La serie de los actínidos es un grupo de elementos químicos con números atómicos que van desde 89 a 102, [nota 1] incluyendo elementos notables como el uranio y el plutonio . Los nucleidos (o isótopos ) torio-232 , uranio-235 y uranio-238 se producen de forma primordial , mientras que trazas de actinio , protactinio , neptunio y plutonio existen como resultado de la desintegración radiactiva y (en el caso del neptunio y el plutonio) la captura de neutrones del uranio. [nota 2] Estos elementos son mucho más radiactivos que el torio y el uranio, que se encuentran en la naturaleza, y por lo tanto tienen vidas medias mucho más cortas . Los elementos con números atómicos mayores que 94 no existen de forma natural en la Tierra, y deben producirse en un reactor nuclear . [2] Sin embargo, ciertos isótopos de elementos hasta el californio (número atómico 98) aún tienen aplicaciones prácticas que aprovechan sus propiedades radiactivas. [3] [4]
Si bien todos los actínidos son radiactivos, los actínidos y los compuestos de actínidos comprenden una parte importante de la corteza terrestre. [5] Hay suficiente torio y uranio para ser extraídos comercialmente, y el torio tiene una concentración en la corteza terrestre aproximadamente cuatro veces mayor que el uranio. [6] La producción mundial de uranio en 2021 fue de más de seis millones de toneladas, siendo Australia el principal proveedor. [7] El torio se extrae como un subproducto del titanio , el circonio , el estaño y las tierras raras a partir de la monacita , de la que el torio suele ser un producto de desecho. A pesar de su mayor abundancia en la corteza terrestre, la baja demanda de torio en comparación con otros metales extraídos junto con el torio ha provocado un excedente mundial. [8]
El principal peligro asociado con los actínidos es su radiactividad , aunque también pueden causar envenenamiento por metales pesados si se absorben en el torrente sanguíneo . [9] Generalmente, los compuestos actínidos insolubles ingeridos , como el dióxido de uranio y el combustible de óxido mixto (MOX) , pasarán a través del tracto digestivo con poco efecto ya que tienen vidas medias largas y no pueden disolverse y ser absorbidos en el torrente sanguíneo. [10] Sin embargo, los compuestos actínidos inhalados serán más dañinos ya que permanecen en los pulmones e irradian el tejido pulmonar.
El actinio se puede encontrar de forma natural en trazas en el mineral de uranio como 227 Ac, un emisor α y β con una vida media de 21,773 años. El mineral de uranio contiene alrededor de 0,2 mg de actinio por tonelada de uranio. Se produce más comúnmente en cantidades de miligramos mediante la irradiación de neutrones de 226 Ra en un reactor nuclear. El actinio natural consta casi exclusivamente de un isótopo, 227 Ac, con solo trazas diminutas de otros isótopos de vida más corta ( 225 Ac y 228 Ac) que aparecen en otras cadenas de desintegración. [11]
En la India , se puede encontrar una gran cantidad de mineral de torio en forma de monacita en depósitos de placer de las dunas costeras occidentales y orientales , en particular en las zonas costeras de Tamil Nadu . Los residentes de esta zona están expuestos a una dosis de radiación natural diez veces superior a la media mundial. [12]
El torio se encuentra en niveles bajos en la mayoría de las rocas y suelos , donde es aproximadamente tres veces más abundante que el uranio y aproximadamente tan abundante como el plomo . En promedio, el suelo comúnmente contiene alrededor de 6 partes por millón (ppm) de torio. [13] El torio se presenta en varios minerales ; el más común es el mineral de fosfato de torio y tierras raras monacita , que contiene hasta un 12% de óxido de torio. Varios países tienen depósitos sustanciales. El 232 Th se desintegra muy lentamente (su vida media es aproximadamente tres veces la edad de la Tierra ). Otros isótopos del torio se encuentran en las cadenas de desintegración del torio y el uranio. Estos tienen una vida más corta y, por lo tanto, son mucho más radiactivos que el 232 Th, aunque en términos de masa son insignificantes.
El torio se ha relacionado con el cáncer de hígado . En el pasado, el torio ( dióxido de torio ) se utilizaba como agente de contraste para radiografías médicas, pero su uso se ha interrumpido. Se vendía con el nombre de Thorotrast .
El protactinio-231 se encuentra de forma natural en minerales de uranio como la pechblenda, en cantidades de hasta 3 ppm en algunos minerales. El protactinio está presente de forma natural en el suelo, las rocas, las aguas superficiales, las aguas subterráneas, las plantas y los animales en concentraciones muy bajas (del orden de 1 ppt [ no está claro si esto significa partes por mil o partes por billón ] o 0,1 picocurios por gramo (pCi/g).
El uranio es un metal natural que se encuentra ampliamente distribuido. Está presente en casi todos los suelos y es más abundante que el antimonio , el berilio , el cadmio , el oro , el mercurio , la plata o el tungsteno , y es casi tan abundante como el arsénico o el molibdeno . Se encuentran concentraciones significativas de uranio en algunas sustancias, como los depósitos de roca fosfórica y minerales como el lignito y las arenas de monacita en menas ricas en uranio (se recupera comercialmente de estas fuentes).
El agua de mar contiene aproximadamente 3,3 partes por mil millones de uranio en peso [14], ya que el uranio (VI) forma complejos de carbonato solubles . La extracción de uranio del agua de mar se ha considerado como un medio para obtener el elemento. Debido a la actividad específica muy baja del uranio, los efectos químicos de este sobre los seres vivos a menudo pueden superar los efectos de su radiactividad. En algunos lugares se ha añadido uranio adicional al medio ambiente, a partir del ciclo del combustible nuclear y del uso de uranio empobrecido en municiones.
Al igual que el plutonio, el neptunio tiene una alta afinidad por el suelo. [15] Sin embargo, es relativamente móvil a largo plazo, y la difusión del neptunio-237 en las aguas subterráneas es un problema importante en el diseño de un depósito geológico profundo para el almacenamiento permanente de combustible nuclear gastado . El 237 Np tiene una vida media de 2,144 millones de años y, por lo tanto, es un problema a largo plazo; pero su vida media sigue siendo mucho más corta que las del uranio-238 , el uranio-235 o el uranio-236 , y, por lo tanto, el 237 Np tiene una actividad específica más alta que esos nucleidos. Solo se utiliza para fabricar plutonio-238 cuando se bombardea con neutrones en un laboratorio.
El plutonio presente en el medio ambiente proviene de varias fuentes, entre ellas:
El plutonio, al igual que otros actínidos, forma fácilmente un núcleo de dióxido de plutonio ( plutonilo ) (PuO2 ) . En el medio ambiente, este núcleo de plutonilo forma complejos fácilmente con carbonato y otras fracciones de oxígeno (OH− , NO2− , NO3− y SO42− ) para formar complejos cargados que pueden moverse fácilmente y tienen baja afinidad con el suelo.
El PuO2 formado a partir de la neutralización de soluciones de ácido nítrico altamente ácidas tiende a formar PuO2 polimérico , que es resistente a la formación de complejos. El plutonio también cambia fácilmente de valencia entre los estados +3, +4, +5 y +6. Es común que una fracción de plutonio en solución exista en todos estos estados en equilibrio.
Se sabe que el plutonio se une muy fuertemente a las partículas del suelo; véase más arriba [¿ dónde? ] un estudio espectroscópico de rayos X del plutonio en el suelo y el hormigón . Si bien el cesio tiene una química muy diferente a la de los actínidos, es bien sabido que tanto el cesio como muchos actínidos se unen fuertemente a los minerales del suelo. Ha sido posible utilizar suelo marcado con 134 Cs para estudiar la migración de Pu y Cs en suelos. Se ha demostrado que los procesos de transporte coloidal controlan la migración de Cs (y controlarán la migración de Pu) en el suelo en la Planta Piloto de Aislamiento de Residuos . [16]
El americio suele llegar a los vertederos a partir de detectores de humo desechados . Las normas para la eliminación de detectores de humo son muy laxas en la mayoría de los municipios. Por ejemplo, en el Reino Unido está permitido desechar un detector de humo que contenga americio colocándolo en el cubo de basura junto con la basura doméstica normal, pero cada cubo de basura está limitado [ ¿ es necesaria una aclaración ?] [ ¿por ley? ] a contener solo un detector de humo. La fabricación de productos que contienen americio (como los detectores de humo), así como los reactores nucleares y las explosiones, también pueden liberar americio al medio ambiente. [17]
En 1999, un camión que transportaba 900 detectores de humo se incendió en Francia , lo que, según se afirma, provocó una liberación de americio al medio ambiente. [18] En Estados Unidos, el "boy scout radiactivo" David Hahn pudo comprar miles de detectores de humo a precios de saldo y concentrar el americio que contenían.
Se han dado casos de seres humanos expuestos al americio. El peor caso fue el de Harold McCluskey , que estuvo expuesto a una dosis extremadamente alta de americio-241 después de un accidente en el que se vio involucrado un contenedor de guantes . Posteriormente fue tratado con terapia de quelación . Es probable que la atención médica que recibió le haya salvado la vida; a pesar de que la biodistribución y la toxicidad del plutonio son similares, los dos elementos radiactivos tienen diferentes químicas en estado de solución. [19] El americio es estable en el estado de oxidación +3 , mientras que el estado de oxidación +4 del plutonio puede formarse en el cuerpo humano. [20]
El isótopo más común, el americio-241, se desintegra (vida media de 432 años) en neptunio-237, que tiene una vida media mucho más larga , por lo que a largo plazo se aplican los problemas analizados anteriormente para el neptunio. [21]
El americio liberado al medio ambiente tiende a permanecer en el suelo y el agua a profundidades relativamente bajas y puede ser absorbido por animales y plantas durante el crecimiento; los mariscos como los camarones absorben americio-241 en sus caparazones, y partes de las plantas de cereales pueden contaminarse por exposición. [22] En un artículo de 2021, JD Chaplin et al. informaron avances en la técnica de gradientes difusivos en películas delgadas , que han proporcionado un método para medir el americio biodisponible lábil en suelos, así como en agua dulce y salada. [23]
Los compuestos atmosféricos de curio son poco solubles en solventes comunes y se adhieren principalmente a las partículas del suelo. El análisis del suelo reveló una concentración de curio aproximadamente 4000 veces mayor en las partículas arenosas del suelo que en el agua presente en los poros del suelo. Se midió una proporción aún mayor de aproximadamente 18 000 en suelos francos . [24]
El californio es bastante insoluble en agua, pero se adhiere bien al suelo común y sus concentraciones en el suelo pueden ser 500 veces mayores que en el agua que rodea las partículas del suelo. [25]
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