7.2: Actinoides

Los quince elementos desde el actinio, Ac, hasta el pirencium, Lr, se denominan actinoides (Tabla\(\PageIndex{2}\)). El símbolo general de estos elementos es An. Todos los elementos actinoides son radiactivos y muy venenosos. Los actinoides que existen en la naturaleza en cantidades considerables son torio, Th, protactinio, Pa y uranio, U, y torio y uranio en realidad están aislados de minerales y encuentran aplicación. El plutonio metálico, Pu, se produce en grandes cantidades en reactores nucleares y se está examinando su eficiencia económica como combustible para reactores nucleares convencionales y reactores de reproducción rápida, así como su seguridad. Como las cantidades aislables de los elementos después del americio, Am, son pequeñas y su radiactividad es muy alta, el estudio de sus propiedades químicas es muy limitado.

Tabla\(\PageIndex{2}\) Propiedades de los actinoides

Número atómico	Nombre	Símbolo	Configuración de electrones	Radio M ^3+ (pm)	Isótopo principal
89	Actinium	Ac	6d ^1 7s ^2	126	^227 Ac
90	Torio	Th	6d ^2 7s ^2		^227 Ac
91	Protactinio	Pa	5f ^2 6d ^1 7s ^2	118	^232 Th
92	Uranio	U	5f ^3 6d ^1 7s ^2	117	^235 U, ^238 U
93	Neptunio	Np	5f ^5 7s ^2	115	^237 Np
94	Plutonio	Pu	5f ^6 7s ^2	114	^238 Pu, ^239 Pu
95	Americio	Am	577s ^2	112	^241 Am, ^243 Am
96	Curio	Cm	5f ^7 6d ^1 7s ^2	111	^242 Cm, ^244 Cm
97	Berkelium	Bk	5f ^9 7s ^2	110	^249 Bk
98	Californium	Cf	5f ^10 7s ^2	109	^252 Cf
99	Einsteinium	Es	5f ^11 7s ^2
100	Fermio	Fm	5f ^12 7s ^2
101	Mendelevium	Md	5f ^13 7s ^2
102	Nobelium	No	5f ^14 7s ^2
103	Lawrencium	Lr	5f ^14 6d ^1 7s ^2

El proceso de desintegración radiactiva de elementos radiactivos en isótopos estables es de fundamental importancia en la química nuclear. Si la cantidad de un radionúclido que existe en un momento determinado es N, la cantidad de desintegración en tiempo unitario es proporcional a N. Por lo tanto, la radiactividad es

\[- \frac{dN}{dt} = \lambda N \qquad (\lambda\; \text{is disintegration constant})\]

integración de la ecuación conduce a

\[N = n_{0} e^{- \lambda t}\]

donde N ₀ es el número de átomos en tiempo cero y el tiempo durante el cual la radiactividad se convierte en la mitad de N ₀ es la semivida.

\[T = \frac{\ln 2}{\lambda} = \frac{0.69315}{\lambda}\]

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

¿Cómo cambia un nucleido con la desintegración y\(\beta^{−}\) desintegración α?

Contestar

Debido a que un núcleo atómico de átomo de helio, ⁴ He, es emitido por la\(\alpha\) desintegración de un nucleido, su número atómico Z se convierte en (Z-2) y su número de masa A cambia a (A-4). En\(\beta^{−}\) la desintegración, se emite un electrón y Z se convierte en un nucleido (Z + 1).

Aislamiento de tulio

El tulio es un elemento de tierras raras con menor abundancia excepto el prometio, y hubo notables dificultades para aislarlo como metal puro. P. T. Cleve descubrió el elemento en 1879, pero fue solo 1911 cuando se reportó el aislamiento del metal de pureza casi satisfactoria.

C. James de Estados Unidos probó muchos minerales y encontró que tres minerales, el isterspar, la euzenita y la columbita producidos en una isla del norte de Noruega, eran la mejor fuente. Para obtener un metal más puro de tulio, los cromatos de los metales mixtos de tierras raras obtenidos por el tratamiento de una gran cantidad de minerales por hidróxido de sodio, ácido clorhídrico, ácido oxálico y cromato de bario se recristalizaron repetidamente en agua y agua-alcohol. En esos días, la identificación de un elemento por espectroscopia ya era posible, y las recristalizaciones se repitieron 15 mil veces a lo largo de varios meses, demostrando que no fue posible obtener metal más puro.

Se pide a los químicos que repitan operaciones monótonas incluso ahora pero no es probable que aún exista paciencia de este tipo. Esto puede dificultar el avance de nuestra comprensión de la química de los elementos de tierras raras.

Si bien los actinoides son similares a los lantanoides en que sus electrones llenan los orbitales 5f en orden, sus propiedades químicas no son uniformes y cada elemento tiene propiedades características. La promoción de los electrones 5f - 6d no requiere una gran cantidad de energía y se conocen ejemplos de compuestos con ligandos\(\pi\) -ácidos en los que participan en la unión todos los orbitales 5f, 6d, 7s y 7p. Los compuestos trivalentes son los más comunes, pero otros estados de oxidación no son infrecuentes. Especialmente torio, protactinio, uranio y neptunio tienden a asumir el estado de oxidación +4 o superior. Debido a que su nivel de radiactividad es bajo, el torio y el uranio, que se encuentran como minerales, pueden manejarse legalmente en un laboratorio normal. Compuestos como Tho ₂, ThCl ₄, UO ₂, UCl ₃, UCl ₄, UCl ₆, UF ₆, etc. encuentran uso frecuente. Especialmente el hexafluoruro de uranio, UF ₆, es sublimable y adecuado para la difusión de gases y se somete a un proceso de centrífuga de gas para la separación de ²³⁵ U. El torio es un elemento oxofílico similar a los lantanoides.

problemas

7.1

¿Cuál es la razón de la separación relativamente fácil de cerio y europio entre los lantanoides, que eran difíciles de aislar?

7.2

Calcular la radiactividad después de un periodo de 10 veces más largo que la vida media de un material dado.