Diferència entre revisions de la pàgina «Actinoide»

506 bytes afegits ,  fa 1 mes
Figures
(Correccions)
(Figures)
[[Fitxer:Kernspaltung.svg|miniatura|Una possible fissió de l'urani 235.]]
Les [[Reacció nuclear|reaccions nuclears]] més importants, però, impliquen la captura de [[Neutró|neutrons]] per un nucli actinoide, seguida de la divisió o [[Fissió nuclear|fissió]] d’aquest nucli en dues parts desiguals, amb l’alliberament d’enormes quantitats d’energia més dos o més neutrons addicionals. Els [[Reactor nuclear|reactors nuclears]] i les [[Arma nuclear|bombes atòmiques]] depenen de la [[reacció en cadena]] creada per aquest procés: els neutrons resultants reaccionen encara més, induint més reaccions de fissió, que produeixen més neutrons, que condueixen a reaccions de fissió encara més grans, amb el resultat que, sense control, gran quantitat d'energia s'allibera molt ràpidament. Un gram de carbó cremat produeix menys de 10&nbsp;000 calories de calor. La fissió d’un gram d’[[urani 235]] produeix 2 × 10<sup>10</sup> calories, és a dir, aproximadament dos milions de vegades més energia. Amb un control adequat, l'energia es pot alliberar de forma útil per produir electricitat.
[[Fitxer:UO2 Pellet.jpg|miniatura|Cilindres d'òxid d'urani(IV) emprats als reactors nuclears.]]
 
L’actinoide més important, amb diferència, per la seva fisibilitat, és l’urani, que té diversos isòtops. L'urani natural consisteix principalment en [[urani 238]], un isòtop no fissible. L’isòtop fissible és l'urani 235, que es produeix només en set dècimes de l’1 per cent. Els mètodes que separen els isòtops en virtut de les seves masses lleugerament diferents s’utilitzen per enriquir l’urani natural respecte a l’urani 235. L'[[òxid d'urani(IV)]] UO<sub>2</sub> és ara el combustible de gairebé tots els reactors nuclears.
 
=== Propietats químiques ===
==== Configuració electrònica ====
A la sèrie actinoide, igual que als lantanoides, els electrons afegits (amb un nombre atòmic creixent) entren en orbitals interns, on estan parcialment enterratssubmergits i, per tant, no són químicament actius. Aquestes dues sèries es produeixen al [[grup 3 de la taula periòdica]]; com que els electrons externs o [[Electró de valència|de valència]] d’aquests elements són moltsempre els mateixos, les propietats químiques dels elements de les dues sèries tendeixen a semblar-se molt. Se sap molt sobre els lantanoides, tots menys un que es donen a la natura com a isòtops estables. Per tant, les prediccions sobre la química dels actinoides, alguns dels quals només es poden preparar en quantitats mínimes, es poden fer amb cert èxit comparant les seves estructures electròniques amb les dels lantanoides. A la sèrie d'elements lantanoides, tal com s'ha indicat anteriorment, cada electró afegit entra a l'orbital ''f'' de la quarta capa; això és ''4f''. En els elements actinoides, els electrons afegits també entren en un orbital ''f'', de manera similar, però en el cas de la cinquena capa. Els electrons amb nombres quàntics més grans generalment estan més allunyats del nucli que els que tenen nombres quàntics més petits i, per tant, solen estar-hi menys fortament. Com era d’esperar, doncs, els electrons dels orbitals ''5f'', estant més allunyats del nucli, estan molt menys units que els dels orbitals ''4f'' i, de fet, de vegades són prou actius com per participar en [[ReaccióConfiguració químicaelectrònica|reaccionsconfiguracions químiqueselectròniques]]. Elamb resultatles és que els actinoides, en els quals s’omplen els orbitals ''5f'', tenen més valències variables (nombre d’electrons disponibles per a enllaços químics) que elsdels lantanoides, en què s’omplen els orbitals 4f.
 
A la sèrie d'elements lantanoides cada electró afegit entra a l'orbital ''f'' de la quarta capa; això és ''4f''. En els elements actinoides, els electrons afegits també entren en un orbital ''f'', de manera similar, però en el cas del cinquè nivell, els ''5f''. Els electrons amb nombres quàntics més grans generalment estan més allunyats del nucli que els que tenen nombres quàntics més petits i, per tant, solen estar-hi menys fortament. Com era d’esperar, doncs, els electrons dels orbitals ''5f'', estant més allunyats del nucli, estan molt menys units que els dels orbitals ''4f'' i, de fet, de vegades són prou actius com per participar en [[Reacció química|reaccions químiques]]. El resultat és que els actinoides, en els quals s’omplen els orbitals ''5f'', tenen més valències variables (nombre d’electrons disponibles per a enllaços químics) que els lantanoides, en què s’omplen els orbitals ''4f''.
 
==== Metalls actinoides ====
[[Fitxer:Americium microscope.jpg|miniatura|Americi observat amb microscopi.]]
Les similituds entre molts compostos lantanoides i actinoides són sorprenents i ofereixen una comparació útil. En certes condicions, per exemple, l'[[actini]], [[americi]], [[curi]], [[berkeli]] i [[californi]] tenen la mateixa estructura cristal·lina, igual que molts dels lantanoides. L'einsteini, l’element actinoide més pesant amb isòtops prou estables per al treball químic a escala macroscòpica, té la mateixa estructura que el lantanoide [[europi]]. Diversos dels actinoides més lleugers des del [[tori]] fins al [[plutoni]] tenen estructures metàl·liques diferents i inusuals, presumiblement a causa de la barreja d’orbitals ''5f'' i ''6d'' en els seus àtoms, alguns electrons se situen primer en orbitals ''6d'' abans que en els orbitals ''5f'' esperats.
 
== Aplicacions ==
La importància pràctica més comuna dels actinoides sorgeix de la fissibilitat, o potencial de divisió, dels nuclis de certs dels seus isòtops. Quan un nucli atòmic es trenca o sofreix una fissió, s’allibera un procés molt més disruptiu que la desintegració radioactiva ordinària, i s’alliberen enormes quantitats d’energia, així com diversos neutrons. Aquesta energia pot generar una explosió atòmica o es pot controlar i utilitzar com a combustible per generar calor per a la producció d'energia elèctrica. Els processos nuclears per a la producció d’energia no desprenen fum, fum, gasos nocius, ni tan sols diòxid de carboni, com fan les centrals convencionals de carbó o gas. Les centrals nuclears, però, produeixen calor residual que es pot considerar contaminació tèrmica i també produeixen residus radioactius inútils i perillosos que, tot i que són contaminants, poden ser menys indesitjables que els dels generadors de combustibles fòssils. Per aquesta i altres raons, com l’economia de funcionament, hi ha un potencial per a una enorme producció d’energia elèctrica inherent a les tecnologies de generació d’energia nuclear i, atès que els elements actinoides són els únics materials fisibles coneguts.
[[Fitxer:Thorium reactor ORNL.jpg|miniatura|Disseny experimental d'un reactor nuclear de tori.]]
 
* '''Tori'''. El [[Isòtops del tori|tori 232]] es pot utilitzar com a combustible en un [[reactor nuclear]] adient, ja que no és fissionable ell mateix, sinó que absorbeix neutrons lents per a produir urani 233, que sí és fissionable, i redueix la producció de residus nuclears. Quan l’isòtop tori 232 és bombardejat per neutrons, capta un neutró i es converteix en tori 233. Aquest isòtop decau per emissió beta al protactini 233, que torna a emetre una partícula beta per donar urani 233, un isòtop fissible de l’urani. Atès que l’urani és un element relativament escàs, s’espera que el desenvolupament de l’energia nuclear a gran escala esgoti ràpidament l’urani que es pot produir econòmicament. L'ús del tori podria, per tant, ampliar el subministrament de material fissible en aproximadament tres vegades. El recobriment amb tori dels elèctrodes de tungstè millora l'emissió d'electrons en els càtodes calents de certes làmpades. El tori s'afegeix a aliatges de magnesi usats en els motors de les aeronaus per a augmentar-ne la resistència a les altes temperatures (l'òxid de tori fon a 3&nbsp;300 °C). En el mètode de soldadura elèctrica TIG (Tungsten Inert Gas) per a aliatges d'alumini, magnesi i acer inoxidable s'usen elèctrodes de tungstè amb una petita quantitat d'[[òxid de tori]] (2 %), que augmenta el corrent i la duració de l'elèctrode i facilita la formació i l'estabilitat de l'arc. L'òxid de tori s'afegeix al vidre que s'utilitza per a fabricar lents d'alta qualitat en càmeres i instruments científics, ja que n'augmenta l'índex de refracció i disminueix la dispersió. També s'utilitza com a [[catalitzador]] en la conversió d'[[amoníac]] a [[àcid nítric]], en la [[refinació del petroli]] i en la producció d'[[àcid sulfúric]].<ref name=":072">{{Ref-llibre|títol=Elements i recursos minerals: aplicacions i reciclatge|url=http://worldcat.org/oclc/1120317169|isbn=978-84-9880-666-3|cognom=Sanz Balagué|nom=J.|edició=3a|data=2017|editorial=Iniciativa Digital Politècnica|cognom2=Tomasa Guix|nom2=O.}}</ref>
[[Fitxer:RIAN archive 132603 Nuclear power reactor fuel assembly.jpg|miniatura]]
 
* '''Urani'''. La principal aplicació de l'[[urani enriquit]] (amb un contingut d'urani-235 d'entre el 3 % i el 10 %) és la d'actuar com a [[combustible nuclear]] per a generar [[energia elèctrica]]. Un quilogram d'[[urani 235]] pot produir 80 terajoules d'energia, tanta com 3 000 tones de [[carbó]]. L'urani enriquit amb un contingut d'urani 235 d'entre el 20 % i el 90 % s'utilitza bàsicament per a fabricar [[Arma nuclear|armes nuclears]] i capçals nuclears. També com a propulsor dels [[Submarí nuclear|submarins nuclears]]. L'[[urani empobrit]], amb un contingut d'urani 235 de prop del 0,7 %, de radioactivitat molt baixa, s'usa principalment en la fabricació de projectils antiblindatge, ja que quan impacta perfora, s’inflama i esclata en l’interior del vehicle blindat. A més, s'usa per a fabricar blindatges de [[Tanc|carros de combat]]. L'urani empobrit, gràcies a la seva alta densitat, és un material adequat per al blindatge enfront de [[Radiació gamma|radiacions gamma]]; per això s'utilitza per a fabricar contenidors per a emmagatzemar i transportar materials radioactius. També s'utilitza com a recipient protector de les fonts radioactives usades en el tractament de càncers i en la fabricació dels col·limadors dels capçals de certs acceleradors lineals.<ref name=":072" />
[[Fitxer:Mark VI USAFM.jpg|miniatura|Bomba nuclear Mark VI dels Estats Units produïda en la dècada dels 50 amb plutoni.]]
 
* '''Plutoni'''. Els isòtops de plutoni fissibles es formen com a subproductes de fissió en reactors que utilitzen urani; quan s’afegeixen neutrons a l’[[urani 238]], que per si mateix no és fissible, es converteix en l’isòtop fisionable [[plutoni 239]]. El plutoni-239 es pot utilitzar en lloc de l’urani 235 en armes atòmiques o en reactors. L'ús del plutoni podria ampliar el subministrament de material fissible en aproximadament dues vegades. El plutoni 238 en desintegrar-se produeix 0,57 watts per gram i té una semivida molt més llarga de 87,74 anys. Les fonts d'energia de plutoni 238 s'han plantat a la Lluna i s'han utilitzat en missions espacials als planetes exteriors per proporcionar energia elèctrica per transmetre missatges a la Terra. El plutonium 238 també s'emprà com a font d’energia per als marcapassos als anys 70, abans que les bateries químiques d’alta eficiència estiguessin disponibles.
 
23.555

modificacions