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Reaction of Plutonium Dioxide with Water: Formation and

Properties of PuO_2+x

Andrés Romero Abujetas

FUENTES

Química inorgánica avanzada, autor: Cotton, editorial: LIMUSA-EDITORIA

ISBN:978-968-18-1795-4 año: 1987 Pag: 1029- adelante

Fisicoquímica, Autor: Raymond Chang Editorial: McGraw-Hill. ISBN: 9701066529

año: 2008


INTRODUCION:

En el articulo, se trata cual es el oxido de plutonio mas estable, ya que se sabe con certeza que estado de oxidación es mas estable en los actinidos, si en el que tiene estado de oxidación VI o IV, se ha observado que el PuO2, en estado de oxidación IV, en una atmósfera con H20 o en un medio con agua, el PuO2 absorbe agua, y va introduciendo en su estructura átomos de oxigeno aumentando poco a poco su estado oxidación.

PROBLEMA PLANTEADO

Se plantea, que no se sabe con certeza cual es el oxido de los actinidos mas estable dentro de sus estado de oxidación mas normales, III, IV, V, VI.

Se vio que al pesar un cantidad de moles X de PuO2, el peso observado era ligeramente mayor del esperado, por lo tanto esa masa de mas debería de salir de algún lado
SKOPEIN DEL AUMENTO DE PESO DEL PuO2

Ese aumento de peso, ha de venir de algún lado, por lo tanto el oxido de plutonio ha de tomar esa masa adicional del medio que le rodea, por medio de rayo X se vio que la estructura del PuO2, era similar a la de la fluorita, esta cristaliza en el sistema cubico y en forma tetraedro, teniendo un índice de coordinación 4, el átomo de plutonio se esta rodeado por 4 átomos de oxigeno, esta estructura es muy imperfecta, en le sentido de que favorece mucho la incorporación de impurezas, ya que los huecos octaédricos de la estructura están vacías. Por lo tanto en estos huecos se puede adicionar impurezas que modifican la masa.

Sin embargo, este aumento de masa es debido a que el oxido de plutonio toma mas oxigeno del ambiente, sacándolo del vapor de agua si lo hay en el ambiente, o de agua liquida.

¿Qué quiere decir esta absorción de oxigeno?

Esta absorción, lo que indica es que el plutonio en su estado de oxidación IV, no es estable, y el hecho de que tome oxigeno quiere decir que sigue oxidándose, aunque la cinetita es lenta, es decir el Pu(IV) va pasando lentamente a Pu(VI).

Otro hecho observado es que el oxido de plutonio (IV), no toma una cantidad fija de agua, por lo que la reacción no tiene una estequiometria fija y se puede enunciar que la reacción seguirá la ecuación: PuO2(s) + x H2O(ads) ----> PuO2(s)+x + x H2(g)

CINETICA DE LA REACCION

Esta adición de oxigeno a oxido de plutonio (IV), para hacer este cambie su estado de oxidación, es una reacción bastante lenta, en un principio esto podría haber significado un problema, ya que el plutonio como metal de transición, sigue las series radiactivas y da otros isótopos, pero por suerte la vida media de este elemento es bastante elevada y se puede estudiar bien esta reacción.

Esta reacción tiene un cinética lenta como ya se dijo antes, lo que hace que el estudio sobre este fenómeno no este aun muy investigado, ya que la velocidad de absorción del oxigeno no lo permite. Pero se ha podido ver que mediante mediciones de desprendimiento de H2 en la reacción, que esta es de orden 0, ya que la que la presión con la que este se desprende se ajusta muy bien a un recta, que es la forma que responde una ecuación cinética de orden 0, esto significa que la pendiente de la recta solo depende de K (constante de velocidad), y por lo tanto la velocidad es directamente r = dt[PuO2] = -K dt. Este proceso sigue la ley de Arrhenius, ya que, la constante de velocidad cambia con la temperatura y en este caso de forma bastante apreciable, por lo que si usamos la ley de Arrhenius (K = A exp [Ea/RT]) podemos expresar la velocidad para cada T de la siguiente manera r = A exp[Ea/RT] t.
Importancia de PuO2

El PuO2, es interesante saber su comportamiento ante este fenómeno, ya que este oxido es usado como parte de los MOX (mezcla de óxidos), junto al UO2, se usa como combustible nuclear, y este se guarda en balizas, contenedores..., presurizados y sellados, y si como producto tenemos H2 en estado gaseoso, este cambiara la presión haciendo que el recipiente pueda sufrir alguna anomalía en su estructura y/o funcionamiento de este.

También interesa saber sobre esta oxidación lenta, ya que el Pu(VI) es bastante toxico y mas soluble en agua, hay que tenerlo en cuenta por la migración de a las aguas subterráneas siendo esta bastante rápida.

COMCLUSION

Sobre este hecho observado se puede sacar varias conclusiones:

          1. La inestabilidad de los estados de oxidación del plutonio, ya este va pasando con el tiempo de IV a VI, por lo cual no se puede saber cual es el mas estable.

          2. Aunque sea inestable como la cinetica es lenta, el Pu(IV) tiene cierta estabilidad.

III. Y quizás la mas importante es, que este terreno esta poco estudiado, y debería profundizares mas en el ya que, el conociendo de los óxidos de plutonio pueda ser beneficioso en el uso energético y para evitar los problemas de contaminación que produce.

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