Plutonio
El plutonio es un elemento químico que se clasifica como un metal actínido. Fue descubierto en 1940 por Glenn Seaborg, Edwin McMillan, Joseph Kennedy y Arthur Wahl.
Descubrimiento del plutonio
El plutonio fue producido por primera vez en 1940 por Glenn Seaborg, Edwin McMillan, Joseph Kennedy y Arthur Wahl. Fue el segundo elemento transuránico sintético de la serie de actínidos que se descubrió.
El plutonio-238 (vida media de 87,7 años) se produjo mediante el bombardeo con deuterón del uranio-238 en el ciclotrón de 60 pulgadas en Berkeley, California.
El equipo de Berkeley hizo neptunio-238 (vida media de 2,1 días) que se descompuso en plutonio-238:
238 U + 2 H ⇒ 238 Np +2n
ß decaimiento: 238 Np ⇒ 238 Pu
El nuevo elemento fue identificado químicamente.
Posteriormente, el metal se encontró naturalmente en cantidades diminutas como producto de descomposición en minerales de uranio.
El isótopo plutonio-239 de vida mucho más larga (vida media 24 110 años) se fabricó por primera vez en 1941. El uranio-238 se bombardeó con neutrones para producir uranio-239, cuya beta se descompuso en neptunio-239, que a su vez se descompuso beta en plutonio- 239.
En el mismo año se descubrió que los neutrones lentos provocan la fisión del plutonio-239. La fisión libera más neutrones, por lo que puede resultar en una reacción nuclear en cadena.
Este descubrimiento conduciría al uso del plutonio como fuente de energía nuclear.
Un microgramo de compuesto de plutonio-239 puro (yodato de plutonio IV) fue aislado en 1942 por Burris Cunningham y Louis Werner en el Laboratorio Metalúrgico de la Universidad de Chicago.
Esta fue la primera vez que se hizo un compuesto de un elemento producido artificialmente en una cantidad visible, lo que permitió estudios detallados de sus propiedades.
El metal se aisló por primera vez en 1943 mediante la reducción de trifluoruro de plutonio con litio. Se produjeron unos pocos glóbulos pequeños de metal plateado que pesaban entre 1 y 3 microgramos cada uno.
El elemento lleva el nombre del planeta Plutón, continuando con el tema iniciado por Martin Klaproth cuando nombró al uranio por el planeta Urano.
Apariencia y Características
Efectos nocivos:
El plutonio es nocivo debido a su radiactividad.
El plutonio y sus compuestos también son tóxicos. Se acumula en los huesos y el hígado, donde puede permanecer durante un largo período de tiempo.
Características:
- Es un metal radiactivo plateado que se empaña en el aire para dar una capa de óxido amarillo.
- Tiene seis formas alotrópicas, que varían ampliamente en estructura cristalina y densidad.
- El metal es químicamente reactivo, formando compuestos con carbono , nitrógeno y silicio y los halógenos.
- El plutonio tiene cinco estados de oxidación (+3 a +7). Estos producen diferentes colores en solución. Por ejemplo, en perclorato 1 M:
- III: Pu3+ (azul lavanda)
- IV: Pu4+ (amarillo marrón)
- V: PuO2+ (rosa) (en perclorato de sodio)
- VI: PuO22+ (amarillo)
- VII: PuO52+ (verde oliva) (en hidróxido de sodio).
- Si tocaras una pequeña pieza de metal de plutonio (¡por favor, no lo hagas!), se sentiría caliente debido a la energía liberada por la desintegración alfa. Una pieza más grande del metal podría hervir agua.
Usos del plutonio
- El plutonio-239, que puede sufrir reacciones nucleares en cadena, se utiliza en bombas nucleares y reactores nucleares.
- El plutonio-238 se utiliza como fuente de calor y energía de larga duración para sondas espaciales. (Su salida de calor intrínseco es de aproximadamente 0,5 vatios por gramo). Las sondas espaciales Pioneer y Voyager utilizaron baterías nucleares de plutonio-238 como fuente de energía.
- Se utilizaron tres unidades de calentadores de radioisótopos (cada una con 2,7 gramos de dióxido de plutonio-238) como fuentes de calor en el módulo de aterrizaje del robot Pathfinder Mars. Cada unidad calefactora de radioisótopos produce alrededor de un vatio de calor.
- Las primeras baterías de marcapasos también usaban pequeñas cantidades de plutonio-238.
- Durante su primera vida media de 87,7 años, el plutonio producirá alrededor de 4800 gigajulios de energía. Para generar la misma energía utilizando gas natural (principalmente metano), el rover de Marte necesitaría transportar alrededor de 86 toneladas métricas de metano y 345 toneladas métricas de oxígeno.
Abundancia e isótopos
- Abundancia en la corteza terrestre: insignificante
- Abundancia en el sistema solar: desconocido
- Coste de producción puro: 4000€ por gramo
- Fuente: Se encuentra naturalmente en cantidades diminutas en los minerales de uranio. Comercialmente se produce en grandes cantidades en reactores nucleares a partir de 238U.
- Isótopos: Tiene 17 cuyas vidas medias son conocidas, con números de masa de 227 a 248. Ninguno es estable. Sus isótopos más longevos son 244Pu, con una vida media de 80,8 millones de años, 242Pu con una vida media de 373.300 años y 239Pu con una vida media de 24.110 años.
| Símbolo | Pu |
| Número atómico | 94 |
| Valencia | +6, +5, +4, +3 |
| Peso atómico | 244 |
| Punto de ebullición (ºC) | 3232 |
| Punto de fusión (ºC) | 639 |
| Densidad (Kg/m3) | 19816 |
| Estructura atómica | [Rn] 5f4 6d1 7s2 |
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