Plutonio

El plutonio es un elemento químico que se puede encontrar con el símbolo Pu y el número atómico 94 en la tabla periódica. Es un metal reactivo, transuránico, que se forma en reactores nucleares y pertenece a la serie de los actínidos. Se encuentra en fase intermedia entre el neptunio y el americio.

Se trata de un elemento que puede existir en varias formas debido a sus isótopos, lo que va a depender de cómo se generó el plutonio. El isótopo principal que ha sido de utilidad química es 239Pu, tiene una vida media de 24.100 años y es el que se emplea para fabricar armas nucleares.

Fue sintetizado por primera vez en 1940 en el laboratorio de la Universidad de Berkeley gracias a un equipo dirigido por Glenn T. Seaborg y Edwin McMillan. Fue el resultado del bombardeo de uranio con deuterio, siendo crucial en el proyecto Manhattan, ya que durante la Segunda Guerra Mundial sirvió para armas nucleares.

Características y propiedades

El plutonio, como la mayoría de los metales, tiene una apariencia plateada similar al níquel, pero se oxida al estar en contacto con el medioambiente. Puede tornarse de color gris opaco, verde oliva o amarillo.

A temperatura ambiente, este elemento se encuentra en su forma alfa, una estructura común, dura y quebradiza. Para ganar ductilidad y maleabilidad debe alearse con otros metales.

No es un buen conductor de calor y electricidad. Posee seis alótropos y un séptimo que se forma a altas temperaturas dentro de un rango de presión limitado. Estas modificaciones estructurales tienen energía similar, pero densidades y patrones de repetición variable.

Tiene unos veinte radioisótopos, con números másicos entre el 228 y el 247. Sin embargo, los más empleados en laboratorio son el 239 y el 241, ya que son fisibles y se emplean para reacciones nucleares en cadena. El 238 se usa como fuente de calor en aplicaciones especiales y en el diseño de marcapasos cardiacos.

La producción de isótopos de plutonio es costosa, por lo que se fabrican en reactores especializados.

Por su elevada toxicidad, el elemento y sus compuestos son manejados con técnicas especiales para evitar el contacto con el organismo. Su efecto letal es producido cuando se inhala o se ingiere.

Propiedades físicas

• Se puede encontrar en su estado ordinario como sólido, un elemento gris plateado que se oxida y vuelve opaco con la exposición al medioambiente.
• Tiene una densidad de, 19816 kg/m³ que aumenta en un 2,5 % al fundirse.
• El punto de fusión es de 912,5 K (639 °C) y el de ebullición es de 3505 K (3232 °C). Cerca de estos puntos tiene una elevada viscosidad y tensión superficial, en comparación con otros metales.
• La presión de vapor es de 10,00 Pa a 2.926 K, con una estructura cristalina monocíclica y una conductividad térmica de 6,74 W/(K·m).
• La resistividad, o resistencia eléctrica, del plutonio a temperatura ambiente es elevada para un metal, y se incrementa a temperaturas más bajas, lo que es poco frecuente en los metales.
• De los isótopos que posee, el 239 y el 241, son altamente fisible, es decir, que el núcleo atómico es capaz de romperse por la acción de un neutrón.

Propiedades químicas

• Atómicamente, posee un radio medio de 135 pm, una electronegatividad de 1,28 en la escala de Pauling, el radio atómico es de 159 pm y el radio covalente es de 187±1 pm. Los estados de oxidación son 6, 5, 4, 3 (óxido anfotérico).
• El plutonio muestra diversos estados de valencia en solución y en estado sólido.
• El elemento metálico es electropositivo. Se ha logrado preparar aleaciones de plutonio, las cuales se han caracterizado por tener un gran número de compuestos intermetálicos.
• Cabe destacar que es un metal muy reactivo, en el aire húmedo o argón se oxida rápidamente produciendo hidruros y óxidos. En caso de exposición a vapor de agua, forma una capa polvorienta.
• El compuesto más volátil conocido de este elemento es el hexafluoruro de plutonio y es un potente agente fluorante.
• Tiene una masa atómica de 244 u y la configuración electrónica es [Rn] 5f6 7s2.

Usos

La utilización del plutonio depende en gran manera del tipo de isótopo al que se le dé utilidad. Por ejemplo, el 239 es ampliamente usado para la fabricación de armas nucleares debido al tipo de reacciones que experimenta, su fácil fisión y disponibilidad. En este mismo sentido, se emplea como generador de energía para centrales nucleares.

A nivel industrial, se emplea para generar calor y alimentar generadores termoeléctricos, equipos que convierten el calor en electricidad. Esta tecnología se aplica a los marcapasos, sondas y vehículos espaciales. Para ello, se emplea el isótopo 238, que es menos perjudicial para la salud.

Dónde se encuentra

Después de su hallazgo, muchos científicos advirtieron que se puede encontrar plutonio 238, 239, 240 y 244 en trazas de forma natural. Por lo general, son productos de la descomposición natural de minerales con alta concentración de uranio.

Después de pasar por un efecto de desintegración beta, muestras muy pequeñas de plutonio han sido encontradas en yacimientos de uranio.

Sin embargo, debido a su larga vida media, se cree que la fuente principal de plutonio proviene de las pruebas nucleares llevadas a cabo en la atmósfera y que aún se encuentra en el ambiente.

Este elemento se desprende desde los laboratorios de investigación, sitios de desecho o de reactores nucleares. De esta manera, se deposita en la tierra, en el agua o el sedimento, experimentando un decaimiento radiactivo en el ambiente.

Obtención

El isótopo 239 de plutonio se genera bombardeando núcleos 238 de uranio con neutrones térmicos lento, es decir, como los que producen electricidad. A medida que se quema el combustible se fisiona el isótopo 239 Pu, aportando un 25 % de la energía.

Luego de su producción en reactores plutonígenos, se aísla para un proceso de enfriamiento y desintegración que permite separarlo de otros elementos. Las cantidades obtenidas son significativas.

Quién lo descubrió

El proceso de descubrimiento del plutonio empieza en el año 1934, cuando Enrico Fermi y un grupo de científicos de la Universidad de Roma presentaron un nuevo elemento conocido como hesperio. Este se había producido a partir de bario, kriptón y otros elementos.

Sin embargo, fue en diciembre de 1940 cuando se identifica en la Universidad de California el isótopo 238 Pu. Un grupo de científicos, dentro de los cuales estaban el Dr. Glenn T. Seaborg, J. W. Kennedy, Edwin M. McMillan y A. C. Wahl, bombardearon uranio con deuterio.

Desde ese momento, el elemento se sometió a investigación y se encontró que la química era muy similar a la del uranio. Una pequeña muestra fue aislada y medida, produciendo 50 mg de 239Pu, el cual, junto con el uranio y producto de la fisión, se aisló 1 mg.

Las investigaciones continuaron y durante la Segunda Guerra Mundial se aprobó el proyecto Manhattan, que era el encargado de crear una bomba atómica. La primera prueba fue denominada Trinity y fue detonada el 16 de julio de 1945 cerca de Alamogordo.

Un segundo ejemplar fue Fat Man, el cual fue lanzada el 9 de agosto de 1945 en Japón, con consecuencias mortales. De allí en adelante se han creado reservas de plutonio, las cuales han sido aplicadas a investigaciones en el área médica, creación de armas nucleares y en la generación de energía.

Referencias

1. Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades.-. PHS: Plutonio(Plutonium), de Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades. website:https://www.atsdr.cdc.gov/es/toxfaqs/es_tfacts143.html