14 Curiosidades sobre o Plutônio (Pu), elemento químico 94

14 Curiosidades sobre o Plutônio

O plutônio é o elemento químico de número atômico 94 na tabela periódica, com símbolo Pu. Trata-se de um metal altamente radioativo pertencente à série dos actinídeos (que compreende os elementos de 89 a 102). O plutônio puro metálico tem cor cinza-prateada, porém brilha em um tom vermelho alaranjado no escuro devido ao calor gerado pela queima de seu óxido (é um material pirofórico).

Dados gerais sobre o Plutônio

Nome: Plutônio
Símbolo: Pu
Número atômico: 94
Massa Atômica: 244 (isótopo mais estável)
Ano da descoberta: 1940
Aparência: Metal sólido em temperatura ambiente, de cor cinza-prateada, que se oxida rapidamente no ar, ficando cinza escuro
Família: Actinídeos
Configuração eletrônica: [Rn] 5f⁶ 7s²
Densidade (g/cm³): 19,84
Ponto de fusão (K): 914 K (640,85 °C)
Ponto de ebulição (K): 3505 K (3231,85 °C)
Raio Atômico (pm): 151
Raio Iônico: 93 (+4e) 108 (+3e)
Calor de Fusão (kJ/mol): 2,8
Calor de evaporação (kJ/mol): 343,5
Primeira Energia Ionizante (kJ/mol): 491,9
Estados de oxidação: 6, 5, 4, 3
Estrutura cristalina: Monoclínica

Curiosidades sobre o plutônio

Vejamos alguns fatos e curiosidades interessantes sobre o plutônio.

1. Todos os isótopos de plutônio são radioativos. O isótopo mais estável é o Pu-239, cuja meia-vida é de 24.360 anos.

2. O elemento foi produzido sinteticamente pela primeira vez pelos cientistas Glenn T. Seaborg, Edwin M. McMillan, J.W. Kennedy, Emilio Segrè e A.C. Wahl na Universidade da Califórnia em Berkeley entre dezembro de 1940 e fevereiro de 1941. Eles divulgaram a descoberta do elemento, além do nome e símbolo propostos em um paper para a revista científica Physical Review, porém a publicação foi adiada por motivos de segurança, pois se tornou evidente que o metal poderia ser empregado para o desenvolvimento de uma bomba nuclear por nações inimigas.

A descoberta do elemento foi mantida em segredo até depois da Segunda Guerra Mundial.

3. Óxido de plutônio se forma espontaneamente na superfície do material quando exposta ao ar. Esse óxido é um material pirofórico (entra em combustão espontaneamente), de modo que amostras de plutônio podem emitir um brilho na cor vermelha quando essa camada de óxido queima ao ar. O plutônio é um dos poucos elementos radioativos que “brilham no escuro”, apesar de seu brilho ser proveniente desse calor gerado pela queima de sua superfície oxidada e pulverizada.

4. Existem seis alótropos do plutônio. Também há um sétimo alótropo formado em altas temperaturas. Cada um desses alótropos possui uma estrutura cristalina e densidade diferente. O metal muda de uma forma alotrópica para outra com certa facilidade, o que faz com seja um metal difícil de trabalhar. Fazer ligas do elemento com outros metais (como o cobre, alumínio, cério, gálio) facilita eventuais trabalhos de usinagem e soldagem do material.

5. O plutônio exibe diversos estados de oxidação diferentes e coloridos quando em solução aquosa. Esses estados de oxidação no geral não são estáveis, e soluções de sais de plutônio podem mudar espontaneamente os estados de oxidação e se apresentar, assim com cores diferentes.
As cores dos estados de oxidação são as seguintes:

• Pu(III) é violeta.
• Pu(IV) é marrom dourado.
• Pu(V) é rosa pálido.
• Pu(VI) é laranja-rosado.
• Pu(VII) é verde. Este estado de oxidação não é comum.

6. Ao contrário da maioria das substâncias, o plutônio aumenta de densidade à medida que se funde (a água também se comporta assim!). O aumento em sua densidade chega a cerca de 2,5%. Além disso, em temperaturas próximas ao seu ponto de fusão, o metal liquefeito também exibe viscosidade e tensão superficial acima do normal para um metal.

7. Uma aplicação muito importante do plutônio é em geradores termoelétricos de radioisótopos, que são usados ​​para alimentar naves espaciais. Um exemplo são as famosas naves espaciais Voyager I e Voyager II, que usam uma bateria de Plutônio-238.

8. O plutônio e seus compostos são altamente tóxicos e tendem a se acumulam na medula óssea. À medida que o elemento decai, ele libera radiações alfa, beta e gama. Tanto a exposição aguda quanto a longa podem resultar em doença de radiação, câncer e levar à morte. A inalação de plutônio e seus compostos aumenta consideravelmente o risco de câncer de pulmão. O plutônio não desempenha nenhum papel biológico conhecido em nenhum organismo.

9. O plutônio é usado como explosivo em armas nucleares, como a bomba de testes Trinity e a bomba nuclear Fat Man, lançada na cidade de Nagasaki em 09 de agosto de 1945. A detonação de cerca de 6,2 kg de plutônio produzem uma explosão igual à produzida por algo em torno de 20.000 toneladas de TNT (trinitrotolueno). O plutônio é também um importante combustível para a indústria nuclear, e é empregado na síntese de outros elementos, como metais mais pesados.

10. Alguns acidentes de criticidade (acúmulo de massa crítica) envolvendo plutônio já ocorreram. A quantidade de plutônio necessária para a massa crítica é cerca de um terço da necessária para o urânio-235. Dois exemplos históricos incluem as mortes dos cientistas Harry Daghlian e Louis Slotin, em 1945 e 1946 respectivamente, nos laboratórios de Los Alamos, nos EUA. Não há registros de mortes por intoxicação por plutônio.

11. O plutônio é quente ao toque. O metal se aquece mesmo na ausência de oxigênio por conta de sua radioatividade. O calor é gerado pelo decaimento alfa, que libera em torno de de 9,68 watts de potência em uma amostra de 5 kg do metal.

12. O nome do elemento segue uma tendência da época de nomear elementos com nomes relativos a planetas exteriores do Sistema Solar. Antes do plutônio, temos na tabela periódica os elementos Urânio (92) e Neptúnio (93), e assim naturalmente o metal foi nomeado de acordo o próximo planeta, Plutão (que hoje é considerado um planeta-anão).

13. O plutônio não é um bom condutor de eletricidade nem de calor, ao contrário da maioria dos metais.

14. O plutônio ocorre naturalmente na Natureza (na crosta terrestre), estando presente em minérios de urânio, porém é muito raro. A principal fonte do elemento é a síntese artificial que ocorre em reatores nucleares que usam o urânio-238.

Referências

• Emsley, J. (2011). Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-960563-7.
• Enghag, P. Encyclopedia of the Elements. 1ª ed. 2004. Wiley-VCH
• Gray, T. The Elements – A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe. 1ª Edição. 2009. Black Dog & Leventhal Publishers.
• Green, D. The Periodic Table in Minutes: The elements and their chemistry explained in an instant. 1ª Edição. 2016. Ed. Quercus
• Jackson, T.; Challoner, J. The Periodic Table Book – A Visual Encyclopedia of the Elements. 1ª Ed. 2017. Dorling Kindersley Ltd.
• PubChem. Plutonium. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/element/94. National Library of Medicine.