Elementos Quimicos. Elementos Alcalinos. QUÍM.

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Química

Grupo IA del sistema periódico (v. I) constituido por los e. litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs) y francio (Fr). Todos ellos tienen configuración electrónica más externa ns’ (V. ÁTOMO II).

Son metales blandos como la cera, que se pueden mecanizar, cortar e hilar fácilmente; recién cortados presentan color blanco grisáceo con brillo de plata. Expuestos al aire pierden rápidamente brillo por oxidación. Cristalizan en el sistema cúbico centrado.

A excepción del litio, que reacciona lentamente, los metales alcalinos reaccionan fácilmente con los halógenos y, en general, con los no metales. Con agua reaccionan de forma violenta para dar hidróxidos, desprendiendo hidrógeno. Todos reaccionan con disoluciones acuosas de ácidos formando sales (v.). Calentados en presencia de oxígeno o aire, el litio forma el óxido normal Li20; el sodio da el peróxido, Na202; y el potasio, rubidio y cesio, superóxido, K02, Rb02, CS02. Sólo el litio reacciona directamente con nitrógeno, carbono y silicio. Con algunos metales forman aleaciones (v.).

El litio, se diferencia en múltiples aspectos de los restantes metales alcalinos, y en sus propiedades presenta semejanza con el grupo de los metales alcalinotérreos, especialmente con el magnesio; así, el fosfato y el carbonato de litio, lo mismo que los de magnesio y a diferencia de los de los restantes metales alcalinos, son poco solubles. El francio es especial por ser un e. radiactivo. Los otros e. tienen grandes semejanzas entre sí; sus haluros, sulfatos y nitratos así como sus carbonatos y fosfatos son solubles en agua.

Por su gran capacidad de reacción no se encuentran libres en la naturaleza sino en forma de compuestos, en los que siempre presentan grado de oxidación uno positivo. Se obtienen por electrólisis (v.) de sus sales fundidas. Tanto en estado metálico como en forma de sales son de gran utilidad técnica.

BiBL..: F. A. COTTON y G. WLL-KLNSON, Química inorgánica avanzada, Barcelona 1969, 347; P. 1 y B. DURRANT, tntroduction to advanced inorganic Chemistry, Londres 1962, 399; M. CANNON SNEED y R. C. BRASTED, Comprehensive inorganic Chemistry, VI, Nueva York 1957.

1. R. MASAGUER FERNÁNDEZ.

V. ELEMENTOS ACTÍNIDOS. El grupo IIIA del sistema periódico comprende los e. escandio, ytrio, lantano y actinio. A partir de este último se inicia una serie que ha dado en llamarse serie de los actínidos en la que se incluyen los e. de número atómico 90 a 103 (torio, protactinio, uranio, neptunio, plutonio, americio, curio, berkelio, californio, einstenio, fermio, mendelevio, nobelio y lawrencio). Esta serie se considera en principio análoga a la de los lantánidos (v. VI), pero en sus configuraciones electrónicas existen ciertas variaciones.

Los nombres, símbolos y configuración electrónica externa de cada uno de estos e. son: Número Nombre Símbolo Configuración atómico89 Actinio Ac 6d7s2 90 Torio Th 6d27s2 91ProtactinioPa5f26d7s2 0 5f16d27s2 92 Uranio U 5f36d7s293 Neptunio Np 5f57s2 94 Plutonio Pu 5f67s2 95 Americio Am 5f77s2 96 Curio Cm 5f76d7s2 97BerkelioBk5f86d7s2 o 5f97s2 98 Californio Cf 5f1°7s2 99EinstenioEs5 f117s2 100 Fermio Fm 5f127s2 101 Mendelevio Md 5fl37s2 102 Nobelio No 5f147s2 103 Lawrencio Lw 5f146d7s2 En muchos aspectos, los cuatro primeros de esta serie no son propiamente elementos f. Son los e. más pesados de cuantos se encuentran en la naturaleza, y de hecho guardan analogías con los del 6° periodo de transición inmediatamente superiores (lantano, hafnio, tántalo y wolframio, respectivamente), por lo que se suelen situar en el sistema periódico (v. I) formando parte del 7° periodo de transición. No obstante, salvando esta anomalía de los e. actinio, torio, protactinio y uranio, los restantes forman una serie homogénea caracterizada porque todos tienen sus orbitales f iniciados e incompletos y poseen analogías con la serie lantánida. Así, muestran gran tendencia a formar compuestos en grado de oxidación tripositivo; al aumentar la carga nuclear surge una mayor atracción por los electrones y disminuye el volumen atómico (fenómeno similar a la contracción de los lantánidos). Esto se manifiesta en los radios atómicos y en los iónicos, que son casi iguales para todos los actínidos superiores, lo que origina el isomorfismo de sus compuestos, dificulta su separación y determina la ana. logía en su química.

Los e. actínidos son todos radiactivos y sólo se encuentran en cantidades apreciables en la naturaleza los primeros: actinio, torio, protactinio y uranio.

El actinio fue descubierto independientemente por Debierne y Giesel en 1899 y su nombre procede del griego actis o activos, que hace referencia a su radiactividad (v.). El isótopo 227 (Ac8y7) es un constituyente de todos los minerales de uranio como producto de la descomposición radiactiva del (U9’38) (que sólo representa un 0,71 % del uranio natural). Una tonelada de pechblenda pura contiene 0,15 mg. de actinio. Es difícil obtener actinio a partir de este estado en la naturaleza, ya que se encuentra acompañado por e. lantánidos de los que resulta costoso separarlo. Afortunadamente se obtiene en cantidad importante por transmutación del radio sometido a bombardeo intenso en la pila neutrónica según la reacción:Ra226 (n, y) Ra227Si AC227El torio, descubierto en 1828 por Berzelius (v.) en un mineral llamado torita procedente de Noruega, debe su nombre a Thor, el dios escandinavo de la guerra. Su principal presentación en la naturaleza es en la monacita (fosfato de lantánidos). Las monacitas contienen del 1 al 30% de dióxido de torio (Th02), destacando por su riqueza en torio los minerales de Brasil y de la India. Se obtiene como uno de los productos principales en la de lantánidos a partir de monacitas (v. vi). Se ha estimado que la abundancia media del torio en la corteza terrestre es sólo de 20 a 30 partes por millón. El torio natural se desintegra por emisión de partículas alfa, con un periodo de semidesintegración de 1,30.101° años.

El protactinio, descubierto en 1917 por O. Hahn y L. Meitner y casi al mismo tiempo por F. Soddy y J. A. Graneston, es un constituyente de todos los minerales de uranio (el isótopo 231 es un miembro de la cadena de desintegración del uranio 235). Su nombre se debe a que en la familia radiactiva es el progenitor del actinio. Se encuentra en la proporción de 0,25 partes por millón de uranio y su separación en estado puro es tediosa y difícil. Se ha producido artificialmente en cantidades del orden del gramo por bombardeo de Th23o con neutrones, reacción que se utiliza como fuente principal del protactinio:Th23v (n, y) Th231 á i Pa231.

El Pa231 es un emisor de partículas alfa y tiene una vida media de 3,43.104 años.

El uranio (v.), descubierto en la pechblenda por M. H. Klaproth en 1789, recibió su nombre en honor al descubrimiento del planeta Urano en 1781. Se encuentra ampliamente distribuido sobre la corteza terrestre, habiendo sido estimada su abundancia en 4.10-6 g. por g. de roca. Es, por tanto, un e. más abundante que algunos tan conocidos como el cadmio, el bismuto, el mercurio o la plata. Los minerales fundamentales del uranio son la pechblenda, U308 y la carnotita, K(U02)V04-2/31-120. En la naturaleza se encuentran tres isótopos del uranio (234, 235 y 238), siendo la abundancia relativa 0,0061, 0,71 y 99,28. Estos isótopos son todos emisores alfa y tienen vidas medias de 2,84.105, 7,13.108 y 4,49.109 años, respectivamente.

El uranio es el e. primero de una serie radiactiva cuyo último producto de descomposición es el plomo. Su larga vida media hace posible determinar la edad de la Tierra midiendo la cantidad de plomo en algunos yacimientos de pechblenda.

Su aplicación más importante es la producción de energía nuclear. Por bombardeo con neutrones, el uranio natural experimenta reacciones que pueden representarse porU235+n -> productos de fisión +energía+neutrones U238+n ~ U239.U239 á ) Np239i Pu239 El Pu239 es un e. fisionable, con lo que tanto el U238 como el producto resultante de la transmutación del isótopo 238 son combustibles útiles productores de inmensas cantidades de energía.

Los restantes e. a., llamados también transuránidos, se obtienen mediante transmutaciones nucleares. Los métodos de preparación de algunos de los isótopos más comunes de los e. comprendidos entre el neptunio y el californio son los siguientes:El e- IsótopoMétodo de preparaciónVida media memoNp237U23s(n,2n)U237 áNp23%,2,20 -106 añosNp 239 U’-3s(11, y)U239Np2392,33 díasPu239Np239 -1 Pu23924.360 años Am241Pu’’39(n, y)Pu24°(n, y)Pu241Am241 470 años r3.

Cm242Am241(n, y)Am242 -> Cm’242165.5 díasBk243Am241(a, 2n)Bk2434.6 horas Cf244Cm242(U, 2n)Cf24445 minutos Las reacciones nucleares indican: en primer lugar el e. sometido a transmutación con expresión mediante un índice en la parte superior derecha de su masa atómica (así U238 indica que se trata del isótopo 238 del uranio). Entre paréntesis se indica primero la partícula con que se bombardea el isótopo en cuestión (en el caso anterior n=neutrón) y después las partículas liberadas (2n=2 neutrones). Por último se consigna el isótopo del e. obtenido (en el ejemplo, el isótopo 237 del neptunio).

Del neptunio en adelante, las analogías con los correspondientes lantánidos son más acusadas.

El neptunio fue el primer e. sintético descubierto. Obtenido en 1940 por E. M. MacMillan y P.H. Abelson, su nombre obedece al convenio establecido al darle nombre al uranio. Constituyó el primer paso para la síntesis de e. más pesados. En muy pequeñas cantidades puede encontrarse en un yacimiento de uranio, pero la única fuente importante para su aislamiento son los subproductos de la reacción en cadena de las pilas nucleares.

El plutonio, segundo de los e. transuránidos preparados, se obtuvo en la Univ. de California en 1940. El isótopo preparado fue el 238 por G. T. Seaborg, E. M. McMillan, J. W. Kennedy y A. C. Wahl que siguieron en su denominación el convenio adoptado para designar el uranio y neptunio. El isótopo más importante, Pu239 lo prepararon J. W. Kennedy, G. T. Seaborg, E. Segré y A. C. Wahl, y su interés radica en ser fácilmente fisionable por neutrones lentos.

El americio fue descubierto en 1945 y tiene estructura electrónica similar al e. lantánido llamado europio, analogía a la que debe el nombre que le fue asignado. Sólo puede obtenerse por transmutaciones nucleares provocadas, sin que las cantidades en que pudiera presentarse en la naturaleza sean detectables. La analogía con el europio se revela en que forma compuestos fundamentalmente con grado de oxidación tripositivo. Esta es una característica que presentan ya todos los e. superiores al americio.

El curio, preparado por primera vez en 1944 por G. T. Seaborg, R. A. Janes y A. Ghiorso, debe su nombre también a su analogía con el e. lantánido gadolinio que contiene el mismo número de electrones f. El nombre de este último procede de J. Gadolin, investigador de las tierras raras, y el de curio de Pierre y Marie Curie (v.), famosos investigadores en el campo de la radiactividad natural. El isótopo más utilizado es el 242, obtenido por la reacción Am241(n, y)Am242> Cm242, Todos los isótopos del curio son emisores alfa.

El berkelio y el californio, descubiertos en 1949 y 1950 por S. G. Thompson, A. Ghiorso, G. T. Seaborg y por S. G. Thompson, K. Stract Ir, A. Ghiorso y G. T. Seaborg, respectivamente, reciben sus nombres en honor de la ciudad de Berkeley y del Estado y Univ. de California, donde fueron preparados por primera vez.

El isótopo del berkelio primeramente preparado fue el 243. El método seguido fue el bombardeo de miligramos de Am241 con iones helio acelerados en un ciclotrón (V. ACELERADORES DE PARTÍCULAS). Su vida media es de 4,6 h. El Cf244 que es un emisor alfa con vida media de 45 min., se obtuvo bombardeando con iones helio acelerados en el ciclotrón microgramos de Cm242.

El einstenio y el fermio fueron denominados así en honor de los físicos Einstein y Fermi; el lawrencio en honor de Lawrence, que ideó el ciclotrón; el mendelevio en el del creador de la Tabla periódica de e.; y el nobelio en el de Nobel. Todos estos e. son también de origen artificial, preparados en muy pequeñas cantidades, y de química todavía mal explorada, aunque análoga a la de los lantánidos más pesados.

V. t.: URANIO; RADIACTIVIDAD.

R. MASAGUER FERNÁNDEZ.

BIBL.: M. CANNON SNEED y OTROS, Comprehensive inorganic Cheinistry, I, Londres 1953; F. A. COTTON y G. WILKINSON, Quíinica inorgánica avanzada, Barcelona 1969, 870; P. 1. y B. DURRANT, Introduction to advanced inorganic Chemistry, Londres 1962, 1124. 1.