный заряд, а r – ионный радиус.
Среди различных состояний плутония плутоний(6) имеет наиболее высокий ионный потенциал и, поэтому, формирует наиболее прочные комплексы с различными лигандами. Основываясь на константах равновесия, для различных реакций комплексообразования плутония, лиганды (хлорид, нитрат) образуют слабые комплексы ( от 1до 2), а фторид, фосфат, сульфат, цитрат и оксалат – сильные ( от 6 до 30).
Одними из наиболее прочных комплексов являются смешанные (например, Pu(OH)2(CO3)-] (Tait et al., 1995; Yamaguchi et al., 1994). Также растворенные органические вещества (гуматы и фульваты) могут образовывать прочные комплексы. Хотя в природе эти комплексы и их стабильность еще не достаточно хорошо охарактеризованы, они могут быть доминирующими при низких (от 5 до 6) рН (Allard и Rydberg, 1983).