Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos — es una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² de cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que permite la formación de enlaces.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa plutonio entre los 118 elementos según esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radio de 159 pm: es decir, 0,159 nm, por lo que aproximadamente 3,14 millones de ellos, uno al lado del otro, abarcarían un milímetro.
Intervalo térmico
Plutonio es líquido en un intervalo de 2592 K, desde 913 K hasta 3505 K.
La historia
El elemento que hizo posible la era atómica y propulsa naves espaciales más allá del alcance del Sol.
Glenn T. Seaborg, Edwin McMillan, Joseph W. Kennedy y Arthur Wahl, de la Universidad de California en Berkeley, descubrieron el plutonio a finales de 1940 y principios de 1941. Este descubrimiento cambiaría literalmente el curso de la historia mundial y pondría fin a la Segunda Guerra Mundial.
Bombardeo con deuterones: El 14 de diciembre de 1940, el equipo bombardeó uranio-238 con deuterones (núcleos de hidrógeno pesado) en el ciclotrón de 60 pulgadas de Berkeley. Crearon neptunio-238, que posteriormente se desintegró en un elemento desconocido con número atómico 94.
Aislamiento químico: El brillante trabajo de Seaborg en química, a principios de 1941, logró aislar e identificar el elemento 94. Descubrieron que era fisible como el uranio-235, pero podía separarse químicamente del uranio con mucha más facilidad, una ventaja crucial para la producción de armas.
Secreto durante la guerra: El descubrimiento se clasificó inmediatamente como alto secreto. El Proyecto Manhattan comprendió que el plutonio ofrecía una vía potencialmente más sencilla hacia las armas nucleares que el enriquecimiento del uranio-235, lo que condujo a la construcción de enormes reactores de producción en Hanford, Washington.
Prueba Trinity: La primera prueba de un arma nuclear del mundo, realizada el 16 de julio de 1945 en Nuevo México, utilizó un dispositivo de implosión de plutonio. Tres semanas después, una bomba de plutonio similar fue lanzada sobre Nagasaki, Japón, poniendo fin a la Segunda Guerra Mundial.
Tema planetario: Siguiendo el patrón del neptunio (Neptuno), los descubridores nombraron el elemento 94 «plutonio» en honor al planeta enano Plutón. El nombre parecía especialmente apropiado por la asociación de Plutón con el inframundo, reflejando el potencial destructivo del plutonio.
Logro científico: Glenn Seaborg ganó el Premio Nobel de Química en 1951 por descubrir el plutonio y otros elementos transuránicos. Su trabajo estableció la serie de los actínidos y revolucionó nuestra comprensión de la química de los elementos pesados.
Comienzo de la era atómica: El descubrimiento del plutonio marcó el verdadero comienzo de la era atómica. Permitió desarrollar tanto armas nucleares como energía nuclear, cambiando fundamentalmente las relaciones internacionales, la estrategia militar y la producción de energía para todas las generaciones futuras.
Aplicaciones
Combustible para reactores nucleares: El plutonio-239 es uno de los materiales fisibles más importantes para la generación de energía nuclear. El combustible de óxidos mixtos (MOX) que contiene plutonio ofrece una forma sostenible de reciclar residuos nucleares mientras genera electricidad limpia para millones de hogares en todo el mundo.
Reactores reproductores rápidos: Los diseños avanzados de reactores utilizan plutonio tanto como combustible como material reproductor, lo que puede proporcionar siglos de energía nuclear limpia mientras consume los residuos nucleares existentes. Países como Rusia, China e India operan reactores rápidos alimentados con plutonio.
Generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG): El plutonio-238 proporciona energía a algunos de los mayores logros espaciales de la humanidad, incluidas las sondas Voyager (ahora en el espacio interestelar), los vehículos exploradores marcianos Curiosity y Perseverance, y la misión New Horizons a Plutón. Estos RTG proporcionan energía fiable durante décadas en el duro entorno del espacio.
Misiones al espacio profundo: El largo periodo de semidesintegración y la alta densidad de energía del plutonio lo hacen irremplazable para las misiones más allá de Marte, donde los paneles solares se vuelven ineficaces. Las futuras misiones a los planetas exteriores y al espacio interestelar dependen de fuentes de energía de plutonio.
Marcapasos cardíacos: El plutonio-238 proporcionó energía a los primeros marcapasos cardíacos, ofreciendo energía fiable a los pacientes durante más de 20 años. Aunque las tecnologías de baterías más recientes los han sustituido en gran medida, algunos implantes médicos de larga duración todavía utilizan fuentes de energía de plutonio.
Investigación médica: Cantidades controladas de isótopos de plutonio se utilizan en investigaciones médicas avanzadas para comprender los efectos de la radiación y desarrollar nuevos tratamientos contra el cáncer, aunque esto requiere los protocolos de seguridad más estrictos.
Investigación fundamental: Las propiedades nucleares únicas del plutonio lo hacen esencial para estudiar la fisión nuclear, las reacciones de fusión y el comportamiento de los núcleos pesados. Esta investigación mejora nuestra comprensión de la nucleosíntesis estelar y del origen de los elementos pesados del universo.
Fuentes de neutrones: Las fuentes de neutrones de plutonio-berilio se utilizan en reactores de investigación, análisis por activación neutrónica y registros de pozos en la industria petrolera para localizar recursos subterráneos.
Reciclaje de combustible nuclear: En países con programas nucleares avanzados como Francia y Japón, el plutonio extraído del combustible nuclear gastado se recicla para producir nuevo combustible MOX (óxidos mixtos), reduciendo los residuos nucleares y ampliando los recursos de uranio.
Estándares de laboratorio de investigación: Pequeñas cantidades de isótopos de plutonio sirven como estándares de referencia en laboratorios nucleares para calibrar equipos de detección y estudiar la química de los actínidos.
Misiones de la NASA: El plutonio-238 es la única fuente de energía práctica para las misiones al espacio profundo. El suministro limitado de la NASA proporciona energía a misiones esenciales como los vehículos exploradores marcianos y los exploradores de los planetas exteriores, lo que lo hace más valioso que el oro para la exploración espacial.
Química nuclear: Las instalaciones de investigación utilizan plutonio para estudiar la química de los elementos transuránicos, los procesos de desintegración nuclear y las propiedades fundamentales de los núcleos pesados.
Análisis por activación neutrónica: Las fuentes de neutrones de plutonio-berilio ayudan a analizar la composición de materiales en geología, arqueología y ciencia de materiales.
Nota crítica: Todas las aplicaciones del plutonio están estrictamente reguladas por las autoridades nucleares internacionales. No existen usos para consumidores debido a su radiactividad extrema y a su potencial para la fabricación de armas.
De dónde procede
0 mg/kg de la corteza terrestre · más abundante que el 0 % de los elementos
Formación natural en trazas: Aunque el plutonio es esencialmente sintético, se han detectado cantidades increíblemente pequeñas (medidas en partes por billón) en depósitos de mineral de uranio como los de Gabón, África. Estas trazas se forman mediante reacciones nucleares naturales extremadamente raras, cuando el uranio captura neutrones de los rayos cósmicos o de la fisión espontánea.
Transmutación del uranio: Prácticamente todo el plutonio se produce artificialmente en reactores nucleares cuando el uranio-238 absorbe neutrones y experimenta una desintegración beta. Este proceso ocurre de forma natural en cualquier reactor alimentado con uranio, lo que convierte al plutonio en un subproducto de la generación de energía nuclear.
Producción controlada: Los reactores de producción especializados pueden optimizarse para maximizar la producción de plutonio mediante el control cuidadoso del flujo de neutrones y del tiempo de exposición del combustible. La calidad y la composición isotópica del plutonio dependen en gran medida de estos parámetros de producción.
Reservas mundiales: Existen aproximadamente 500 toneladas métricas de plutonio en todo el mundo, principalmente como subproducto de la generación de energía nuclear. Esto representa uno de los materiales más vigilados y protegidos de la Tierra.
Plutonio para armas frente a plutonio de grado reactor: La calidad del plutonio varía significativamente: el plutonio apto para armas (>93 % Pu-239) requiere técnicas especiales de producción, mientras que el plutonio de grado reactor contiene múltiples isótopos y es menos adecuado para armas, pero excelente para la generación de energía.
Producción de combustible MOX: Países como Francia reprocesan el combustible nuclear gastado para extraer plutonio y reciclarlo en nuevo combustible, creando un ciclo cerrado de combustible nuclear que reduce los residuos y amplía los recursos de uranio.
Manejo
Plutonio es radiactivo. No tiene ningún isótopo estable: todos los núcleos se desintegran. La manipulación requiere blindaje y licencias adecuados.
Radiactividad letal: El plutonio es una de las sustancias más tóxicas conocidas por la humanidad. Una partícula microscópica de plutonio-239 inhalada en los pulmones puede causar cáncer de pulmón décadas después. Incluso cantidades de nanogramos presentan graves riesgos para la salud.
Radiación alfa: El plutonio emite partículas alfa que no pueden atravesar la piel, pero causan daños devastadores si se inhala o ingiere polvo de plutonio. Las partículas alfa destruyen el ADN celular y causan cáncer, mutaciones genéticas y enfermedad por radiación.
Exposición a largo plazo: El plutonio-239 tiene un periodo de semidesintegración de 24.100 años, lo que significa que sigue siendo peligroso durante cientos de miles de años. Una vez en el organismo, se concentra en los huesos y los órganos, causando exposición a la radiación durante toda la vida.
Seguridad nuclear: Todo el plutonio está sujeto a los protocolos internacionales de seguridad más estrictos debido a su potencial para la fabricación de armas. Su transporte, almacenamiento y manipulación requieren múltiples niveles de autorización y seguridad armada.
Sistemas de contención: El trabajo con plutonio requiere cajas de guantes especializadas, contención a presión negativa, vigilancia continua del aire y equipos de respuesta ante emergencias. Incluso las cantidades destinadas a la investigación exigen medidas de seguridad extraordinarias.
Protocolo de contaminación: Cualquier sospecha de exposición al plutonio requiere atención médica inmediata de especialistas formados en medicina radiológica. Los procedimientos de descontaminación son complejos y deben realizarse con rapidez.
Seguridad pública: La exposición de civiles al plutonio se evita mediante múltiples barreras reglamentarias, tratados internacionales y medidas de seguridad física que lo convierten en uno de los materiales más estrictamente controlados de la Tierra.
Respuestas rápidas
Plutonio (símbolo Pu) es el elemento 94 de la tabla periódica, un actínido del periodo 7. El elemento que hizo posible la era atómica y propulsa naves espaciales más allá del alcance del Sol. A temperatura ambiente es un sólido y es radiactivo.
[Rn] 5f⁶ 7s², con 7 capas ocupadas y la distribución 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2.Plutonio se funde a 913 K (639.9 °C) y hierve a 3505 K (3231.9 °C).
Plutonio no tiene ningún isótopo estable, por lo que no tiene un peso atómico estándar. La cifra indicada, 244, es el número másico de su isótopo conocido de mayor vida media.
Plutonio tiene una densidad de 19.85 g/cm³. El agua tiene una densidad de 1.0 g/cm³, por lo que un bloque de Plutonio es aproximadamente 19.9 veces más pesado.
Plutonio tiene una electronegatividad de Pauling de 1.28. La escala va de 0.70 (francio, el que menos atrae a los electrones) a 3.98 (flúor, el que más). Los valores de esta franja intermedia tienden a formar enlaces covalentes en lugar de enlaces fuertemente iónicos.
Plutonio fue descubierto en 1940 por Seaborg, McMillan, Kennedy & Wahl. Recibe su nombre de plutón, más alejado que Neptuno.
Plutonio no se encuentra de forma natural en la Tierra en ninguna cantidad significativa; se produce en un reactor o un acelerador.
Sí. Plutonio no tiene ningún isótopo estable: todos sus núcleos se desintegran. Se encuentra de forma natural en cantidades traza como producto de desintegración de elementos más pesados.