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LANTANIDEOS E ACTINIDEOS (PARTE 4)

Posted by O Nerd da Quimica on 17 Ee agosto Ee 2012 a las 19:30 Comments comentarios (0)

FALTA FAZER

LANTANIDEOS E ACTINIDEOS (PARTE 3)

Posted by O Nerd da Quimica on 17 Ee agosto Ee 2012 a las 19:30 Comments comentarios (0)

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Este artigo é a continuação das explicações dos artigos anteriores sobre este tema: Lantanídeos e Actinídeos (Parte 1) e Lantanídeos e Actinídeos (Parte 2). Nestes dois primeiros artigos, falamos sobre os elementos pertencentes à série dos lantanídeos. Este artigo teve que ser dividido em 4 partes porque não há espaço suficiente para tudo em uma única postagem.

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Agora iremos estudar os Actinídeos, que são um outro grupo serial de elementos do bloco f. Todos os elementos desta série são radioativos e as propriedades não são tão regulares como no caso dos Lantanídeos.

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--> OS ACTINÍDEOS

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Os actinídeos são uma série de elementos similares aos lantanídeos, que vai desde o Actínio (Ac, número atômico = 89) até o Laurêncio (Lr, n° atômico = 103). Todos os elementos da série são radioativos e apenas os quatro primeiros (Ac, Th, Pa e U) ocorrem na Natureza, sendo todos os outros elementos da série artificiais.

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Estes elementos possuem o elétron de diferenciação no subnível 5f, sendo, portanto, considerados elementos do bloco f. Dentre estes elementos, os mais estáveis e que ocorrem na natureza são o tório (Th) e o urânio (U). Entretanto, apesar de serem grupos semelhantes de elementos, os actinídeos não são tão regulares quanto os lantanídeos. No caso dos actinídeos, os elétrons f não estão tão presos ao núcleo quanto os dos lantanídeos, de modo que, diferentemente deles, a série dos lantanídeos não é tão homogênea como seria previsto. Como os lantanídeos, os actinídeos apresentam crescimento suave nos raios atômicos e iônicos com o aumento do número atômico. Os membros mais leves da série (até o amerício) têm elétrons f que participam de ligações, diferentemente dos lantanídeos. Conseqüentemente estes elementos são mais parecidos com os metais de transição, formando compostos de coordenação e apresentando valências variáveis. Este comportamento destoa quase completamente com o padrão regular observado no início da série dos lantanídeos. Devido ao aumento da carga nuclear, os membros mais pesados (cúrio ao laurêncio) não tendem a usar seus elétrons internos f na formação de ligações e então se parecem mais com os lantanídeos, formando compostos trivalentes.

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Membros da série:

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- Actínio (Ac)

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O actínio é o elemento que encabeça a série dos actinídeos, embora a rigor ele não seja um metal de transição interna, pois não tem elétrons no subnível 5f. Seu número atômico é 89 e sua massa é de (227); funde-se a cerca de 1050 °C e vaporiza-se a 3198°C. O elemento é raro e muito radioativo, de modo que sua química não é muito conhecida, mas mostra-se bastante similar à do Lantânio, com algumas diferenças devido aos efeitos relativísticos. O metal brilha azulado no escuro por causa da radiação e sempre libera calor. Sabe-se que reage com a água e com o ar, mas não se tem certeza do comportamento químico de seu óxido. O metal é macio, muito eletropositivo e reativo, existindo em seus compostos sempre no estado de oxidação +3. Entretanto, seus compostos são muito raros e sem importância comercial.

O actínio é muito radioativo e pouco abundante. Quimicamente se assemelha ao lantânio e lantanídeos anteriores. Seus sais contém o íon incolor Ac(+3), mas podem apresentar um brilho azul pálido causado pela radiação do elemento, que estimula as moléculas de ar em torno a emitirem luz. Sabe-se que ele reage com a água, mas o óxido Ac2O3 e o hidróxido não são bem caracterizados. Como o lantânio, reage com ácidos diluídos. O actínio reage rapidamente com o ar e umidade, formando um revestimento branco de óxido que, diferentemente do Lantânio, impede a oxidação adicional do metal, protegendo-o. Soluções de sais de actínio são incolores, contendo o elemento no estado trivalente. Apenas um número restrito de compostos do elemento são conhecidos. Diferentemente do lantânio em relação aos lantanídeos, o actínio não serve de padrão químico para todos os actinídeos, pois alguns apresentam propriedades que fogem ao padrão previsto, como o urânio.

Devido à sua intensa radiação e à sua raridade, o actínio não possui aplicações comerciais, embora cogita-se que ele poderia ser utilizado em geradores termoelétricos de radionuclídeos. Uma mistura de óxido de actínio com berílio torna-se um emissor de nêutrons muito potente, superior ao gerador atual de poloneto de berílio.

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1) 2) 3) 4)

1) e 2) Actínio metálico. Na primeira foto pode-se ver o brilho emitido por causa da radiação. 3) óxido de actínio (Ac2O3); 4) partículas de um composto de actínio brilhando sobre um fundo escuro.

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- Tório (Th)

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O tório é um metal radioativo com número atômico 90 e massa atômica padrão de 232, que funde a 1822°C e ferve a 4788°C. O tório é um metal branco-prateado, muito mole quando puro, que oxida em contato com o ar formando uma camada protetora que protege o metal de uma oxidação adicional. Não reage com a água (devido à camada passivadora de óxido) nem com ácidos muito diluídos, podendo manter-se brilhante por meses. Porém, é muito eletropositivo e reativo, sendo que o pó do metal é pirofórico.

O tório é um análogo mais pesado do cério, compartilhando com ele diversas características, ocorrendo frequentemente juntos nos mesmos minerais. O tório apresenta-se apenas no estado de oxidação +4, logo de início foge ao padrão regular esperado para a série. O tório não forma cátion +3 estável e o elemento tetravalente tem sua química similar à do cério tetravalente, porém muito menos oxidante. Os sais de tório sofrem hidrólise apreciável e suas soluções são bastante ácidas. Estes sais são todos incolores, a menos que o ânion seja colorido. A base Th(OH)4 é fraca e instável, decompondo-se rapidamente no óxido ThO2, um óxido básico, mas muito insolúvel e com um ponto de fusão extremamente elevado. Muito da química do tório se assemelha mais à dos elementos do grupo 4B, tais como o zircônio, do que ao actínio. Isso é uma anormalidade observada na série dos actinídeos, pois os elétrons f participam das ligações. O elemento reage lentamente com ácidos, porém mais rapidamente em ácido clorídrico ou nítrico contendo fluoreto.

O tório apresenta diversas aplicações industriais. Ele é utilizado na forma de óxido na composição de camisas para lampiões a gás, e também na confecção de materiais refratários. O elemento pode ser utilizado em baterias nucleares, na fabricação de alguns vídeos especiais, como emissor de elétrons em aparelhos de microondas, etc.

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- Protactínio (Pa)


O protactínio é um metal cinza-prateado raro e muito radioativo, com número atômico 91 e massa atômica de [231]. Tem ponto de fusão de 1568°C e ponto de ebulição de 4027°C. O metal é denso e muito reativo, reagindo rapidamente com o ar, água e ácidos inorgânicos. Se apresenta geralmente no estado de oxidação +5, formando compostos com uma estequiometria muito complexa, muitos dos quais são difíceis de estudar e caracterizar, devido à sua extensa hidrólise de seus sais, que leva à formação de vários produtos diferentes e insolúveis difíceis de trabalhar, e à sua raridade e intensa radiação que causa radiólise em seus compostos. O elemento também ocorre nos estados de oxidação +3 e +4, que são agentes redutores. Os compostos no nox +3 costumam ser de uma cor azul-arroxeada, enquanto o +4 é preto, verde ou amarelado. Os compostos no estado +5 possuem cores que variam muito de acordo com o ânion.

O protactínio é muito raro na crosta terrestre, ocorrendo geralmente em minérios de urânio, por ser um produto do decaimento do elemento. Costuma ser extraído nos resíduos radiativos de combustível nuclear, onde ocorre em uma proporção apreciável. O elemento não segue um padrão de comportamento químico muito rígido, mas tem uma química muito semelhante à do tório e do urânio. Seus sais nos estados +4 e +5 sofrem hidrólise em água formando soluções muito ácidas, além de gerar um precipitado gelatinoso e grudento que é uma mistura de óxidos, hidróxidos e oxossais de composição muito complexa, difíceis de estudar. Não se sabe se são compostos mistos ou misturas de compostos. Este precipitado entope os poros dos filtros e acabam aderindo às paredes do frasco ou a outros precipitados, dificultando a purificação. Por causa desse inconveniente, sua química é ainda pouco conhecida. Para um melhor estudo da química do elemento, usa-se soluções concentradas de fluoreto, que forma com o elemento complexos solúveis e de composição mais simples de se identificar. O óxido Pa2O5 é o principal composto do elemento e é um óxido de básico a anfótero.

O elemento, devido à sua raridade e dificuldade de trabalho, ainda não tem nenhuma aplicação industrial fora da pesquisa científica. O elemento é extremamente tóxico.

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- Urânio (U)

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O urânio é de longe o actinídeo mais conhecido, por seu uso em usinas e armas nucleares. Ele é um metal branco-prateado brilhante e muito denso, com um aspecto semelhante ao níquel, com n° atômico 92 e massa de [238], que funde a 1132,2°C e ferve a 4131°C. O elemento é muito reativo e com uma química muito característica. O urânio resiste à oxidação pelo ar, podendo se manter brilhante por muito tempo; contudo é atacado quando pulverizado. Reage facilmente com ácidos, formando sais no estado de oxidação +4, facilmente oxidáveis ao estado +6. Com água quente, ele reage formando uma mistura do dióxido UO2 e o hidreto UH3, uma reação pouco comum. Os estados de oxidação do elemento são +3, +4, +5 e +6, sendo o +4 e (principalmente) o +6 os mais comuns.

O urânio existe nos estados de oxidação de +3 a +6, sendo este último o que domina a química do elemento. No estado +3, ele existe como o íon U(+3) (Urânio III) de cor azul lavanda, que se comporta como o actínio ou os lantanídeos, especialmente o neodímio (Nd). É um forte agente redutor, sendo facilmente oxidado ao estado +4 por oxidantes suaves e +6 por oxidantes mais fortes. Existe em compostos como o UH3, UCl3, UPO4, etc. O nox +4 é constituído pelo íon U(+4) (urânio IV ou uranoso), de cor esverdeada e uma química semelhante à do tório. Está presente em compostos tais como o UO2, o UF4, UCl4, U(SO4)2, etc. UO2 é um óxido básico e insolúvel em água. Este íon forma vários compostos comuns e complexos, sendo um agente redutor suave, que é oxidado pelo ar ao estado +6. O nox +5 ocorre em poucos compostos restritos, na forma de compostos como o pentafluoreto de urânio (UF5) e alguns sais e complexos do íon UO2(+), conhecido como uranila V. Este estado de oxidação é instável e sofre desproporcionamento aos estados +4 e +6. UF5 é verde escuro e os sais de UO2(+) são incolores. O estado +6 (urânio VI ou urânico) é o mais estável do urânio, ocorrendo em diversos compostos. É constituído pelo óxido anfótero UO3, pelo hexafluoreto de urânio (UF6) e por sais dos íons U2O7(-2) (diuranato) e UO2(+2) (uranila). Os sais do íon uranila são os compostos mais comuns de urânio, se comportando como cátions de metais alcalinoterrosos como o cálcio. Eles incluem o sulfato de uranila (UO2SO4), o nitrato de uranila (UO2(NO3)2), o carbonato UO2CO3, o hidróxido UO2(OH)2, o acetato UO2(CH3CO2)2, etc. O íon é muito estável e sua estrutura persiste em solução e no estado sólido, em compostos comuns ou complexos. O íon possui uma estrutura linear O-U-O em que cada átomo de oxigênio está firmemente ligado ao urânio por uma ligação dupla e uma dativa. O nox +6 é composto basicamente de compostos de uranila, pois sais simples de U(+6) não existem em solução aquosa.

O urânio é o actinídeo mais conhecido e que possui mais aplicações. Ele é utilizado sobretudo na fabricação dos combustíveis em reatores nucleares (na forma de urânio enriquecido, rico no isótopo U-235, que sofre facilmente reações de fissão nuclear), em armas nucleares, na obtenção de novos elementos, etc. Entre outros usos, destaca-se seu uso em certos vidros especiais que fluorescem sob luz uv, em certas tintas e esmaltes, como munição em certas armas (balas de urânio empobrecido), em algumas ligas, em técnicas de coloração citológica (como acetato de uranila, UO2(CH3CO2)2), como marcador radioativo, entre inúmeros outros usos.

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- Netúnio (Np)

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O netúnio é um metal prateado brilhante, muito denso e reativo, muito parecido com o urânio. Seu n° atômico é 93 e possui massa de [237]. Funde-se a 637°C e ferve a 4000°C É o mais denso de todos os actinídeos e possui características muito parecidas com as do urânio e plutônio. O elemento é muito reativo, reagindo facilmente com ácidos e água quente, mas resiste à oxidação pelo ar, devido a uma camada de passivação. É o primeiro elemento sintético transurânico e seu nome foi dado em homenagem ao planeta Netuno, descoberto na mesma época, em analogia à nomeação do urânio, que foi dada em homenagem à descoberta do planeta Urano. O elemento é raro na crosta terrestre, sendo considerado praticamente artificial. Ocorre em baixíssimas concentrações em minérios de urânio e é geralmente extraído de resíduos de reatores nucleares gastos, onde ocorre em quantidade apreciável. O netúnio possui a maior faixa de estado líquido entre todos os elementos conhecidos, com uma diferença de 3363°C entre o ponto de fusão e o de ebulição.

O netúnio existe em cinco estados de oxidação: +3, +4, +5, +6 e +7, sendo o +5 o estado mais comum. Np(+3) (Netúnio III) é um íon com uma cor roxo pálida, paramagnético, que se comporta de forma similar ao actínio, aos lantanídeos (especialmente o promécio, Pm) e os íons trivalentes de U e Pa. O netúnio trivalente é um agente redutor relativamente forte, porém mais estável que U e Pa trivalentes. É facilmente oxidado pelo ar a estados de oxidação mais elevados. Compostos incluem: o hidróxido totalmente básico e insolúvel Np(OH)3, o cloreto NpCl3, o fluoreto NpF3, usado na purificação do elemento, etc. O estado +4 é constituído pelo íon Np(+4) (Netúnio IV), de cor verde-amarelada, que se comporta de forma similar ao tório e U tetravalente. É um agente redutor suave que forma vários sais simples e complexos análogos aos de U(+4). O estado +5 (Netúnio V), o mais comum do elemento, é constituído pelo óxido Np2O5, fluoreto NpF5 e sobretudo pelo íon NpO2(+) (netunila V), estruturalmente semelhante ao UO2(+2), exceto que o estado de oxidação do Np é +5, e não +6. O íon tem uma cor verde-azulada e propriedades anfóteras. Forma vários sais comuns e muitos complexos, especialmente com doadores de O, que incluem NpO2(OH)2(-), NpO2(CO3)3(-5), NpO2(H2O)2(+), etc. O estado +6 (Netúnio VI) ocorre sobretudo em compostos contendo o íon NpO2(+2) (netunila VI), que possui uma cor rosa-salmão pálida e é um agente oxidante suave. Esse íon é química e estruturalmente semelhante ao íon uranila. Também são conhecidos compostos como o óxido anfótero NpO3 e o hexafluoreto volátil NpF6. O estado +7 ocorre no íon pernetunato (NpO5(-3)), um poderoso agente oxidante instável em solução, pois oxida a água a oxigênio. Os sais desse íon possuem uma cor muito escura, quase preta, e este nox é bastante raro. Compostos de valência mista, especialmente óxidos e haletos, são também conhecidos.

O netúnio é extraído de rejeitos de reatores nucleares e possui um potencial para ser usado para fins de geração de energia nuclear e mesmo em armas nucleares. Porém, é muito raro e caro e menos eficiente que o urânio ou plutônio. Atualmente, não possui muitas aplicações fora dos âmbitos de pesquisa. É usado como detector de nêutrons energéticos, para gerar o plutônio, etc.

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