Transcript Grupo21

Bloque f
Equipo: Cromo
Lantanidos




Grupo de elementos que forman parte del
periodo 6 de la tabla periódica.
Estos elementos son llamados tierras raras
debido a que se encuentran en forma de óxidos.
También se les conoce como elementos de
transición interna.
El nombre procede del lantano, que suele
incluirse dentro de este grupo, dando un total de
15 elementos, desde el de número atómico 57
(lantano) al 71 (lutecio).
el lantano no tiene electrones ocupando
ningún orbital f, mientras que los catorce
siguientes elementos tienen éste orbital 4f
parcial o totalmente lleno.
 Cerio, praseodimio, neodimio, prometio,
samario, europio, gadolinio, terbio,
disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio,
lutecio.

Características generales
Su ultima capa electrónica es la 4f.
 su estado de oxidación más importante es
el +3. pero también presentan el estado
de oxidación +2 y +4.

Abundancia de elementos en al
corteza
Elemento
mg/kg
corteza
lugar
66.5
Disprosio
5.2
50
Holmio
1.3
61
25
Erbio
3.5
52
Praseodimio 9.2
47
Tulio
0.52
70
Neodimio
41.5
26
Iterbio
3.2
53
Samario
7.05
48
Lutecio
0.8
64
Europio
2
58
Torio
9.6
44
Gadolinio
6.2
49
Terbio
1.2
62
Proactinio 0.001 81
Uranio
2.7
55
Cerio
El cerio es uno de los 14 elementos químicos que siguen al lantano en la tabla
periódica, denominados por ello lantánidos.
De color gris metálico similar al hierro, se torna pardo rojizo al exponerlo al aire.
Fue descubierto en 1803 por Martin Heinrich Klaproth y Jöns Jacob Berzelius e
independientemente por Wilhelm von Hisinger. Tomó su nombre de Ceres, el
planeta enano que se había encontrado dos años antes.
Nombre
Número atómico
Cerio
58
Valencia
3,4
Estado de oxidación
+4
Electronegatividad
1,1
Radio covalente (Å)
Radio iónico (Å)
Radio atómico (Å)
Configuración electrónica
Primer potencial de ionización (eV)
Masa atómica (g/mol)
1,65
1,01
1,81
[Xe]4f15d16s2
6,94
140,12
Densidad (g/ml)
6,67
Punto de ebullición (ºC)
3468
Punto de fusión (ºC)
Descubridor
795
W. von Hisinger en 1903
Elemento químico, Ce, número atómico 58, peso atómico 140.12. Es el
elemento metálico más abundante del grupo de las tierras raras en la tabla
periódica. El elemento natural está constituido de los isótopos 136Ce, 138Ce,
140Ce y 142Ce. El 142Ce radiactivo tiene una vida media de 5 x 1015 años. El
cerio se encuentra mezclado con otras tierras raras en muchos minerales,
en particular en monacita y blastnasita y también se halla entre los
productos de la fisión de uranio, torio y plutonio.
Aunque la valencia común del cerio es 3, forma también una serie de
compuestos tetravalentes y es la única tierra rara que existe como ion
tetravalente en solución acuosa. Aunque en alta pureza se le puede separar
de las otras tierras raras por métodos de intercambio iónico, por lo general
se separa químicamente aprovechando su estado tetravalente.
Isótopos
En la naturaleza, el cerio tiene tres isótopos estables y uno radiactivo: 136Ce, 138-Ce, 140-Ce y 142-Ce, siendo el 140-Ce el más abundante de ellos
(un 88,48%). En total se conocen 27 radioisótopos, siendo el 142-Ce con
5×1016 años el de mayor vida media. Este elemento también tiene dos
metaestados.
Mecheros que sirven para aumentar el brillo de la luz. El sulfato de Cerio se
utiliza en la fotografía.
El cerio y sus derivados tienen muchas aplicaciones. El dióxido de cerio se
emplea en las industrias ópticas para la pulimentación de lentes. Algunas de sus
sales se usan en fotografía, cerámica e industrias textiles. Uno de los muchos
usos de sus aleaciones es la fabricación de piedras de mechero.
Algunos de sus derivados se usan en pirotecnia y como materiales cerámicos.
Catalizador en el refinado del petróleo.
El cerio raramente se encuentra en la naturaleza, ya que se da en cantidades
muy pequeñas. El cerio normalmente se encuentra solamente en dos tipos
distintos de minerales: el lantano y el didmio.
El uso del cerio sigue aumentando, debido al hecho de que es útil para producir
catalizadores y para pulir cristales.
El cerio es uno de los elementos químicos raros, que puede ser encontrado
en equipos tales como televisiones en color, lámparas fluorescentes y
cristales. Todos los compuestos químicos raros tienen propiedades
comparables.
El cerio raramente se encuentra en la naturaleza, ya que se da en
cantidades muy pequeñas. El cerio normalmente se encuentra solamente en
dos tipos distintos de minerales. El uso del cerio sigue aumentando, debido
al hecho de que es útil para producir catalizadores y para pulir cristales.
El cerio es más peligroso en el ambiente de trabajo, debido al hacho de que
las humedades y los gases pueden ser inhalados con el aire. Esto puede
causar embolias pulmonares, especialmente durante exposiciones a largo
plazo. El cerio puede ser una amenaza para el hígado cuando se acumula
en el cuerpo humano.
La principal mena del cerio es la monacita, CePO4. Otros minerales
importantes son la cerita, H3(Ca,Fe)Ce3Si3O13 , y la bastnaesita, CeFCO3.
Se encuentra acompañando a otros metales de las tierras raras en la
monacita ((Ce,La,Nd,Pr)PO4), que se encuentra ampliamente distribuida
por el mundo, la bastnaesita, abundante en el sur de California, cerita,
con yacimientos importantes en Suecia y alanita, que abunda en
Groenlandia.
El Cerio es el elemento más abundante de las tierras raras, ocupa el
puesto 25 entre los 78 elementos más estables y comunes.
SAMARIO
Propiedades





Es un metal sólido, de color blanco grisáceo brillante,
duro y quebradizo que conduce bien el calor y la
electricidad.
Se conocen tres variedades cristalinas con puntos de
transición a 734 y 922ºC.
Es poco reactivo, se empaña lentamente en el aire
húmedo a la temperatura ambiente y arde en el aire a
150ºC.
Reacciona lentamente con el agua, dando hidrógeno y
se ataca por los ácidos para dar sales generalmente
trivalentes de color amarillo pálido.
El samario puede obtenerse por reducción de su óxido
con lantano.
Valores de las propiedades
Aplicaciones
El óxido de samario se utiliza en óptica
para absorber la luz infrarroja
 Como catalizador en la deshidratación y
en la deshidrogenación de etanol.
 Fabricación de lámparas de arco voltaico
de carbono, usadas en la industria del
cine para la iluminación de los estudios y
las luces de los proyectores.

Forma un compuesto con el cobalto
(SmCo5) que es un poderoso imán
permanente con mayor resistencia a la
desmagnetización que cualquier otro
material conocido.
 Puede ser encontrado en equipos tales
como televisiones en color, lámparas
fluorescentes y cristales.

Efectos en la Salud y en el
ambiente

El samario es vertido al medio ambiente en muchos lugares
diferentes, principalmente por industrias productoras de petróleo.
Puede entrar en el medio ambiente cuando se tiran los equipos
domésticos. El samario se acumulará gradualmente en los
suelos y en el agua de los suelos y esto llevará finalmente a
incrementar la concentración en humanos, animales y partículas
del suelo.

En los animales acuáticos provoca daños a las membranas
celulares, lo que tiene varias influencias negativas en la
reproducción y en las funciones del sistema nervioso.

Por inhalación de los vapores pueden producirse embolias
pulmonares y daños en el hígado.
Isótopos
Isótopos más estables
iso.
144
146
147
148
149
150
152
154
AN
Periodo de semidesintegración
144
Sm
3,07%
Sm
Sintético
1,03 × 10 a
Sm
14,99%
a
1,06 × 10 a
Sm
11.24%
7 × 10
Sm
13,82%
>2 × 10
Sm
7,38%
Sm
26,75%
Sm
22,75%
154
8
α
2,529
11
α
2,310
α
1,986
α
sin datos
a
15
152
ED MeV
PD
Sm es estable con 82 neutrones
15
150
MD
a
Sm es estable con 88 neutrones
Sm es estable con 90 neutrones
Sm es estable con 92 neutrones
142
143
144
145
Nd
Nd
Nd
Nd
Torio
Número atómico: 90
Valencia: 3
Estado de oxidación: +4
Electronegatividad: 1,3
Radio covalente (Å): 1,65
Radio iónico (Å): 0,95
Radio atómico (Å): 1,82
Configuración electrónica: [Rn]6d27s2
Primer potencial de ionización (eV) Masa atómica (g/mol): 232,038
Densidad (g/ml): 11,7
Punto de ebullición (ºC): 3850
Punto de fusión (ºC): 1750
Historia
El torio se llamó así en honor a Thor, el dios
escandinavo de la guerra. Fue descubierto en
Suecia por Jöns Jakob Berzelius en 1828.
Setenta años más tarde el matrimonio Pierre
Curie y Marie Curie pusieron de manifiesto el
carácter radiactivo del elemento.
Es un elemento de la serie de los Actínidos que
se encuentra en estado natural en los
minerales monazita, torita y troyanita.
El torio pertenece a la familia de las substancias
radioactivas, lo que significa que su núcleo es
inestable y que en un lapso de tiempo más o
menos largo se transforma en otro elemento.
El torio en estado puro, es un metal blanco-plata
que se oxida con mucha lentitud. Si se reduce
a un polvo muy fino y se calienta, arde
emitiendo una luz blanca deslumbrante.
Serie del Torio
Cuando un átomo de torio 232 se desintegra emite una
partícula alfa, formada por dos protones y dos
neutrones. La emisión de la partícula alfa reduce el
número atómico del torio 232 en dos unidades, y el
número másico en cuatro, transformándolo en el
isótopo 228 de otro elemento, el radio 228.
Posteriores desintegraciones forman la cadena
natural del torio. Este proceso continúa hasta que se
forma finalmente un elemento no radiactivo, y por
tanto estable, que es el plomo.
Gracias al periodo tan grande de desintegración del
torio 232, continuará produciendo elementos de su
serie durante miles de millones de años
Isótopos más Estables
Isótopos
AN
PSD
Desintegración
228Th
Sintético
19116años
α
229Th
Sintético
7340 años
α
230Th
Sintético
75380años
α
232Th
100
1.405x10*10
α
234Th
Traza
24.1días
β
Aplicaciones:
Sus principales aplicaciones son en aleaciones
con magnesio, utilizado para motores de avión.
Tiene un potencial muy grande de poder ser
utilizado en el futuro como combustible nuclear,
pero esa aplicación todavía está en fase de
desarrollo.
Se incorpora al Tungsteno metálico para fabricar
filamentos de lámparas eléctricas.
Para fabricar electrodos especiales de soldadura,
aleado con Tungsteno (Wolframio) creando la
aleación con más alto punto de fusión
existente, cerca de los 4000º ,
Los vidrios que contienen óxido de torio el tiene
un alto índice de refracción y una baja
dispersión por lo que se utilizan en la
fabricación de lentes de calidad para cámaras e
instrumentos científicos.
Se utiliza en la industria electrónica como
detector de oxígeno.
Protactinio
Símbolo: Pa
 Z = 91
 Configuración electrónica:
5f2 6d 7s2
 Punto de fusión: 1572°C
 Radio atómico: 1.642 A
 Estados de oxidación: +3, +4, +5

Su presencia en la corteza terrestre se
estima del orden de 0,00001 ppb.
 Se forma por transmutación del torio en la
familia radiactiva natural del 235U, por lo
que se encuentra en los minerales de este
elemento.

El protactinio esta presente como 231Pa en
la pechblenda o uraninita (Pech = una
forma de alquitrán; blenden = lucir, brillar,
cegar) en una cantidad aproximada de
0.1ppm
 Hay depósitos importantes en Jachymov
(República Checa), Kasolo (Zaire) y en
Canadá

Isotopos

Se han caracterizado 29 radioisótopos del
protactinio siendo los más estables el
231Pa, con una vida media de 32.760
años; el 233Pa, con una vida media de
26,967 días; y el 230Pa con una vida media
de 17,4 días. El resto de isótopos
radiactivos tienen vidas medias inferiores
a 1,6 días y la mayoría tienen vidas
medias menores de 1,8 segundos.
Compuestos de protactinio (V)

El pentóxido, Pa2O5, obtenido por
calcinación de otros compuestos al aire,
posee una estructura cristalina cúbica: al
calentarlo al vacío se obtiene una fase
subóxido PaO2.3 color negro, y finalmente,
PaO2
El pentafluoruro se obtiene como un sólido
blanco por fluoración del PaF4; se sublima
al vacío por arriba de 500°. Es muy
soluble en HF 1M, pero la evaporación de
las soluciones acuosas solo da mezclas
 Los pentahalogenuros se pueden obtener
por acción del SOCl2, Br2 o I2,
respectivamente, sobre un “carburo”,
producido por reducción del Pa2O5 con
carbón a 1700°

Compuestos de protactinio (IV)

El fluoruro PaF4 tiene un punto de fusión
elevado y es insoluble en solución de
HNO3-HF. También es posible obtener el
estado de oxidación en solución acuosa
por reducción de soluciones de PaV con
Cr2+ o amalgama de Zn, pero en las
soluciones se oxidan rápidamente al aire
Uranio
Descubierto como óxido en 1789 en la
pechblenda por el químico alemán Martin
Heinrich Klaproth.
 En 1841 E.M. Peligot aisló el uranio
metalico.


Las propiedades radioactivas del uranio
fueron puestas de manifiesto en 1896 por
el físico francés Antoine Henri Becquerel.
Estado Natural





El uranio nunca se encuentra en estado libre.
Se encuentra como óxido o sal compleja en
minerales tales como:
Pechblenda, óxido mixto de composición entre
UO2 y U3O8
Carnotita, un vanadato de uranilo y potasio
((VO4UO2K)2•3H2O)
Uraninita, en las arenas de monacita, en las
rocas ígneas y en el lignito.
El origen del uranio


El uranio es el elemento natural de mayor
número atómico.
No obstante, es de suponer que ese uranio es
un producto de la desintegración de elementos
con peso atómico más alto, que pueden haber
estado presentes en la tierra o en cualquier otra
parte del universo y que se habrían formado en
procesos estelares como la explosión de
supernovas o el propio big-bang.
Isótopos
isótopo %
U234
U235
U238
U233
U236
0.0054
Vida
media

245500
años

0.7204
7.04×109
años
99.2742 4.51×109
años
Sintético 159200
años
sintético 2.34 ×107
años
El uranio tiene 16
isótopos, todos ellos
radiactivos.
Solo 3 isótopos se
encuentran en estado
natural.
Propiedades
Masa Atómica:
Estados de Oxidación:
Electronegatividad
238,029 uma
+3 , +4, +5, +6
1,38
Radio Atómico:
Volumen Atómico:
1,56 Å
12,59 cm³/mol
Radio Iónico:
U+3 = 1,11 Å U+4 = 0,93 Å
Potencial Estándar
- 1,38v U4+ | U
Punto de Fusión:
Punto de Ebullición:
1ª Energía Ionización:
1132.3 °C
3818 °C
584 kJ/mol
1ª Afinidad Electrónica:
28,9 kJ/mol
Densidad:
19,0500 g/cm³
Producción
Extraccion




La pechblenda triturada y enriquecida por flotación se
mezcla con sulfúrico y nítrico. El uranio se disuelve para
formar sulfato de uranilo, UO2 SO4 y el radio y los otros
metales se precipitan como sulfatos.
Adición de NaOH, el uranio precipita como diuranato de
sodio, Na2U2O7•6H2O, conocido también como el óxido
amarillo de uranio.
Para obtener uranio desde la carnotita, el mineral es
finamente triturado y tratado con una solución caliente
de sosa cáustica y potasa para disolver el uranio, el
radio y el vanadio que posteriormente han de separarse.
El uranio extraído se purifica por diversos métodos,
principalmente por formación de haluros u óxidos que se
reducen con magnesio, calcio, aluminio o carbón a altas
temperaturas.


El metal también puede ser producido por
electrólisis de KUF5 o UF4, disueltos en una
mezcla fundida de CaCl2 y NaCl.
La preparación de uranio de alta pureza se
realiza mediante la descomposición térmica de
sus haluros sobre un filamento incandescente.
Tras cualquiera de los procesos, el uranio se
refunde para comercializarlo en lingotes de
metal puro o aleado según el uso al que vaya
destinado.
Aplicaciones


Por su alta densidad se
usa como contrapeso
para el control de
aeronaves, veleros y
satélites artificiales.
El uranio metálico se usa
como blanco en las
radiografías de rayos X
de alta energía, el nitrato
se ha utilizado como
toner fotográfico y el
acetato se usa en
química analítica



Material de blindaje
vs radiaciones de
alta penetración.
El uranio
empobrecido es
usado en la
producción de
municiones
perforantes y
blindajes de alta
resistencia.
Construcción de
armamento






Se emplea en los dispositivos inerciales de
orientación en giróscopos.
Todos los isótopos son importantes en la
industria nuclear tanto de armamento como de
producción de energía.
Los compuestos se usan en la fabricación de
vidrios especiales de tonos verdes
(Na2U2O7.6H2O)
El 238U, el isótopo de mayor vida media, se ha
usado para determinar la edad de las rocas
ígneas.
Este isótopo puede convertirse en plutonio
fisionable según el proceso:
238U + n + γ  239U + β  239Np + β
239Pu.
El uranio natural, ligeramente enriquecido
con 235U en un pequeño porcentaje , se
usa para abastecer los reactores
nucleares para la producción de energía
eléctrica. El torio natural puede irradiarse
con neutrones como se indica a
continuación para producir el isótopo 233U:
 232Th + n+ γ233Th + β 233Pa + β 
233U


Mientras que el torio no es fisionable, el 233U sí
lo es, y puede usarse como combustible
nuclear. Un kg de uranio completamente
fisionado tiene un poder como combustible
equivalente a unas 6.000 toneladas de carbón.
Tras el descubrimiento de la fisión nuclear, el
uranio llegó a convertirse en un metal
estratégico hasta el punto de que su uso estaba
restringido.


Sin embargo, a pesar de
constituir una poderosa
fuente de energía, existe
una fuerte controversia
social debida a los
problemas de seguridad en
las plantas y, sobre todo,
los del almacenamiento de
los residuos radiactivos.
El 17% de la electricidad
consumida en el planeta es
producida en reactores
nucleares que utilizan
como combustible el
uranio.