Raio: estrutura, propriedades, usos, obtenção - Ciência - 2023

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o rádio É um elemento metálico pertencente ao grupo 2 da tabela periódica, os metais alcalino-terrosos, cujo símbolo químico é Ra. É o último membro desse grupo, estando localizado abaixo do bário e precedendo elementos radioativos como o tório e o urânio; entretanto, o rádio é cerca de um milhão de vezes mais radioativo e, portanto, mais perigoso do que o próprio urânio.

É um elemento rodeado de histórias incríveis e lamentáveis, tudo resultado do desconhecimento de seus efeitos negativos na saúde. O brilho azulado de seus sais e soluções aquosas cativou os cientistas Pierre e Marie Curie, que o descobriram em 1898 analisando uma inexplicável e forte radiação de amostras do mineral pechblenda, que tiveram seu conteúdo de urânio removido e polônio.

Com o urânio e o polônio removidos, os Curie concluíram que havia outro elemento presente na pechblenda, responsável pela forte radiação, que eles foram engenhosamente capazes de quantificar. Este novo elemento era quimicamente muito semelhante ao bário; No entanto, ao contrário de suas linhas verdes espectrais, esta era carmesim.

Assim, após processar, purificar e analisar toneladas de pitchblenda, obtiveram 0,1 mg de RaCl₂. Até então, em 1902, eles já haviam determinado a massa atômica do raio, cujo nome foi derivado da palavra latina 'raio', que significa 'raio'. Radius é literalmente um elemento radiante.

Oito depois, em 1910, Marie Curie juntamente com o químico francês André Louis Debierne, conseguiu isolar o rádio em sua forma metálica por eletrólise de RaCl₂usando mercúrio. Assim nasceu a febre investigativa do rádio, que mais tarde se tornou uma alarmante sensação comercial, cultural e medicinal.

Estrutura

O rádio é um metal cujos átomos são muito volumosos. Uma consequência disso é que seus cristais são pouco densos (embora ligeiramente mais que os de bário) e adotam uma estrutura cúbica centrada no corpo (bcc). Fora desta estrutura, nenhum outro alótropo é relatado em outras temperaturas ou pressões.

Configuração eletronica

A configuração de elétrons para o rádio é a seguinte:

[Rn] 7s²

É extremamente facilmente oxidado ao cátion Ra²⁺, que é isoeletrônico ao gás nobre radônio. Portanto, todos os compostos de rádio contêm o cátion Ra²⁺, estabelecendo interações predominantemente iônicas; Porém, calcula-se que é possível que, por efeitos relativísticos, possa formar ligações com um caráter covalente notável (Ra-X).

Propriedades do raio

Aparência física

O rádio é um metal branco prateado, que imediatamente fica amarelo e escurece quando reage com o nitrogênio no ar para formar seu nitreto, Ra₃N₂. Por ser tão difícil de manipular, poucas características físicas do raio foram determinadas diretamente.

Número atômico

Massa molar

226,03 g / mol

Ponto de fusão

Por volta de 700 ºC. Essa magnitude não pôde ser determinada com exatidão.

Ponto de ebulição

O raio ferve entre 1100 e 1700 ºC. Essa grande margem de imprecisão reflete, novamente, as complicações de lidar com um metal tão instável.

Densidade

5,5 g / cm³

Calor de fusão

8,5 kJ / mol

Calor da vaporização

113 kJ / mol

Estado de oxidação

O rádio tem um estado de oxidação único de +2.

Eletro-negatividade

0.9. Este valor corresponde intimamente ao forte caráter eletropositivo do raio.

Energias de ionização

Primeiro: 509,3 kJ / mol

Segundo: 979 kJ / mol

Radioatividade

O rádio é cerca de um milhão de vezes mais radioativo do que o urânio. Isso se deve principalmente ao fato de que outros isótopos são produzidos a partir dele, como ²²²Rn (imagem superior), que por sua vez decai, emitindo partículas α para se tornar o isótopo ²¹⁸Po. Uma amostra de rádio, portanto, emite grandes quantidades de partículas α e β^–, bem como raios γ.

Por exemplo, um grama de raio sofre 3,7 · 10¹⁰ desintegrações por segundo, medida que serviu para definir a unidade Ci, chamada de curie. Essa energia é suficiente para aquecer uma amostra de 25 gramas de água a 1 ° C por hora.

Se a cadeia de decaimentos for observada, será visto que o isótopo inicial, o ²³⁸Você tem um t_1/2 4,5 Giga anos (bilhões de anos); enquanto em vez disso, o ²²⁶Ra tem um t_1/21600 anos, que também produz isótopos com t_1/2apenas dias, minutos e segundos.

A radioatividade do rádio e de seus compostos é ionizante, de modo que as substâncias fluorescentes, mesmo os átomos que as cercam, se acendem à noite, tornando-se capazes de desencadear reações explosivas. Esta propriedade é conhecida como radioluminescência.

Compostos e reatividade

Quando os sais ou compostos de rádio são aquecidos em um isqueiro, eles emitem uma chama cor de carmim. Esses sólidos são geralmente brancos ou incolores, mas tornam-se amarelos e, eventualmente, escurecem como resultado da radioatividade dos átomos de rádio. Se tiverem impurezas de bário, podem apresentar tons rosados.

A química do rádio é muito semelhante à do bário, como se fossem dois irmãos inseparáveis, Ra-Ba. Ambos formam os mesmos sais, insolúveis em água, com a diferença de que os do rádio são um pouco mais insolúveis. Por exemplo, sulfato de rádio, RaSO₄, é mais insolúvel que o sulfato de bário, BaSO₄; na verdade, é o sulfato mais insolúvel já conhecido: 2,1 mg dele se dissolvem em apenas 1 litro de água.

Por outro lado, hidróxido de rádio, Ra (OH)₂É o mais solúvel e básico de todos os hidróxidos de seus congêneres.

Em solução, os cátions Ra²⁺Em vez de se comportarem como ácidos de Lewis, eles são básicos, já que seu grande tamanho torna impossível para as moléculas se organizarem em torno deles para complexá-los ou coordená-los.

A analogia química entre o rádio e o bário torna esse metal difícil de separar, porque seus sais coprecipitam com os do bário.

Usos / aplicativos de rádio

Relógios luminosos

O uso mais popular e controverso do rádio foi usado como aditivo para pintar mostradores de relógios. Seus átomos foram incorporados em formulações pastosas de sulfeto de zinco, ZnS, que absorveu emissões radioativas para emitir uma luz verde fosforescente. A tinta foi aplicada nos ponteiros dos relógios (imagem superior).

O problema com esse uso residia na contínua exposição radioativa que afetava os usuários desses relógios; ou pior ainda, os trabalhadores que os pintaram nas fábricas.

Em 1924, várias funcionárias que trabalhavam em uma indústria de pintura, mais tarde conhecida como Radium Girls, começaram a sofrer de câncer ósseo, deformações de mandíbula e perda de dente, devido à necessidade de lamber a ponta de seus pincéis para poder aplicar utilmente a tinta radioativa nos relógios.

Isso, somado ao desconhecimento do rádio e ao caráter antiético de não impor medidas de proteção que garantissem a segurança dos trabalhadores, culminou em um escândalo jurídico que revolucionou as leis de segurança do trabalho.

As tintas para rádio foram descontinuadas em 1960; embora hoje existam várias cópias colecionáveis que o têm em suas superfícies.

Radithor

Radithor era um dos muitos produtos farmacêuticos e cosméticos que alardeavam a eficiência do rádio no combate a mil e um males. Continha uma quantidade micrométrica de rádio, que supostamente curava todas as doenças digestivas e endócrinas. No entanto, em 1932, após a morte de Eden Byers, um de seus consumidores mais fervorosos, o Radithor saiu do mercado.

Radioterapia

Nem todos os usos do rádio eram sensacionais, pseudocientíficos e inescrupulosos (ou criminosos). Também havia outros muito benéficos para a saúde, pelo menos até certo momento. Sais de rádio, RaCl₂ e RaBr₂, são usados no tratamento de câncer, especificamente câncer ósseo.

Isótopo ²²³Ra, sendo confundido por íons de cálcio no metabolismo, acaba destruindo células cancerosas localizadas no osso.

No entanto, muitos dos usos terapêuticos do rádio foram substituídos por isótopos mais seguros, mais baratos e mais eficientes, como ⁶⁰Co e ¹³⁷Cs.

Obtendo

O rádio é um dos elementos cuja produção é escassa: cerca de 100 gramas por ano em todo o mundo. Toneladas de minérios de urânio, como o mineral pechblenda (ou uraninita) são processadas seguindo o método de Curie, que consiste em tratar as amostras com hidróxido de sódio, ácido clorídrico e carbonato de sódio, de forma que uma mistura de sulfatos de bário de rádio, RaSO₄-BaSO₄.

A mistura RaSO₄-BaSO₄foi transformado em seus respectivos cloretos, RaCl₂-BaCl₂, separando os cátions Ra²⁺ por cristalizações fracionadas e finalmente purificação usando técnicas de cromatografia de íons. O RaCl₂ é reduzido por eletrólise, ou por redução com alumínio metálico a 1200 ºC.

Isótopos

Todos os isótopos de rádio são radioativos. Quatro deles existem na natureza como produtos da decomposição radioativa de átomos de ²³²º, ²³⁵Vc e ²³⁸OU.

Esses quatro isótopos são: ²²³Ra (t_1/2= 11,4 dias), ²²⁴Ra (t_1/2= 3,64 dias), ²²⁶Ra (t_1/2= 1600 anos) e ²²⁸Ra (5,75 anos). Obviamente, quase todos os átomos de rádio consistem em misturas de isótopos ²²⁶Ra e ²²⁸Rá, pois os outros se desintegram rapidamente.

o ²²⁶Ra é o mais estável de todos os isótopos de rádio, todos os outros sendo muito instáveis, com t_1/2menos de duas horas.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2020). Rádio. Recuperado de: en.wikipedia.org
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Cantrill, V. (2018). As realidades do rádio.Nature Chem 10, 898. doi.org/10.1038/s41557-018-0114-8
Elsevier B.V. (2020). Rádio. ScienceDirect. Recuperado de: sciencedirect.com