Actínidos – Definición, Propiedades, Formación, Usos

El bloque d y f contiene principalmente elementos que incluyen los grupos 3-12. El bloque f tiene elementos en los que 4f y 5f se rellenan progresivamente. Estos elementos se colocan debajo de la tabla periódica en una tabla separada. Los elementos de bloque d y f se conocen principalmente como elementos de transición o de transición interna.

actínidos

Los actínidos son elementos con números atómicos que van de 90 a 103 que siguen al Actinio. Incluyen elementos de torio, protactinio y uranio de origen natural, así como once elementos transuránicos creados artificialmente a través de procesos nucleares. A pesar de esto, todos los actínidos son radiactivos. La serie de actínidos recibe su nombre del primer elemento de la serie, el actinio. El símbolo An se usa para referirse a cualquiera de los elementos de la serie de actínidos, que tienen números atómicos que van del 89 al 103 en la tabla periódica. Todos los elementos de la serie de los actínidos son de naturaleza radiactiva y liberan una cantidad considerable de energía durante la desintegración radiactiva. Los actínidos naturales más numerosos en la Tierra son el uranio y el torio, mientras que el plutonio se sintetiza.

Estos elementos se encuentran tanto en los reactores nucleares como en las armas nucleares. El uranio y el torio se utilizan en una serie de aplicaciones, mientras que el americio se utiliza en las actuales cámaras de ionización de detectores de humo. Los actínidos tienen la siguiente configuración eléctrica general: [Rn] 5f ^{1 – 14} 6d ^{0 – 1} 7s ² . El radio es el gas noble más cercano y su configuración electrónica es [Rn].

Propiedades físicas de los actínidos 

1. Todos son radiactivos. No hay isótopos estables de estos elementos.
2. Los actínidos tienen una fuerte electropositividad.
3. Los metales se deslustran rápidamente en el aire. Estos elementos son pirofóricos (se encienden espontáneamente en el aire), especialmente como polvos finamente divididos.
4. Los actínidos son metales que son extremadamente densos y tienen diferentes estructuras. Hay numerosos alótropos que se pueden formar: el plutonio tiene al menos seis alótropos. El actinio es una excepción, ya que contiene menos fases cristalinas.
5. Los metales actínidos suelen ser blandos. Algunos de ellos se pueden cortar con un cuchillo.
6. Estos elementos tienen una naturaleza maleable y dúctil.
7. Los actínidos son todos paramagnéticos.
8. Producen gas hidrógeno cuando reaccionan con agua caliente o ácido diluido.
9. A temperatura y presión ambiente, todos estos elementos son metales de color plateado que son sólidos.
10. La mayoría de los no metales se mezclan inmediatamente con los actínidos.

Propiedades químicas de los actínidos 

1. Todos los actínidos, como los lantánidos, son extremadamente reactivos con halógenos y calcógenos; sin embargo, los actínidos reaccionan más fácilmente. Los actínidos, particularmente aquellos con un bajo número de electrones 5f, son susceptibles a la hibridación.
2. El actinio y el lantano están químicamente relacionados, como lo demuestran sus radios iónicos y estructuras electrónicas comparables.
3. El actinio, como el lantano, suele tener invariablemente un estado de oxidación de +3 en los compuestos, pero es menos reactivo y tiene características básicas más fuertes.
4. El torio es un elemento químicamente activo. Los compuestos de torio tetravalente son incoloros debido a la falta de electrones en los orbitales 6d y 5f.

Elementos f-block, actínidos y lantánidos

Con números atómicos que van del 57 al 71, los actínidos son la segunda serie de elementos del bloque f, mientras que los lantánidos son la primera serie de elementos del bloque f. Los actínidos son radiactivos por naturaleza, pero los lantánidos, con la excepción del prometio, no lo son. Los lantánidos son metales blandos con un aspecto blanco plateado. La contracción de los lantánidos ocurre cuando los radios atómicos e iónicos del lantano caen de lantano a lutecio. Los lantánidos son buenos conductores de la electricidad y el calor, con valores de fusión que oscilan entre 1000 K y 1200 K, con la excepción del samario, que tiene un punto de fusión de 1623 K. Las propiedades de los elementos del bloque f son tales que se agregan electrones al ‘ f’ suborbitales del nivel n – 2, y están ubicados en la tabla periódica entre (n – 1) d y ns elementos de bloque. Sus atributos son idénticos a los de los elementos del bloque d.

En términos de similitudes, tanto los actínidos como los lantánidos tienen un estado de oxidación dominante de +3. Ambos contribuyen al llenado de (n – 2) orbitales f. Ambos tienen una alta electropositividad y son de naturaleza muy reactiva. Con un aumento en el número atómico, hay una disminución en el tamaño iónico y atómico. Las características magnéticas son compartidas por actínidos y lantánidos.

Contracción de actínidos

Debido a la creciente carga nuclear y los electrones que ingresan al orbital f interno (n – 2), los radios iónicos o el tamaño atómico de los iones actínidos tripositivos tienden a disminuir continuamente de Th a Lw. Como resultado, esta disminución constante de tamaño con el aumento del número atómico se conoce como contracción de actínidos y ocurre de manera similar a la contracción de los lantánidos. Debido a la protección inadecuada de los electrones 5f, la contracción puede ser mayor a lo largo del período.

Configuración electrónica

Los actínidos son la segunda serie de elementos del bloque f, con una configuración electrónica terminal de [Rn] 5f ^1-14 6d ^0-1 7s ² . Debido a que las energías de los electrones 5f y 6d están cerca, los electrones entran en el orbital 5f.

Contracción de actínidos

El tamaño atómico/radio iónico de los iones actínidos tripositivos cae progresivamente de Th a Lw debido al aumento de la carga nuclear y los electrones que ingresan al orbital f interno (n-2). La contracción de actínidos, como la contracción de lantánidos, se refiere a una reducción gradual de tamaño a medida que aumenta el número atómico. Debido al débil blindaje proporcionado por los electrones 5f, la contracción es más fuerte durante el período.

Formación de iones de colores

Los actínidos, como los lantánidos, tienen electrones en orbitales f y orbitales vacíos, al igual que los elementos del bloque d. La transición de electrones ff crea un color visible cuando se absorbe una frecuencia de luz.

ionización

Debido a que los electrones 5f están más protegidos de la carga nuclear que los electrones 4f, los actínidos tienen entalpías de ionización más bajas que los lantánidos.

Estado de oxidación

Debido a la diferencia de energía más estrecha entre los orbitales 5f, 6d y 7s, los actínidos tienen estados de oxidación variables. Aunque 3+ es el estado de oxidación más estable, son posibles más estados de oxidación debido al importante blindaje de los electrones f. El estado de oxidación máximo aumenta hasta la mitad de la serie y luego declina; por ejemplo, aumenta de +4 para Th a +5, +6 y +7 para Pa, V y Np pero cae en los siguientes elementos.

Formación de Complejos

Debido a su menor tamaño pero mayor carga nuclear, los actínidos son mejores agentes complejantes que los lantánidos. En la secuencia de aparición, el grado de complexión disminuye.

M ⁴⁺ > MO ₂ ²⁺ > M ³⁺ > MO ₂ ²⁺

Reaccion quimica

Los actínidos son más electropositivos y reactivos que los lantánidos debido a su menor energía de ionización. Reaccionan cuando se exponen al agua caliente. Forma un revestimiento pasivo al reaccionar con sustancias oxidantes. Se forman haluros e hidruros. Los actínidos son agentes reductores extremadamente efectivos.

Propiedades físicas

1. Excepto el torio y el americio, todos los actínidos tienen densidades extremadamente altas.
2. Los actínidos, como los lantánidos, tienen puntos de fusión relativamente altos, pero no existe un patrón perceptible en las temperaturas de fusión y ebullición de los lantánidos.
3. Debido a la existencia de electrones desapareados, todos los actínidos son paramagnéticos. Debido al blindaje de los electrones 5f, el momento angular orbital se apaga y el momento magnético observado es menor que el momento magnético calculado.

Similitudes entre lantánidos y actínidos

La subcapa (n-2) f se emplea para el llenado y la caracterización de todos los lantánidos y actínidos. Los lantánidos y los actínidos tienen configuraciones eléctricas muy similares. Los siguientes son algunos de los puntos en común significativos entre estos dos,

1. Los lantánidos y actínidos tienen un alto Estado de Oxidación de +3.
2. El llenado de estos elementos involucra (n – 2) f orbitales.
3. Los lantánidos y los actínidos son reactivos y electropositivos.
4. A medida que aumenta el número atómico de estos elementos, también aumentan sus tamaños iónicos y atómicos.
5. Los lantánidos y los actínidos tienen fuertes características magnéticas.

Diferencias entre lantánidos y actínidos

1. El llenado de los lantánidos involucra orbitales 4f, mientras que el llenado de actínidos involucra orbitales 5f.
2. La energía que une este átomo 4F es más pequeña que la de los actínidos, que son electrones 5F.
3. El blindaje de los electrones 5F también es menor que el de los electrones 4F.
4. Las características paramagnéticas de los lantánidos son bastante simples de explicar. Sin embargo, en el caso de Actinides, es difícil explicar todas las características paramagnéticas.
5. A excepción del prometio, la mayoría de los lantánidos no son radiactivos. Los elementos de la serie Actinide son todos radiactivos.
6. Hay múltiples oxocationes de los elementos en la clase Actínidos, pero ninguno en los Lantánidos.
7. A diferencia de los productos químicos que se encuentran en los lantánidos, los compuestos generados por los actínidos son de naturaleza muy básica.

Disponibilidad de actinida

Los elementos actínidos torio y uranio prevalecen en la corteza terrestre. El uranio también contiene trazas de plutonio y neptunio. Una variedad de elementos sintéticos se encuentran en la serie de actínidos. Debido a que no se producen de forma natural, sino como resultado de la descomposición de un componente de un elemento más pesado, estos elementos se conocen como elementos sintéticos. Cuando se expone al aire, el elemento actínido se empaña.

Usos y aplicaciones de los actínidos

1. El americio y otros actínidos se utilizan en detectores de humo.
2. El torio se emplea principalmente en mantos de gas.
3. El actinio es utilizado por científicos e investigadores para realizar investigaciones o estudios científicos.
4. El actinio también se emplea como fuente gamma, indicador y fuente de neutrones.
5. Un número significativo de actínidos se utiliza en actividades de defensa, armas nucleares y generación de energía.
6. El plutonio se utiliza en reactores nucleares y en bombas nucleares.
7. Muchos elementos actínidos se emplean en plantas de energía nuclear, así como en la creación de energía electrónica.
8. Cada actínido se distingue por su propio número atómico, así como por sus diversas funciones y características. Es fundamental investigar las características químicas y físicas de los actínidos para predecir sus reacciones.
9. Los actínidos carecen de isótopos estables.

Problemas de muestra

Pregunta 1: ¿Qué son los actínidos?

Solución:

Siguiendo al elemento Actinio, los actínidos son elementos con números atómicos que van de 90 a 103.

Pregunta 2: ¿Para qué se utilizan los actínidos?

Solución:

Tanto los reactores nucleares como las armas nucleares emplean estos materiales. El uranio y el torio se utilizan en una variedad de aplicaciones, mientras que el americio se utiliza en las cámaras de ionización de los detectores de humo modernos.

Pregunta 3: ¿Cuáles son las tendencias observadas con la reactividad química de los actínidos?

Solución:

Los actínidos son más electropositivos y reactivos que los lantánidos debido a su menor energía de ionización. Cuando entran en contacto con el agua caliente, reaccionan. Forma un revestimiento pasivo al reaccionar con sustancias oxidantes. Se forman haluros e hidruros. Los actínidos son potentes reductores.

Pregunta 4: ¿Cuáles son las propiedades físicas de los actínidos?

Solución:

1. Excepto el torio y el americio, todos los actínidos tienen densidades extremadamente altas.
2. Los actínidos, como los lantánidos, tienen puntos de fusión relativamente altos, pero no hay un patrón perceptible en las temperaturas de fusión y ebullición de los lantánidos.
3. En la naturaleza, todos los actínidos son paramagnéticos, lo que está determinado por la existencia de electrones desapareados. Debido al blindaje de los electrones 5f, el momento angular orbital se apaga y el momento magnético observado es menor que el calculado.

Pregunta 5: ¿Qué es la contracción de actínidos?

Solución:

Debido al aumento de la carga nuclear y la entrada de electrones en el orbital f interno (n-2), el tamaño atómico/radio iónico de los iones actínidos tripositivos disminuye progresivamente de Th a Lw. La contracción de actínidos, como la contracción de lantánidos, es una disminución constante de tamaño con un número atómico creciente. La contracción es mayor durante el período debido al blindaje inadecuado proporcionado por los electrones 5f.