Tecnecio

Tecnecio

El tecnecio es un elemento químico radioactivo que pertenece a la serie química de los metales de transición. En la tabla periódica se posiciona entre el molibdeno y el rutenio. Tiene una masa atómica de 98,906, su número atómico es el 43 y su símbolo químico es el Tc.

Este metal radiactivo es el primer elemento químico obtenido de manera sintética y ninguno de sus isótopos son estables. Sin embargo, este material puede originarse en el planeta de manera natural por medio de la fisión nuclear de minerales de uranio y de torio.

El tecnecio fue descubierto en 1937 por el físico italoamericano Emilio Segrè y por el mineralogista italiano Carlo Perrier de la Universidad de Palermo. Estos aislaron radioisótopos del tecnecio en piezas radioactivas del ciclotrón del Laboratorio de Berkeley de Estados Unidos.

Características y propiedades

El tecnecio es un metal de transición radioactivo de color plateado brillante, muy parecido al platino.

Es químicamente similar al manganeso, rutenio y al molibdeno.

Se desluce rápidamente al interactuar con aire húmedo.

Es uno de los primeros 82 elementos de la tabla periódico que no posee ningún isótopo estable. El otro elemento sin isótopo estable es el prometio.

Se conocen 22 radioisótopos del tecnecio. Los radioisótopos más estables son el tecnecio-98, con una vida media de 4,2 millones de años; el tecnecio-97, con una vida media de 2,6 millones de años; y el tecnecio-99, con una vida media de 211,1 miles de años.

Los isótopos más ligeros del tecnecio se desintegran por captura electrónica en átomos de molibdeno. El tecnecio-98 y los más pesados se desintegran por decaimiento beta, transmutando en rutenio. Sin embargo, el tecnecio-100 puede decaer por ambos procesos.

No tiene ningún rol biológico y no se encuentran trazas de este metal en el cuerpo humano.

Es el primer elemento sintetizado de la tabla periódica.

Pertenece al grupo 7 y al bloque d de la tabla periódica.

El tecnecio es uno de los metales más escasos en la corteza terrestre, ya que se estima que solamente se producen 0,003 partes por millón de este metal de manera natural, ya sea por la fisión de minerales de uranio y de torio o por la captura neutrónica de minerales de molibdeno.

Propiedades físicas

  • Su punto de fusión es de 2157 °C y su punto de ebullición es de 4265 °C.
  • Organolépticamente, es un metal radiactivo pesado, de color plateado, lustroso e inodoro.
  • Su densidad es de 11500 kg/m3.
  • A temperatura ambiente se encuentra en estado sólido.
  • Es un metal paramagnético.
  • El tecnecio puro a una temperatura de -265,69 °C exhibe superconductividad.
  • El tecnecio-99 es un débil emisor de electrones y positrones.

Propiedades químicas

  • La inhalación de polvo de tecnecio produce una contaminación radiactiva en los pulmones que puede desembocar en cáncer.
  • El tecnecio pulverizado arde al interactuar con el oxígeno.
  • Se disuelve en ácido nítrico, agua regia y ácido sulfúrico concentrado.
  • No es soluble en ácido clorhídrico.
  • Inhibe la corrosión del acero.
  • No forma cationes rápidamente, a diferencia del manganeso.
  • Puede servir como catalizador en la destrucción de hidracina por ácido nítrico.
  • Sus estados de oxidación son -3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5,+6 y +7.
  • Atómicamente está conformado por 43 electrones, 56 neutrones y 43 protones.
  • Sus electrones oscilan en 5 niveles energéticos.

Usos

En medicina, el isómero nuclear metaestable del tecnecio 99mTc se emplea en procedimientos de diagnósticos del funcionamiento de órganos humanos, generalmente como marcador radiactivo.

Tecnecio en la medicina
Tecnecio en la medicina

Específicamente, en la inmunoescintografía se agrega el 99mTc a un anticuerpo monoclonal para elaborar una inyección, con el fin de detectar tumores difíciles de localizar en el cuerpo.

Adicionalmente, el 99mTc emplea para detectar desordenes en el sistema circulatoria (normalmente hemorragias gastrointestinales), siendo combinado con estaño y unido a los eritrocitos.

Dado que el tecnecio-99 es un emisor débil de partículas beta (electrones y positrones), este se emplea para calibrar equipos científicos. En un futuro puede implementarse en la fabricación de baterías nucleares optoeléctricas.

El tecnecio es empleado como catalizador de la deshidrogenación de alcohol isopropílico, siendo más efectivo que el renio o el paladio.

El anión pertecnetato en agua permite proteger hierros y aceros al carbono de la corrisión, aplicándose en pequeñas concentraciones, del orden de 10-5 mol/L. Puede ser empleado en reactores de agua en ebullición.

Dónde se encuentra

El tecnecio es un metal extremadamente escaso en la corteza terrestre, que se produce naturalmente, en mayor proporción, por la fisión espontánea de minerales de uranio.

Dada la vida media del radioisótopo menos inestable del tecnecio, se estima que todo el tecnecio primordial de la Tierra se desintegró por captura electrónica o por decaimiento beta.

En el universo existen estrellas gigantes rojas de tipo S, M y N que contienen tecnecio, según el análisis de las líneas de sus espectros electromagnéticos. Estas gigantes rojas son conocidas como estrellas de tecnecio.

Obtención

El tecnecio se obtiene mayormente como el isótopo 99Tc a partir de las barras de control de reactores nucleares, ya que es un residuo de procesos de fisión nuclear de uranio-235 y plutonio-239. También este isótopo se produce como material residual de explosiones de bombas de fisión.

Por otra parte, el isómero nuclear metaestable del tecnecio-99 se produce comercialmente de la fisión nuclear de uranio-235 y plutonio-239.

Los mayores productores del 99mTc son el Reactor Universal de Investigación Nacional en los Laboratorios de Chalk River, en Canadá; y el Reactor de Alto Flujo en el Grupo de Consultoría e Investigación Nuclear en Petten, Países Bajos.

El isómero 99mTc también puede producirse por medio de la activación neutrónica del molibdeno-98, para así producir molibdeno-99 que decae en el isómero referido. Incluso, se pueden irradiar neutrones a otros isotopos padres del tecnecio, como el rutenio-96.

Quién lo descubrió

Desde las primeras décadas del siglo XIX, la comunidad científica estaba deseosa por encontrar el elemento 43, el cual debía ocupar el vacío entre el molibdeno y rutenio en la tabla periódica de Mendeleev.

Entre 1828 y 1908 siete científicos afirmaron incorrectamente haber descubierto tecnecio. En la década de 1860, Mendeleev predijo que este elemento faltante tendría propiedades químicas similares a las del manganeso y lo llamó ekamanganeso.

En 1925 se produjo un hecho relevante: los químicos alemanes Walter Noddack, Otto Berg e Ida Tacke anuncian haber descubierto al elemento 43 (y al 75), al que llamaron Masurium.

Estos químicos bombardearon columbita con un haz de electrones y dedujeron la presencia del masurium por la emisión de rayos X en los espectrogramas obtenidos. Posteriormente, ningún equipo logró reproducir estos resultados, por lo que no se les atribuyó ningún descubrimiento.

Así, finalmente en 1937 se le concede el mérito del descubrimiento del tecnecio a Perrier y Segrè, que analizaron la actividad de molibdeno proveniente de una pieza radioactiva del ciclotrón del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California.

Emilio Segre
Emilio Segrè

Además, estos científicos lograron aislar los isotopos tecnecio-95m y tecnecio-97.

Antes del descubrimiento, Segrè visitó Estados Unidos y convenció a Ernest Lawrence, creador del ciclotrón de Berkeley, de enviarle una pieza radiactiva del aparato.

Originalmente, el tecnecio recibió el nombre latín de Panormium, iniciativa tomada por la Universidad de Palermo. Pero al final se nombró con el vocablo latín Tecnecium, que proviene del griego technètos, que significa “artificial”.

Samario

Samario

El samario es un elemento químico que pertenece a la serie química de los lantánidos, también conocidos como tierras raras. En la tabla periódica se ubica entre el prometio y el europio. Su masa atómica es 150,35, su símbolo el Sm y su número atómico es el 62.

Aunque es catalogado como una tierra rara, el samario es un elemento relativamente abundante en la corteza terrestre, siendo más abundante que el estaño. Comúnmente se encuentra formando parte de minerales como la gadolinita, la cerita, la samarskita, entre otros.

El descubrimiento del samario se le atribuye al químico francés Paul Lecoq de Boisbaudran, quien en 1879 analizó espectroscópicamente una muestra de samarskita, observando unas agudas líneas espectrales emitidas por el óxido de samario. Además, este químico logró aislarlo por primera vez.

Características y propiedades

El samario es un metal lantanoide moderadamente duro de color plateado.

Este metal se oxida lentamente al exponerse al aire.

Físicamente es similar al zinc, específicamente en lo que respecta a dureza y densidad.

Es el 3° metal lantanoide más volátil, después del iterbio y el europio.

En la tabla periódica no pertenece a ningún grupo, pero forma parte del bloque f.

Aunque el samario no tiene ningún rol biológico, es un metal ligeramente tóxico.

El samario tiene 21 isótopos, de los cuales solamente siete de ellos se encuentran en la naturaleza. El samario-147, el samario-148 y el samario-149 son radioisótopos, que se desintegran por decaimiento alfa (emisión de núcleos de helio-4; 2 protones y 2 neutrones).

En la naturaleza no se encuentra en estado puro.

El samario es el 40° metal más abundante en la corteza terrestre, que está presente en varias especies minerales, las más conocidas son la cerita, la gadolinita, la samarskita, la monacita y la bastnasita. La monacita y la bastnasita son las principales fuentes comerciales del samario.

Los principales productores mundiales de samario son China, Estados Unidos e India. Sin embargo, China mantiene un predominio tanto en la minera como en la producción de samario.

Propiedades físicas

  • Su punto de fusión es 1072 °C y su punto de ebullición es 1803 °C.
  • Organolépticamente, es un metal lustroso, plateado, inodoro y relativamente duro.
  • Su densidad es igual a 7353 kg/m3.
  • En condiciones ambientales promedio se encuentra en estado sólido.
  • Es un metal paramagnético a temperatura ambiente.
  • Este metal adquiere propiedades anti-ferromagnéticas cuando es enfriado hasta una temperatura de -258,35 °C. Y adquiere propiedades superconductoras al ser dopado con buckminstefullereno y a una temperatura por debajo de -265,15 °C.

Propiedades químicas

  • Es razonablemente estable expuesto al aire a temperatura ambiente.
  • Reacciona lentamente con agua fría y rápidamente con agua caliente para formar hidróxido de samario.
  • Se disuelve rápidamente en ácido sulfúrico.
  • Entra en combustión espontánea expuesto al aire a una temperatura cercana a los 150 °C.
  • El sulfuro de samario tiene una alta estabilidad térmica y una buena eficiencia termoeléctrica en ambientes con una temperatura superior a los 1100 °C.
  • El óxido de samario es soluble en la mayoría de los ácidos.
  • El ioduro de samario (II) es un buen agente de reducción en la síntesis química.
  • Aunque sea almacena en aceite mineral este metal lantanoide se oxida y adquiere un color grisáceo amarillento.
  • El samario puede conservar su aspecto metálico almacenado en contenedor sellado con gases inertes, como el argón.
  • Sus estados de oxidación son 0, +2 y +3.
  • Atómicamente está compuesto por 62 electrones, 90 neutrones y 62 protones.
  • Sus electrones oscilan en 6 niveles energéticos.

Usos

El samario es usado en la elaboración de aleaciones samario-cobalto que son empleadas en la fabricación de imanes de alta magnetización permanente y de alta resistencia a la desmagnetización. Estos imanes se usan en motores, audífonos e instrumentos musicales.

Los compuestos de samario y el propio metal son también usados como catalizadores en la descomposición de plásticos, en la decloración de contaminantes, en la deshidratación y deshidrogenación del etanol.

El isótopo samario-153 se utiliza en la radioterapia paliativa, empleada para reducir el dolor en pacientes terminales por medio de la eliminación de células cancerígenas en pulmones, próstata, pechos, entre otros.

Radioterapia Paliativa
Radioterapia paliativa

El  isótopo samario-149 se emplea en las barras de control de reactores nucleares por su alta sección efectiva para la captura de neutrones.

El óxido de samario es aplicado en la óptica para absorber radiación infrarroja, siendo agregado a cerámicas y vidrios.

El samario metálico se emplea en lámparas voltaicas de arco de carbono para proyección e iluminación de películas.

Lámparas voltaicas de arco de carbono
Lámparas voltaicas de arco de carbono

La aleación hexaboro de samario puede ser usado como aislante topológico, el cual puede ser de gran importancia en el campo de la computación cuántica. Un aislante topológico permite a los electrones fluir únicamente en su superficie, bloqueando el paso a su interior.

Dónde se encuentra

Los principales yacimientos minerales de samario se encuentran en China, Estados Unidos, Brazil, India, Sri Lanka y Australia.

La distribución de samario en el suelo es muy irregular debido a que depende absolutamente en el estado químico del metal.

Obtención

El samario puro se obtiene por medio de procesos de intercambio iónico, técnicas de extracción por solventes y deposición electroquímica. Generalmente se aplica el proceso de intercambio iónico a la arena de monacita.

Arena de monacita
Arena de monacita

No obstante, este metal se obtiene frecuentemente por medio de electrólisis de una mezcla fundida de cloruro de samario (III) con cloruro de sodio o de calcio.

Alternativamente, el samario se puede obtener reduciendo su óxido con lantano, para generar una sustancia que posteriormente es destilada para separar el samario y el lantano.

Quién lo descubrió

Durante la segunda mitad del siglo XIX numerosos científicos publicaron investigaciones acerca la detección del samario y otros lantanoides. Entonces, por consenso de la comunidad científica internacional el crédito por el descubrimiento del samario fue dado a Lecoq de Boisbaudran.

Lecoq de Boisbaudran
Lecoq de Boisbaudran

Lecoq demostró la existencia del samario aislando óxido e hidróxido de samario de una muestra de samarskita y analizando su espectro de emisión en 1879, en París.

Este químico bautizó al nuevo elemento como Samaria por el mineral analizado, cuya denominación proviene del nombre del ingeniero ruso Vassili Samarky-Bykhovets, quien lo descubrió en la región rusa de Urals.

Luego, el nombre Samaria se transformó en Samarium. Actualmente, el nombre samaria se emplea para identificar brevemente al óxido de samario.

Cabe destacar que en 1878 el químico suizo Marc Delafontaine anunció el descubrimiento de un nuevo elemento, al que llamó Decipium. No obstante, estudios exhaustivos entre 1880-1881 demostraron que era una mezcla de elementos, entre los que estaba uno similar al samario.

Rutenio

Rutenio

El rutenio es un elemento químico que pertenece a la serie química de los metales de transición. En la tabla periódica se halla entre el tecnecio y el rodio. Su masa atómica es igual a 101,07, se representa con el símbolo Ru y su número atómico es el 44.

Este metal de transición es relativamente escaso en la corteza terrestre, que se encuentra mayormente en minerales de platino. La mayor parte de la producción del rutenio se emplea en contactos eléctricos y en láminas gruesas de resistores.

El descubrimiento del rutenio se le concede al químico ruso-germano Karl Claus, quien en 1844 trabajando en la Universidad Federal de Kazán observó y aisló rutenio de una muestra de óxido de platino por medio de agua regia, obteniendo 6 gr de metal puro.

Características y propiedades

El rutenio es un metal de transición raro, duro, de color planteado claro con tonalidad metálica. Este metal no se descolora al exponerse al aire en condiciones ambientales promedio.

Este metal pertenece al grupo del platino, el cual es el grupo 8  de la tabla periódica. Asimismo se encuentra en el bloque d.

Se caracteriza notablemente por ser inerte al interactuar con los otros elementos de la tabla periódica; una característica que comparte con los demás elementos del grupo del platino.

En la industria química se considera un catalizador muy versátil.

Es resistente a los ácidos comunes hasta altas temperaturas; según sea el ácido en cuestión.

Los compuestos de rutenio son considerados altamente tóxicos y cancerígenos.

Se conocen 41 isótopos del rutenio, de los cuales 7 se producen naturalmente. El estable isótopo 102Ru es el más abundante. Los radioisótopos con masa atómica menor que 102 decaen principalmente por captura electrónica, en caso contrario, decaen por desintegración beta.

El rutenio es el 74° elemento más abundante en la corteza terrestre, encontrándose en los minerales laurita, anduoita, platarsita y en pentlandita.

Propiedades físicas

  • Su punto de fusión es 2334 °C y su punto de ebullición es 4150 °C.
  • Organolépticamente, es un metal pesado, duro, frágil, inodoro, de color plateado claro y brillante.
  • En condiciones ambientales promedio se encuentra en estado sólido.
  • Su densidad es igual a 12370 kg/m3.
  • Posee una dureza de 6,5 Mohs.
  • A temperatura ambiente es paramagnético.
  • La aleación rutenio-molibdeno es superconductora a una temperatura -265,55 °C.
  • Trazas de rutenio incrementan la dureza del platino y del paladio.

Propiedades químicas

  • Trazas de rutenio aumentan la resistencia a la corrosión del titanio.
  • Se oxida a altas temperaturas de manera explosiva.
  • Reacciona los hidróxidos y los halógenos a altas temperaturas.
  • Se disuelve en bases fundidas.
  • El dióxido de rutenio es un catalizador de la separación del sulfuro de hidrógeno por medio de luz y una solución acuosa de partículas de sulfuro de cadmio.
  • El tretaóxido de rutenio es altamente oxidante, capaz de descomponerse explosivamente a elevadas temperaturas.
  • No interactúa con ácidos a temperatura ambiente.
  • Sus estados de oxidación son -4, -2, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7 y +8.
  • Atómicamente está conformado por 44 electrones, 58 neutrones y 44 protones.
  • Sus electrones oscilan en 5 niveles de energía.

Propiedades mecánicas

  • Es un metal maleable solamente a altas temperaturas.

Usos

La industria eléctrica consume la mayor parte del rutenio producido, aplicándolo en contactos eléctricos por su capacidad de incrementar la dureza de sus aleaciones de platino y de paladio. También se aplican láminas de rutenio en electrodos metálicos mediante galvanización.

El óxido de rutenio y los rutenatos de plomo y bismuto son empleado como láminas gruesas en chips de resistores.

Además de emplear para elaborar aleaciones de titanio resistentes a la corrosión, las trazas de rutenio se emplean para producir súperaleaciones de un solo cristal de alta temperatura, las cuales se usan motores de jets.

El rutenio se emplea también para crear ánodos de óxido de metal mezclado (MMO) que son usados para la protección catódica de subestructuras subterráneas o sumergidas y en las celdas electrolíticas aplicadas en la generación de cloro a partir de agua salada.

En medicina se hace uso del radioisótopo rutenio-106 por su capacidad de emisión beta en la radioterapia de tumores de ojo, principalmente de melanomas de la úvea.

Radioterapia
Radioterapia con rutenio

En la industria química, el tetracloruro de rutenio es valorado por su alta eficacia para activar la metátesis olefínica, siendo comercialmente importante en la producción de polinorborneno. Es más, los complejos de rutenio son buenos catalizadores de las hidrogenaciones de transferencia.

El rutenio y sus compuestos también son importantes en la industria microelectrónica para lograr miniaturizaciones mayores de los componentes electrónicos. Este metal se emplea como finas capas en electrodos, como puerta metálica en transistores y en la galvanización de piezas.

Dónde se encuentra

El rutenio abunda en los yacimientos minerales de platino ubicados en los Montes Urales en Rusia y Kazajistán, en Norteamérica y en Sudamérica.

Asimismo, también se ha hallado rutenio en los yacimientos minerales de pentlandita de Sudbury en Canadá,  y en los yacimientos de piroxenita en Sudáfrica.

Piroxenita
Piroxenita

Obtención

El rutenio comercial mayormente se obtiene como residuo del procesamiento de los minerales de platino, níquel y cobre. Estos minerales son sometidos a una electrorefinación en donde los metales nobles de su composición precipitan como barro de ánodo (materia prima).

Posteriormente, los metales precipitados son convertidos en solutos ionizados, generalmente, por medio de la fusión con peróxido de sodio y de la disolución con agua regia, y una solución de cloro con ácido clorhídrico.

Dado que el rutenio es insoluble en agua regia, este metal se separa de los otros metales en la solución. No obstante, normalmente este metal va acompañado de otros metales del grupo del platino, como el osmio, el rodio y el iridio.

El osmio es separado con bisulfato de sodio fundido. El residuo insoluble resultante es tratado con óxido de sodio para producir sales de rutenio y de osmio.

Finalmente, el rutenio se separa mediante reducción con alcohol con óxido tetravalente, reducido con hidrógeno. Así, el tetraóxido de rutenio se purifica por destilación a 100 °C.

Quién lo descubrió

Primeramente, en 1808, el químico polaco Jędrzej Śniadecki afirmó haber aislado al elemento 44 de la tabla periódica, al que llamó Vestium y aisló de una muestra mineral de platino de Sudamérica. Sin embargo, sus resultados no fueron confirmados.

En 1827, el químico sueco Jöns Berzelius y el químico alemán Gottfried Osann por poco terminan descubriendo al elemento 44, al examinar los residuos de la disolución de platino crudo, procedente de los Montes Urales, en agua regia.

Aunque Berzelius concluyó que no se descubrió nada, Osann afirmó que encontraron 3 nuevos elementos a los que llamó Plunarium, Ruthenium y Polinium. Sin embargo, Osann no pudo reproducir la aislación del rutenio, renunciando a la adquisición del mérito del hallazgo.

Hasta que en 1844 Karl Claus demostró que los compuestos preparados por Osann contenían trazas de rutenio, encargándose de aislar a este metal de la muestra analizada.

Karl Ernst Claus
Karl Ernst Claus

Claus reutilizó el nombre ruthenium de Osann para denominar a su descubrimiento en honor a Rusia, puesto que se deriva del latín Rutenia, un vocablo antiguo utilizado para demarcar lo que hoy en día es Ucrania, Bielorrusia, Rusia occidental, Eslovaquia y Polonia.

Lantano

El lantano es el elemento químico que da origen a la serie química de los lantánidos. En la tabla periódica se halla entre el bario y el cerio. Posee una masa atómica igual a 138,906, se representa por el símbolo La y su número atómico es el 57.

El lantano es un metal relativamente abundante en la corteza terrestre que se encuentra generalmente junto con el cerio, y otros elementos, en minerales de tierras raras, como la monacita y la bastnasita.

Este metal lantanoide fue descubierto en 1839 por el químico sueco Carl Mosander como una impureza en una muestra de nitrato de cerio, que obtuvo tostando la muestra y diluyéndola luego en ácido nítrico, para así obtener óxido de lantano.

Características y propiedades

El lantano es un metal blando de color plateado claro que se descolora al ser expuesto al aire. Este metal es tan blando puede ser cortado con un cuchillo.

Es el primer metal de la serie de los lantánidos, una serie cuya denominación se deriva del nombre de este metal, evidentemente.

Al lantano también se le considera como el primer elemento de período 6 de los metales de transición, siendo colocado en el grupo 3 de la tabla periódica y en el bloque d.

No obstante, en algunas ocasiones se considera que el lantano no pertenece a ningún grupo, pero forma parte del bloque f.

Es el metal menos volátil de todos los lantánidos.

Este metal no tiene ningún rol biológico en el cuerpo humano, pero es esencial para algunas bacterias. Tiene una baja y moderada toxicidad y presenta cierta actividad antimicrobiana.

Se conocen 38 isótopos del lantano, de los cuales solamente el inestable 138La y el estable 139La se producen naturalmente en la corteza terrestre, constituyendo al lantano (57La). El lantano-139 representa el 99,91 % del lantano de la corteza terrestre.

El lantano es el 28° elemento químico más abundante en la corteza terrestre, siendo el tercer lantánido más abundantes, después del neodimio y el cerio. Las principales fuentes minerales de este metal son la cerita, la monacita, la allanita y la bastnasita.

Propiedades físicas

  • Su punto de fusión es 920 °C y su punto de ebullición es 3457 °C.
  • Organolépticamente, es un metal de color plateado, pesado, inodoro y blando.
  • En condiciones ambientales promedio se encuentra en estado sólido.
  • Su densidad es de 6146 kg/m3.
  • Es un metal débilmente paramagnético.
  • Tiene una alta resistividad a temperatura ambiente.
  • Tiene una dureza en escala de Mohs de 2,5.

Propiedades químicas

  • Posee una alta reactividad, siendo el lantánido más reactivo.
  • Reacciona rápidamente con el oxígeno atmosférico. Al arder forma óxido de lantano (III), La2O3, un compuesto casi tan básico como el óxido de calcio.
  • Es susceptible a la corrosión, de forma tal que el óxido formado se desprende como espalación, al igual que el deterioro del hierro por corrosión.
  • Reacciona lentamente con el agua fría y rápidamente con el agua caliente, formando hidróxido de lantano (III).
  • Al ser calentado reacciona directamente con el carbono, nitrógeno, azufre, fósforo, boro, selenio, silicio y arsénico.
  • Reacciona con los halógenos a temperatura ambiente para formar tri-halogenuros.
  • El lantano es la base más fuerte de los metales lantanoides.
  • Sus estados de oxidación son 0, +1, +2 y +3.
  • Atómicamente está compuesto por 57 electrones, 82 neutrones y 57 protones.
  • Sus electrones oscilan en 6 niveles de energía.

Propiedades mecánicas

  • Es un metal maleable y dúctil.

Usos

Uno de los principales usos del lantano consiste en la elaboración de la aleación mischmetal, la cual además del lantano contiene cerio, neodimio, praseodimio, gadolinio e iterbio.

El mischmetal es una aleación pirofórica usada en la fabricación de baterías de hidruro metálico de níquel y de piedras de encendedor.

El lantano también se aplica en aleaciones de esponja de hidrógeno, las cuales almacenan hasta 400 su propio volumen en procesos de absorción reversibles.

El óxido y boruro de lantano se emplean en tubos de vacíos de dispositivos electrónicos como cátodos caliente por su fuerte capacidad de emisión de electrones.

Además, el óxido de lantano (III) se emplea para mejorar la resistencia alcalina de vidrios, en especial los vidrios de absorción infrarroja de cámaras y lentes de telescopios. También se aplica como aditivo en la fase líquido de la sinterización del nitruro de silicio y diborudo de zirconio.

Lentes de telescopio
Lentes de telescopio

En metalurgia, se agregan trazas de lantano al acero para mejorar su ductilidad, maleabilidad y resistencia a los impactos. Mientras que la adición de lantano al molibdeno provoca una reducción de su dureza y su sensibilidad en variaciones térmicas.

En medicina, el carbonato de lantano se emplea como medicamento de absorción de excesos de fosfatos en casos de hiperfosfatemia y en la etapa final de la enfermedad renal crónica.

Dónde se encuentra

A pesar de ser considerado históricamente como una tierra rara, el lantano es un metal abundante, siendo 3 veces más abundante que el plomo. Sin embargo, se le considera una tierra rara por las dificultades implicadas en su extracción minera.

El isótopo lantano-139 se produce primordialmente por medio de los procesos de captura neutrónica lenta, en estrellas con una masa solar entre baja y media; y  en captura neutrónica rápida, en el colapso del núcleo estelar durante una supernova.

La casi totalidad del lantano hallado en los minerales monacita, bastnasita, cerita y allanita se encuentra como lantano-139. Las mayores fuentes de este isótopo son la monacita y la bastnasita.

Obtención

El lantano se obtiene de la bastnasita a través de la pulverización del mineral, para ser posteriormente tratado con ácido sulfúrico caliente y concentrado. Luego, el producto obtenido es secado y filtrado con agua.

bastnasita
Bastnasita

Por otra parte, el lantano se obtiene también diluyendo monacita en ácido sulfúrico concentrado y caliente, produciéndose sulfatos de tierras raras. Estos son tratados con oxalato de amonio para producir oxalatos insolubles de tierras raras. Luego, estos son convertidos en óxidos por recocido.

Los óxidos son disueltos de en ácidos nítricos. Finalmente el lantano es separado por cristalización fraccionada como una doble sal con oxalato de aluminio. También se aplica técnicas de intercambio iónico para obtener cantidades más puras de lantano.

Sin embargo, el lantano metálico se obtiene del óxido calentado con cloruro de amonio o con ácido fluorhídrico y fluoruros a una temperatura entre 300 y 400 °C, produciéndose cloruros y fluoruros. Estos finalmente son reducidos con álcalis en vacío o en atmosfera de argón.

Quién lo descubrió

Entre 1839 y 1843, Mosander demostró que una muestra de ceria (óxido de cerio) estaba compuesta por una mezcla de óxidos. Este químico logró separar dos de esos óxidos, a los cuales nombró lanthana y didymia.

Carl Gustaf Mosander
Carl Gustaf Mosander

No obstante, en 1839 un estudiante del Instituto Karolinska, llamado Axel Erdmann, también descubrió independientemente lantano en un mineral proveniente de la isla de Låven, en Noruega.

El descubrimiento se le fue concedido a Mosander, porque este explicó que su retraso en la publicación de sus resultados se debió a que tuvo que extraer un segundo nuevo elemento, al que llamó Didymium.

El nombre lantano proviene del latín Lanthanium, que a su vez se deriva del griego lanthanein, que significa “oculto”, ya que de cierta forma el lantano estaba escondido en la muestra de cerio analizada por Mosander.

El lantano metálico fue aislado por primera vez en 1923.

Dubnio

Dubnio

El dubnio es un elemento químico que pertenece a la serie química de los metales de transición. Se encuentra en la tabla periódica entre el rutherfordio y el seaborgio. Tiene una masa atómica igual a 268, se representa por el símbolo Db y su número atómico es 105.

El dubnio es un metal superpesado y radiactivo que no se origina naturalmente en el planeta, es decir, es un elemento sintético, obtenido generalmente mediante procesos nucleares en laboratorios. Muchas de sus propiedades no han podido ser exhaustivamente estudiadas.

Por consenso científico el crédito por el descubrimiento del dubnio, ocurrido entre 1968 y 1970, es compartido por el equipo ruso del Instituto Central de Investigaciones Nucleares y por el equipo estadounidense del Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley.

Características y propiedades

El dubnio es un metal de origen exclusivamente sintético, que se caracteriza por su inestabilidad nuclear y radiactividad, razón por la que no se conocen muchas con exactitud muchas de sus propiedades, siendo algunas de ellas meras predicciones teóricas.

Actualmente solamente se conocen 7 radioisótopos del dubnio. El radioisótopo más estable es el dubnio-268 tiene una vida media de alrededor de 28 horas. Por estimaciones teóricas, se cree que la vida media de los demás isótopos del dubnio no excede las 24 horas.

Por investigaciones teóricas se ha establecido que el dubnio pertenece a la serie de los metales de transición, al grupo 5 de la tabla periódica y al bloque 6d.

Limitados experimentos químicos con dubnio han mostrado que este metal superpesado se comporta químicamente mucho más como el niobio que como el tantalio, un metal más semejante en lo que respecta a grupo químico.

Las propiedades reales del dubnio pueden diferir de las teóricas convencionales (dadas por la física cuántica no relativista) por efectos relativistas a escalas atómicas y nucleares.

El dubnio se produce generalmente en laboratorios de radioquímica y física de partículas mediante colisiones de núcleos atómicos de diferentes elementos. Alternativamente, se ha desarrollado  varias técnicas de captura neutrónica rápida y reacciones de transferencia.

Propiedades físicas

  • Se teoriza que en condiciones ambientales promedio se encuentra en estado sólido.
  • Se estima que posee una densidad de 29300 kg/m3.
  • Un efecto relativista directo que puede influir en las propiedades de los isótopos del dubnio es el incremento de la velocidad de revolución de los electrones más exteriores por atracción electromagnética, a medida que la masa atómica crece.
  • Igualmente, un efecto relativista indirecto que puede participar es la contracción de los orbitales s y p1/2, lo cual provoca que los electrones del suborbitales 7s sean más difíciles de extraer que aquellos del suborbital 6d, lo cual lo distingue de los demás metales del grupo 5.
  • Un efecto relativista adicional es la interacción espín-orbital que provoca que la subcapa 6d se divida en dos subcapas.
  • Se predice que en estado sólido tiene una estructura cristalina cubica centrada en el cuerpo.

Propiedades químicas

  • El estado de oxidación máximo del dubnio es el +5. Se predice que también posee los estados de oxidación +3 y +4.
  • El pentacloruro de dubnio se comporta como los otros compuestos de los metales del grupo 5, lo cual es consistente con las predicciones químicas.
  • Cálculos teóricos han mostrado que el dubnio tiene una tendencia mayor a la formación y su extracción de compuestos que los otros metales del grupo 5.
  • El bromuro de dubnio es igual de volátil que el bromuro de hafnio, y menos volátil que el bromuro de niobio.
  • Su estructura atómica está compuesta por 105 electrones, 163 neutrones y 105 protones.
  • Su enjambre de electrones oscila en 7 niveles de energía.

    Configuración electrónica del dubnio
    Configuración electrónica del dubnio

Usos

Por poseer tantos radioisótopos tan inestables, el dubnio no tiene aplicaciones comerciales de ningún tipo. Por dificultades técnicas es extremadamente complicado producirlo en apreciables cantidades.

Actualmente, este elemento superpesado es objeto  de intensa investigación y estudio, para llegar a conocer todo su espectro de propiedades con la mayor exactitud posible.

Dónde se encuentra

Todo el dubnio que se ha sintetizado en el planeta se ha encontrado confinado en las instalaciones científicas donde se ha llevado a cabo colisiones nucleares en aceleradores de partículas, generalmente.

Las cantidades producidas de dubnio son microscópicamente escasas y solamente existen por relativamente pocas horas, desintegrándose en otros elementos menos pesados y liberando energía.

En concreto, los radioisótopos más estables del dubnio son 268Db y 270Db, este último con una vida media de 15 horas.

Obtención

El dubnio se puede obtener haciendo bombardear californio-249 con iones de nitrógeno-15, tal como lo experimentaron en el Laboratorio Berkeley en 1970, produciendo una notablemente escasa cantidad de dubnio-260.

Hoy en día se emplean haces de calcio-48 para producir isótopos del dubnio, por ser un isótopo con un gran exceso de neutrones. Incluso, este procedimiento muy útil para sintetizar otros elementos superpesados.

Si bien las colisiones nucleares son la manera preferida para producir radioisótopos de dubnio en el área investigativa, los radioisótopos más estables y pesados de este metal, el 268Db y el 270Db, se han sintetizado del decaimiento del moscovio-288 y el tenesio-294, respectivamente.

Quién lo descubrió

Durante la década de 1960 se produjo una feroz competencia entre el Instituto Central de Investigaciones Nucleares de Dubna (ICIN) y el Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley (LNLB) de California por el crédito del descubrimiento y nombramiento de los elementos del 104 al 106.

Esta competencia científica fue conocida como la Guerra de los Transférmicos, en el marco de las tensiones de la Guerra Fría, la cual desató una gran controversia en torno al descubrimiento y nombramiento del dubnio o elemento 105, como era referido neutralmente en aquella época.

Gueorgui Fliórov
Gueorgui Fliórov

En 1968 se dio el primer anuncio del descubrimiento del elemento 105 y provino del equipo del ICIN, dirigido por el físico nuclear soviético Georgii Flerov. Este equipo bombardeó un objetivo de americio-243 con iones de neón-22, afirmando haber producido 260Db y 261Db.

En 1970, el equipo del ICIN logró separar los productos de la reacción nuclear anterior por medio de cromatografía de gradiente térmico, observando una fisión espontanea en una muestra probable de pentacloruro de dubnio-261.

En abril de 1970 un equipo del LNLB, dirigido por el científico nuclear Albert Ghiorso, sintetizó 260Db bombardeando un objetivo de 249Cf con 15N. Los resultados finales de este experimento no confirmaron el descubrimiento del equipo del ICIN.

No obstante, en años posteriores científicos del ICIN pudieron reproducir los resultados obtenidos por el equipo soviético de 1968-1970, logrando identificar pentabromuro de dubnio-260 en 1976.

El equipo de ICIN propuso el nombre de Nielsbohrium para el elemento 105, mientras que el equipo del LNLB propuso el nombre Hahnium.

En 1997, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) acabó definitivamente la disputa por la denominación del elemento 105 dándole el nombre de Dubnium, en honor a la ciudad rusa de Dubna, hogar del ICIN.

Actinio

Actinio

El actinio es un elemento químico que da origen a la serie química de los actínidos. En la tabla periódica se encuentra entre el radio y torio. Es un metal con una masa atómica igual a 227, representado químicamente por el símbolo Ac y su número atómico es 89.

El actinio es un metal radiactivo relativamente escaso que se halla principalmente en los yacimientos minerales de uranio, como producto de decaimientos nucleares. Por su inestabilidad nuclear se usa mayormente como fuente de partículas alfa (núcleos de helio-4).

El descubrimiento del actinio se atribuye al químico francés André-Louis Debierne, quien en 1899 lo separó de una muestra de uraninita, previamente usada por la física y química polaca Marie Skłodowska y el físico francés Pierre Curie para extraer radio.

Características y propiedades

El actinio es un metal radiactivo de color plateado claro, blando y que capaz de relucir en la oscuridad con un brillo azulado pálido, por la ionización del aire causada por su radiactividad.

La toxicidad del actinio es comparable a la del americio y a la del plutonio.

Este metal históricamente es considerado como una tierra rara, debido a su similitud con los lantánidos. Sin embargo, los actínidos son más variados que los lantánidos.

También se le considera como el primer metal de transición de período 7 en la tabla periódica. Por lo que puede encontrarse formando parte del grupo 3 y al bloque d, aunque por lo general no pertenece a ningún grupo pero sí al bloque f.

El actinio, junto con el polonio, el radio y el radón, es uno de los primeros elementos radiactivos no primordiales sintetizados.

Se conocen 36 isótopos del actinio, todos ellos radiactivos. Naturalmente se producen únicamente los radioisótopos 227Ac y 228Ac.

El radioisótopo más estable es el 227Ac, con una vida media de 21772 años; seguido por el 225Ac, con una vida media de 10 días; y el 226Ac, con una vida media de 29,37 horas. Los demás radioisótopos decaen con una vida media de menos de 10 horas.

Además de hallarse en proporciones minúsculas en menas de uranio, también se han encontrado trazas de actinio en menas de torio.

Por su semejanza con los lantánidos, el actinio es un metal difícil de separar y extraer de sus fuentes minerales.

El actinio se produce generalmente por irradiación neutrónica del radio-226 en reactores nucleares.

Propiedades físicas

  • Su punto de fusión es 1050 °C y su punto de ebullición es 3198 °C.
  • Organolépticamente, es un metal radiactivo, blando, de color plateado brillante, inodoro, pesado y que brilla con un color azul pálido en la oscuridad.
  • En condiciones ambientales promedio se encuentra en estado sólido.
  • Su densidad es igual a 10070 kg/m3.
  • Posee una intensa radiactividad. El radioisótopo actinio-227 decae generalmente por emisión de partículas beta (electrones o positrones) y de partículas alfa (con menor frecuencia).

Propiedades químicas

  • Este metal reacciona rápidamente con el oxígeno atmosférico formando una capa de óxido de actinio, que le permite evitar oxidaciones subsiguientes.
  • Su estado de oxidación es +3, comportándose como un óxido básico fuerte. Sin embargo, puede encontrar raramente en el estado de oxidación +2, para formar dihidruro de actinio.
  • El catión Ac+3 es el ión tripositivo más grande conocido hasta la fecha, con un volumen capaz de contener cerca de 11 moléculas de agua.
  • Existe un número reducido de compuestos del actinio; solamente existen fluoruros, cloruros, bromuros, sulfuros, óxidos, oxifluoruros, oxicloruros y fosfatos. Todos estos compuestos, a excepción del fosfato, son similares a los compuestos del lantano.
  • Atómicamente está compuesto por 89 electrones, 138 neutrones y 89 protones.
  • Su nube electrónica oscila en 7 niveles de energía.

    Estructura atómica del Actinio
    Estructura atómica del Actinio

Propiedades mecánicas

  • Su módulo de resistencia al cortante es similar al del plomo.

Usos

Debido a su escasez, radiactividad y dificultad de separación-extracción, el actinio actualmente no tiene ninguna aplicación industrial. Sin embargo, es un metal de importancia científica, empleado en un sinnúmero de investigaciones.

Por su alta radiactividad, el actinio-227 es empleado como fuente neutrónica en experimentos de física cuántica en general. Por medio de la desintegración beta del actinio-227 se obtiene emisores alfa que bombardean átomos de berilio-9, que emite neutrones entre otras partículas.

Incluso, la fuente de neutrones 227AcBe es empleada como sonda neutrónica, que útil para medir la calidad del agua presente en el suelo; cuestión importante en el control de calidad de la construcción de carreteras. Asimismo, es utilizada en radioterapia neutrónica, tomografía, etc.

actinio usos
Debido a su radioactividad, el uso del actinio es casi exclusivo de la ciencia.

Además, el actinio-227 ha sido evaluado para ser aplicado en generadores termoeléctricos de radioisótopos de aeronaves.

En el campo de la medicina nuclear, el radioisótopo actinio-225 es usado para producir el isótopo bismuto-213 que se utiliza en tratamientos de radioterapia.

Adicionalmente, el actinio-225 ha sido combinado con el anticuerpo monoclonal lintuzumab para crear un radioinmunoconjundado emisor de partículas alfa, que sirve para evitar el crecimiento de células cancerígenas y tumores.

Dónde se encuentra

En los minerales de uranio se halla actinio debido a la cadena de desintegración del radioisótopo 235U (o del 239Pu), en la cual el actinio-227 es un radioisótopo hijo. Al final de la cadena de desintegración del uranio-235 se encuentra el estable plomo-207.

Por otro lado, en los minerales de torio se encuentra actinio debido a la cadena de decaimiento del radioisótopo 232Th, en donde el actinio-228 es un eslabón. El último eslabón de esta cadena de decaimiento es el estable plomo-208.

Obtención

La mayor parte del actinio-227 sintetizado se genera del bombardeo neutrónico de átomos del isótopo radio-226, produciendo radio-227 que transmuta emitiendo partículas beta en actinio-227. Así, el actinio-228 se obtiene por medio de capturas neutrónicas subsiguientes.

Posteriormente, el actinio producido se separa de otros productos de la desintegración y de las reacciones nucleares (como el torio, polonio, plomo y bismuto) por medio de una solución de benceno thenoyltrifluoroacetona.

Alternativamente, el actinio puede purificarse por medio del intercambio aniónico con resina y ácido nítrico.

El actinio-225 se puede obtener de la cadena de desintegración del neptunio-237 o del uranio-233. También se puede producir bombardeando átomos de radio-226 con iones de deuterio.

El actinio metálico también puede obtenerse de la reducción del fluoruro de actinio con vapor de litio, magnesio o calcio a una temperatura entre 1100-1300 °C.

Quién lo descubrió

En 1899, André-Louis Debierne emitió el primer anuncio del descubrimiento del elemento 89 de la tabla periódica, después de haberlo separado de una muestra de uraninita de la cual se extrajo radio. En 1900 y en 1904 realizó estudios adicionales acerca de las propiedades de este metal.

André-Louis Debierne
André-Louis Debierne

Para este químico este metal era muy parecido al titanio y al torio, dándole el nombre de Actinium, que proviene del griego aktis, aktisnos que significa “rayo o haz”.

En 1902, el químico germano Friedrich Giesel descubrió independientemente al elemento 89, describiéndolo como un metal parecido al lantano, al que llamó Emanium en 1904.

El nombre actinium prevaleció sobre el de emanium porque se propagó irremediablemente en la comunidad científica de Europa a principios del siglo XX, especialmente con los estudios acerca de la vida media de las sustancias obtenidas por Debierne en 1899-1900.

Sin embargo, investigaciones de la década de 1970 y posteriores sostienen que existe una discrepancia entre los resultados publicados en 1899-1900 y en 1904 por Debierne, indicando que probablemente este identificó accidentalmente

Zirconio

Zirconio

El zirconio o circonio es un elemento químico que forma parte de la serie química de los metales de transición. En la tabla periódica se encuentra entre el itrio y el niobio. Posee una masa atómica de 91,224, es representado por el símbolo Zr y su número atómico es el 40.

Este elemento químico es uno de los metales más abundantes en el planeta, encontrándose formando parte de minerales tanto en la corteza como en el mar. El zircón y la baddeleyita son los minerales en donde se han hallado la mayor proporción de zirconio.

El zirconio fue descubierto en 1789 por el químico alemán Martin Kalproth que analizó una muestra de jargón (una variación del zircón) procedente de Sri Lanka. Sin embargo, fue el químico sueco Jöns Berzelius quien logró aislarlo en estado impuro en 1824, por primera vez.

Características y propiedades

El zirconio es un metal de color blanco grisáceo y brillante, duro y resistente a la corrosión.

Superficialmente es muy parecido al acero, siendo más ligero que esta aleación del hierro.

Pertenece al grupo 3 de la tabla periódica, tiene período 5 y forma parte del bloque-d.

Su dureza se asemeja a la del cobre.

Es un metal resistente a la corrosión.

Químicamente es muy similar al hafnio y, en menor medida, al titanio.

El zirconio en polvo es altamente inflamable, pero en estado plenamente sólido es menos propenso a entrar en ignición.

Al zirconio no se le conoce ningún rol biológico.

Existen 5 isótopos de zirconio que se originan en la naturaleza, siendo todos estables. El isótopo 90Zr representa el 51,45% del zirconio hallado en la corteza terrestre. Por otra parte, se han sintetizado 28 isótopos artificiales del zirconio.

El zirconio es el 18° elemento más abundante en la corteza terrestre, encontrándose principalmente como componente del zircón (ZrSiO4) y en general en rocas silíceas intrusivas, como el granito. También se halla en los minerales baddeleyita, kosnarita, eudialita, entre otros.

La gran parte de la minería del zircón (80%) es desarrollada por Australia y Sudáfrica.

Propiedades físicas

  • Su punto de fusión es 1855 °C y su punto de ebullición es 4371 °C.
  • Organolépticamente, es un metal duro, lustroso, de un color blanco plateado e inodoro.
  • A temperatura ambiente se encuentra en estado sólido.
  • Su densidad es de 6501 kg/m3.
  • Su dureza en la escala de Mohs es de 5.
  • Es un metal paramagnético.
  • El zirconio es superconductor por debajo de los -272,6 °C. Sus aleaciones con zinc son magnéticas por debajo de los -238,75 °C. En especial, el ZrZn2 exhibe superconductividad y ferromagnetismo al mismo tiempo.
  • Relativamente es un buen conductor térmico.
  • Baja sección eficaz en la captura de neutrones.

Propiedades químicas

  • Posee los estados de oxidación -2, 0, +1, +2, +3 y +4.
  • En la práctica no es reactivo a temperatura ambiente, porque forma una capa de óxido en su superficie, que lo vuelve pasivo y le da su brillo característico.
  • No es un metal tóxico.
  • Reacciona con las bases acuosas. Al rojo vivo reacciona con el oxígeno y el nitrógeno. A presión elevada reacciona con el oxígeno a temperatura ambiente.
  • Resiste la corrosión de bases alcalinas, ácidos, agua salada y otros agentes corrosivos.
  • Se disuelve en ácido fluorhídrico, y en ácido hidroclórico y sulfúrico, sobre todo sí hay presencia de fluoruros.
  • Atómicamente, está conformado por 40 electrones, 52 neutrones y 40 protones.
  • Su nube electrónica oscila en 5 niveles energéticos.

Propiedades mecánicas

  • En estado puro es un metal dúctil y maleable, por lo que puede laminarse y forjarse fácilmente.

Usos

La mayor parte del zirconio producido se emplea en procesos de alta temperatura de la industria química, siendo usado para conferir un color blanco opaco a las cerámicas. Este material también es usado como componente de moldes de fundición, en materiales abrasivos, entre otros.

El zirconio metálico se usa para producir aleaciones resistentes a entornos agresivos. La aleación zircaloy es usada en reactores nucleares. Incluso, también es usado como combustible nuclear en reactores TRIGA, al formar parte del hidruro de zirconio de uranio.

Zircaloy
Zircaloy (Aleación de zirconio)

En la industria aeroespacial, el zirconio metálico y el óxido de zirconio se utilizan para fabricar vehículos de alta resistencia térmica. Además, componentes de motores de jets y de turbinas de gas estacionarias son recubiertos con capas cerámicas de zirconia (ZrO2) e itria (Y2O3).

Adicionalmente, el zirconio es usado en forma aleada con el níquel, con el zinc y con el niobio. Las aleaciones de zirconio-níquel son usadas en válvulas, bombas, tuberías e intercambiadores de calor.

Las aleaciones con niobio son superconductoras a baja temperatura, siendo usada para construir imanes superconductores.

El zirconio también es utilizado en tubos de vacíos, como componente de explosivos, en bombillas de flash, en filamentos de lámparas, como gema artificial, en lociones, en materiales antitranspirantes, etc.

En medicina, compuestos de zirconio se emplean en implantes dentales, prótesis de caderas y pies, reconstrucción de la cadena de huesecillos del oído medio, entre otros.

Coronas de zirconio
Coronas de zirconio

 

Dónde se encuentra

El zirconio es un metal que se ha encontrado formando parte de 140 minerales, entre los cuales destacan el zircón, la baddeleyita, la kosnorita y la eudialita.

Zircón
Zircón

El zircón es la principal fuente comercial del zirconio, y sus mayores yacimientos se encuentran en Australia, Brasil, India, Rusia y los Estados Unidos.

Además de encontrarse en la corteza terrestre, en el agua marina existe aproximadamente un 0,026 mg/L de zirconio.

En el universo, las estrellas de tipo S son relativamente ricas en zirconio. Además, se ha detectado circonio en el Sol y en meteoritos. Además, se ha detectado óxido de zirconio en rocas lunares traídas por las misiones Apolo.

Obtención

El zirconio se obtiene como residuo de la minería de minerales de titanio (ilmenita y rutilo) y de estaño, de los cuales se extrae el zircón.

El zircón es recolectado de las aguas costeras en forma de arena, para luego ser purificado por medio de concentradores de espiral. Estos concentradores eliminan los componentes más ligeros, los cuales son regresados al mar.

Posteriormente, por medio del proceso de separación magnética se eliminan los minerales de titanio.

Ahora para producir zirconio metálico mayormente se ejecuta el proceso de Kroll con el fin de reducir cloruro de zirconio (IV) con magnesio metálico. Este proceso de síntesis finaliza una vez el metal ha adquirido la suficiente ductilidad y maleabilidad.

Quién lo descubrió

El zircón y sus variaciones minerales eran ampliamente conocidas en la edad antigua, siendo mencionado en algunos pasajes de la Biblia. No obstante, no se tiene constancia de que algún antiguo haya hipotetizado la existencia de un nuevo elemento.

Rubidio

Rubidio

El rubidio es un elemento químico que forma parte del grupo de los metales alcalinos. En la tabla periódica se encuentra entre el kriptón y el estroncio. Posee una masa atómica de 85,468, su número atómico es 37 y su símbolo químico es Rb.

A pesar de ser uno de los metales más abundantes en la corteza terrestre, es un elemento poco extraído, especialmente si se compara con la extracción de metales como el cobre, plomo y el zinc, los cuales se encuentran en menor proporción en la corteza.

El rubidio es un metal alcalino que fue descubierto en 1861 por el químico alemán Robert Bunsen y el físico alemán Gustav Kirchhoff, al analizar una muestra de lepidolita por medio de la espectroscopía de emisión de llama, observando unas características líneas rojas en el espectro.

Características y propiedades

El rubidio es un metal alcalino blando de color blanco plateado brillante.

Al igual que los demás metales alcalinos y elementos del grupo 1, es muy reactivo. Puede entrar espontáneamente en combustión (alta piroforicidad) y reaccionar explosivamente al interactuar con el agua.

Es el primer metal alcalino con una densidad mayor que la del agua.

Forma amalgama con el mercurio y aleaciones con el oro, hierro, cesio, sodio y potasio.

El rubidio es el 23° elemento más abundante en la corteza terrestre, encontrándose de forma natural en minerales como la leucita, la polucita, la lepidolita y la zinwaldita.

También, en la corteza terrestre se encuentran dos isótopos del rubidio. El isótopo 85Rb es estable y el más abundante, mientras que el isótopo 87Rb es ligeramente radiactivo. Otros 24 isótopos de rubidio han sido sintetizados.

El rubidio es un metal que puede ser fácilmente ionizado y vaporizado.

Pese a su abundancia, anualmente se producen entre 2 y 4 toneladas de rubidio, ya que este metal no alcanza una significativa proporción en los minerales explotados, por lo que se debe separar de otros metales como el cesio y el potasio.

Propiedades físicas

  • Su punto de fusión es de 39 °C y su punto de ebullición es de 688 °C.
  • Generalmente, en condiciones ambientales promedio se encuentra en estado sólido, aunque puede también encontrarse en estado líquido.
  • Organolépticamente, es un metal muy blando, inodoro con un color plateado brillante y blanquecino.
  • Su densidad es igual a 1532 kg/m3.
  • Su dureza en la escala de Mohs es de 0,3.
  • Es un metal paramagnético. Sin embargo, un compuesto como el ioduro de plata de rubidio (RbAg4I5) tiene la mayor conductividad a temperatura ambiente entre los conocidos cristales iónicos.

Propiedades químicas

  • Posee alta reactividad. Necesita ser cuidadosamente almacenado en un recipiente con aceite mineral seco o sellado en vidrio en una atmosfera inerte, para evitar el peligro de explosiones.
  • Posee dos estados de oxidación: -1 y +1.
  • Al entrar en combustión una llama violenta con una tonalidad amarillenta.
  • El cloruro de rubidio induce a las células a tomar ADN.
  • Atómicamente, está estructurado por 37 electrones, 49 neutrones y 37 protones.
  • Su enjambre de electrones oscila en cinco niveles energéticos.

Propiedades mecánicas

  • Es un metal dúctil.

Usos

El rubidio es elemento importante en la fabricación de cristales especiales para sistemas de telecomunicaciones de fibra óptica y aparatos de visión nocturna.

El compuesto RbAg4I5 es un potencial recurso en la industria electrónica para la fabricación de baterías laminares delgadas y de demás dispositivos electrónicos más eficientes.

El rubidio puede ser utilizado en generadores termoeléctricos valiéndose del principio de la magnetohidrodinámica para controlar el flujo de iones de rubidio generados a alta temperatura por medio de un campo magnético, obtenido por corriente eléctrica.

Generadores termoeléctricos
Generadores termoeléctricos

Adicionalmente, este metal es utilizado como componente de fotorresistencias, afinador de vacío en tubos de vacío y como fluido de trabajo en turbinas de vapor. Además, es un buen sustito del cesio por su similitud química.

La aleación de teluio-rubidio se emplea en células fotoeléctricas y detectores electrónicos.

Para la medicina, el rubidio se emplea en la tomografía por emisión de positrones, en el tratamiento de la epilepsia y en la separación por centrifugado de ácido nucleico y virus.

En la pirotecnia es usado para otorgar un color purpura a los fuegos artificiales.

En ciencia se utiliza como enfriador de láser, en la creación de condensados de Bose-Einstein y para afinar la alta precisión de los relojes atómicos.

El rubidio es una de las opciones futuras para la fabricación de motores iónicos para aeronaves.

Dónde se encuentra

El rubidio abunda en los yacimientos minerales de polucita, en especial en el yacimiento del Lago Bernic en Canadá y en la isla italiana de Elba; representando el 1% de este mineral. Aunque existe en mayor proporción la lepidolita (1,5 %), escasean los yacimientos de este mineral.

 

El rubidio también puede hallarse en el océano. En promedio, en el océano se hallan 125 μg/L de rubidio, siendo el 18° elemento más abundante en este entorno.

En el cuerpo humano se pueden encontrar trazas de rubidio, ya que el organismo tiende a tratar a los cationes de rubidio como si iones de potasio. Este se encuentra estando contenido en el fluido intracelular.

Obtención

El principal método para obtener rubidio es la cristalización fraccionada, que convierte al alumbre de rubidio y cesio en alumbre de rubidio puro luego de 30 pasos. Alternativamente, se emplean el proceso de clorostato y el proceso de ferrocianuro.

Anteriormente, el rubidio se obtenía como residuo de la producción de potasio. Este residuo era llamado Alkarb y contenía 21% de rubidio.

Quién lo descubrió

El rubidio fue descubierto en 1861 por el químico Robert Bunsen y el físico Gustav Kirchhoff haciendo uso de la pionera técnica de espectroscopía por emisión de llama; magnifica invención de este par de científicos.

Robert Bunsen
Robert Bunsen

Bunsen y Kirchhoff procesaron 150 kg de lepidolita, la cual contenía aproximadamente 0,24% de monóxido de rubidio (Rb2O).

Estos científicos emplearon tal técnica espectroscópica para escudriñar la estructura microscópica de la lepidolita, encontrándose con un espectro de emisión peculiar cuya marca de distinción eran unas brillantes líneas rojas brillantes.

Por esta característica del espectro, los científicos alemanes nombraron al nuevo elemento con el vocablo latín Rubidus cuyo significado es rojo profundo.

Además de descubrir este nuevo elemento, Bunsen y Kirchhoff estimaron la masa atómica del rubidio e intentaron obtener rubidio puro mediante electrolisis de cloruro de rubidio fundido, lo cual falló puesto que obtuvieron una mezcla coloidal de metal y cloruro de rubidio.

Neptunio

Neptunio

El neptunio es un metal radioactivo que pertenece a la serie de los actínidos, destacando por ser el primer elemento transuránico. Razón por la cual en la tabla periódica se encuentra entre el uranio y el plutonio. Su número atómico es el 93, su símbolo es Np y su masa atómica es 237.

Dada su inestabilidad nuclear, el neptunio prácticamente no existe de manera natural en el planeta, aunque se han encontrado trazas de este metal en minas de uranio. Actualmente, este metal se produce mayormente en los reactores nucleares; a partir del uranio.

El neptunio fue descubierto y sintetizado en 1940 por los físicos estadounidenses Edwin McMillan y Phillip Abelson en el Laboratorio de Radiación de Berkeley, bombardeando átomos de uranio con neutrones lentos producidos por ciclotrón.

Características y propiedades

El neptunio es un metal duro, plateado, dúctil y radioactivo.

Es un metal cancerígeno y pirofórico.

Se trata el metal actínido más denso y el quinto metal más denso en la naturaleza.

Es similar al uranio en lo que respecta a las interacciones químicas y a la manipulación física.

En estado puro es químicamente muy reactivo, capaz de combinarse con la mayoría de los elementos químicos.

En la tabla periódica no pertenece a ningún grupo, sino que se identifica por formar parte del bloque f, que constituye a la serie de los actínidos.

No existe en estado puro en la naturaleza y se obtiene únicamente por medios artificiales o sintéticos.

Se han producido 24 isótopos de neptunio. El neptunio-237 es el más estable con una vida media de 2,14 millones de años, seguido por el neptunio-236 con una vida media de  154 mil años y el neptunio-235 con una vida media de aproximadamente 396 días.

Existen diversas versiones cristalinas de este elemento.

Propiedades físicas

  • Su punto de fusión se sitúa a los 637 °C y su punto de ebullición a los 4000 °C.
  • En condiciones ambientales promedio se encuentra en estado sólido.
  • Organolépticamente, es un metal duro, de color plateado e inodoro.
  • Su densidad de 20250 kg/m3.
  • Es un metal paramagnético. No obstante, los compuestos de neptunio sorprendentemente exhiben superconductividad, pese a sus elevados magnetismos.

Propiedades químicas

  • Por su radioactividad, es un elemento letal para el organismo humano por ser causante de cáncer de huesos. El sistema que mayormente se ve afectado por su radiactividad es el tracto digestivo.
  • Alta reactividad, siendo capaz de formar compuestos con el hidrogeno, carbono, nitrógeno, fósforo, oxígeno, azufre y los halógenos.
  • Los estados de oxidación del neptunio son el +2, +3, +4, +5, +6 y +7.
  • Posee 3 variedades alotrópicas: el alfa-neptunio (ortorrómbico), dado a temperatura ambiente; el beta-neptunio (tetragonal), presente a una temperatura superior a los 280°C; y el gamma-neptunio (cúbico), dado a una temperatura superior a los 577 °C.
  • Su estructura atómica está conformada por 93 electrones, 144 neutrones y 93 protones.
  • Su nube electrónica oscila en 7 niveles energéticos.

Propiedades mecánicas

  • Es un metal que posee alta ductilidad.
  • Tiene una elevada resistencia, comparable a la del manganeso.

Usos

Actualmente, el neptunio es un metal de escasa aplicación. Aunque, el isótopo 237Np  es usado en el ámbito científico en dispositivos de detección de neutrones de alta energía; del orden de los MeV.

En el ámbito militar, el neptunio-237 también puede ser usado en dispositivos generadores de energía eléctrica en aeronaves y demás vehículos de combate-exploración.

Es más, el neptunio-237 fue ampliamente usado en la producción de plutonio-238. Esto se debe a que cuando el 237Np es bombardeado con neutrones produce 238Np, que por decaimiento beta se convierte en 238Pu, el cual es un emisor de partículas alfa de importancia militar.

Neptunio usado con fines bélicos
Neptunio usado con fines bélicos

Por otra parte, dado que el neptunio es un elemento fisionable, este puede ser utilizado, en teoría, como combustible en reactores nucleares de neutrones veloces o como arma nuclear.

Dónde se encuentra

La presencia natural del neptunio en el planeta es ínfimamente mínima debido a que todos sus isótopos tienen una vida media menor a la edad de la Tierra (aproximadamente 4,5 mil millones de años); cualquier átomo de neptunio que haya existido se ha convertido en otro elemento.

Las trazas de neptunio hallados en minas de uranio consisten en porciones de 237Np y 239Np, los cuales son productos del decaimiento de los átomos de uranio en los minerales. Esto se debe a la captura de neutrones por parte del uranio-238.

También se ha hallado neptunio en el ambiente natural debido a las reacciones atmosféricas que produjeron las explosiones nucleares que tuvieron entre 1945 y 1963.

Obtención

Casi toda la cantidad de neptunio presente en el planeta se produce por medio de procesos de síntesis. El procedimiento más empleado para producir neptunio-237 es la transmutación por la captura de neutrones del uranio-235 en reactores nucleares.

Neptunio sintético
El neptunio se obtiene sintéticamente

Cuando el uranio-235 captura un neutrón se convierte en uranio-236 excitado. Alrededor del 81% de los uranio-236 producidos se fisionan, mientras que los restantes alcanzar el estado de mínima energía emitiendo rayos gamma.

Posteriormente, los uranio-236 en estado de mínima energía capturan neutrones para producir uranio-237, el cual se convierte en neptunio-237 a través del decaimiento beta (emisión de electrones; un neutrón se convierte en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico).

Alternativamente, se puede obtener neptunio puro del trifluoruro de neptunio por reducción con bario o litio líquido a alrededor de 1200 °C.

Quién lo descubrió

El descubrimiento del neptunio se debe enteramente al físico Edwin McMillan y a su colega Phillip Abelson, quienes en 1940 lograron sintetizar por medio del bombardeo de neutrones moderados producidos por ciclotrón a objetivos de uranio-238.

Edwin McMillan
Edwin McMillan

Al provocar la captura de neutrones por parte de átomos de uranio-238, estos físicos lograron producir uranio-239, el cual por decaimiento beta se transmutó en neptunio-239. Este isótopo por decaimiento beta se convierte en plutonio-239 en alrededor de 2,3 días.

A pesar del logro notable de estos físicos, durante las primeras décadas del siglo XX cientos de científicos estuvieron concentrados en la búsqueda de los así llamados elementos transuránicos, de forma tal que muchos cometieron falsas alegaciones.

La más notable de todas es la que realizó el físico italiano Enrico Fermi, que equívocamente afirmó haber descubierto el elemento 93 y 94 de la tabla periódica, cuando un análisis profundo de su investigación demostró que había fisionado átomos de uranio bombardeándolos con neutrones.

Sin embargo, estas falsedades se debían principalmente al desconocimiento que existía en torno a los procesos nucleares de fisión y de fusión.

El nombre del primer elemento transuránico se deriva del planeta Neptuno, por ser el planeta después de Urano a medida que nos alejamos del Sol; cuyo nombre a su vez proviene del dios romano Neptuno.

Itrio

Itrio

El itrio es un elemento químico que forma parte de la serie química de los metales de transición. En la tabla periódica se encuentra entre estroncio y el zirconio. Su masa atómica es aproximadamente igual a 88,906, su número atómico es el 39 y se representa con el símbolo Y.

Es un elemento relativamente abundante en la corteza terrestre, que es conseguido mayormente en minerales de tierras raras o lantanoides, siendo improbable encontrarlo en estado puro. Este metal es un componente esencial en los televisores por proporcionar el color rojo en la pantalla.

El itrio fue descubierto en 1794 por el químico fines Johan Gadolin quien analizó una muestra mineral de gadolinita, procedente de una mina rica en minerales raros compuestos por lantánidos y otros elementos, en el pueblo sueco de Ytterby.

Características y propiedades

El itrio es un metal blando de color blanco plateado y liviano.

Expuesto al aire es relativamente estable.

Pertenece al grupo 3 de la tabla periódica y al bloque d.

A pesar de ser catalogado como un metal de transición, es químicamente similar a los lantánidos, por lo que suele clasificarse también como una tierra rara. En concreto, es físicamente a los lantánidos gadolinio y erbio, y químicamente similar al terbio y al disprosio.

Este metal es afín a los elementos con número atómico del 57 al 71 de la tabla periódica.

El itrio no tiene ningún rol biológico, aunque la exposición a compuestos de este metal puede provocar enfermedades pulmonares.

Se conocen 91 isótopos de itrio, de los cuales 90 son inestables. El único isótopo estable es el itrio-89, el cual se encuentra formando minerales en la corteza terrestre.

El itrio es el 28° elemento más abundante en la corteza terrestre, pudiendo decirse que es el lantánido más abundante. Este metal es más abundante que la plata y el plomo.

Este metal puede encontrarse en los minerales de gadolinita, nuevita, fergusonita y bastnasita.

Los mayores productores de itrio a nivel mundial son Australia, Brasil, China, India y los Estados Unidos.

Propiedades físicas

  • Su punto de fusión es 1526 °C y su punto de ebullición es 3336 °C.
  • Organolépticamente, es un metal ligero, blando, inodoro, lustroso y de color plateado.
  • En condiciones ambientales promedio se encuentra en estado sólido.
  • Su densidad es igual 4472 kg/m3.
  • Es un metal paramagnético.

Propiedades químicas

  • El itrio en polvo es inestable expuesto al aire.
  • Entra en combustión al reaccionar con el oxígeno cuando la temperatura excede los 400°C.
  • El agua reacciona rápidamente con el itrio y sus compuestos para formar óxido de itrio (III), conocido como itria.
  • Los fluoruros, hidróxidos y oxalato de itrio son sales insolubles en agua. Mientras que los bromuros, cloruros, ioduros, nitratos y sulfatos son solubles en agua.
  • El ácido nítrico y el fluorhídrico no atacan rápidamente al itrio, pero existen bases fuertes que sí lo hacen.
  • Su estructura atómica está formada por 39 electrones, 50 neutrones y 39 protones.
  • Sus electrones oscilan en 5 niveles energéticos.

Propiedades mecánicas

  • Es un metal dúctil y maleable.

Usos

El itrio es ampliamente aprovechado para producir aleaciones. Se adhieren trazas de este elemento para incrementar la fuerza de aleaciones de aluminio y de magnesio, y para reducir el tamaño de los granos de cromo, molibdeno, titanio y zirconio.

La itria (Y2O3) es usada para producir granate itrio-hierro, que se emplea en filtros de microondas, entre otros granates artificiales. Los granates del itrio con hierro-aluminio y con gadolinio tienen importantes propiedades magnéticas, y el granate de itrio-aluminio una dureza de 8,5 Mohs.

La itria también es usada en los tubos de rayos catódicos para producir el color rojo en la pantalla de televisores de color, aunque también se ha utilizado sulfuro de itria para producir una laminada dopada con fósforos de cationes de europio (III).

Tubo de rayos catódicos
Tubo de rayos catódicos

Este metal sirve para suprimir átomos de oxigeno e impurezas de otros metales, siendo empleado en la purificación del vanadio y otros metales no ferrosos.

El isótopo radiactivo itrio-90 es usado en la fabricación de drogas para el tratamiento de varios tipos de cáncer, como la leucemia, el linfoma, cáncer de hígado, de ovarios, pancreático, óseo y colorrectal.

Este metal se ha aplicado en la producción del superconductor de óxido de cobre, bario y litio, un material destacado por su capacidad de exhibir superconductividad por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido (-196,05 °C).

Adicionalmente, trazas de itrio han sido añadidas en los cátodos de baterías de fosfato de hierro y litio.

El itrio puede ser combinado con el indio y el manganeso para crear un pigmento no tóxico de color azul intenso.

Dónde se encuentra

El itrio se extrae mayormente de la gadolinita, por lo que este abunda en las minas de Groenlandia, Suecia, Japón, Noruega y en Estados Unidos (Colorado). La nuevita es una mena que también abunda en las minas de Colorado.

Gadolinita
Gadolinita

En Estados Unidos también se encuentran minas de fergusonita y de bastnasita. Yacimientos de fergusonita se hallan en los montes Apalaches, desde el estado de Nueva Inglaterra hasta Carolina del Sur, mientras que la bastnasita se encuentra mayormente en California.

Pese a que no influye en procesos metabólicos, el itrio puede hallarse acumulado en órganos humanos como el hígado, los riñones, los pulmones, el bazo y los huesos. Incluso, la leche materna humana contiene una minúscula fracción de itrio.

El itrio se produce primordialmente por medio de la nucleosíntesis estelar, mayormente en los procesos de captura lenta de neutrones en el interior de estrellas gigantes rojas pulsantes.

Obtención

En general para la obtención de metales raros se hace uso de disolventes y de métodos de intercambio iónico. El itrio se obtiene mayormente en forma de itria por medio de la reducción del fluoruro de calcio de la gadolinita.

Ahora, para obtener itrio puro se disuelve la itria en ácido sulfúrico, para luego fraccionarla por cromatografía de intercambio iónico.

Quién lo descubrió

Previo al hallazgo de Gadolin en 1789, el sueco químico amateur Carl Arrhenius encontró un mineral desconocido en una vieja mina del pueblo de Ytterby, en el Archipiélago de Estocolmo. Este pensaba que este mineral contenía al, entonces recientemente descubierto, tungsteno.

Carl Arrhenius
Carl Arrhenius

Arrhenius llamó al mineral ytterbita y envió muestras a varios químicos para su análisis. Una de estas muestras fue enviada a Gadolin, quien identificó un óxido desconocido en el mineral en 1789 y publicó su análisis completo en 1794.

Este descubrimiento fue verificado y confirmado por el químico sueco Anders Ekeberg en 1797, el cual nombró al óxido de itrio como itria.

De esta manera, la palabra itrio proviene del latín Yttrium, que a su vez se deriva de la localidad sueca donde Arrhenius identificó al primer mineral conocido del itrio, el cual posteriormente fue renombrado por el químico alemán Martin Klaproth como gadolinita, en honor a Gadolin.

El itrio fue aislado por primera vez en 1828 por el químico germano Friedrich Wöhler, haciendo reaccionar un cloruro volátil, que él crea que era cloruro de itrio, con potasio.