Reacción del dióxido de plutonio con agua Miriam Martin

Reacción del dióxido de plutonio con agua: formación y
propiedades de PuO2+x
John M. Haschke, Thomas H. Allen, Luis A. Morales
MIRIAM MARTÍN GÓMEZ GRUPO 2
RESUMEN
Este artículo demuestra que existen óxidos estables más altos que el PuO2
contrariando la teoría anterior y los experimentos fallidos en que se trató de oxidar este
compuesto con agentes muy fuertes.
INTRODUCCIÓN
El plutonio es un elemento perteneciente al grupo de los actínidos y sus
propiedades se asemejan a las de los lantánidos.
El metal es blanco -plateado, que se vuelve ligeramente amarillo con la
oxidación causada por la exposición al aire, existe en seis formas cristalinas y tiene
cuatro estados de oxidación diferentes.
La mayor parte del plutonio se encuentra combinado con otras sustancias, por
ejemplo, dióxido de plutonio (plutonio combinado con oxígeno) o nitrato de plutonio
(plutonio combinado con nitrógeno y oxígeno).
Generalmente el plutonio puede ser transportado en la atmósfera adherido a
partículas en el aire. Puede depositarse en la tierra o el agua o puede ser arrastrado por
la lluvia. El plutonio puede adherirse a partículas en el suelo, el sedimento y el agua.
El plutonio liberado durante pruebas de armas nucleares en la atmósfera
(suspendidas el año 1980) es la fuente de la mayor parte del plutonio en el ambiente. El
plutonio liberado durante estas pruebas se depositó en la tierra y el agua. La pequeña
cantidad que permanece en la atmósfera continúa depositándose lentamente.
El plutonio también es liberado al ambiente desde facilidades de investigación,
sitios de desechos, facilidades que reutilizan combustible nuclear, facilidades que
producen armas nucleares, y a raíz de accidentes en facilidades que usan plutonio.
DESARROLLO
Antes de este artículo se creía que el óxido de plutonio más estable correspondía
al PuO2 en el que el plutonio tiene un estado de oxidación (IV).
En varias ocasiones, se trató de obtener óxidos más altos termodinámicamente
estables pero este proyecto resultaba inviable.
Se vió que el PuO2, durante la oxidación atmosférica, aumentaba su masa, esto
se atribuía a la adsorción del agua en la superficie del metal.
Después de estudios por medio de difracción de rayos X y espectroscopía de
masas, se observó que el óxido adherido al metal se formó por reacción del vapor de
agua que hay en la atmósfera.
La estructura del PuO2 similar a la de la fluorita, permite que los átomos de
oxígeno del agua se introduzcan en los huecos intersticiales de su red cristalina, este
hecho justifica este incremento de masa no esperado.
Esta es una reacción cinéticamente muy lenta, en la que el Pu cambia su estado
de oxidación de IV a VI,e n la siguiente relación:
PuO2 + xH2O
PuO2+x + xH2
El hecho de que el H2 sea el único gas desprendido en la oxidación es hecho
decisivo que nos permitirá hablar de la cinética de la reacción. Se puede observar en la
gráfica la dependencia lineal de la presión del H2 y, por tanto, mediante la ecuación de
los gases ideales, de la dependencia lineal de la [H2] respecto al tiempo. De esta
afirmación, se deduce que la reacción es de orden cero.
Esta reacción se da a una temperatura por debajo de 350ºC.
CONCLUSIONES
A pesar de lo que se pensara antes de este artículo, se demuestra
experimentalmente que a temperaturas inferiores a 350ºC existe un óxido más alto que
el PuO2 y se mantiene estable. La estabilidad del compuesto se relaciona con la ley de
Arrhenius de forma que la constante de velocidad varía bruscamente con la temperatura,
y como la reacción es de orden cero, la velocidad de reacción dependerá principalmente
de la temperatura.
El aumento de presión del hidrógeno (producto de la reacción) puede provocar
fugas en los tanques en que están contenidos, por eso es necesario controlar su
almacenamiento ya que el Pu (VI) formado en la oxidación del PuO2 es extremadamente
tóxico..